多晶硅薄膜离面疲劳特性研究

• 作者: 唐洁影 宋竞 陈龙龙
• 来源期刊: 仪器仪表学报
• 学科: 工学
• 关键词: 微电子机械系统 微悬臂梁 疲劳 离面 粗糙表面
• 年，卷（期）: 2010,（4）
• 所属期刊栏目: 学术论文
• 页码范围: 800-805
• 分类号: TN406
• 字数: 4310字
• 语种: 中文

摘要

多晶硅薄膜材料为微电子机械系统(MEMS)器件最重要的材料之一,对其疲劳特性的研究是现阶段失效分析研究的热点和重点.利用表面加工的多晶硅矩形微悬臂梁结构对该问题展开实验研究.通过干法刻蚀在微悬臂梁根部制作纵向应力集中区,利用静电激励激励微悬臂梁进行离面振动,谐振频率检振方法跟踪微悬臂梁机械性能的变化.结果证明在1010～1011次循环振动载荷作用后,微悬臂梁结构刚度下降,谐振频率减小,频率最大绝对偏移量达到1.544 kHz,相对偏移量达到结构本征频率的1.3%.这些结果首次验证了MEMS结构在离面振动方向上也存在显著疲劳现象.和已有文献相比,实验中结构所受应力幅度较其小2个数量级(约1～10 MPa量级),而频率偏移量却高于其数十倍.这很可能是因为纵向干法刻蚀引入了较大的粗糙度,显著加速了多晶硅结构的晶界分离速度,因而也加速了疲劳.