[发明专利]薄膜材料热膨胀系数的测试装置

说明书

本发明公开了一种薄膜材料热膨胀系数的测试装置，包括热膨胀系数测试结构、加热结构和射频测试仪器。其中，热膨胀系数测试结构包括衬底、射频传输线和热膨胀系数测试MEMS结构，射频传输线包括第一信号线段和第二信号线段；热膨胀系数测试MEMS结构包括待测薄膜组件、梁结构和位移测量结构，待测薄膜组件设置在所述衬底上且与第一信号线段相连，梁结构与待测薄膜组件相连；位移测量结构与第二信号线段相连，且间隔开地位于梁结构的下方；射频测试仪器用于测试热膨胀系数测试MEMS结构的射频隔离度，以最终获得待测薄膜热膨胀系数。本发明可以测得不同材料、连续温度点的、小面积的薄膜的热膨胀系数，通用性好。

技术领域

本发明涉及薄膜材料热膨胀系数测量技术领域，尤其是涉及一种薄膜材料热膨胀系数的测试装置。

背景技术

薄膜结构是MEMS器件中常见的组成部分。一方面，利用薄膜材料的热膨胀可以设计制作基于热驱动的致动器；另一方面，由薄膜材料热膨胀带来的热应力可能会导致器件工作点漂移、性能恶化，甚至可能导致器件失效等不可逆的破坏。现有的一些技术资料中给出的材料热膨胀系数多为基于块体材料测得的结果，薄膜材料由于生长过程中的多种影响因素，与块体材料性能相比会有些偏差。

前人已经对薄膜材料的热膨胀系数进行了一些研究，提出了一些测试方案，但大多数测试针对整个圆片大小的薄膜材料，且多采用光学方式进行测量，给出整个圆片内材料的均值，不能很好的表征小范围内材料的热膨胀性质；还有一些研究人员利用MEMS结构对特定的薄膜材料进行热膨胀系数表征，但不具有通用性。因此，提出一种通用的薄膜材料热膨胀系数测试装置有着非常现实的意义。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种薄膜材料热膨胀系数的测试装置，可以测得不同材料、连续温度点的、小面积的薄膜的热膨胀系数，通用性好。

根据本发明实施例的薄膜材料热膨胀系数的测试装置，包括：

热膨胀系数测试结构，所述热膨胀系数测试结构包括衬底、射频传输线和热膨胀系数测试MEMS结构，所述射频传输线设置在所述衬底的上表面上且包括第一信号线段和第二信号线段，所述第一信号线段和所述第二信号线段间隔开地布置；所述热膨胀系数测试MEMS结构包括待测薄膜组件、具有纵向位移放大功能的梁结构和用于射频测试的位移测量结构，其中，所述待测薄膜组件设置在所述衬底的上表面上且与所述第一信号线段相连，所述梁结构与所述待测薄膜组件相连；所述位移测量结构与所述第二信号线段相连，且间隔开地位于所述梁结构的下方；

加热结构，所述加热结构用于对所述热膨胀系数测试结构进行加热；

射频测试仪器，所述射频测试仪器用于与所述射频传输线相连，以测试所述热膨胀系数测试MEMS结构的射频隔离度，通过所述射频隔离度反推所述待测薄膜组件中的待测薄膜热膨胀系数。

根据本发明实施例的薄膜材料热膨胀系数的测试装置，其工作原理为：利用加热结构对热膨胀系数测试结构进行加热，热膨胀系数测试结构受热后温度上升，待测薄膜组件的温度上升变化后由于热膨胀系数失配，会产生中间厚边缘薄的形状变化，进而梁结构与位移测量结构之间在上下方向上的间距会发生明显变化，即待测薄膜组件的形状变化经过梁结构将纵向位移(即上下方向位移)放大，导致位移测量结构的寄生电容发生变化，该寄生电容变化最终经射频测试仪器反映到热膨胀系数测试MEMS结构的射频隔离度变化，通过对射频隔离度的测量，即可反推出待测薄膜组件中的待测薄膜的热膨胀系数。

根据本发明实施例的薄膜材料热膨胀系数的测试装置，具有如下的优点：第一、该测试装置不针对特定待测薄膜材料，可以对不同的待测薄膜材料例如金属薄膜、非金属薄膜进行表征，具有较好的通用性；第二、该测试装置可以测得整个温度变化范围内的热膨胀系数情况，而非单温度点值；第三、该测试装置可以对较小面积的待测薄膜进行测试，因此可以得到面内的分布情况，而非整面的均值；第四、该测试装置利用射频特性对纵向位移量进行表征，相比于低频的电容电阻测量更加精确。