MEMS多晶硅薄膜電阻輻射效應(yīng)的研究.pdf

1、微電子機械系統(tǒng)（MEMS，Micro-electro-mechanical-system）技術(shù)是由集成電路技術(shù)延伸和發(fā)展而來，利用原先在集成電路工業(yè)上發(fā)展的技術(shù)和工藝，在硅（單晶硅襯底或多晶硅薄膜）和其他多種材料的基礎(chǔ)上制造出微型的傳感器、執(zhí)行器等微結(jié)構(gòu)。MEMS技術(shù)應(yīng)用廣泛，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于成熟的消費電子領(lǐng)域、航空航天以及軍工等領(lǐng)域。MEMS器件具有小型化、微電子集成、高精度制造和高可靠性等特點，符合現(xiàn)代航空航天技術(shù)發(fā)展的方向，在微衛(wèi)

2、星等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，通常這類微型航天器的防輻射保護層非常有限，工作的器件會接觸到大量太空輻射環(huán)境的影響。目前為止，關(guān)于MEMS輻射可靠性方面的研究還比較少，主要研究結(jié)果顯示多種MEMS器件在輻照環(huán)境下出現(xiàn)性能損失甚至失效。多晶硅材料作為表面加工MEMS器件中常使用的結(jié)構(gòu)材料，已經(jīng)廣泛用于各類MEMS器件中并會逐漸在航天航空領(lǐng)域得到應(yīng)用，作為對可靠性要求達(dá)到極致的領(lǐng)域，多晶硅輻照可靠性的研究具有重要意義。
　　本文首先簡要介紹了

3、MEMS的概念以及MEMS可靠性研究的基本方法。綜述了宇航應(yīng)用對MEMS的需求，以及已經(jīng)在航空航天領(lǐng)域使用的MEMS器件;隨后綜述了MEMS器件輻射效應(yīng)的研究現(xiàn)狀，介紹了基本的MEMS輻照損傷的機制和失效原理。在此基礎(chǔ)上引出本文的主要研究內(nèi)容:即多晶硅薄膜的輻照可靠性研究，并重點研究其電阻特性。
　　接著，文中介紹了多晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)和電學(xué)模型。從載流子陷阱模型和雜質(zhì)分凝模型晶粒間界對多晶硅導(dǎo)電特性的影響，從載流子在晶粒間界處的輸運

4、過程分析，運用載流子擴散-漂移、熱電子發(fā)射、隧道穿透效應(yīng)這幾種主要的機制描述多晶硅電導(dǎo)模型。最后結(jié)合具體實驗樣品給出其電阻的計算步驟。
　　然后，本文制定了探究多晶硅薄膜電阻輻射效應(yīng)的實驗方案，主要包括實驗樣品的設(shè)計與加工工藝步驟，通過了解空間輻照環(huán)境制定相應(yīng)的輻照實驗方案。接著介紹了高精度多晶硅梁四線法電阻測試方法以及晶粒間界微觀結(jié)構(gòu)的表征方法。合理的實驗方案是獲得準(zhǔn)確可靠的實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象的基礎(chǔ)。
　　實驗完成后，分析處理

5、實驗數(shù)據(jù)，得出多晶硅薄膜電阻隨輻照劑量的變化規(guī)律，討論了多晶硅電阻輻照效應(yīng)理論。結(jié)合實驗數(shù)據(jù)和多晶硅晶粒間界TEM圖像，發(fā)展第二章中重?fù)诫s多晶硅晶粒間界電阻模型，提出一種新的晶粒間界的能帶結(jié)構(gòu)，可以定性并初步定量得出晶粒間界電阻在輻照下電阻減小，而晶粒內(nèi)電阻率隨輻照劑量增大而增大。
　　本文對表面微加工MEMS多晶硅薄膜電阻輻射效應(yīng)從理論和實驗方面進行了相應(yīng)的研究，對于進一步的航天領(lǐng)域中多晶硅MEMS器件的可靠性研究有一定的參考價