[发明专利]一种等离子体环境的电荷测试方法和测试系统

权利要求书

1.一种等离子体环境的电荷测试系统，包括电荷检测芯片和测试电路，所述电荷检测芯片包括基片和集成于基片之上的由若干个测试单元组成的阵列，每个测试单元又包括下极板、双材料梁、压阻和MOS开关，其中：下极板位于基片之上；双材料梁悬于下极板上方，由形状相同但膨胀系数不同的两层材料构成，下层为结构层，上层为金属层；双材料梁的形状呈中心对称，中部为一个大面积靶平板，该大面积靶平板平行于下极板，通过支撑梁与基片上的锚点连接；压阻嵌在一支撑梁与锚点相连一端的结构层中；MOS开关的漏端通过引线连接双材料梁的金属层；所述测试电路与所述压阻连接，用于测试压阻的阻值。

2.如权利要求1所述的电荷测试系统，其特征在于，所述测试电路为惠斯通电桥电路。

3.如权利要求2所述的电荷测试系统，其特征在于，所述惠斯通电桥电路集成在芯片上。

4.如权利要求1所述的电荷测试系统，其特征在于，所述测试单元还包括一个保护二极管，MOS开关的栅通过保护二极管接地。

5.如权利要求1所述的电荷测试系统，其特征在于，所述MOS开关为长沟MOS器件。

6.如权利要求1所述的电荷测试系统，其特征在于，在所述测试单元中，双材料梁架在两个锚点平台之间，支撑梁与锚点平台固定连接。

7.如权利要求1所述的电荷测试系统，其特征在于，所述双结构梁对称地在支撑梁靠近锚点的部位开有应力集中孔，所述压阻环绕一个应力集中孔放置。

8.如权利要求1所述的电荷测试系统，其特征在于，所述双材料梁的形状呈“亞”字状，由两个T型的支撑梁和一个矩形的大面积靶平板组成。

9.一种等离子体环境的电荷测试方法，将权利要求1～8任一所述的电荷测试系统的电荷检测芯片放入等离子体环境中，使MOS开关的源端接地，开关状态由栅控制，通过下述步骤对每个测试单元积累的电荷量进行测试：

1)关断MOS开关，通过测试电路测得此时的压阻阻值R_x′；

2)打开MOS开关，通过测试电路测得此时的压阻阻值R_x″；

3)根据下述公式(1)计算得到双材料梁上因电荷积累而产生的静电力F：

F=α1(Rx′′-Rx′)Rx0G---(1)]]>

公式(1)中，R_x0是压阻不受力时的初始阻值，G是仪表系数，α₁是测试单元双材料梁的固有参数，即双材料梁所受到的力与发生的应变的比值；

再根据公式(2)，得到双材料梁上积累的电荷量Q：

F=Q22ϵS---(2)]]>

公式(2)中，S为上下极板重合部分的面积，ε为空气的介电常数，其中所述上极板即双结构梁的大面积靶平板的金属层。

10.如权利要求9所述的电荷测试方法，其特征在于，每个测试单元双材料梁的固有参数α₁通过下述方法获得：将MOS开关栅极加零电平，使MOS开关开启，源端加正电压Vs，通过测试电路测得此时的压阻阻值R₁；然后保持MOS开关栅极加零电平，使MOS开关开启，源端接地，通过测试电路测得此时的压阻阻值R₂，根据公式(3)得α₁：

α1=ϵVs2SRx0G2d2(R2-R1)---(3)]]>

公式(3)中，R_x0是压阻不受力时的初始阻值，G是仪表系数，S为上下极板重合部分的面积，ε为空气的介电常数，d为上下极板的间距。