MEMS可靠性

前言

　　可靠性是指系統(tǒng)或元件在規(guī)定的條件下并在特定的時(shí)間內(nèi)完成所要求功能的能力。對商用產(chǎn)品，可靠性是最重要的指標(biāo)之一。因?yàn)榭煽啃越?jīng)常決定了器件的設(shè)計(jì)，所以，可靠性是性能設(shè)計(jì)必須考慮的因素。而且，可靠性評價(jià)與控制對器件性能的改進(jìn)也有作用。今天，工業(yè)產(chǎn)品分布在世界各地并在各種環(huán)境下使用，從而使產(chǎn)品的可靠性評價(jià)比以往任何時(shí)候都重要?！　∮冒雽?dǎo)體制造工藝制備的微機(jī)械器件，即MEMS器件，他們是未來集成系統(tǒng)小型化和多功能的核心器件。由于它們的緊湊性和便攜性，正在應(yīng)用于移動(dòng)通信產(chǎn)品中。由于微制造的精度和尺寸小型化引起的尺寸效應(yīng)，MEMS器件的可靠性被認(rèn)為是最重要的問題，這已被諸如壓力傳感器、加速度計(jì)、打印機(jī)噴墨頭、投影顯示等商用產(chǎn)品所證實(shí)。盡管經(jīng)過許多研究者和工程師持續(xù)的努力，已經(jīng)確立了MEMS器件的可靠性，但一些可靠性問題和相關(guān)現(xiàn)象仍沒有完全理解，建立MEMS器件與材料可靠性的一般理論仍然需要巨大努力。不久的將來，MEMS可靠性知識將會(huì)系統(tǒng)地組織到一起。通過這種知識，每一個(gè)工程師都能夠設(shè)計(jì)高性能和高可靠的MEMS器件。

內(nèi)容概要

本書是國際上MEMS可靠性領(lǐng)域第一本專著，共分為兩部分。第一部分論述MEMS材料的可靠性內(nèi)容及主要表征方法，包括MEMS材料的可靠性，微納壓痕儀，鼓脹測試，彎曲測試，單軸張應(yīng)力測試，片上測試；第二部分論述MEMS器件的可靠性，包括壓力傳感器可靠性，慣性傳感器可靠性，RFMEMS可靠性和光MEMS可靠性。內(nèi)容新穎，數(shù)據(jù)充實(shí)，適合于微機(jī)電系統(tǒng)、微電子、光電子、傳感器、通訊技術(shù)領(lǐng)域的高年級大學(xué)生、研究生和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

