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对压电薄膜进行表征和控制的两种工具-激光干涉法
对压电薄膜进行表征和控制的两种工具-激光干涉法
华测仪器激光测振仪与铁电分析仪配合使用
华测仪器提供了两种工具，能够在产品开发和制造过程中对压电薄膜进行表征和控制。
• 激光干涉法：用于测量d33并评估压电MEMS的运动。
• e31表征：用于跟踪薄膜的压电系数。
今天我们先讲一下激光干涉法：
» 有四个实用的压电系数:
l d33在平行电极之间施加电压时，薄膜表面的垂直位移。
l d31在d33激活时，薄膜垂直膨胀时的横向收缩。
l e33在d33激活时，薄膜顶部表面施加的垂直力。
l e31在d33激活时，薄膜施加的横向力。
» 在薄膜上只能测量四个压电系数中的两个：
l d33这是一个较小的值，需要激光来分辨。
l d31无法用传感器观察到这种运动。
l e33可能可以用原子力显微镜（AFM）测量垂直力但难以保证准确性。
l e31薄膜产生的横向力会使悬臂弯曲，其运动可以通过激光或光子传感器观察到。
物理限制
l 被测设备的物理尺寸限制了必须使用的传感器类型。
l 光子传感器的光斑直径通常在 0.3mm 到 3mm 之间。
l 只有大型平面结构可以用光子传感器测量。
l 光子传感器价格低廉。
l 压电MEMS中的运动结构通常太小，无法用光子传感器观察到。
l 激光的光斑尺寸可以小至 2 μm，因此可以分辨样品的微小区域。
l 激光比光子传感器更昂贵。
计量工具
光子传感器适合测量精确的大面积平均薄膜系数。
激光多普勒测振仪（LDV）凭借其小光斑尺寸，适合原位测量生产中的压电MEMS设备。
» 两者的结合使用:
• 光子传感器测量工艺监控晶圆上的薄膜e31系数。
• 激光直接测量监控晶圆上夹紧电容器的d33系数。
• 使用测量的e31和d33值预测制造中设备的性能。
• 激光直接测量压电MEMS的运动，与模型值的偏差表明工艺问题。
一、激光干涉法
l 华测仪器激光测振仪与铁电分析仪的配合使用。
l 铁电分析仪和压电MEMS测试仪使用 18 位 ADC，具有 76 µV/位的分辨率，单次测量的噪声底限为 ~300µV。
l 通过 16 次平均可以达到单比特 ADC 分辨率。
l 结合激光测振仪，这些测试仪可以达到 0.2 Å （0.02nm）的 d₃₃ 活塞运动分辨率。
l 测光测振仪最小光斑直径为 2 μm。
激光干涉法
l 测振仪测量460μm宽、580μm长的悬臂。
压电MEMS测量
l 悬臂顶端的双蝴蝶环，由 1Hz/20V的周边平行板电容器驱动，32,000个点。
蝴蝶运动
l 激光测振仪可以看到夹紧薄膜的活塞运动。
d33与激光测振仪