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基于白光干涉技术的膜材料应变行为测试方法研究

刘君  
【摘要】:微机电系统(MEMS)的快速发展为力学的发展提供了良好的契机,并为其研究的进展提供了发展的机遇。由于MEMS在封装过程中所出现的力学问题主要是因为材料等残余应力引起的,因而对其应力应变的测试将是MEMS产品在封装过程中能否可靠和稳定的决定因素。因此本文通过对应变测试的研究,同时考虑尺度效应对微结构的影响,建立微结构测试的力学模型,为微结构的设计提供可靠的依据,从而加速MEMS技术和应用的发展,加快其市场化的进程,更好的为人类服务。具体的研究结果如下: 1、通过分析传统的白光垂直扫描算法(VSI)和相移干涉算法(PSI)的优缺点,并分析现有的白光垂直扫描和相移干涉相结合的算法的原理,提出了适用与本论文研究课题的算法(Stoilov算法),该算法可以对测试系统所固有的二阶、三阶非线性误差产生非常好的抑制作用,并且该算法还可以根据测试要求的需要任意地选取测试步径的相移值,提高测试的精度,同时该算法的可以达到百纳米的纵向分辨率。 2、对应变测试进行了数学建模,从理论上分析了应变测试的可行性,然后通过POLYTEC微系统分析仪对未加载电压的PZT薄膜和加载不同电压的PZT薄膜进行了测试,标定出了不同电压下的应变效果值。最后通过Linnik干涉仪对PZT薄膜进行测试,用本论文所提出的应变算法进行三维形貌的解算来验证本算法的精度,以此来说明本论文所提出的应变测试的可行性。通过Linnik干涉仪同时结合本论中提出的应变算法,可以实现对PZT薄膜应变分布的测试。弥补由于POLYTEC微系统分析仪对应变分布测试的局限性所带来的不便,从而为MEMS的设计加工提供实验依据和理论支持。 3、利用MATLAB软件对应变测量的界面进行设计编程,并通过MATLAB的界面编辑功能分别对算法操作界面进行了设计和分析,实现人机对话的友好功能。


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