概述：MEMS可靠性導(dǎo)論1 MEMS材料力學(xué)性能評價(jià)及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)  1.1　簡介  1.2　薄膜材料的力學(xué)性能與MEMS    1.2.1  彈性性能    1.2.2  內(nèi)應(yīng)力    1.2.3  強(qiáng)度    1.2.4  疲勞  1.3　力學(xué)性能評價(jià)的關(guān)鍵問題    1.3.1  樣品    1.3.2  測試方法    1.3.3　標(biāo)準(zhǔn)  1.4　薄膜拉伸測試方法的綜合比對    1.4.1  拉伸測試方法    1.4.2　樣品設(shè)計(jì)    1.4.3　材料    1.4.4　樣品制備    1.4.5  結(jié)果　    1.4.5.1  單晶硅與多晶硅　    1.4.5.2　鎳  　  1.4.5.3　鈦    1.4.6　討論  1.5 MEMS材料的國際標(biāo)準(zhǔn)    1.5.1　MEMS標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)    1.5.1.1  IEC    1.5.1.2　ASTM International    1.5.1.3  SEMl    1.5.1.4  日本微機(jī)械中心-    1.5.2  薄膜單軸應(yīng)力測試的國際標(biāo)準(zhǔn)  1.6　結(jié)論  參考文獻(xiàn)2　勻質(zhì)材料和涂層一襯底復(fù)合材料的彈塑性壓入接觸力學(xué)  2.1　簡介  2.2　微納壓痕儀  2.3　壓人載荷與壓入深度的關(guān)系  2.4　圓錐／棱錐形壓痕的彈塑性接觸變形理論    2.4.1  彈性接觸    2.4.2　塑性接觸    2.4.3　彈塑性接觸    2.4.4  壓入接觸面積Ac與Oliver-Pharr／Fiel&Swain近似     2.4.5　壓入接觸的能量原理  2.5　涂層-襯底復(fù)合材料的接觸力學(xué)    2.5.1  彈性壓入接觸力學(xué)    2.5.2  彈塑性壓入接觸力學(xué)  2.6　結(jié)論  2.7　備注  參考文獻(xiàn)3　MEMS薄膜材料的鼓脹測試  3.1  簡介  3.2　理論    3.2.1  單層膜片的基本定義    3.2.2　平面應(yīng)變條件下的多層膜片    3.2.3  化簡為無量綱形式    3.2.4  薄膜    3.2.5　基本步驟  3.3　載荷一撓度模型    3.3.1  簡介　    3.3.1.1　直接解　    3.3.1.2　變分分析法　    3.3.1.3　有限元分析    3.3.2　方形膜片  　  3.3.2.1  近似載荷一撓度公式　    3.3.2.2  方形薄膜    3.3.3　矩形膜片……4　MEMS材料的軸向拉伸測試5　MEMS的在片測試6　電容式壓力傳感器的可靠性7　慣性傳感器的可靠性8　高精度、高可靠MEMS加速度傳感器9　MEMS可變光衰減器的可靠性10　掃描MEMS諧振微鏡的可靠性參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1　MEMS材料力學(xué)性能評價(jià)及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)　　1.1　簡介　　MEMS器件的機(jī)械結(jié)構(gòu)由微、納米材料制備而成，其中薄膜材料的使用最為頻繁。評價(jià)這些材料的力學(xué)性能對MEMS器件實(shí)用化有著顯著的意義。薄膜材料電學(xué)性能的評價(jià)工作已能滿足半導(dǎo)體器件研究的需要。但是薄膜材料力學(xué)性能的評價(jià)工作還十分有限，只在內(nèi)應(yīng)力方面研究較多。以往需要用到薄膜力學(xué)性能時(shí)一般都采用對應(yīng)的體材料的參數(shù)，這樣一般也能滿足要求。然而隨著技術(shù)的發(fā)展，薄膜材料在越來越多的機(jī)械結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用，其力學(xué)和機(jī)電性能對MEMS器件的工作特性都會(huì)產(chǎn)生顯著影響。因此很有必要像測量半導(dǎo)體器件電學(xué)特性那樣精確測量薄膜的力學(xué)性能?！　”∧ちW(xué)性能的測量應(yīng)當(dāng)在微、納米器件的尺度下進(jìn)行。它和體材料的性能有著顯著差異，主要有以下原因：　　*尺寸效應(yīng)：隨著器件結(jié)構(gòu)尺寸的減小，表面積與體積比不斷增大。因此在MEMS器件中，表面效應(yīng)會(huì)更加明顯。例如，脆性材料硅的斷裂源于制備過程中產(chǎn)生的表面缺陷，因此表面粗糙度是影響其斷裂強(qiáng)度的主要因素。當(dāng)硅尺寸減小到微米尺度時(shí)，粗糙度的影響會(huì)更加突出?！　?薄膜材料：薄膜材料的組分、相和微結(jié)構(gòu)與體材料有很大差別，它的制備工藝如淀積、熱處理、注入和氧化也和體材料不同。例如，體“氮化硅”是多晶材料，常常通過摻雜來改善性能，而氮化硅薄膜是由化學(xué)氣相淀N（CVD）形成的非晶材料，很少進(jìn)行摻雜?！　?工藝：機(jī)械加工是體結(jié)構(gòu)最常用的加工方法，但相對微尺度而言，它的加工速度太快，所以很少用于微結(jié)構(gòu)加工。微加工實(shí)際上廣泛采用的是光刻和刻蝕工藝。另外體材料與薄膜材料的表面修整工藝也完全不同。　　……

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