mems器件工作中粘附失效跨尺度分析

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1、东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：幽17幅Ia东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内

2、的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名摘要MEMS结构的粘附失效问题作为一种主要的MEMS器件可靠性问题，其理论与实验方面的研究都十分广泛。对平行表面间粘附失效机理的研究多使用纳米级的微观统计方法，而对实际MEMS结构粘附失效实验的研究则通常并不考查表面间的纳米级特性。这两方面研究的脱离使得对与MEMS结构的粘附失效物理机制的理解仍不明晰，对有些特殊的粘附失效实验结果仍没有合理的解释。因此，对粘附失效问题的微观与宏观方法的综合分析是对MEMS粘附失效问题全面理解的必然要求，也可以

3、为进一步提高MEMS器件与系统可靠性提供参考。本文在分析了多种现有的粘附问题纳米级统计分析方法基础上建立多元分布描述方法，以对MEMS的表面形貌以及表面间作用力进行分析。该模型可以定量计算毛细力、vanderw列s力及表面形变回复力随表面间平均间距、表面形貌特性参数及各种环境参数之间的变化关系；在此基础上，还利用跨尺度分析方法，将这一模型应用到了以MEMS悬臂梁为代表的MEMS结构的粘附失效分析中，得出了更为准确的粘附系统能量变化曲线，通过一定的变换方法，与粘附力测量、单位表面粘附能测量及粘附剥离实验等多种经典粘附实验结果进行了对比，证明了该分析方法的准确性。跨尺度分析方法表

4、明，经典理论对于大面积粘附失效的分析较为准确，而对于点粘附失效的分析有较大的误差。使用跨尺度分析方法，可以将经典理论无法统一解释的不同粘附现象统一起来，从而证明了粘附现象都具有相同的物理本质。对于MEMS器件工作中粘附失效问题，则以悬臂梁结构在半正弦冲击加速度下的动态特性分析为例，使用准静态粘附分析中计算出的系统能量曲线作为系统的势能曲线，通过计算系统在临界接触时包括动能在内的总能量，得出MEMS器件工作中受到突发载荷作用时的粘附失效概率。关键词：MEMS，粘附，多元统计，跨尺度，可靠性，工作中粘附AbstractAdhesionfailureofM[EMSstructure

5、siSoneofthemajorreliabilityissuesforMEMSdevices．Thereareamountofresearchestouchingthisarea．Nano-scalestatisticalanalysisaretypicallyadoptedtoexploretheadhesionmechanicsoftwoflatcontactingsurfaces，whilemicro—scaleanalysisignoringthenano·scalepropertiesofcontactingsurfacesareusedtOinterpretth

6、eadhesionexperimentsofrealMEMSstructures．BlindspotsStillexistbetweenthesetwodifferentanalyzingmethods．whichlcadtOthemistinessofthephysicalprinciplesofstructureadhesionandinexplicabilityofseveralspecialadhesionexperimentalresults．Combinationofnano—scaleandmicro．scalemethodsiSrequiredforcompr

7、ehensiveunderstandingofⅣ哐MSadhesion,aswellasfurtherdevelopmentofreliabilitydesigning．Basedonrecentstudiesofllano．scalestatisticalmodels．anewmultivariatestatisticalmodeliSprovidedtOcharacterizetheM【EMSsurfaceprofileandinter-surfacesforces．Inthismodel．inte