本發明專利技術公開了一種微懸臂梁接觸粘附的臨界接觸長度和粘附力的測量結構，包括襯底、n個十字梁，下拉電極、呈階梯形的第一襯底接觸電極、n個襯底接觸電極和拉動電極；每個十字梁均由橫梁和扭轉支撐梁組成；扭轉支撐梁通過錨區連接在襯底上；下拉電極、第一襯底接觸電極、n個襯底接觸電極和拉動電極連接在襯底頂面，且拉動電極位于n個十字梁一測的下方，下拉電極和第一襯底接觸電極位于n個十字梁另一側的下方，n個十字梁下方對應的第一襯底接觸電極的長度呈階梯變化，每個十字梁的下方對應設置一個襯底接觸電極，且各襯底接觸電極靠近第一襯底接觸電極。該測量結構能夠獲取微懸臂梁接觸粘附的臨界接觸長度和粘附力，且測量結果準確。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種微機械系統(文中簡稱MEMS)制造、性能及其可靠性測試的領域， 具體來說，涉及一種微懸臂梁接觸粘附的臨界接觸長度和粘附力的測量結構。
技術介紹
MEMS器件一般都含有可動結構，在工作中常存在兩表面間的相互接觸問題。由于 MEMS結構的尺寸為微米量級，所以比表面積很大，這使得表面作用力對器件的影響異常明顯。目前，表面作用力引起的結構的粘附失效已成為MEMS器件的一個主要失效模式。為了消除粘附失效的隱患，必須在器件設計之初就加以關注。例如，對于MEMS常見的微梁結構而言，設計時必須了解不會發生粘附失效的接觸長度范圍，保證微梁接觸運動時自身的回復力大于表面粘附力，以確保器件的可靠性使用。因此，方便且準確地測量接觸粘附的臨界接觸長度和粘附力，獲取表面接觸的信息，可以為預防微梁的粘附失效，為優化MEMS結構設計提供必要的參考依據。目前，獲取粘附表面接觸信息的方法比較繁瑣，有人利用原子力顯微鏡對兩塊材料的粘附力進行測量，也有利用白光干涉儀，觀測梁的接觸粘附情況，獲取粘附力信息?，F有的測量方法，操作要求高，儀器成本昂貴。因此，通過設計測量結構進行實測，直接獲取與粘附相關的信息，顯得更為方便和準確。
技術實現思路
技術問題本專利技術所要解決的技術問題是，提供一種微懸臂梁接觸粘附的臨界接觸長度和粘附力的測量結構，利用該測量結構能夠獲取微懸臂梁接觸粘附的臨界接觸長度和粘附力，且測量結果準確。技術方案為實現解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是一種微懸臂梁接觸粘附的臨界接觸長度和粘附力的測量結構，所述的測量結構包括襯底、η個具有相同尺寸和材料的十字梁，用于靜電激勵的下拉電極、呈階梯形的第一襯底接觸電極、η個襯底接觸電極和促使粘附分離的拉動電極，η為大于等于2的整數；每個十字梁均由橫梁和與橫梁垂直交叉連接的扭轉支撐梁組成，所有橫梁相互平行，且處于懸空狀態；扭轉支撐梁通過錨區連接在襯底上，且所有扭轉支撐梁位于同一直線上；下拉電極、 第一襯底接觸電極、η個襯底接觸電極和拉動電極連接在襯底頂面，且拉動電極位于η個十字梁一測的下方，下拉電極和第一襯底接觸電極位于η個十字梁另一側的下方,且第一襯底接觸電極位于十字梁端部下方，η個十字梁下方對應的第一襯底接觸電極的長度呈階梯變化，每個十字梁的下方對應設置一個襯底接觸電極，且各襯底接觸電極靠近第一襯底接觸電極。有益效果與現有技術相比，本專利技術的技術方案可以準確測量微懸臂梁接觸粘附的臨界接觸長度和粘附力。該測量結構包括襯底、η個具有相同尺寸和材料的十字梁，用于靜電激勵的下拉電極、呈階梯形的第一襯底接觸電極、η個襯底接觸電極和促使粘附分離的拉動電極。第一襯底接觸電極呈階梯形狀，使各橫梁在不同靜電載荷下能夠形成不同的接觸長度，接觸長度可根據各襯底接觸電極與第一襯底接觸電極的接通情況加以判斷。釋放靜電載荷后，不能夠自動彈起的十字粱即發生接觸粘附。由未發生粘附和已發生粘附的兩個相鄰的十字梁的接觸長度，可以得到十字梁可能發生接觸粘附的臨界接觸長度的信息。 測量結構通過扭轉支撐梁的作用，能夠形成如蹺蹺板般的起伏運動。對于已生粘附的梁，在拉動電極上施加電壓就會使粘附端受到一個向上的提拉作用，從而促使 粘附分離。根據施加在拉動電極上的電壓，則可推算得到粘附力。本專利技術提供的測量結構使整個測量過程中施加和檢測的都是電學參量，由于接觸和非接觸的電阻相差很大，易于測量。因此，整個測試過程測量速度較快且對測量儀器的要求低，可以很方便的實現在線測試。附圖說明圖1是本專利技術的結構示意圖。圖2是本專利技術省去十字梁后的結構示意圖。圖中有襯底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、下拉電極6、拉動電極7、第二襯底接觸電極81、第三襯底接觸電極82、第四襯底接觸電極83、 第五襯底接觸電極84、第一襯底接觸電極9、第一橫梁21、第二橫梁22、第三橫梁23、第四橫梁24、第一扭轉支撐梁41、第二扭轉支撐梁42、第三扭轉支撐梁43、第四扭轉支撐梁44、錨區 51-58。