The present invention discloses a test structure and measurement method of a MEMS microbeam stress gradient based on a multi beam alignment structure, including a substrate, three rectangular anchors, eight cantilever beams and four reference beams fixed on the substrate. The three rectangular anchors are arranged in parallel from left to right in parallel and fixed on the upper surface of the substrate; the eight cantilever beams and four reference beams of the same length are divided into four completely identical groups, each of which consists of two parallel measured cantilever beams and a reference beam, and the whole structure is about the center and horizontal. The axis is completely symmetrical. When the cantilever beam is bending upward or downward because of the stress gradient, the bending degree of the cantilever beam can be determined by observing and comparing the distance between the 22 beams, and the stress gradient information can be obtained by microscopic observation and comparison. Multiple comparisons of multiple beams make the measurement results more accurate and reliable. This test method reduces the requirements for observation equipment, and is intuitive and convenient.
【技术实现步骤摘要】
一种基于多梁比对结构的MEMS微梁应力梯度的测试结构和测量方法
本专利技术涉及微机电系统(文中简称MEMS)中,通过MEMS微机械加工技术制造的MEMS悬臂结构中应力梯度测试的
具体来说,涉及一种基于多梁比对结构的MEMS微梁应力梯度的测试结构和测量方法。
技术介绍
MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)结构中的应力主要来源于热应力、内应力和外应力。各薄膜层因热膨胀系数的差异导致应力的产生为热应力;晶格失配、杂质原子、晶界弛豫等微观结构的变化所产生的应力为内应力(也称本征应力);当材料表面不是很致密,环境中一些极性分子会吸附在空隙上,吸附的极性分子之间的互作用产生的应力为外应力。因此,在MEMS工艺过程中,不可避免地会产生残余应力,当沿材料厚度方向应力分布非均匀即存在应力梯度时,悬臂梁结构或双端固定的固支梁结构,在结构被释放后(腐蚀掉梁下层的支撑牺牲层,使梁悬置),会出现离面弯曲或屈曲,直接影响着器件的性能。因此,重视MEMS结构中应力梯度的测试和分析并反馈之设计中,以保证设计和制造的MEMS器件具备良好的性能指标,是非常必要的。关于应力梯度的测试,最常见的方法是借助于精密的光学设备,利用光学干涉技术而获知梁因应力梯度造成的弯曲变形。但是,通过测试结构的专门设计,往往可以降低对测试设备的要求,且便于直接从测量信号中读取材料特性的参数。本专利技术提出一种基于多梁比对结构的MEMS微梁应力梯度的测试结构和测量方法,通过显微观测和比对各被测悬臂梁两两间的间距变化,完成对被测悬臂梁弯曲情况的检测。本测试方法只需借助一般光 ...
【技术保护点】
一种基于多梁比对结构的MEMS微梁应力梯度的测试结构,其特征在于:包括衬底、三条矩形锚区、八根被测悬臂梁和四根参考梁;所述三条矩形锚区从左至右相互平行的依次排列,形成最左边矩形锚区、最右边矩形锚区、中间矩形锚区,并固定在衬底的上表面上;所述八根被测悬臂梁和四根参考梁的长度和形状相同,被分为完全相同的四组梁,每组梁由平行放置的两根被测悬臂梁和一根参考梁组成,参考梁位于两根被测悬臂梁的正中间,并且参考梁固定连接在衬底表面上;所述四组梁的第一组梁固定在最左边矩形锚区的右侧面上,第二组梁和第三组梁分别固定在中间矩形锚区的左、右两侧面上,第四组梁固定在最右边矩形锚区的左侧面上;所述整个测试结构关于中心纵横轴完全对称。
【技术特征摘要】
1.一种基于多梁比对结构的MEMS微梁应力梯度的测试结构,其特征在于:包括衬底、三条矩形锚区、八根被测悬臂梁和四根参考梁;所述三条矩形锚区从左至右相互平行的依次排列,形成最左边矩形锚区、最右边矩形锚区、中间矩形锚区,并固定在衬底的上表面上;所述八根被测悬臂梁和四根参考梁的长度和形状相同,被分为完全相同的四组梁,每组梁由平行放置的两根被测悬臂梁和一根参考梁组成,参考梁位于两根被测悬臂梁的正中间,并且参考梁固定连接在衬底表面上;所述四组梁的第一组梁固定在最左边矩形锚区的右侧面上,第二组梁和第三组梁分别固定在中间矩形锚区的左、右两侧面上,第四组梁固定在最右边矩形锚区的左侧面上;所述整个测试结构关于中心纵横轴完全对称。2.根据权利要求1所述一种基于多梁比对结构...
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