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激光干涉法可測量薄膜的壓電系數(shù)

日期:2025-05-27瀏覽:89次


激光干涉法可測量薄膜的壓電系數(shù)



對壓電薄膜進行表征和控制的兩種工具-激光干涉法

華測儀器激光測振儀與鐵電分析儀配合使用



華測儀器提供了兩種工具,能夠在產(chǎn)品開發(fā)和制造過程中對壓電薄膜進行表征和控制。

• 激光干涉法:用于測量d33并評估壓電MEMS的運動。

• e31表征:用于跟蹤薄膜的壓電系數(shù)。


今天我們先講一下激光干涉法:

? 有四個實用的壓電系數(shù):

l d33在平行電極之間施加電壓時,薄膜表面的垂直位移。

l d31在d33激活時,薄膜垂直膨脹時的橫向收縮。

l e33在d33激活時,薄膜頂部表面施加的垂直力。

l e31在d33激活時,薄膜施加的橫向力。

? 在薄膜上只能測量四個壓電系數(shù)中的兩個:

l d33這是一個較小的值,需要激光來分辨。

l d31無法用傳感器觀察到這種運動。

l e33可能可以用原子力顯微鏡(AFM)測量垂直力但難以保證準確性。

l e31薄膜產(chǎn)生的橫向力會使懸臂彎曲,其運動可以通過激光或光子傳感器觀察到。


物理限制

l 被測設備的物理尺寸限制了必須使用的傳感器類型。

l 光子傳感器的光斑直徑通常在 0.3mm 到 3mm 之間。

l 只有大型平面結構可以用光子傳感器測量。

l 光子傳感器價格低廉。

l 壓電MEMS中的運動結構通常太小,無法用光子傳感器觀察到。

l 激光的光斑尺寸可以小至 2 μm,因此可以分辨樣品的微小區(qū)域。

l 激光比光子傳感器更昂貴。


計量工具

光子傳感器適合測量精確的大面積平均薄膜系數(shù)。

激光多普勒測振儀(LDV)憑借其小光斑尺寸,適合原位測量生產(chǎn)中的壓電MEMS設備。

? 兩者的結合使用:

• 光子傳感器測量工藝監(jiān)控晶圓上的薄膜e31系數(shù)。

• 激光直接測量監(jiān)控晶圓上夾緊電容器的d33系數(shù)。

• 使用測量的e31和d33值預測制造中設備的性能。

• 激光直接測量壓電MEMS的運動,與模型值的偏差表明工藝問題。

一、激光干涉法

l 華測儀器激光測振儀與鐵電分析儀的配合使用。

l 鐵電分析儀和壓電MEMS測試儀使用 18 位 ADC,具有 76 µV/位的分辨率,單次測量的噪聲底限為 ~300µV。

l 通過 16 次平均可以達到單比特 ADC 分辨率。

l 結合激光測振儀,這些測試儀可以達到 0.2 ? (0.02nm)的 d?? 活塞運動分辨率。

l 測光測振儀最小光斑直徑為 2 μm。

對壓電薄膜進行表征和控制的兩種工具-激光干涉法


激光干涉法

l 測振儀測量460μm寬、580μm長的懸臂。

對壓電薄膜進行表征和控制的兩種工具-激光干涉法

壓電MEMS測量

l 懸臂頂端的雙蝴蝶環(huán),由 1Hz/20V的周邊平行板電容器驅(qū)動,32,000個點。

對壓電薄膜進行表征和控制的兩種工具-激光干涉法

蝴蝶運動

l 激光測振儀可以看到夾緊薄膜的活塞運動。

對壓電薄膜進行表征和控制的兩種工具-激光干涉法

d33與激光測振儀








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