Dynamische Ermüdungsuntersuchungen an mikromechanischen Polysiliziumstrukturen
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin
Univ.-Verl. der TU, Univ.-Bibliothek
2007
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| Ausgabe: | 1. Aufl. |
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POLYSILIZIUMSTRUKTUREN VORGELEGT VON M. SC. WEI XIAO AUS GUILIN, CHINA
VON DER FAKULTAET IV - ELEKTROTECHNIK UND INFORMATIK DER TECHNISCHEN
UNIVERSITAET BERLIN ZU ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN GRADES EINES DOKTOR DER
INGENIEURWISSENSCHAFTEN (DR. -ING.) GENEHMIGTE DISSERTATION
PROMOTIONSAUSSCHUSS: VORSITZENDER: UNIV. PROF. DR. H. KLAR BERICHTER:
UNIV. PROF. DR. E. OBERMEIER BERICHTER: UNIV. PROF. DR. R. X. GAO
(UNIVERSITY OF MASSACHUSETTS) TAG DER WISSENSCHAFTLICHEN AUSSPRACHE: 28.
08. 2006 ULB DARMSTADT BERLIN 2007 D83 16606120 INHALTVERZEICHNIS
INHALTVERZEICHNIS SYMBOLE UND ABKUERZUNGEN V ZUSAMMENFASSUNG IX 1
EINLEITUNG 1 2 GRUNDLAGEN DES ERMUEDUNGSBRUCHS 5 2.1 LINEAR-ELASTISCHE
BRUCHMECHANIK 5 2.2 BRUCHMECHANISMUS VON POLYSILIZIUM 10 2.3
ERMUEDUNGSMECHANISMEN IN METALLEN UND KERAMIKEN 12 2.3.1
ERMUEDUNGSMECHANISMEN IN METALLEN 13 2.3.2 ERMUEDUNGSMECHANISMEN IN
POLYKRISTALLINEN KERAMIKEN 13 2.4 ZUSAMMENFASSUNG...;. 16 3
STATE-OF-THE-ART 19 3.1 BISHERIGE TESTMETHODEN UND VERSUCHSERGEBNISSE 19
3.1.1 ERMUEDUNGSVERSUCHE BEI BIEGEBELASTUNG MIT R = -1 19 3.1.2
ERMUEDUNGSVERSUCH BEI BIEGEBELASTUNG MIT FLEXIBLEM R 24 3.1.3
ERMUEDUNGSVERSUCHE BEI ZUGBELASTUNG 26 3.2 ZUSAMMENFASSUNG DER
VERWENDETEN ANTRIEBSPRINZIPIEN UND MESSMETHODEN 28 3.3 MOEGLICHE
ERMUEDUNGSMECHANISMEN 31 3.4 ZUSAMMENFASSUNG 33 4 DESIGN UND FEM-
SIMULATION DER TESTSTRUKTUREN 35 4.1 STRATEGIE ZUR BERECHNUNG DER
TESTSTRUKTUR-KENNGROESSEN 37 4.2 ELEKTROSTATISCHER ANTRIEB MIT
KAMM-ELEKTRODEN 38 I INHALTVERZEICHNIS 4.3 STRUKTUR- UND MODALANALYSE
DER TESTSTRUKTUREN 42 4.3.1 MODELLBILDUNG 42 4.3.2 SIMULATIONSERGEBNISSE
44 4.4 DYNAMISCHES VERHALTEN DER TESTSTRUKTUR 46 4.4.1
BEWEGUNGSDIFFERENTIALGLEICHUNG DER TESTSTRUKTUREN 46 4.4.2 DAEMPFUNG DER
TESTSTRUKTUREN 48 4.4.3 MECHANISCHE SPANNUNG BEI RESONANZ 51 4.5
ZUSAMMENFASSUNG UND DIMENSIONIERUNG DER TESTSTRUKTUREN 52 5 HERSTELLUNG
DER TESTSTRUKTUREN 57 5.1 SCHRITTE DES PROZESSABLAUFS IM UEBERBLICK 58
5.2 DETAILLIERTE ERLAEUTERUNG DER EINZELNEN PROZESSSCHRITTE 61 5.2.1
