基于靜電激振法測(cè)量微機(jī)械材料的楊氏模量

苑東明

(周口市高級(jí)技工學(xué)校，河南 周口 466000）

0　引言

在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷快速發(fā)展的背景下，各個(gè)行業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭都比較良好。特別是制造行業(yè)的發(fā)展，對(duì)其他行業(yè)而言，能夠起到一定的推動(dòng)性作用?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得制造業(yè)的發(fā)展得到了更多更全面的技術(shù)支持，這樣不僅能夠從根本上為制造行業(yè)提供更廣闊的發(fā)展前景，而且還能夠緩解當(dāng)前制造業(yè)中現(xiàn)存的各種問題。通過對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析可以看出，當(dāng)前制造行業(yè)已經(jīng)逐漸開始利用蝕刻硅技術(shù)對(duì)硅材料微機(jī)械構(gòu)件進(jìn)行加工和制造。在這種技術(shù)的應(yīng)用下，很多以前復(fù)雜不好造的零件實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單化和批量化生產(chǎn)，比如微型刀具或者是一些衛(wèi)星的齒輪等。在這一基礎(chǔ)上，人們又將這些微機(jī)械構(gòu)件與現(xiàn)代技中的電子控制系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合，促使兩者在實(shí)踐中能夠組合成微電子機(jī)械系統(tǒng)。這些性能提升的前體是材料的機(jī)械性能的適宜程度，所以現(xiàn)階段行業(yè)開始將研究重點(diǎn)放在硅材料微機(jī)械構(gòu)件本身的機(jī)械性能上，比如一些楊氏模量或者是一些硬度等，針對(duì)這些方面的測(cè)量也在實(shí)踐中得到了進(jìn)一步的研究。

1　硅材料微機(jī)械構(gòu)件的具體制作分析

現(xiàn)階段，在硅材料微機(jī)械構(gòu)件制作和加工中，由于SiO2具有非常良好的機(jī)械性能，所以有很多微機(jī)構(gòu)件在具體建造過程中，都會(huì)利用SiO2作為基本材料。在實(shí)際操作過程中，將SiO2科學(xué)合理地應(yīng)用到構(gòu)件制作和加工中，或應(yīng)用到大諧振式傳感器當(dāng)中，能夠促使其本身的作用和價(jià)值得到充分發(fā)揮[1]。在對(duì)SiO2進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的過程中，需要根據(jù)微機(jī)械構(gòu)件制作要求的不同，有針對(duì)性地選擇相應(yīng)的應(yīng)用方法，這樣才能夠保證制作效果[2]。在對(duì)SiO2進(jìn)行制作的時(shí)候，首先要準(zhǔn)備一塊200 m厚的硅片，并且將其清洗干凈，烘干之后才能進(jìn)行加工和應(yīng)用。其次，要通過氧化反應(yīng)在其表面生成一層硅膜。在具體的操作過程中，生成SiO2硅膜的方法有兩種，需要根據(jù)實(shí)際情況的不同，選擇具有針對(duì)性的方法進(jìn)行操作，這樣才能夠促使其本身的作用得到最大化發(fā)揮。

1.1　高溫?zé)嵫趸?/h3>

高溫?zé)嵫趸ㄖ饕抢酶邷匮趸癄t，在具體操作過程中，在有氧的條件背景下，針對(duì)硅片進(jìn)行具體操作。與此同時(shí)，在這一基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行高溫?zé)嵫趸幚恚@樣能夠促使其本身逐漸形成相對(duì)應(yīng)的硅膜。

