硅是微机电系统（MEMS: Microelectromechanical Systems）中最常用的功能结构材料之一，其疲劳特性在硅基MEMS可靠性中有着重要地位。通过疲劳试验数据和现象来认知硅疲劳是目前普遍采用的方法，但由于影响硅疲劳的因素繁多，因此效果并不理想。尽管对硅疲劳特性的研究已有二十载，在测试手段、疲劳寿命建模、疲劳机理等方面取得了一些进展，但没能给出广为接受的硅疲劳理论。本文着眼于提高单晶硅微结构的疲劳可靠性，着重研究了单因素——掺磷（一种常用的电活性杂质）——对单晶硅疲劳特性的影响。主要研究内容及结论如下：1．针对各向异性湿法体硅工艺的特点，设计了一种既新颖又经济的试样结构，利用有限元分析确定结构的尺寸；设计掩膜版和工艺流程，制备了六组不同掺磷浓度的试样；设计了一种简易的片外弯曲测试系统，通过调整和改进，整个系统的测试性能可满足使用要求。2．研究了杂质磷对单晶硅微梁弯曲强度的影响。由强度测试数据可知，掺磷对单晶硅微梁的弯曲强度有明显的增强作用。其作用机理为：杂质磷能提高部分原子键的断裂难度和产生新表面的能量。3．研究了杂质磷对单晶硅微梁弯曲疲劳特性的影响。首先根据强度信息确定疲劳加载应力，进行疲劳测试；然后建立疲劳断裂概率模型；最后由疲劳测试数据和疲劳模型拟合得到材料常数C和n，通过对C和n随掺磷浓度变化趋势的分析得知，掺磷对单晶硅的疲劳特性有比较明显的改善。其机理是：杂质磷能提高单晶硅阻碍裂纹萌生和扩展的能力。经上述研究，本文发现了掺磷对单晶硅强度及疲劳特性的影响规律，这对硅基MEMS的相关可靠性设计有一定的参考价值。