基于静电激振法测量微机械材料的杨氏模量

苑东明

(周口市高级技工学校，河南 周口 466000）

0　引言

在当前社会经济不断快速发展的背景下，各个行业的发展势头都比较良好。特别是制造行业的发展，对其他行业而言，能够起到一定的推动性作用。科学技术的发展，使得制造业的发展得到了更多更全面的技术支持，这样不仅能够从根本上为制造行业提供更广阔的发展前景，而且还能够缓解当前制造业中现存的各种问题。通过对现状进行分析可以看出，当前制造行业已经逐渐开始利用蚀刻硅技术对硅材料微机械构件进行加工和制造。在这种技术的应用下，很多以前复杂不好造的零件实现了简单化和批量化生产，比如微型刀具或者是一些卫星的齿轮等。在这一基础上，人们又将这些微机械构件与现代技中的电子控制系统进行有效结合，促使两者在实践中能够组合成微电子机械系统。这些性能提升的前体是材料的机械性能的适宜程度，所以现阶段行业开始将研究重点放在硅材料微机械构件本身的机械性能上，比如一些杨氏模量或者是一些硬度等，针对这些方面的测量也在实践中得到了进一步的研究。

1　硅材料微机械构件的具体制作分析

现阶段，在硅材料微机械构件制作和加工中，由于SiO2具有非常良好的机械性能，所以有很多微机构件在具体建造过程中，都会利用SiO2作为基本材料。在实际操作过程中，将SiO2科学合理地应用到构件制作和加工中，或应用到大谐振式传感器当中，能够促使其本身的作用和价值得到充分发挥[1]。在对SiO2进行实际应用的过程中，需要根据微机械构件制作要求的不同，有针对性地选择相应的应用方法，这样才能够保证制作效果[2]。在对SiO2进行制作的时候，首先要准备一块200 m厚的硅片，并且将其清洗干净，烘干之后才能进行加工和应用。其次，要通过氧化反应在其表面生成一层硅膜。在具体的操作过程中，生成SiO2硅膜的方法有两种，需要根据实际情况的不同，选择具有针对性的方法进行操作，这样才能够促使其本身的作用得到最大化发挥。

1.1　高温热氧化

高温热氧化法主要是利用高温氧化炉，在具体操作过程中，在有氧的条件背景下，针对硅片进行具体操作。与此同时，在这一基础上，对其进行高温热氧化处理，这样能够促使其本身逐渐形成相对应的硅膜。

1.2　SiO2梁操作

制作SiO2梁的方法也分为两种，一种是干法蚀刻，另一种是湿法蚀刻。

（1）干法蚀刻

在SiO2梁制作进行实际操作过程中，干法蚀刻主要是针对在一些低气压的环境下，其本身与等离子相互之间进行操作，尽可能保证对腐蚀问题进行有效控制。而干法蚀刻在实际应用过程中要和实际情况进行有效结合，这样才能够将其本身的作用和价值充分发挥[3]。在实践中，干法蚀刻并不会受到衬底晶向影响，在具体制作过程中，其本身并不会向微结构方面施加比较大的压力。因此，通过对实际情况进行分析可以看出，这种方法比较适合应用在一些多晶硅的腐蚀上。特别是在针对一些比较细微的构件进行具体制作的时候，要针对不同情况和需求，选择不同的制作方式[4]。干法蚀刻在具体操作过程中，其本身是为了避免由于液体试剂毛细作用而引发的一系列影响，这样在具体操作中，能够最大限度避免由于其本身而引发的一些钻蚀现象，对其本身的正常安全稳定应用提供有效保障。在针对湿法蚀刻问题进行详细分析和研究的时候，同样要与实际情况进行有效结合，这样才能够根据具体要求，提出个性化的解决措施，针对腐蚀问题提供有针对性的解决措施[5]。

（2）湿法蚀刻

湿法蚀刻主要是指在具体操作中，利用湿法化学腐蚀或者是利用湿法溶液腐蚀的方式进行具体操作，这种方法在微机械制作过程中，属于一种应用比较广泛的技术措施。同时，也是在实践中应用效果比较良好的一种措施。通过对实际应用现状进行分析可以看出，这种方法在具体应用过程中，其本身的操作比较简单，而且投入成本也比较低。在保证最终应用效果的基础上，能够从根本上促使其本身对各向异性腐蚀现象提供有效的保证和控制。