1.2　SiO2梁操作

制作SiO2梁的方法也分為兩種，一種是干法蝕刻，另一種是濕法蝕刻。

（1）干法蝕刻

在SiO2梁制作進(jìn)行實(shí)際操作過程中，干法蝕刻主要是針對(duì)在一些低氣壓的環(huán)境下，其本身與等離子相互之間進(jìn)行操作，盡可能保證對(duì)腐蝕問題進(jìn)行有效控制。而干法蝕刻在實(shí)際應(yīng)用過程中要和實(shí)際情況進(jìn)行有效結(jié)合，這樣才能夠?qū)⑵浔旧淼淖饔煤蛢r(jià)值充分發(fā)揮[3]。在實(shí)踐中，干法蝕刻并不會(huì)受到襯底晶向影響，在具體制作過程中，其本身并不會(huì)向微結(jié)構(gòu)方面施加比較大的壓力。因此，通過對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行分析可以看出，這種方法比較適合應(yīng)用在一些多晶硅的腐蝕上。特別是在針對(duì)一些比較細(xì)微的構(gòu)件進(jìn)行具體制作的時(shí)候，要針對(duì)不同情況和需求，選擇不同的制作方式[4]。干法蝕刻在具體操作過程中，其本身是為了避免由于液體試劑毛細(xì)作用而引發(fā)的一系列影響，這樣在具體操作中，能夠最大限度避免由于其本身而引發(fā)的一些鉆蝕現(xiàn)象，對(duì)其本身的正常安全穩(wěn)定應(yīng)用提供有效保障。在針對(duì)濕法蝕刻問題進(jìn)行詳細(xì)分析和研究的時(shí)候，同樣要與實(shí)際情況進(jìn)行有效結(jié)合，這樣才能夠根據(jù)具體要求，提出個(gè)性化的解決措施，針對(duì)腐蝕問題提供有針對(duì)性的解決措施[5]。

（2）濕法蝕刻

濕法蝕刻主要是指在具體操作中，利用濕法化學(xué)腐蝕或者是利用濕法溶液腐蝕的方式進(jìn)行具體操作，這種方法在微機(jī)械制作過程中，屬于一種應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)措施。同時(shí)，也是在實(shí)踐中應(yīng)用效果比較良好的一種措施。通過對(duì)實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析可以看出，這種方法在具體應(yīng)用過程中，其本身的操作比較簡(jiǎn)單，而且投入成本也比較低。在保證最終應(yīng)用效果的基礎(chǔ)上，能夠從根本上促使其本身對(duì)各向異性腐蝕現(xiàn)象提供有效的保證和控制。

2　靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量法在微機(jī)械材料楊氏模量測(cè)量中的應(yīng)用

通過對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析可以看出，在微機(jī)械材料楊氏模量測(cè)量具體實(shí)施中，要結(jié)合實(shí)際情況合理選擇測(cè)量方案，這樣才能夠保證最終的測(cè)量結(jié)果具有一定的真實(shí)性和有效性。在之前相關(guān)學(xué)者就已經(jīng)根據(jù)這一問題提出了相對(duì)應(yīng)的測(cè)試方式，通過對(duì)實(shí)際情況的具體測(cè)量分析，可以將其科學(xué)合理的分為“氣球”技術(shù)和“橫梁”技術(shù)。通過對(duì)這兩種技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用以及具體情況進(jìn)行分析可以看出，在當(dāng)前這兩種技術(shù)都屬于靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量法中的一種表現(xiàn)形式[6]。

“氣球”技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，其本身可以直接被放在一塊拋光的硅材料一側(cè)，在這一基礎(chǔ)上，促使其本身在實(shí)踐中能夠逐漸生成相對(duì)應(yīng)的硅膜，并要保證其本身生成之后的硅膜厚度控制在0.2～2 m左右。之后在完成上述操作流程和步驟的時(shí)候，將其中的硅蝕清理掉，只留下所生成的規(guī)模，并且將窗口放置在一個(gè)空腔管道內(nèi)的端部位置上。在針對(duì)這一現(xiàn)狀進(jìn)行具體操作的時(shí)候，要將相對(duì)應(yīng)的壓力空氣進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的消除，將壓力空氣在具體操作中，利用空腔管道對(duì)其進(jìn)行具傳輸操作，這樣能夠促使其本身的硅膜產(chǎn)生“氣球”的狀態(tài)[7]。與此同時(shí)，還需要利用比較精確的測(cè)量方式對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，特別是針對(duì)不同壓力下的硅膜狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。這樣能夠在實(shí)踐中得出相對(duì)應(yīng)的曲率半徑，同時(shí)保證其本身的楊氏模量具體數(shù)據(jù)值。

