[发明专利]一种用于纳尺度薄膜双轴拉伸测试的系统及其制造方法

权利要求书

1.一种用于纳尺度薄膜双轴拉伸测试的系统，包括片上试验机和用于对片上试验机施加负载力的探针台，其特征在于，所述片上试验机包括两个相互垂直布置的拉伸结构；每个拉伸结构包括一探针加载结构、两轮形加载换向结构、一可动框架、一弹性梁、一拉伸梁、两形变量标尺、两指针和两悬挂折叠梁；其中，探针加载结构用于承接探针台的探针加载；两轮形加载换向结构位于探针加载结构的对称两侧，均包括一轮形结构和若干个辐条梁，两轮形结构的相对两侧都连接于探针加载结构，相背两侧都连接于可动框架的两前臂梁，辐条梁将轮形结构连接于轮形轴心的第一锚点上；可动框架包括向两轮形加载换向结构方向延伸的所述两前臂梁和背离该方向的两后臂梁，两前臂梁的后端与两后臂梁的前端相互固定，两前臂梁和两后臂梁各自对称分布，两后臂梁的后端内侧设有所述两形变量标尺；两悬挂折叠梁的一端分别连接于可动框架的两侧，另一端分别固定于两第二锚点上；弹性梁垂直连接可动框架的两后臂梁；拉伸梁包括一垂直梁和一横梁，该垂直梁平行布置于可动框架的两后臂梁的正中间，其一端连接于弹性梁的正中部，另一端连接一正方形薄膜试样的一条边；该横梁的正中部垂直连接于该垂直梁上，其两端设有所述两指针；所述两指针分别用于标记所述两形变量标尺的刻度；薄膜试样的未被两拉伸结构的拉伸梁连接的相邻两条边分别固定连接于两第三锚点。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，探针加载结构具有V形加载口。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，可动框架的两后臂梁间的距离窄于两前臂间的距离，每一侧的前臂梁与后臂梁之间通过与之垂直的一肩梁连接，悬挂折叠梁的一端具体连接于肩梁上。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，轮形加载换向结构的辐条梁绕第一锚点周向均匀分布。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，两拉伸结构的相邻的两悬挂折叠梁连接于同一个第二锚点上。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，第一锚点为菱形或圆形截面锚点，第二锚点为正方形截面锚点，第三锚点为长方形截面锚点。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，薄膜试样的正方形的四个顶点均含有相同的三角形缺口，该形状设计可使其内部试验区域处于均匀应力状态且应力水平较高。

8.一种用于纳尺度薄膜双轴拉伸测试的系统的制造方法，包括制造探针台和权利要求1-7任一项所述的片上试验机，其特征在于，制造片上试验机的步骤包括：

(1)在硅片正面上利用光刻和刻蚀形成键合锚点，该锚点包括第一锚点、第二锚点和第三锚点；

(2)在硅片正面上淀积薄膜材料，根据薄膜试样平面形状和尺寸，利用光刻以及腐蚀或刻蚀，形成薄膜试样图形；

(3)利用光刻和湿法腐蚀在玻璃片上形成浅槽，再在玻璃片上溅射金属，然后利用剥离工艺形成防footing金属电极；

(4)将经过上述步骤处理过的硅片和玻璃片进行阳极键合；

(5)利用湿法腐蚀减薄硅片至设计的厚度；

(6)利用光刻和深刻蚀将硅片局部从背面刻蚀穿通，以将可动结构和薄膜试样释放，该可动结构即除锚点以外的全部硅结构，得到片上试验机。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，硅片选用N型单晶硅片，电阻率为0.001～0.003Ω·cm；在玻璃片上溅射Ti、Pt和Au三种金属。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，利用ASE干法刻蚀硅，形成键合锚点；在硅片正面上利用PVD、CVD、ALD或电镀的方法来淀积薄膜材料。