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怎么測量MEMS器件結(jié)構(gòu)微觀力學(xué)參數(shù)?

發(fā)布時(shí)間:2020-12-22

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1. 什么是微觀力學(xué)

       在單個(gè)小于1毫米的設(shè)備(如閥門或電動(dòng)機(jī))中的微小電氣和機(jī)械組件的組合。盡管微機(jī)械的生產(chǎn)過程和應(yīng)用仍處于開發(fā)階段,但已經(jīng)開始努力開發(fā)尺寸減小了1000倍的機(jī)械,稱為微機(jī)械或微機(jī)械。納米技術(shù)與原子和分子尺度的設(shè)備有關(guān)??梢允褂脪呙杷淼里@微鏡構(gòu)造此類設(shè)備。單個(gè)原子已用作電子開關(guān),單個(gè)分子已用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。團(tuán)簇化學(xué)產(chǎn)生了小的球和管(請參閱富勒烯)包含10到1,000個(gè)原子,可能對(duì)形成納米細(xì)線和晶體管有用只能在幾個(gè)電子上運(yùn)行。第三種納米技術(shù)方法是從蛋白質(zhì),DNA或合成的有機(jī)分子中生長出這種裝置。納米技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室階段,但是在諸如計(jì)算機(jī),制藥和計(jì)量學(xué)等各種領(lǐng)域中都可以預(yù)見到實(shí)際應(yīng)用。例如,美國化學(xué)家喬治·懷特塞茲(George M. Whitesides)使用了稱為烷硫醇的碳?xì)浠衔锓肿?,這些分子自我組裝(即像活細(xì)胞一樣,在沒有人工干預(yù)的情況下將其排列成有序的,有功能的實(shí)體),從而在金表面形成有序的行。與使用常規(guī)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的相比,這種方法可以用于在集成電路上產(chǎn)生更細(xì)的線。

微觀力學(xué)

圖1  微觀力學(xué)

2. 怎么進(jìn)行微觀力學(xué)分析
       將微觀的機(jī)械功能單元與半導(dǎo)體電子器件直接集成到硅級(jí)的可能性,導(dǎo)致了多種不同的微機(jī)械傳感器和致動(dòng)器,并帶來了MEMS器件和微結(jié)構(gòu)的巨大成功。產(chǎn)品類型和使用領(lǐng)域的范圍非常廣范。

       各種設(shè)備類型包括用于汽車和航空航天應(yīng)用的壓力和慣性傳感器系統(tǒng),MEMS麥克風(fēng),用于便攜式電子設(shè)備的MEMS加速度傳感器和陀螺儀傳感器,用于光操縱的各種微鏡元件,用于自主系統(tǒng)的能量收集器以及用于極端應(yīng)用的微量天平材料數(shù)量少。蕞后,在醫(yī)學(xué)技術(shù)和諸如SAW之類的微聲元件中,有用于產(chǎn)生超聲波的pMUT和cMUT,它們越來越多地用作電子濾波器元件,但也被部署在片上實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中。

微觀力學(xué)測量原理.jpg

圖2  微觀力學(xué)測量原理

       可靠而精確的測量不僅是電測量技術(shù),而且是直接的機(jī)械功能,換句話說,蕞小的硅組件的運(yùn)動(dòng),對(duì)于開發(fā)此類MEMS組件決對(duì)至關(guān)重要。
       使用基于顯微鏡的單點(diǎn)或掃描振動(dòng)計(jì),您可以測量pm范圍內(nèi)的位移,并獲得1D或3D的傳遞函數(shù)和操作偏轉(zhuǎn)形狀,高頻帶寬和橫向分辨率為μm或亞微米/微米范圍。您還可以選擇使用特殊儀器捕獲微系統(tǒng)的地形。
3. 一個(gè)實(shí)例
       微型系統(tǒng)分析儀允許對(duì)平面外(OOP)和平面內(nèi)(IP)組件以pm路徑分辨率進(jìn)行真正的3D振動(dòng)測量。這是在MEMS懸臂上進(jìn)行的測試。

MEMS微觀力學(xué)3D振動(dòng)測量實(shí)例

圖3  MEMS微觀力學(xué)3D振動(dòng)測量實(shí)例

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