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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蘇柄誠
研究生(外文):Bing-Cheng Su
論文名稱:以微測試件之固有頻率反算卜松比
論文名稱(外文):Extracting the Poisson’s Ratio from the Natural Frequencies of Micro Test-key
指導教授:胡毓忠胡毓忠引用關係
指導教授(外文):Yuh-Chung Hu
學位類別:碩士
校院名稱:華梵大學
系所名稱:機電工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:57
中文關鍵詞:卜松比微結構
外文關鍵詞:Poisson’s ratiomicro test
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本論文提出一微十字形結構,用於量測薄膜材料之卜松比。微機電系統製造技術裡,面型微細加工指在基材上進行薄膜的沉積、成長與蝕刻。由於薄膜與塊材的機械性質通常有很大的不同,對製作微結構與微元件而言,能清楚了解並精確掌握材料的機械性質參數,有助於預期其效能,並且提高產品的可靠度和良率。相較於楊氏模數(Young’s modulus),研究量測薄膜材料卜松比(Poisson’s ratio)的文獻相當少。本研究從基本材料力學與振動學出發,設計一個十字形微結構,作為量測薄膜材料卜松比的測試元件,利用激發微結構產生共振,經由量測其彎曲與扭轉共振頻率,可推算得到材料的卜松比,並結合測試元件,建構一套量測流程,期能提供在微機電製程中,量測薄膜材料卜松比的一種可行方法。此創新微結構設計的最大優點在於將兩種共振模態去耦合,易於快速量測共振頻率,達到非破壞量測的目的,因此適用於大量生產時線上即時偵測。
This thesis proposes a crisscross-shaped micro test structure to examine the Poisson’s ratio of thin film materials. In the fabrication processes of micro devices, it has gone through thin film deposition, lithography, etching, and releasing in turn. As a result of thin film material properties usually differ from bulk material. It will be helpful to ensure the efficiency and reliability of devices and the production yield if one can monitor the thin film material properties in-situ. To study Poisson’s ratio of thin film materials scientific literatures are more less to Young’s modulus. This research starts with basic mechanic of materials and vibration analysis, to design a crisscross-shaped micro test structure for testing the Poisson’s ratio of thin film materials. Through exciting the crisscross-shaped micro structure at its first bending and twisting modes, one can figure out the Poisson’s ratio by the ratio of the first bending resonant frequency to the first twisting resonant frequency. This research develops an algorithm and testing method for examine the Poisson’s ratio, which is non-destructive and can be implemented to in-situ wafer-level testing for MEMS fabrication process.
誌謝 I
摘要 III
Abstract IV
目錄 IV
表錄 IX
圖錄 X
符號說明 XIII
第1章. 緒論 1
1.1. 前言 1
1.2. 研究動機 3
1.3. 文獻回顧 6
1.4. 論文架構 12
第2章. 結構設計 13
2.1. 設計概念 13
2.1.1. 基本假設 13
2.1.2. 結構設計考量 13
2.2. 機械行為理論分析 16
2.2.1. 扭轉共振模態 17
2.2.2. 彎曲共振模態 18
2.2.3. 卜松比反算 20
第3章. 結構模擬分析 22
3.1. 模擬軟體 22
3.2. 分析流程 23
3.3. 建構模型 24
3.4. 模擬分析 26
3.5. 分析結果反算卜松比 29
第4章. 測試結構之製程 35
4.1. 製程流程 35
4.2. 製程結果與討論 43
第5章. 測試結果之量測 46
5.1. 量測設備 46
5.2. 量測架構 48
5.3. 量測結果 49
第6章. 討論與未來展望 52
6.1. 結論 52
6.2. 未來展望 53
參考文獻 55
作者簡介 57
[1]丁志華、管正平、黃新言、戴寶通,奈米通訊第九卷第三期”奈米壓痕量測系統簡介”國家奈米元件實驗室。
[2]“微機電系統技術與應用”行政院國家科學委員會精密儀器發展中心出版。
[3] J. M. Gere, S. P. Timoshenko, Mechanics of materials, Fourth Edition, PWS Publishing Company, (1997).
[4]J. H. Kim, S. C. Yeon, Y. K. Jeon, J. G. Kim and Y. H. Kim, "Nano-indentation method for the measurement of the Poisson’s ratio of MEMS thin films," Sensors and Actuators A, vol.108, pp.20-27,2003
[5]N. Takahiro, I. Shozo, A. Daisuke and K. Keiji, "Direct measurement technique of strain in XRD tensile test for evaluating Poisson’s ratio of micro-thick TiN films," Proc. of 17th IEEE Int. Conf. on MEMS 2004, Maastricht, The Netherlands, January 25-29, 2004, pp.157-160.
[6]P. M. Osterberg and S. D. Senturia, "M-test: A test chip for MEMS material property measurement using electrostatically actuated test structures," Journal of Microelectromechanical Systems, vol.6, No. 2, pp.107-118, 1997.
[7]W. Fang and H. C. Tsai, "Determining the Poisson’s ratio of thin film materials using resonant method," Sensors and Actuators A, vol. 103, pp.377-383, 2003.
[8]呂志展”利用共振法量測薄膜卜松比之新型微結構”,台灣大學應用力學研究所碩士論文。
[9]R. D. Blevins, Formulas for natural frequency and mode shape, Robert E. Krieger Publishing Company, (1986).
[10]S. P. Timoshenko, J. N. Goodier, Theory of elasticity, 3rd ed., Central Book co., (1986).
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