多晶硅薄膜离面疲劳特性研究  

Study on the out-of-plane fatigue behavior of polysilicon membrane

作　　者：陈龙龙[1] 宋竞[1] 唐洁影[1] 

机构地区：[1]东南大学MEMS教育部重点实验室,南京210096

出　　处：《仪器仪表学报》2010年第4期800-805,共6页Chinese Journal of Scientific Instrument

基　　金：国家863计划(2007AA04Z320)资助项目

摘　　要：多晶硅薄膜材料为微电子机械系统（MEMS）器件最重要的材料之一，对其疲劳特性的研究是现阶段失效分析研究的热点和重点。利用表面加工的多晶硅矩形微悬臂梁结构对该问题展开实验研究。通过干法刻蚀在微悬臂梁根部制作纵向应力集中区，利用静电激励激励微悬臂梁进行离面振动，谐振频率检振方法跟踪微悬臂梁机械性能的变化。结果证明在10^10-10^11次循环振动载荷作用后，微悬臂梁结构刚度下降，谐振频率减小，频率最大绝对偏移量达到1．544kHz，相对偏移量达到结构本征频率的1．3％。这些结果首次验证了MEMS结构在离面振动方向上也存在显著疲劳现象。和已有文献相比，实验中结构所受应力幅度较其小2个数量级（约1～10MPa量级），而频率偏移量却高于其数十倍。这很可能是因为纵向干法刻蚀引入了较大的粗糙度，显著加速了多晶硅结构的晶界分离速度，因而也加速了疲劳。As a constituent material for microelectromechanical systems, microscale polysilicon membrane is reported to suffer from fatigue. Here the problem is studied in an out-of-plane way. Polysilicon membrane is surface-micromachined into a microcantilever at whose root a U-shaped notch is fabricated to induce stress concentration. The microcantilever is electrostatically loaded in the out-of-plane direction. The natural frequency shift of the microcantilever is used to monitor the fatigue behavior. It＇ s observed that the frequency shifts significantly after the loading. It is interesting that the shift is much greater and faster than reported, indicating a different manner of fatigue for polysilicon membrane under out-of-plane vibration with rough surface.

关 键 词：微电子机械系统 微悬臂梁 疲劳 离面 粗糙表面 

分 类 号：TN406[电子电信—微电子学与固体电子学]