[发明专利]一种基于谐振特性的多晶硅薄膜热膨胀系数提取方法

摘要

本发明公开了一种基于谐振特性的多晶硅薄膜热膨胀系数提取方法，基于第一双端固支梁、第二双端固支梁和悬臂梁的测试结构，三者宽度和厚度均相同，仅长度不同，该方法利用直流电流对双端固支梁进行加热，通过测量加热过程中双端固支梁的瞬态电阻特性，加热前后双端固支梁的机械谐振特性，以及悬臂梁在常温下的机械谐振特性，计算得到多晶硅薄膜的热膨胀系数。本发明提供的测试方法操作方便，测试结构简单，测量结果准确，无需真空环境，可测量不同温度下的多晶硅薄膜热膨胀系数。

主权项

1.一种基于谐振特性的多晶硅薄膜热膨胀系数提取方法，其特征是，包括第一双端固支梁、第二双端固支梁和悬臂梁三个独立测试结构，其中第一双端固支梁、第二双端固支梁和悬臂梁由相同的多晶硅薄膜材料制成，三者的长度分别为l1、l2、l3；宽度均为w、厚度均为h；基于以上三者提取热膨胀系数的方法包括如下步骤：步骤一，测量悬臂梁在常温下的一阶机械谐振频率fc；步骤二，测量第一双端固支梁在常温下的一阶机械谐振频率f0，获得其初始残余应变ε0；步骤三，测量常温下第一双端固支梁的电阻R0，对第一双端固支梁施加恒定电流I1进行加热，测量加热过程中第一双端固支梁随时间t而变化的瞬态电阻特性R1(t)；步骤四，保持恒定电流I1不变，当第一双端固支梁达到热稳态时，测量此时第一双端固支梁的一阶机械谐振频率f1；基于在热稳态时，第一双端固支梁是平坦或屈曲不同状态，获得不同状态下对应的残余应变ε1，步骤五，对第二双端固支梁施加相同的恒定电流I1进行加热，测量加热过程中第二双端固支梁随时间t而变化的瞬态电阻特性R2(t)；基于测量得到的R1(t)和R2(t)，计算获得第一双端固支梁加热前后产生的温度变化ΔT；步骤六，多晶硅薄膜的热膨胀系数α_T可以表示为：利用步骤一至五测量得到的f_c、f₀、f₁、R₀、R₁(t)和R₂(t)，由以下公式计算提取出温度T所对应的多晶硅薄膜的热膨胀系数α_T；其中，ξ为多晶硅薄膜的电阻温度系数，D1、τ1和τ2的值可以通过对R1(t)和R2(t)分别进行指数拟合而得到，温度T是热稳态时平均温度，对应的温度T由以下公式得到：其中，T0为室温；步骤七，分别采用多种不同的恒定电流I2～In，重复步骤三至六，得到不同温度下的多晶硅薄膜热膨胀系数值。