微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力的测量结构制造技术

本发明专利技术公开了一种微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力的测量结构，包括衬底、n个十字梁，下拉电极、呈阶梯形的第一衬底接触电极、n个衬底接触电极和拉动电极；每个十字梁均由横梁和扭转支撑梁组成；扭转支撑梁通过锚区连接在衬底上；下拉电极、第一衬底接触电极、n个衬底接触电极和拉动电极连接在衬底顶面，且拉动电极位于n个十字梁一测的下方，下拉电极和第一衬底接触电极位于n个十字梁另一侧的下方，n个十字梁下方对应的第一衬底接触电极的长度呈阶梯变化，每个十字梁的下方对应设置一个衬底接触电极，且各衬底接触电极靠近第一衬底接触电极。该测量结构能够获取微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力，且测量结果准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微机械系统(文中简称MEMS)制造、性能及其可靠性测试的领域， 具体来说，涉及一种微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力的测量结构。
技术介绍
MEMS器件一般都含有可动结构，在工作中常存在两表面间的相互接触问题。由于 MEMS结构的尺寸为微米量级，所以比表面积很大，这使得表面作用力对器件的影响异常明显。目前，表面作用力引起的结构的粘附失效已成为MEMS器件的一个主要失效模式。为了消除粘附失效的隐患，必须在器件设计之初就加以关注。例如，对于MEMS常见的微梁结构而言，设计时必须了解不会发生粘附失效的接触长度范围，保证微梁接触运动时自身的回复力大于表面粘附力，以确保器件的可靠性使用。因此，方便且准确地测量接触粘附的临界接触长度和粘附力，获取表面接触的信息，可以为预防微梁的粘附失效，为优化MEMS结构设计提供必要的参考依据。目前，获取粘附表面接触信息的方法比较繁琐，有人利用原子力显微镜对两块材料的粘附力进行测量，也有利用白光干涉仪，观测梁的接触粘附情况，获取粘附力信息。现有的测量方法，操作要求高，仪器成本昂贵。因此，通过设计测量结构进行实测，直接获取与粘附相关的信息，显得更为方便和准确。
技术实现思路
技术问题本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力的测量结构，利用该测量结构能够获取微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力，且测量结果准确。技术方案为实现解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是一种微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力的测量结构，所述的测量结构包括衬底、η个具有相同尺寸和材料的十字梁，用于静电激励的下拉电极、呈阶梯形的第一衬底接触电极、η个衬底接触电极和促使粘附分离的拉动电极，η为大于等于2的整数；每个十字梁均由横梁和与横梁垂直交叉连接的扭转支撑梁组成，所有横梁相互平行，且处于悬空状态；扭转支撑梁通过锚区连接在衬底上，且所有扭转支撑梁位于同一直线上；下拉电极、 第一衬底接触电极、η个衬底接触电极和拉动电极连接在衬底顶面，且拉动电极位于η个十字梁一测的下方，下拉电极和第一衬底接触电极位于η个十字梁另一侧的下方,且第一衬底接触电极位于十字梁端部下方，η个十字梁下方对应的第一衬底接触电极的长度呈阶梯变化，每个十字梁的下方对应设置一个衬底接触电极，且各衬底接触电极靠近第一衬底接触电极。有益效果与现有技术相比，本专利技术的技术方案可以准确测量微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力。该测量结构包括衬底、η个具有相同尺寸和材料的十字梁，用于静电激励的下拉电极、呈阶梯形的第一衬底接触电极、η个衬底接触电极和促使粘附分离的拉动电极。第一衬底接触电极呈阶梯形状，使各横梁在不同静电载荷下能够形成不同的接触长度，接触长度可根据各衬底接触电极与第一衬底接触电极的接通情况加以判断。释放静电载荷后，不能够自动弹起的十字粱即发生接触粘附。由未发生粘附和已发生粘附的两个相邻的十字梁的接触长度，可以得到十字梁可能发生接触粘附的临界接触长度的信息。 测量结构通过扭转支撑梁的作用，能够形成如跷跷板般的起伏运动。对于已生粘附的梁，在拉动电极上施加电压就会使粘附端受到一个向上的提拉作用，从而促使 粘附分离。根据施加在拉动电极上的电压，则可推算得到粘附力。本专利技术提供的测量结构使整个测量过程中施加和检测的都是电学参量，由于接触和非接触的电阻相差很大，易于测量。因此，整个测试过程测量速度较快且对测量仪器的要求低，可以很方便的实现在线测试。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术省去十字梁后的结构示意图。