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多晶硅微机电系统微观结构主导特性的不确定性量化

DOI：10.3390/mi8080248 期刊：Micromachines 出版年份：2017 更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要： 本文研究了多晶硅薄膜微观结构随机效应对微机电系统（MEMS）整体响应的影响。我们专门设计了一种芯片内测试装置，在符合生产工艺的前提下，使其对微观结构特性波动的灵敏度最大化；作为附带效果，该装置对蚀刻工艺相关几何缺陷的灵敏度也得到了增强。通过建立该装置的降阶机电耦合模型，并最终采用基于遗传算法的参数识别流程，对控制微观结构和几何不确定性的参数进行了校准。除因离散性而与样本相关的初始几何缺陷外，该流程成功确定了多晶硅有效杨氏模量的平均值约为140 GPa，以及相对于目标几何布局的过蚀刻深度O = -0.09 μm。研究证明该方法能够评估所研究的随机效应如何与标准工作条件下器件输入-输出传递函数测量值的离散性相关联。随着MEMS大规模生产推动的持续微型化趋势，本研究可为应对此类离散性预期的增长提供参考依据。
作者： Ramin Mirzazadeh，Stefano Mariani
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究多晶硅薄膜微观结构的随机效应对微机电系统（MEMS）整体响应的影响，并制定一种评估这些效应如何与标准工作条件下器件输入-输出传递函数测量散射相关联的流程。

研究成果

该研究成功确定了有效多晶硅杨氏模量的平均值和过蚀刻深度，证明了该方法评估与输入-输出传递函数测量散射相关的随机效应的能力。未来工作将聚焦于全阶耦合机电有限元分析和蒙特卡罗程序，以进一步提高精度。

研究不足

该研究的局限性在于测试样本数量较少，以及系统响应所受的机电耦合物理机制较为复杂。此外，未考虑锚固顺应性可能会影响模型的准确性。

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