[发明专利]一种测量镶嵌薄膜杨氏模量的方法

摘要

本发明属于材料物理特性检测技术领域，涉及一种测量镶嵌薄膜杨氏模量的方法，包括下列步骤：(1)建立镶嵌薄膜及硅衬底的仿真模型；(2)确定镶嵌薄膜及硅衬底的参数；(3)确定镶嵌薄膜及硅衬底的边界条件；(3)利用有限元的方法绘制一系列镶嵌薄膜基体取不同杨氏模量时的理论频散曲线；(5)对待测样本的镶嵌薄膜的实际频散曲线进行测量；(6)将测量得到的待测样本的镶嵌薄膜的实际频散曲线与理论频散曲线进行匹配，得到镶嵌薄膜的杨氏模量。本发明能够无损、快速、准确的测量电介质材料的杨氏模量，解决了以前方法不能测量镶嵌结构薄膜中电介质杨氏模量的问题。

主权项

一种测量镶嵌薄膜杨氏模量的方法，用于测量覆盖在硅衬底上的镶嵌薄膜的杨氏模量，镶嵌薄膜的基体为低介电常数电介质材料，镶嵌体为金属材料，包括下列步骤：(1)根据待测样本的镶嵌薄膜的结构，建立镶嵌薄膜及硅衬底的2维仿真模型：模型高度至少为模型宽度的1.5倍；(2)确定镶嵌薄膜及硅衬底的参数：将硅衬底设为压电材料，镶嵌薄膜设置为去耦合各向同性材料，然后根据表面波的传播方向(沿Si[100]或Si[110])确定衬底的刚度矩阵，再设定硅衬底的介电常数以及密度，并分别设定镶嵌薄膜的镶嵌体和基体的杨氏模量、密度和介电常数；(3)确定镶嵌薄膜及硅衬底的边界条件：把模型的宽度设置成一个波长的长度的整数倍，镶嵌薄膜的左右边界使用周期性边界条件，使得左边界与右边界的位移和速度相等；硅衬底的左右边界的电势相等，并把硅衬底的底部边界设置成固定边界，把镶嵌薄膜的顶端设置为自由表面；(4)根据表面波的传播速度和波长，估算频率搜索范围，利用有限元的方法求解表面波所对应的特征频率；(5)根据特征频率，计算其所对应的相速度，从而得到一个相速度频率点；(6)改变表面波的波长，重复步骤(3)至(5)，确定一系列的相速度频率点；(7)绘制出表面波在镶嵌薄膜传播的理论频散曲线；(8)改变镶嵌薄膜上低介电常数电介质材料的杨氏模量设定值，重复步骤(3)至(7)得到一系列镶嵌薄膜基体取不同杨氏模量时的理论频散曲线；(9)对待测样本的镶嵌薄膜的实际频散曲线进行测量；(10)将测量得到的待测样本的镶嵌薄膜的实际频散曲线与理论频散曲线进行匹配，得到镶嵌薄膜的杨氏模量。