PECVD法在聚酰亚胺上沉积氮化硅薄膜的工艺研究

采用了等离子体增强化学气相沉积法(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)在聚酰亚胺(Polyimide，PI)牺牲层上生长氮化硅薄膜；利用微旋转结构测量氮化硅薄膜的残余应力；讨论沉积温度、射频功率、反应气体流量比等工艺参数对氮化硅薄膜的残余应力的影响，并把薄膜的残余应力分为热应力和本征应力加以分析，得出适合制作射频MEMS开关器件中的桥式梁的氮化硅薄膜的最佳工艺条件。     

微机电系统光开关的扭臂式静电驱动结构设计

基于扭臂式静电驱动微执行器的基本模型,运用力矩法推导出该结构的Pull-in电压和角度,并设计了用于微机电系统(Micro Electronic Mechanical System,MEMS)光开关的单晶硅扭臂式静电驱动结构参数.在所选结构参数下,运用力电耦合分析方法,研究了空气阻尼作用对扭臂式静电驱动结构Pull-in电压的影响.对所设计的驱动结构,考虑空气阻尼作用时,Pull-in电压增大约7%.对单晶硅扭臂式静电驱动结构进行应力分析得到,当上下极板发生吸合时,结构应力均匀分布在上电极,且扭臂的最大内应力仅为72.848MPa,远小于单晶硅的屈服强度,整个驱动结构的设计是稳定可靠的;用力矩法推导出的该结构的Pull-in电压适用于该微静电驱动系统.研究结果为扭臂式微驱动器参数选择提供了依据.     

基于MEMS技术的薄膜残余应力检测技术

薄膜材料在制备中都会产生一定的残余应力,而薄膜中残余应力的大小对整个微机电系统的性能和可靠性具有很大的影响.讨论了几种典型的残余应力检测方法,并分析了各自的特点.在此基础上,提出了一种整合微指针结构驱动器和测量探针的新型残余应力测试方法.其核心是设计出一种基于扫描探针的薄膜残余应力在线检测系统.     

钢基体电沉积Cu、Ni膜的残余应力及其在线测量

采用电沉积法在碳素钢基片上分别沉积Cu膜和Ni膜,用数码相机拍摄沉积不同膜厚时基片的弯曲状况,并上传到计算机计算出薄膜内的平均残余应力及分布残余应力.结果表明:Cu膜和Ni膜的平均残余应力和分布残余应力均为拉应力;当膜厚较小时(0.5 ～ 3 μm),Cu膜的平均残余应力和分布残余应力随膜厚的增加急剧降低,随着膜厚的进一步增加两种残余应力都趋于稳定;Ni膜的平均残余应力随着膜厚的增加而增加,分布残余应力总体趋势是随着膜厚的增加而增加.由实验结果可以认为Cu膜内的界面应力为拉应力而Ni膜内的界面应力为压应力,与基于Thomas-Fermi-Dirac-Cheng (TFDC) 电子理论的判断结果一致.     

具有斜拉梁的串联接触式射频微机电系统开关

为解决悬臂梁结构的射频微机电系统开关在残余应力的作用下会发生翘曲的问题,提出在悬臂梁的顶端引入斜拉梁的方法。使用Al/Au复合桥膜作为射频微机电系统开关的上电极,实现了Au-Au接触,利用BorofloatTM玻璃作为衬底,使用电阻对导通状态下的射频信号与驱动电极旁路进行隔离,使它的射频性能不受驱动电压的影响。测试表明:隔离度在12 GHz的频率下,插入损耗和隔离度分别为-0.29 dB和-20 dB。该射频微机电系统开关适合于DC-X波段的应用。     

