MEMS薄膜材料熱學參數測試結構研究.pdf

1、微電子機械系統(tǒng)(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是在微電子制造技術的基礎上發(fā)展起來的新型器件，具有廣闊的應用前景。MEMS器件在加工過程中，其結構材料的物理特性常常受到加工工藝的影響而出現參數的波動，薄膜材料的熱學參數是重要的物理參數。這種材料參數對工藝的敏感性導致產品的一致性、重復性和可靠性無法得到保障。因此，研究材料參數的在線測試非常必要。
　　本論文主要研究MEMS薄膜材料熱學參數的

2、測試結構，實現對加工工藝中薄膜材料的熱膨脹系數、塞貝克系數的提取，為MEMS器件的設計和優(yōu)化提供實際參數依據。另外，論文還對雙層膜的熱膨脹系數測試結構進行了設計分析、理論推導和仿真，并進行了流片測試。
　　本文在實驗室已有的單層膜熱膨脹系數測試結構的基礎上，基于美國MEMSCAP的PolyMUMPs加工工藝，對測試結構進行了參數優(yōu)化，并進行流片測試，對測試結果進行了誤差分析。基于誤差分析，針對理論模型中的修正因子進行了深入的研究討

3、論，驗證了理論模型的準確性。
　　本文提出了一種塞貝克系數的在線測試結構，并給出了相應的測試方法。該測試結構利用兩層二氧化硅絕緣層作為勻熱板，通過ANSYS軟件對測試模型進行了穩(wěn)態(tài)分析。分析結果表明勻熱板很好的起到了勻熱的作用。對測試結構進行了版圖設計并流片加工，獲得了實驗結果。
　　本文提出了一種雙層膜的熱膨脹系數測試結構，推導出雙層膜曲率半徑與各薄膜層的熱膨脹系數之間的關系，給出了解析模型。該測試結構分為雙層膜翹曲結構和

4、投影游標頭結構兩部分。本文對測試結構的恒溫加熱、電流加熱和存在殘余應力三種工作條件進行了軟件仿真，驗證了理論公式的正確性，并提出了抵消殘余應力的方法。該測試在自然環(huán)境中進行，無需專門的測試儀器，滿足在線測試的要求。
　　本文提出的幾種測試結構和測試方法，具有測試方法簡單，對測試儀器和測試環(huán)境要求低等特點，滿足在線測試的要求。經過軟件仿真、工藝線加工和實驗測試的驗證，證實這些測試結構能夠在實際工藝線上應用，實現監(jiān)控MEMS加工工藝并