, , 1, д. Ю. Обижаев2

Московский инженерно-физический институт (государственный университет),

1 Ангстрема»,

2МАТИ-РГТУ им.

ИЗМЕРЕНИЕ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ БАЛОЧНЫХ

СТРУКТУР МЕТОДАМИ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ

В докладе приводится принцип измерения модуля упругости нитридных балок с помощью зондового микроскопа и применение результатов измерения для проектирования МЭМС структур.

Механические свойства материалов, используемых в производстве микроструктур, отличаются от аналогичных свойств макроструктур. Поэтому в проектировании МЭМС структур немаловажную роль играют экспериментально измеренные механические характеристики их элементов.

В эксперименте использовались образцы нитридных балок и измерялся их модуль упругости на зондовой установке NTEGRA [1]. Размеры балок: ширина w = 10 мкм, длина L от 20 до 50 мкм, толщина 100 нм.

Модуль упругости балки определялся по формуле

,

где F – сила воздействия на балку, w,h,L – соответственно ширина, толщина и длина балки, c – прогиб.

Принцип измерения модуля упругости заключается в силовом воздействии кантилевера измерительной установки на определенную часть балки образца с целью прогиба балки. Подвод зонда кантилевера в заданную точку балки осуществлялся с точность до 300 нм при помощи оптического микроскопа. Воздействие на балку измерялось по отклонению лазерного луча, отраженного от кантилевера. По кривым подвода кантилевера к балке, отражающим закон Гука, определялся прогиб балки с учетом прогиба кантилевера (рис.1).

Для определения силы токовый сигнал, регистрирующий отклонение кантилевера, переводился из [нА] в [нН] с помощью данных о жесткости кантилевера и его отклонении в [нА] при подводе к твердому образцу (поликору).

Для определения жесткости кантилевера использовался метод Садера [2]:

[3],

где - плотность среды (воздуха), и- ширина и длина кантилевера, - добротность резонансного пика, - резонансная частота, - мнимая часть гидродинамической функции.

Структуры, подобные использованным в эксперименте, используются для создания микроэлектромеханических ключей. Данный эксперимент при проектировании дает возможность точного расчета основных параметров ключа, таких как напряжение переключения.

Еще одно из применений балочных элементов – сверхчувствительные сенсоры давления, при проектировании которых проведенный эксперимент является основным этапом нахождения необходимых параметров [4].

Результатом данной работы стала реализация эксперимента на СЗМ и получение данных, согласующихся с теорией. Успешно проведенное практическое исследование MEMS-структур подтверждает возможность применения СЗМ NTEGRA в экспериментах такого рода.

Список литературы

1. http://ru. *****/Products/SPL/product98.html

2. Sader J. E., J. Appl. Phys., 84,

3. http://www. ampc. ms. unimelb. edu. au/afm/theory. html

4. http://www. memsnet. org/material/siliconnitridesixnyfilm