基于諧振法的高溫環(huán)境下SiC微尺度楊氏模量測(cè)試.pdf

1、SiC材料是公認(rèn)的高溫半導(dǎo)體材料，在高溫MEMS器件領(lǐng)域得到了越來越多的重視和應(yīng)用。目前，針對(duì)其微尺度力學(xué)性能的研究已經(jīng)取得了一定程度的進(jìn)展，但仍未形成統(tǒng)一的力學(xué)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，更是缺乏對(duì)高溫環(huán)境下溫度特性的研究。本文基于諧振法測(cè)量的原理，建立了基于組合懸臂梁的理論模型，搭建了適用于不同溫度下的測(cè)試系統(tǒng)，獲得了不同溫度下微尺度 SiC薄膜楊氏模量的力學(xué)參數(shù)，研究了其高溫下的溫度特性。具體包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
　　1.基礎(chǔ)理論研究：推

2、導(dǎo)了微尺度薄膜材料楊氏模量的計(jì)算公式，分析了懸臂梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，研究了膜厚對(duì)組合懸臂梁尺寸設(shè)計(jì)的影響，并通過仿真分析確定了懸臂梁結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)。
　　2.測(cè)試系統(tǒng)搭建：關(guān)鍵在于高溫環(huán)境的實(shí)現(xiàn)、高溫環(huán)境下的激勵(lì)及其檢測(cè)。以MCH陶瓷加熱片作為加熱元件，K型熱電偶作為溫度傳感元件，并利用紅外測(cè)溫儀測(cè)量實(shí)際溫度，實(shí)現(xiàn)高溫實(shí)驗(yàn)環(huán)境；采用機(jī)械激振器實(shí)現(xiàn)懸臂梁結(jié)構(gòu)的激勵(lì)；利用Polytec激光測(cè)振儀對(duì)振動(dòng)頻率進(jìn)行檢測(cè)。
　　3.測(cè)試系

3、統(tǒng)驗(yàn)證：對(duì)單晶硅[100]晶向的楊氏模量進(jìn)行了測(cè)量。常溫下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為132.5GPa，與文獻(xiàn)值(129.5GPa)的誤差為2.3％，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。對(duì)其不同溫度下的楊氏模量值進(jìn)行了測(cè)量。
　　4.力學(xué)參數(shù)測(cè)試：對(duì)SiC薄膜楊氏模量的溫度特性進(jìn)行了研究。SiC樣片的膜厚分別為5.3μm和7.9μm，常溫下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別為322.9±29.1GPa和345.5±40.8GPa。獲得了微尺度SiC薄膜不同溫度下的楊氏模量值，實(shí)驗(yàn)結(jié)