2　静态应变测量法在微机械材料杨氏模量测量中的应用

通过对现状进行分析可以看出，在微机械材料杨氏模量测量具体实施中，要结合实际情况合理选择测量方案，这样才能够保证最终的测量结果具有一定的真实性和有效性。在之前相关学者就已经根据这一问题提出了相对应的测试方式，通过对实际情况的具体测量分析，可以将其科学合理的分为“气球”技术和“横梁”技术。通过对这两种技术的实际应用以及具体情况进行分析可以看出，在当前这两种技术都属于静态应变测量法中的一种表现形式[6]。

“气球”技术在实际应用过程中，其本身可以直接被放在一块抛光的硅材料一侧，在这一基础上，促使其本身在实践中能够逐渐生成相对应的硅膜，并要保证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骤的时候，将其中的硅蚀清理掉，只留下所生成的规模，并且将窗口放置在一个空腔管道内的端部位置上。在针对这一现状进行具体操作的时候，要将相对应的压力空气进行相对应的消除，将压力空气在具体操作中，利用空腔管道对其进行具传输操作，这样能够促使其本身的硅膜产生“气球”的状态[7]。与此同时，还需要利用比较精确的测量方式对其进行测量，特别是针对不同压力下的硅膜状态进行测量。这样能够在实践中得出相对应的曲率半径，同时保证其本身的杨氏模量具体数据值。

“横梁”技术在实际应用过程中，主要是指在实际操作过程中，其本身利用一根硅梁进行具体操作。在针对硅梁进行具体操作的时候，要将长度控制在15 mm，宽度控制在2 mm，要将厚度控制在0.05 mm以下。在这一基础上，将其设置在硅梁一侧的表面，在这种情况下，在实践中逐渐生成相对应的硅膜。由于其本身的界层应力在实际操作过程中，能够促使硅梁本身产生弯曲现象。因此，在这一条件背景下，要针对硅梁实际弯曲的曲率半径进行详细分析和研究，将其作为基础，这样才能够针对硅梁材料本身的杨氏模量进行准确有效的计算分析[8]。

3　动态谐振测量法在微机械材料杨氏模量测量中的应用

除了静态应变测量法之外，在具体操作过程中，动态谐振测量法也可以被科学合理的应用到实践中，特别是在针对杨氏模量进行具体测量的时候，能够将其本身的作用和价值充分发挥[9-10]。这样不仅能够在实践中保证测量结果的有效性，而且还能够为其本身的制作效果提供相对应的保障。动态谐振测量法在具体使用过程中，其本身主要是利用微硅梁在静电、声波等一系列方式的具体操作影响下能够产生出相应谐振。之后根据这一前提条件，在此基础上，根据其本身的谐振频率，将其与悬臂梁固有的频率计算公式相互之间进行有效结合。这样不仅能够从中计算出微机械材料本身的杨氏模量，而且还能够最大限度保证测量结果具有真实性和有效性。动态谐振测量法与静态应变测量法相比，其本身的优势特点比较明显[11-13]。通过对实际应用情况进行分析和研究可以看出，在动态谐振测量法的实际应用中，其本身不仅在测量方法的实施上比较简单，而且其本身的测量精准度比较高，使用范围也比较广。因此，在针对微机械材料杨氏模量进行测量的时候，动态谐振测量法在其中的应用比较广泛。

4　结束语

综上所述，在针对当前微机械材料杨氏模量进行测量计算的时候，要与实际情况进行有效结合，制定出科学合理的测量方案，并且将方案有效的落实到实处，才能够保证测量结果具有一定的真实性和有效性。在实践中，要对静态应变测量法和动态谐振测量法进行科学合理的选择和应用，才能够在实践中针对不同的现状进行有针对性的选择和应用。同时，在保证对其相对应材料的杨氏模量进行有效测量的基础上，还能够对其本身的机械性能进行确定。