實驗名稱：MEMS的動態(tài)應力測試

測試設備：電壓放大器、計算機、高精度CCD、Renishaw拉曼光譜儀、光學顯微鏡、高精度三維程控平臺、LM0202光電調(diào)制器、514nm氬離子激光源、自行研制的同步信號發(fā)生器等。

實驗過程：

圖1：基于拉曼光譜儀的微結構動態(tài)應力測試系統(tǒng)簡圖

搭建如上圖所示的測試系統(tǒng)，在測試系統(tǒng)中，經(jīng)過放大的正弦信號來驅(qū)動硅微諧振器，和正弦信號同頻率的脈沖信號經(jīng)過放大后驅(qū)動光電調(diào)制器來調(diào)制激光光束，當給光電調(diào)制器施加一等于其半波電壓的高電平時，激光光束幾乎可以完全通過，然而，當給激光調(diào)制器施加一低電平時，幾乎沒有激光可以通過光電調(diào)制器，消光比可以達到1/100，足以滿足實驗的需要。因此，測試中利用脈沖信號通過光電調(diào)制器調(diào)制激光光源產(chǎn)生非連續(xù)激光來照射樣品，繼而發(fā)生拉曼散射現(xiàn)象，拉曼散射光經(jīng)光學顯微系統(tǒng)由CCD采集其信息傳輸至PC機，由軟件處理所采集到的拉曼光譜得出相應的動態(tài)應力信息。

圖2：測試系統(tǒng)的誤差分析圖

由于拉曼測試系統(tǒng)受環(huán)境影響大，測試前首先應用標準硅樣品（標準Si樣品的拉曼頻移為520cm-1）對測試系統(tǒng)進行了誤差測試（測試條件：環(huán)境溫度290K，每隔60秒記錄一次拉曼光譜，每條譜線記錄15秒，共測試10分鐘）。圖2為該測試方法的隨機誤差分析圖：在測試時間范圍內(nèi)拉曼頻移的最大不確定性為±0.02cm-1，根據(jù)公式可以得出此測試系統(tǒng)的應力測試誤差約為±10MPa。

實驗結果：

圖3：拉曼頻移與調(diào)制頻率的關系

圖4：拉曼光譜能量強度與調(diào)制信號占空比的關系

以標準硅為測試對象對拉曼頻移及拉曼光譜的能量強度隨調(diào)制頻率改變的響應進行了測試，測試結果如圖3、4所示，通過對測試結果的分析可知，拉曼頻移不受調(diào)制頻率的影響，而拉曼光譜的峰值能量強度與調(diào)制信號的占空比成正比。證明此測試系統(tǒng)可以滿足動態(tài)應力的測試需要。

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審核編輯 黃宇