Особенности деформирования круглых тонкопленочных мембран и экспериментальное определение их эффективных характеристик

Рассмотрены особенности тонкопленочных мембран, сформированных над круглыми отверстиями в кремниевых подложках с помощью Бош-процесса травления. Из-за напряженного состояния исходных пленок мембраны имеют сложную форму. Для расчета механических характеристик мембраны посредством анализа зависимости прогиба мембраны $w$ от поданного на нее избыточного давления $P$ необходимо определение непосредственно на мембране: ее диаметра, толщин составляющих ее слоев, изменения рельефа поверхности мембраны по всей ее площади по мере увеличения давления $P$. На примере $p$-Si$^{*}$/SiN$_{x}$/SiO$_{2}$- и SiN$_{x}$/SiО$_{2}$/SiN$_{x}$/SiО$_{2}$-мембран показано определение диаметра мембраны и толщин составляющих слоев. Использованы методы спектральной эллипсометрии, рентгеновского энергодисперсионного микроанализа, оптической профилометрии и оптической микроскопии. Показано влияние особенностей условий закрепления мембран на их напряженно-деформированное состояние, проведена оценка посредством численного моделирования. Разработана методика измерений и расчета механических характеристик мембран, имеющих начальный прогиб. Результат расчета показан на примере мембраны с начальным прогибом 2 $\mu$m – SiN$_{x}$/SiО$_{2}$/SiN$_{x}$/SiО$_{2}$ и мембраны с начальным прогибом 30 $\mu$m – Al/SiO$_{2}$/Al.