具體實施方式下面結合附圖，對本專利技術的技術方案進行詳細的說明。本專利技術的一種微懸臂梁接觸粘附的臨界接觸長度和粘附力的測量結構，包括襯底I、η個具有相同尺寸和材料的十字梁，用于靜電激勵的下拉電極6、呈階梯形的第一襯底接觸電極9、η個襯底接觸電極和促使粘附分離的拉動電極7。其中，η為大于等于2的整數。 η優選為4一6。每個十字梁均由橫梁和與橫梁垂直交叉連接的扭轉支撐梁組成。所有橫梁相互平行，且處于懸空狀態。扭轉支撐梁通過錨區連接在襯底I上，且所有扭轉支撐梁位于同一直線上。下拉電極6、第一襯底接觸電極9、η個襯底接觸電極和拉動電極7連接在襯底I頂面，且拉動電極7位于η個十字梁一測的下方。拉動電極7位于十字梁一側末端的下方為佳。下拉電極6和第一襯底接觸電極9位于η個十字梁另一側的下方,且第一襯底接觸電極9位于十字梁端部下方。η個十字梁下方對應的第一襯底接觸電極9的長度呈階梯變化。每個十字梁的下方對應設置一個襯底接觸電極，且各襯底接觸電極靠近第一襯底接觸電極9。以η等于4為例，來說明該測量結構及其工作原理。如圖1所示，該測量結構包括襯底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組成的四個十字梁、用于靜電激勵的下拉電極6、呈階梯形狀的第一襯底接觸電極9、第二襯底接觸電極81、 第三襯底接觸電極82、第四襯底接觸電極83、第五襯底接觸電極84和促使粘附分離的拉動電極7。四個十字梁具有相同的尺寸和形狀，且有相同材料制成。第一十字梁31由第一橫梁21和與第一橫梁21垂直交叉連接的第一扭轉支撐梁41組成，第二十字梁32由第二橫梁22和與第二橫梁22垂直交叉連接的第二扭轉支撐梁42組成，第三十字梁33由第三橫梁23和與第三橫梁23垂直交叉連接的第三扭轉支撐梁43組成，第四十字梁34由第四橫梁24和與第四橫梁24垂直交叉連接的第四扭轉支撐梁44組成。第一橫梁21、第二橫梁 22、第三橫梁23和第四橫梁24相互平行，且處于懸空狀態。第一扭轉支撐梁41、第二扭轉支撐梁42、第三扭轉支撐梁43和第四扭轉支撐梁44分別通過錨區51-58連接在襯底I上， 且四個扭轉支撐梁位于同一直線上。下拉電極6、第一襯底接觸電極9、第二襯底接觸電極 81、第三襯底接觸電極82、第四襯底接觸電極83、第五襯底接觸電極84和拉動電極7連接在襯底I頂面。拉動電極7位于四個十字梁一測的下方。拉動電極7位于四個十字梁一側末端的下方為佳，這樣拉動電極7對四個十字梁施加的力最大。下拉電極6和第一襯底接觸電極9位于四個十字梁另一側的下方。第一襯底接觸電極9位于十字梁端部下方，四個十字梁下方對應的襯底接觸電極9的長度呈階梯變化。第二襯底接觸電極81位于第一^h 字梁31的下方，且靠近第一襯底接觸電極9。第三襯底接觸電極82位于第二十字梁32的下方，且靠近第一襯底接觸電極9。第四襯底接觸電極83位于第三十字梁33的下方，且靠近第一襯底接觸電極9。第五襯底接觸電極84位于第四十字梁34的下方，且靠近第一襯底接觸電極9。 該測量結構中的襯底I用單晶硅制成。四個十字梁可以是摻雜的多晶硅或單晶硅梁，也可以是金屬梁。下拉電極6、第一襯底接觸電極9、第二襯底接觸電極81、第三本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種微懸臂梁接觸粘附的臨界接觸長度和粘附力的測量結構，其特征在于：所述的測量結構包括襯底（1）、n個具有相同尺寸和材料的十字梁，用于靜電激勵的下拉電極（6）、呈階梯形的第一襯底接觸電極（9）、n個襯底接觸電極和促使粘附分離的拉動電極（7），n為大于等于2的整數；每個十字梁均由橫梁和與橫梁垂直交叉連接的扭轉支撐梁組成，所有橫梁相互平行，且處于懸空狀態；扭轉支撐梁通過錨區連接在襯底（1）上，且所有扭轉支撐梁位于同一直線上；下拉電極（6）、第一襯底接觸電極（9）、n個襯底接觸電極和拉動電極（7）連接在襯底（1）頂面，且拉動電極（7）位于n個十字梁一測的下方，下拉電極（6）和第一襯底接觸電極（9）位于n個十字梁另一側的下方，且第一襯底接觸電極（9）位于十字梁端部下方，n個十字梁下方對應的第一襯底接觸電極（9）的長度呈階梯變化，每個十字梁的下方對應設置一個襯底接觸電極，且各襯底接觸電極靠近第一襯底接觸電極（9）。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：唐潔影，蔣明霞，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：
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