納米梁諧振器的測(cè)試與表征方法研究.pdf

1、本論文在調(diào)研和分析NEMS測(cè)試技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，確定以一種重要的NEMS器件—納米梁諧振器為測(cè)試對(duì)象，以原子力顯微鏡(AFM)和顯微激光多普勒測(cè)振系統(tǒng)為測(cè)試平臺(tái)開展NEMS力學(xué)特性和動(dòng)態(tài)特性技術(shù)的研究，并將測(cè)試結(jié)果作為評(píng)價(jià)NEMS加工工藝和器件性能的依據(jù)。論文主要完成了以下幾個(gè)方面的工作：
　　 1、從方法的類別、應(yīng)用領(lǐng)域、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)等方面系統(tǒng)地調(diào)研了NEMS力學(xué)特性測(cè)試技術(shù)及動(dòng)態(tài)特性測(cè)試技術(shù)的概況，分析和討論了NE

2、MS力學(xué)特性測(cè)試及動(dòng)態(tài)特性測(cè)試在NEMS加工工藝評(píng)價(jià)中的重要性。
　　 2、針對(duì)廣泛應(yīng)用的掃描電鏡和臺(tái)階儀測(cè)量納米厚度方法中存在的破壞性和近似性的局限性，提出了一種基于AFM的彎曲測(cè)試技術(shù)實(shí)現(xiàn)納米梁厚度精密測(cè)量的方法，使用單晶硅雙端固支梁為測(cè)試對(duì)象進(jìn)行了厚度測(cè)量，并采用納米壓痕儀進(jìn)行了比對(duì)測(cè)試。
　　 3、建立了雙端固支梁楊氏模量和殘余應(yīng)力的彎曲測(cè)試模型，針對(duì)同一工藝流程下相同楊氏模量和殘余應(yīng)力的雙端固支梁陣列，提出了將

3、拉曼頻移測(cè)試與AFM彎曲測(cè)試相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方案，并將應(yīng)力剛化理論應(yīng)用到幾何非線性有限元分析中用于彎曲測(cè)試模型理論誤差的評(píng)價(jià)手段。
　　 4、建立了靜電激勵(lì)雙端固支梁的工藝相關(guān)電學(xué)模型、機(jī)械模型和下拉電壓模型，并全面分析了雙端固支梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
　　 5、建立了存在殘余應(yīng)力的雙端固支梁的諧振頻率模型，并以顯微激光多普勒測(cè)振系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)量了鎢-碳化硅雙層固支梁結(jié)構(gòu)的幅頻響應(yīng)特性，隨后采用數(shù)值迭代方法和有限元模態(tài)分析相結(jié)

4、合的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方案計(jì)算了測(cè)試結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力分布，并對(duì)相應(yīng)的加工工藝進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
　　 6、建立了AFM的輕敲力模型以及輕敲模式和輕敲力曲線模式下AFM測(cè)振系統(tǒng)的物理模型，在此基礎(chǔ)上論述了AFM測(cè)振方法的可行性和工作帶寬。以AFM為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)量了鎢-碳化硅雙層固支梁器件的幅頻響應(yīng)特性，將顯微激光多普勒測(cè)振系統(tǒng)的比對(duì)測(cè)試結(jié)果與AFM測(cè)振系統(tǒng)的物理模型計(jì)算結(jié)果相結(jié)合，對(duì)AFM輕敲模式和輕敲力曲線模式離面振動(dòng)測(cè)試技術(shù)的測(cè)量誤差以及誤差