LPCVD DER ERSTEN POLYSILIZIUMSCHICHT UND STRUKTURIERUNG (SCHRITT 1) 61
5.2.2 PSG- ABSCHEIDUNG UND STRUKTURIERUNG (SCHRITTE 2 UND 3) 63 5.2.3
LPCVD DER POLYSILIZIUMSCHICHT 2 UND STRUKTURIERUNG (SCHRITT 4) 64 5.2.4
ABSCHEIDUNG DER OBEREN PSG-SCHICHT UND TEMPERUNG (SCHRITT 5) 67 5.2.5
FREILEGEN (RELEASE) DER TESTSTRUKTUREN (SCHRITT 6) 67 6 TESTSYSTEM UND
-VERFAHREN 69 6.1 VORBEREITUNG DES TESTCHIPS 70 6.2
GEOMETRIE-ANALYSE-MODUL 71 6.2.1 AUFNAHME DER REM-BILDER 71 6.2.2
GEOMETRIEBESTIMMUNG UND ERZEUGUNG DES ANSYS-BATCH-FILES 73 6.3 FEM-MODUL
MIT SELBSTAENDIGER MODELLERSTELLUNG 75 6.4 DER MESSAUFBAU .....77 6.4.1
ANSTEUERSCHALTUNG FUER DEN ELEKTROSTATISCHEN ANTRIEB 79 6.4.2
BILDERFASSUNGSMODUL UND AUSLENKUNGSMESSMODUL 80 6.4.3 MESSUNG DER
RESONANZFREQUENZ 83 II INHALTVERZEICHNIS 6.5 ZUSAMMENFASSUNG 84 7
UNTERSUCHUNG DES ERMUEDUNGSMECHANISMUS VON POLYSILIZIUM 85 7.1
EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN 85 7.1.1 BESTIMMUNG DES E-MODULS 85 7.1.2
ERMITTELUNG DER WOEHLER-LINIE VON TESTSTRUKTUR 11 88 7.1.3 DYNAMISCHES
VERHALTEN DER PROBEN WAEHREND DES ERMUEDUNGSVORGANGS 88 7.1.4
CHARAKTERISIERUNG DES OBERFLAECHLICHEN OXIDWACHSTUMS 91 7.1.5
TOPOGRAPHIEENTWICKLUNG AN DER BRUCHSTELLE BEI ERMUEDUNG 96 7.2 DISKUSSION
DES ERMUEDUNGSMECHANISMUS DES POLYSILIZIUMS 101 7.3 ZUSAMMENFASSUNG 105 8
LEBENSDAUERVORHERSAGE FUER DYNAMISCHE POLYSILIZIUM-MIKROSTRUKTUREN
MITTELS CRASH STACK METHOD 107 8.1 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN BELASTUNG,
RISSWACHSTUM UND LEBENSDAUER 107 8.1.1 DYNAMISCHE ERMUEDUNGSTESTS MIT
KONSTANTER SPANNUNGSAMPLITUDE 108 8.1.2 DYNAMISCHE ERMUEDUNGSTESTS MIT
STUFENFOERMIG ANSTEIGENDER SPANNUNGSAMPLIRUDE 109 8.2 CRASH STACK
METHOD (CSM) 110 8.3 EXPERIMENTELLE BESTAETIGUNG DER CSM 112 8.3.1 TEST
MIT STRUKTUR 11 112 8.3.2 TEST MIT STRUKTUR 03 115 8.4 ZUSAMMENFASSUNG
117 9 DISKUSSION UND AUSBLICK 119 9.1 VERGLEICH DER BISHERIG GEMESSENEN
WOEHLER-LINIEN 119 9.2 RICHTLINIEN FUER DIE HERSTELLUNG VON POLYSILIZIUM-
MIKROSTRUKTUREN ZUR VERMEIDUNG VON ERMUEDUNG 121 9.3 RICHTLINIEN FUER
POLYSILIZIUM-ERMUEDUNGSTESTS MITTELS CSM 121 9.4 AUSBLICK 122 M
INHALTVERZEICHNIS ANHANG: ALGORITHMUS ZUR BERECHNUNG DER
SCHWINGUNGSPROFILEN 123 LITERATURVERZEICHNIS 127 RV
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