[发明专利]用于原位测量MEMS微梁材料的杨氏模量的方法

权利要求书

1.一种用于原位测量MEMS微梁材料的杨氏模量的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S100，获取所述MEMS微梁的结构参数、吸合电压、第一固有频率和振型函数，所述结构参数包括所述MEMS微梁的长度、宽度和第一高度，其中，所述第一高度和所述第一固有频率分别为未在所述MEMS微梁和底部电极之间施加偏置电压时所述MEMS微梁的高度和固有频率，所述高度为所述MEMS微梁的上表面与位于所述MEMS微梁下方的所述底部电极的上表面之间的距离；

步骤S200，根据所述MEMS微梁的结构参数、吸合电压、第一固有频率和振型函数，确定所述MEMS微梁与所述底部电极之间的间隙距离的第一估计值；

步骤S300，获取在所述MEMS微梁和所述底部电极之间施加偏置电压后的所述MEMS微梁的第二高度和第二固有频率；

步骤S400，根据所述MEMS微梁的结构参数、吸合电压、偏置电压、第二高度、第二固有频率、振型函数以及第一估计值，确定所述间隙距离的第二估计值；

步骤S500，根据所述MEMS微梁的结构参数、振型函数、第二估计值、第二高度以及性能参数确定所述MEMS微梁的杨氏模量，所述性能参数为所述吸合电压或所述第一固有频率；

联合以下公式确定所述间隙距离的第一估计值，

其中，η_p为第一位置系数，g为所述间隙距离的第一估计值，z₀为所述第一高度，b为所述MEMS微梁的宽度，V_p为所述吸合电压，ε₀为真空介电常数，ε_r为所述MEMS微梁与所述底部电极之间的介质的相对介电常数，ρ为所述MEMS微梁材料的密度，f₀为所述第一固有频率，为所述振型函数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤S600，改变步骤S300中的所述偏置电压的值并重复步骤S300至步骤S500，以获取多个杨氏模量值并计算所述多个杨氏模量值的平均值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S400，根据所述MEMS微梁的结构参数、吸合电压、偏置电压、第二高度、第二固有频率、振型函数以及所述第一估计值，确定所述间隙距离的第二估计值，包括：

步骤S410，根据所述间隙距离的第一估计值、所述第一高度和所述第二高度，确定与所述偏置电压对应的第二位置系数；

步骤S420，根据所述结构参数、所述第一位置系数、所述第二位置系数、所述振型函数、所述第二固有频率、所述吸合电压以及所述偏置电压，确定所述间隙距离的第二估计值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S410，根据所述间隙距离的第一估计值、所述第一高度和所述第二高度，确定与所述偏置电压对应的位置系数η_V，包括：根据以下公式确定所述与所述偏置电压对应的第二位置系数η_V，

其中，z₀为所述第一高度，z_V为所述第二高度。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S420，根据所述结构参数、所述第一位置系数、所述第二位置系数、所述振型函数、所述第二固有频率、所述吸合电压以及所述偏置电压，确定所述间隙距离的第二估计值，包括：根据以下公式确定所述间隙距离的第二估计值

其中，为质量系数，为所述振型函数，η_p为所述第一位置系数，η_V为所述第二位置系数，z₀为所述第一高度，b为所述MEMS微梁的宽度，V_p为所述吸合电压，V为所述偏置电压，ε₀为真空介电常数，ε_r为所述MEMS微梁与所述底部电极之间的介质的相对介电常数，ρ为所述MEMS微梁材料的密度，f_V为所述第二固有频率。