對(duì)壓(yā)電薄膜(mó)進(jìn)行(háng)表征和控製的兩(liǎng)種(zhǒng)工具-激光幹涉法

華測儀器激光測振儀與鐵電(diàn)分析儀配合使用

華(huá)測(cè)儀器提供了(liǎo)兩種工具(jù)，能夠(gòu)在(zài)產品開(kāi)發(fā)和製(zhì)造(zào)過程中對壓電薄(báo)膜(mó)進行表(biǎo)征(zhēng)和(hé)控(kòng)製。

• 激(jī)光(guāng)幹涉法：用於(yú)測量(liáng)d33並評估(gū)壓(yā)電MEMS的運動。

• e31表征：用(yòng)於跟(gēn)蹤薄膜的(dí)壓電(diàn)係數。

今天(tiān)我們(mén)先講一下激光幹涉(shè)法：

» 有四(sì)個(gè)實(shí)用的壓(yā)電係(xì)數:

l d33在平行電(diàn)極之間(jiān)施加電壓時，薄膜表麵的(dí)垂(chuí)直(zhí)位(wèi)移。

l d31在(zài)d33激活時，薄(báo)膜垂(chuí)直膨(péng)脹時的橫向收縮。

l e33在(zài)d33激活時(shí)，薄(báo)膜頂部(bù)表麵施加的垂直(zhí)力。

l e31在d33激活時(shí)，薄膜(mó)施(shī)加的橫向力。

» 在薄(báo)膜(mó)上(shàng)隻能(néng)測(cè)量(liáng)四個壓(yā)電(diàn)係數中(zhōng)的兩個(gè)：

l d33這是(shì)一個(gè)較小(xiǎo)的(dí)值，需(xū)要(yào)激光來(lái)分辨(biàn)。

l d31無法(fǎ)用(yòng)傳感器觀(guān)察到(dào)這(zhè)種運(yùn)動(dòng)。

l e33可(kě)能可(kě)以用(yòng)原子(zǐ)力顯微(wēi)鏡（AFM）測(cè)量(liáng)垂直(zhí)力但難以(yǐ)保證準確(què)性。

l e31薄(báo)膜(mó)產(chǎn)生(shēng)的橫(héng)向(xiàng)力(lì)會使懸臂彎曲(qū)，其運動可以(yǐ)通過激光或(huò)光(guāng)子(zǐ)傳(chuán)感(gǎn)器觀察(chá)到。

物理(lǐ)限(xiàn)製

l 被測設(shè)備的(dí)物(wù)理(lǐ)尺寸限製了必須(xū)使用(yòng)的(dí)傳感器(qì)類型(xíng)。

l 光子(zǐ)傳感器的(dí)光斑(bān)直徑(jìng)通常在(zài) 0.3mm 到 3mm 之間(jiān)。

l 隻(zhī)有(yǒu)大型(xíng)平(píng)麵(miàn)結(jié)構可以用光子傳感器(qì)測量。

l 光子傳感器價格低廉(lián)。

l 壓(yā)電MEMS中的運(yùn)動結(jié)構(gòu)通常(cháng)太小，無法用(yòng)光(guāng)子傳感器觀察(chá)到。

l 激光的光斑(bān)尺(chǐ)寸可(kě)以小至(zhì) 2 μm，因(yīn)此可以分辨樣品(pǐn)的(dí)微(wēi)小區(qū)域。

l 激(jī)光比光子傳感器(qì)更昂貴(guì)。

計量工具

光(guāng)子傳感器(qì)適合測(cè)量(liáng)精(jīng)確(què)的大麵積平均薄膜係(xì)數(shù)。

激光多普勒測振(zhèn)儀（LDV）憑(píng)借其(qí)小光斑(bān)尺寸(cùn)，適合原位測量生產中的壓(yā)電(diàn)MEMS設備。

» 兩者(zhě)的結合使用:

• 光(guāng)子傳感(gǎn)器(qì)測量(liáng)工(gōng)藝監控晶圓(yuán)上(shàng)的薄膜e31係數(shù)。

• 激光直接(jiē)測量監控晶圓上夾緊電容(róng)器的(dí)d33係數。

• 使用測(cè)量的(dí)e31和d33值(zhí)預測製(zhì)造(zào)中設(shè)備(bèi)的性能。

• 激光(guāng)直接(jiē)測量壓電(diàn)MEMS的(dí)運(yùn)動(dòng)，與模(mó)型值(zhí)的偏差表明工(gōng)藝問(wèn)題。

一，激光(guāng)幹涉法

l 華(huá)測儀(yí)器激光(guāng)測振(zhèn)儀與鐵電分(fēn)析(xī)儀(yí)的(dí)配合(hé)使用。

l 鐵(tiě)電分(fēn)析(xī)儀和壓(yā)電MEMS測試儀使(shǐ)用(yòng) 18 位(wèi) ADC，具(jù)有 76 µV/位的(dí)分辨率(shuài)，單(dān)次測(cè)量的(dí)噪聲底限(xiàn)為(wéi) ~300µV。

l 通(tōng)過 16 次(cì)平均(jūn)可(kě)以(yǐ)達(dá)到單比(bǐ)特 ADC 分辨率。

l 結合激(jī)光測振儀(yí)，這些測試(shì)儀可以達到(dào) 0.2 Å （0.02nm）的 d₃₃ 活(huó)塞運(yùn)動(dòng)分辨率(shuài)。

l 測(cè)光測(cè)振儀(yí)最小(xiǎo)光斑直徑為 2 μm。

激光幹(gān)涉(shè)法

l 測振(zhèn)儀測量460μm寬(kuān)，580μm長的(dí)懸臂(bì)。

壓電MEMS測量

l 懸臂(bì)頂端的雙蝴(hú)蝶(dié)環(huán)，由(yóu) 1Hz/20V的周邊(biān)平(píng)行板電容器驅(qū)動(dòng)，32,000個(gè)點(diǎn)。

蝴(hú)蝶(dié)運動

l 激光測振儀(yí)可以看到夾緊薄膜的(dí)活塞運動(dòng)。

d33與激光(guāng)測振儀