GB/T 34899-2017 微机电系统(MEMS)技术 基于拉曼光谱法的微结构表面应力测试方法

ICS31.200____

55e

中华人民共和国国家标准

GB/T34899—2017

微机电系统(MEMS)技术

基于拉曼光谱法的微结构

表面应力测试方法

Micro-electromechanicalsystemtechnology—

MeasuringmethodofmicrostructuresurfacestressbasedonRamanspectroscopy

2017-11-01发布2018-05-01实施

发布

GB/T34899—2017

目次

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1范围1

2规范性引用文件1

3术语和定义1

4应力测试原理1

5测试条件2

5.1总则2

5.2样品要求2

5.3校准要求2

5.4环境条件2

5.5测试系统2

6测试规程4

6.1校准拉曼光谱仪4

6.2测试系统误差4

6.3选择测试区域4

6.4测试步骤4

6.5测试记录6

6.6拉曼频移的确定6

6.7应力计算6

附录A（资料性附录）立方晶系的应力和拉曼频移之间的换算关系7

附录E（资料性附录）相对动态应力测试系统实例8

附录C（资料性附录）微结构表面应力拉曼光谱法测试实例10

GB/T34899—2017

目

本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。

本标准由全国微机电技术标准化技术委员会(SAC/TC336)提出并归口。

本标准主要起草单位：中北大学、中机生产力促进中心。

本标准主要起草人:石云波、唐军、程红兵、崔建功、李海斌、朱悦。

I

GB/T34899—2017

微机电系统(MEMS)技术

基于拉曼光谱法的微结构

表面应力测试方法

1范围

本标准规定了拉曼光谱法测定微机电系统(MEMS)结构表面残余应、相对静态应、相对动态

应力的方法。

本标准适用于微机电系统(MEMS)结构表面残余应、相对静态应、相对动态应力的拉曼光谱

法测试。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T2421.1电工电子产品环境试验概述和指南

GB/T25915.1洁净室及相关受控环境第1部分:空气洁净度等级

GB/T26111微机电系统(MEMS)技术术语

JJF1544-2015拉曼光谱仪校准规范计量特性和校准要求

3术语和定义

GB/T26111和JJF1544—2015界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

波数wavenumber

波长的倒数，即每厘米内包含的波长数目。

注：单位为每厘米(cm-J。

4应力测试原理

拉曼光谱法应力测试是根据拉曼散射测出的拉曼频移来计算材料表面应力的方法。

结构表面在应力作用下，晶格会发生形变，从而对入射光造成散射，导致了拉曼频移的产生。根据

拉曼频移的大小可以计算出应力的数值。结构表面应力与拉曼频移之间具有线性关系，见式(1)。

式中：

<7表面应，单位为兆帕(MPa)；

a——应力因子，单位为每厘米兆帕(c-1•MPa-1)；

△药拉曼频移,单位为每厘米(c-1)o

立方晶系的应力和拉曼频移之间的换算关系参见附录A。

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GB/T34899—2017

5测试条件

5.1总则

在实际测试应力之前，需要确认测试的环境条件，同时正确搭建测试系统。

5.2样品要求

残余应力测试样品为未封装的微结构，静态应力测试样品为可以静电、磁、机械力或其他方式

加载静载荷的未封装的微结构，动态应力测试样品为可加载周期载荷实现周期运动的未封装的微结构。

5.3校准要求

频移校准用标准样品或其他拉曼光谱信号稳定且无毒无害、易于保存的化学物质，其拉曼峰频率的

标准值由已校准过的拉曼光谱仪给出，经计量部门检定合格。

采用标准硅片对仪器进行校准,仪器测量标准不确定度优于0.01cm-1.

标准不确定度按式（2）计算：

1S-ST

•v=J—<2）

\n

式中：

s标准偏差；

7——n次测量得到的拉曼频率的平均值；

第j次测量得到的拉曼频率；

n一一表示测试次数。

5.4环境条件

5.4.1标准大气条件

除非详细规范另有规定,所有测试应在GB/T2421.1所规定的测试用标准大气条件下进行。

5.4.2电磁条件

除产品技术条件另有规定，测试场地除地磁场外，应无其他外界电磁场。

5.4.3洁净度条件

除产品技术条件另有规定，所有测试应在符合GB/T25915.1中规定的七级洁净区进行。

5.4.4振动条件

除产品技术条件另有规定，所有测试应在光学减振平台上进行。

5.5测试系统

5.5.1相对静态应力测试系统

静态测试系统由拉曼光谱仪和固定载荷加载系统（可根据需要选用）构成。

拉曼光谱仪通常由激光光源、光学系统、样品台、光谱分析仪、光电检测器和计算机组成。激光光源

2

GB/T34899—2017

发出的激光聚焦于样品台上的微结构表面（可根据需要加载固定载荷），微结构表面受激光激发后发出

带有自身光谱信息的拉曼散射光，散射光由光谱分析仪解析得到光谱信号，光谱信号由光电检测器接收

并可在计算机上显示出来。静态应力测试系统框图如图1所示。拉曼光谱仪的光谱分辨率优于

1cm-1,频移测量的标准不确定度优于0.01cm-'o

克电

□

图1相对静态应力测试系统框图

5.5.2相对动态应力测试系统

相对动态应力测试系统由在拉曼光谱仪的基础上进行得二次集成构成：主要包括拉曼光谱仪和动

态应力加载系统。

相对动态应力加载系统通常可由根据加载的动态应力需要而选用的具有调制、同步和放大等功能

的仪器构成。产生的信号通过调制