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如IC 等比缩小一样,MEMS由于具有很多类似潜在的优点,受到了大家的高度重视。作为MEMS产品产业化的一个重要环节,可靠性研究显的非常重要。MEMS可靠性主要关注MEMS器件和系统的电性能和机械性能在特定环境下的退化和失效。微器件由于其体积和质量的缩小,其机械谐振频率呈相反趋势增加。作为可靠性中一个非常重要的分支-疲劳,在MEMS可靠性研究中更加处于举足轻重的作用。
在分析了目前MEMS多晶硅薄膜结构的疲劳研究现状,以及总结出一系列疲劳失效机理的基础上,本文首先设计了多种测试结构,通过不同的激励方式,如静电激励、电热激励等,对本文的研究对象-微梁施加循环的疲劳载荷。然后通过实验研究了基于表面加工工艺制备的多晶硅微梁在循环载荷下的疲劳可靠性;通过梁的机械性能和电性能的三个量-谐振频率、电阻值和吸合电压来表征梁在循环振动载荷作用下疲劳退化趋势。得出随着疲劳载荷循环次数的增加,多晶硅双端固支梁在静电激励和电热激励下梁的谐振频率、电阻以及吸合电压发生的相对变化;并分析了产生该实验结果的可能原因。同时对在长期运作下的MEMS多晶硅结构,出现可能由于疲劳引起的机械和电的性能的漂移做出了一些解释。
本文研究表明基于牺牲层技术的表面阿工艺制作的多晶硅微结构,由于受到振动空间的限制,其离面振动的幅度以及振动过程中的应力会比较小,这导致了实验中并没有发现梁的疲劳断裂的情况。本文所得结果可以给基于表面工艺制备的多晶硅微结构的疲劳和寿命研究作为参考。