“橫梁”技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，主要是指在實(shí)際操作過程中，其本身利用一根硅梁進(jìn)行具體操作。在針對(duì)硅梁進(jìn)行具體操作的時(shí)候，要將長(zhǎng)度控制在15 mm，寬度控制在2 mm，要將厚度控制在0.05 mm以下。在這一基礎(chǔ)上，將其設(shè)置在硅梁一側(cè)的表面，在這種情況下，在實(shí)踐中逐漸生成相對(duì)應(yīng)的硅膜。由于其本身的界層應(yīng)力在實(shí)際操作過程中，能夠促使硅梁本身產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。因此，在這一條件背景下，要針對(duì)硅梁實(shí)際彎曲的曲率半徑進(jìn)行詳細(xì)分析和研究，將其作為基礎(chǔ)，這樣才能夠針對(duì)硅梁材料本身的楊氏模量進(jìn)行準(zhǔn)確有效的計(jì)算分析[8]。

3　動(dòng)態(tài)諧振測(cè)量法在微機(jī)械材料楊氏模量測(cè)量中的應(yīng)用

除了靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量法之外，在具體操作過程中，動(dòng)態(tài)諧振測(cè)量法也可以被科學(xué)合理的應(yīng)用到實(shí)踐中，特別是在針對(duì)楊氏模量進(jìn)行具體測(cè)量的時(shí)候，能夠?qū)⑵浔旧淼淖饔煤蛢r(jià)值充分發(fā)揮[9-10]。這樣不僅能夠在實(shí)踐中保證測(cè)量結(jié)果的有效性，而且還能夠?yàn)槠浔旧淼闹谱餍Ч峁┫鄬?duì)應(yīng)的保障。動(dòng)態(tài)諧振測(cè)量法在具體使用過程中，其本身主要是利用微硅梁在靜電、聲波等一系列方式的具體操作影響下能夠產(chǎn)生出相應(yīng)諧振。之后根據(jù)這一前提條件，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)其本身的諧振頻率，將其與懸臂梁固有的頻率計(jì)算公式相互之間進(jìn)行有效結(jié)合。這樣不僅能夠從中計(jì)算出微機(jī)械材料本身的楊氏模量，而且還能夠最大限度保證測(cè)量結(jié)果具有真實(shí)性和有效性。動(dòng)態(tài)諧振測(cè)量法與靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量法相比，其本身的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)比較明顯[11-13]。通過對(duì)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行分析和研究可以看出，在動(dòng)態(tài)諧振測(cè)量法的實(shí)際應(yīng)用中，其本身不僅在測(cè)量方法的實(shí)施上比較簡(jiǎn)單，而且其本身的測(cè)量精準(zhǔn)度比較高，使用范圍也比較廣。因此，在針對(duì)微機(jī)械材料楊氏模量進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，動(dòng)態(tài)諧振測(cè)量法在其中的應(yīng)用比較廣泛。

4　結(jié)束語

綜上所述，在針對(duì)當(dāng)前微機(jī)械材料楊氏模量進(jìn)行測(cè)量計(jì)算的時(shí)候，要與實(shí)際情況進(jìn)行有效結(jié)合，制定出科學(xué)合理的測(cè)量方案，并且將方案有效的落實(shí)到實(shí)處，才能夠保證測(cè)量結(jié)果具有一定的真實(shí)性和有效性。在實(shí)踐中，要對(duì)靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量法和動(dòng)態(tài)諧振測(cè)量法進(jìn)行科學(xué)合理的選擇和應(yīng)用，才能夠在實(shí)踐中針對(duì)不同的現(xiàn)狀進(jìn)行有針對(duì)性的選擇和應(yīng)用。同時(shí)，在保證對(duì)其相對(duì)應(yīng)材料的楊氏模量進(jìn)行有效測(cè)量的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)ζ浔旧淼臋C(jī)械性能進(jìn)行確定。