具有斜拉梁的串联接触式射频微机电系统开关

为解决悬臂梁结构的射频微机电系统开关在残余应力的作用下会发生翘曲的问题,提出在悬臂梁的顶端引入斜拉梁的方法。使用Al/Au复合桥膜作为射频微机电系统开关的上电极,实现了Au-Au接触,利用BorofloatTM玻璃作为衬底,使用电阻对导通状态下的射频信号与驱动电极旁路进行隔离,使它的射频性能不受驱动电压的影响。测试表明:隔离度在12GHz的频率下,插入损耗和隔离度分别为-0.29dB和-20dB。该射频微机电系统开关适合于DC-X波段的应用。     

具有斜拉梁的串联接触式射频微机电系统开关

为解决悬臂梁结构的射频微机电系统开关在残余应力的作用下会发生翘曲的问题,提出在悬臂梁的顶端引入斜拉梁的方法。使用Al/Au复合桥膜作为射频微机电系统开关的上电极,实现了Au-Au接触,利用BorofloatTM玻璃作为衬底,使用电阻对导通状态下的射频信号与驱动电极旁路进行隔离,使它的射频性能不受驱动电压的影响。测试表明:隔离度在12GHz的频率下,插入损耗和隔离度分别为-0.29dB和-20dB。该射频微机电系统开关适合于DC-X波段的应用。     

用于薄膜残余应力检测的微指针放大机构

在MEMS器件中应用的各类薄膜材料在制备过程所产生的残余应力,对器件的性能和可靠性具有较大的影响．设计了一种用于残余应力在线检测的柔性铰链放大机构,并对柔性铰链的结构尺寸与放大机构的角变形和转动刚度的关系进行理论建模,利用FEA软件对3种不同类型柔性铰链的转动刚度进行了数值仿真,为用于残余应力检测的微指针结构的放大机构的优化设计提供了前期研究基础．     

溶胶-凝胶法制作PZT薄膜微驱动器的工艺研究

使用溶胶-凝胶法(sol-gel)制备了PZT压电薄膜,利用PZT的压电效应制作以PZT薄膜为驱动的无阀型微驱动器.针对微驱动器的关键结构驱动膜,探索了多层驱动膜的制备方法及PZT薄膜的刻蚀工艺.采用Si/SiO2/Ti/Pt/PZT/Cr/Au多层驱动膜结构,解决了PZT薄膜制备中存在附着力、抗疲劳等问题,利用BHF/HNO3溶液实现了PZT薄膜刻蚀技术的半导体工艺化.同时详细探讨了微机械加工(MEMS)中温度及溶液浓度对腐蚀工艺的重要影响,给出了硅各向异性腐蚀的最佳化工艺条件.通过以上方法成功地解决了集成制作的无阀型微驱动器的关键工艺问题,降低了器件的复杂性.采用以上工艺得到的驱动器硅杯面积大、均匀、平坦,而且在无阀型微驱动器整体设计中没有可以移动的机械部分,所以微驱动器的寿命也得到了提高.     

基板温度对电子束沉积LaF3薄膜残余应力的影响

采用电子束沉积的方法,分别在K9玻璃基片上制备了LaF3单层膜.研究了基板温度对LaF3薄膜残余应力的影响;基板温度从200 ℃上升到350℃,间隔为50℃.利用ZYGO干涉仪测量了基板镀膜前后的面型变化,利用Stoney公式计算出残余应力;分析结果表明:在本实验条件下,残余应力为张应力,随基板温度的增加,有增大的趋势.     

Theoretical study on the influence of residual stress on adhesion-induced instability in MEMS

Adhesion and residual stress play a critical role in the performance and reliability of MEMS. The influence of residual stress on the adhesion-induced instability in MEMS is examined within the framework of thin elastic plate theory. The results show that the adhesion-induced instability will be mitigated if the residual stress exists in certain component of MEMS. Moreover, we find that the influence is significant only when the residual stress is under a proper magnitude （β≤20）.     