图中有衬底I、第一^h字梁31、第二十字梁32、第三十字梁33、第四十字梁34、下拉电极6、拉动电极7、第二衬底接触电极81、第三衬底接触电极82、第四衬底接触电极83、 第五衬底接触电极84、第一衬底接触电极9、第一横梁21、第二横梁22、第三横梁23、第四横梁24、第一扭转支撑梁41、第二扭转支撑梁42、第三扭转支撑梁43、第四扭转支撑梁44、锚区 51-58。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细的说明。本专利技术的一种微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力的测量结构，包括衬底I、η个具有相同尺寸和材料的十字梁，用于静电激励的下拉电极6、呈阶梯形的第一衬底接触电极9、η个衬底接触电极和促使粘附分离的拉动电极7。其中，η为大于等于2的整数。 η优选为4一6。每个十字梁均由横梁和与横梁垂直交叉连接的扭转支撑梁组成。所有横梁相互平行，且处于悬空状态。扭转支撑梁通过锚区连接在衬底I上，且所有扭转支撑梁位于同一直线上。下拉电极6、第一衬底接触电极9、η个衬底接触电极和拉动电极7连接在衬底I顶面，且拉动电极7位于η个十字梁一测的下方。拉动电极7位于十字梁一侧末端的下方为佳。下拉电极6和第一衬底接触电极9位于η个十字梁另一侧的下方,且第一衬底接触电极9位于十字梁端部下方。η个十字梁下方对应的第一衬底接触电极9的长度呈阶梯变化。每个十字梁的下方对应设置一个衬底接触电极，且各衬底接触电极靠近第一衬底接触电极9。以η等于4为例，来说明该测量结构及其工作原理。如图1所示，该测量结构包括衬底I、由第一^h字梁31、第二十字梁32、第三十字梁33和第四十字梁34组成的四个十字梁、用于静电激励的下拉电极6、呈阶梯形状的第一衬底接触电极9、第二衬底接触电极81、 第三衬底接触电极82、第四衬底接触电极83、第五衬底接触电极84和促使粘附分离的拉动电极7。四个十字梁具有相同的尺寸和形状，且有相同材料制成。第一十字梁31由第一横梁21和与第一横梁21垂直交叉连接的第一扭转支撑梁41组成，第二十字梁32由第二横梁22和与第二横梁22垂直交叉连接的第二扭转支撑梁42组成，第三十字梁33由第三横梁23和与第三横梁23垂直交叉连接的第三扭转支撑梁43组成，第四十字梁34由第四横梁24和与第四横梁24垂直交叉连接的第四扭转支撑梁44组成。第一横梁21、第二横梁 22、第三横梁23和第四横梁24相互平行，且处于悬空状态。第一扭转支撑梁41、第二扭转支撑梁42、第三扭转支撑梁43和第四扭转支撑梁44分别通过锚区51-58连接在衬底I上， 且四个扭转支撑梁位于同一直线上。下拉电极6、第一衬底接触电极9、第二衬底接触电极 81、第三衬底接触电极82、第四衬底接触电极83、第五衬底接触电极84和拉动电极7连接在衬底I顶面。拉动电极7位于四个十字梁一测的下方。拉动电极7位于四个十字梁一侧末端的下方为佳，这样拉动电极7对四个十字梁施加的力最大。下拉电极6和第一衬底接触电极9位于四个十字梁另一侧的下方。第一衬底接触电极9位于十字梁端部下方，四个十字梁下方对应的衬底接触电极9的长度呈阶梯变化。第二衬底接触电极81位于第一^h 字梁31的下方，且靠近第一衬底接触电极9。第三衬底接触电极82位于第二十字梁32的下方，且靠近第一衬底接触电极9。第四衬底接触电极83位于第三十字梁33的下方，且靠近第一衬底接触电极9。第五衬底接触电极84位于第四十字梁34的下方，且靠近第一衬底接触电极9。 该测量结构中的衬底I用单晶硅制成。四个十字梁可以是掺杂的多晶硅或单晶硅梁，也可以是金属梁。下拉电极6、第一衬底接触电极9、第二衬底接触电极81、第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力的测量结构，其特征在于：所述的测量结构包括衬底（1）、n个具有相同尺寸和材料的十字梁，用于静电激励的下拉电极（6）、呈阶梯形的第一衬底接触电极（9）、n个衬底接触电极和促使粘附分离的拉动电极（7），n为大于等于2的整数；每个十字梁均由横梁和与横梁垂直交叉连接的扭转支撑梁组成，所有横梁相互平行，且处于悬空状态；扭转支撑梁通过锚区连接在衬底（1）上，且所有扭转支撑梁位于同一直线上；下拉电极（6）、第一衬底接触电极（9）、n个衬底接触电极和拉动电极（7）连接在衬底（1）顶面，且拉动电极（7）位于n个十字梁一测的下方，下拉电极（6）和第一衬底接触电极（9）位于n个十字梁另一侧的下方，且第一衬底接触电极（9）位于十字梁端部下方，n个十字梁下方对应的第一衬底接触电极（9）的长度呈阶梯变化，每个十字梁的下方对应设置一个衬底接触电极，且各衬底接触电极靠近第一衬底接触电极（9）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐洁影，蒋明霞，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：