膜厚与硅含量对硅基铜膜的电导率和残余应力的影响

与铝相比铜膜具有电导率高,抗电迁移能力大而代替铝膜作为集成电路的内连线和地线,其残余应力和电导率是两个重要的参数．本文对硅片上铜膜的残余应力和电导率进行了研究．结果表明,膜中的残余应力随膜厚的增加而增加;硅含量越多,残余应力越小;电导率随膜厚的增加而增加直到趋于最大值;硅含量越大,其导电率越小．     

适于MEMS器件的低应力Ni-W纳米晶薄膜的制备

以高强度、高耐腐蚀性Ni-W合金为研究对象,探讨了柠檬酸胺-HEDP体系中,各种电沉积工艺参数以及热处理条件对Ni-W合金薄膜应力的影响规律及其在微喷嘴模具上的应用.研究结果表明,在优化的工艺条件下,可获得应力为230 MPa、硬度高达988 HV、无裂纹的纳米晶Ni-W薄膜材料,为其在MEMS微器件、微模具制备上的应用提供了有效途径.     

BCN薄膜的硬度和剩余应力的研究

类金刚石结构的立方“BCN”材料由于兼有金刚石和立方氮化硼超硬、低摩擦的优点, 如有低摩抗磨、高的热稳定性和化学稳定性,并克服了它们的缺点,因而BCN薄膜材料被作为耐磨保护层,在电学、光学方面的性能也得到广泛应用。应用反应磁控溅射法将高质量的BCN 薄膜沉淀在硅基底上,通过用微压痕测量和弯曲技术研究了他们硬度和剩余应力,发现施于薄膜沉淀物上的偏压对其硬度和剩余应力均有重要影响。     

铝合金预拉伸厚板内残余应力分布的测量

因残余应力而引起的加工变形是飞机整体结构件制造的难题之一．文中针对铝合金预拉伸厚板的特点，提出用改进剥层应变法来测量内部残余应力，并运用弹性力学理论进行推导，得到了应力一应变关系矩阵．随后对典型航空用铝合金预拉伸厚板7075T7351的内部残余应力进行了测量，并对测量结果进行了分析和比较．结果表明，文中提出的方法能有效地解决厚板内部残余应力测量的难题．     

NiTi形状记忆合金薄膜的残余应力

采用X射线掠射法和轮廓法,测量了单日Si基板上用磁控溅射法制备的NiTi形状记忆合金薄膜的残余应力,分析了其与薄膜厚度以及晶化处理温度等工艺条件的关系。结果表明：该薄膜中的残余应力主要来源于薄膜同基板材料的膨胀系数和晶格参数不匹配;薄膜厚度越大,残余应力越小;晶化处理温度对因热胀系数差异带来的热拉应力因马氏体相变而致的相变压应力均有不同程度的影响。     

梯度过渡层对TiC薄膜中残余应力影响的研究

用平行光束掠射法（ＧＩＸＤ）测定了磁控溅射ＴｉＣ（Ａｌ基体）膜中的残余应力，比较了不同厚度的梯度过渡层对残余应力的影响。     

LD10锻造铝合金内部残余应力分析

采用仿真和实验相结合的方式,首先利用动力显示有限元分析软件建立了自由锻造圆饼过程的模型,仿真出锻造过程中的变形和应力分布情况,得到锻造铝合金内部残余应力的分布及变化规律,再利用切除法对选自锻饼不同部位的LD10锻造铝合金进行了残余应力测量。比较了LD10内部残余应力的分布特点,并从金属屈服和塑性流动的角度出发对这种残余应力的构成进行了分析。结果表明：LD10铝合金的残余应力分布特点随选料位置不同而有较大不同,在锻饼心部选取的试件表层受残余拉应力,心部受残余压应力,在锻饼边缘选取的试件表层受残余压应力,心部受残余拉应力。     

MEMS开关中氮化硅薄膜工艺研究

分析了沉积薄膜厚度、PECVD的薄膜沉积温度、反应气体形成的杂质以及多层薄膜之间热应力匹配等因素对薄膜残余应力的影响.应用光刻分割聚酰亚胺(PI)牺牲层、分层生长氮化硅薄膜及快速热退火等工艺减小薄膜残余应力,成功生长出了合格的氮化硅薄膜.