Deformation of MEMS Transducer Membrane Due to Stress in Deposited Film

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Using the Ritz method, the maximum membrane deflection and the magnitude of mechanical stresses were calculated depending on the geometric dimensions of the membrane and the parameters of the deposited SiO 2 layer. A comparative assessment was made of the magnitude of deformation and mechanical stresses in the structure of an absolute pressure transducer with a polysilicon membrane radius of 50 μm and a “sandwich” structure of a MEMS acoustic pressure transducer consisting of polysilicon layers and deposited SiO 2 with a membrane radius of 300 μm, arising during the deposition of the SiO 2 layer.

About the authors

V. V. Amelichev

Scientific-Manufacturing Complex “Technological Centre”

Zelenograd, Russia

S. S. Generalov

Scientific-Manufacturing Complex “Technological Centre”

Zelenograd, Russia

I. V. Godovitsyn

Scientific-Manufacturing Complex “Technological Centre”

Email: I.Godovitsyn@tcen.ru
Zelenograd, Russia

S. A. Polomoshnov

Scientific-Manufacturing Complex “Technological Centre”

Zelenograd, Russia

M. A. Saurov

Scientific-Manufacturing Complex “Technological Centre”

Zelenograd, Russia

References

  1. Popescu D.S., Lammerink T.S.J., and Elwenspoek M. Buckled Membranes for Microstructures, Proceedings IEEE Micro Electro Mechanical Systems An Investigation of Micro Structures, Sensors, Actuators, Machines and Robotic Systems, 1994, pp. 188–192.
  2. Fang W., Wickert J.A. Post Buckling of Micromachined Beams, J. of Micromechanics and Microengineering, vol. 4, 1994, pp. 116–122.
  3. Fang W., Wickert J.A. Determining Mean and Gradient Residual Stresses in Thin Films Using Micromachined Cantilevers, J. of Micromechanics and Microengineering, vol. 6, 1996, pp. 301–309.
  4. Ziebart V., Paul O., and Baltes H. Strongly Buckled Square Micromachined Membranes, J. of Microelectromechanical Systems, vol. 8, n. 4, December, 1999 pp. 423–432.
  5. Creek S., Chitica N. Deflection of Surface-Micromachined Devices Due to Internal, Homogeneous or Gradient, Stresses, Sensors and Actuators A-Physical, vol. 78, 1999, pp. 1–7.
  6. Zi S. SBIS Technology, Moscow, 1986, v. 1.
  7. Godovitsyn I.V., Amelichev V.V., Saurov A.N., Gavri- lov R.O., Generalov S.S. Miniature Strain Resistive Pressure Transducers: Results of Twenty-Five Years, Nano- and Microsystem Technology, 2011, no. 7, pp. 29–41.
  8. Godovitsyn I.V., Zimin V.N., Petrov A.Yu., Shelepin N.A. Subminiature Pressure Transducer for Special Applications, Microsystem Technology, 2001, no. 7, pp. 3–5.
  9. Godovitsyn I.V., Amelichev V.V., Pankov V.V., Saurov A.N. Miniature strain gauge pressure transducer with high sensitivity, Nano- and microsystems technology, 2012, no. 6, pp. 26–29.
  10. Timoshenko S.P., and Voinovsky-Krieger S. Plates and shells, Moscow, 1966, p. 380.
  11. Zawawi A., Hamzah A.A., Majlis B.Y., and Mohd-Yasin F. A Review of MEMS Capacitive Microphones, Micromachines, 2020, vol. 11, 484. https://doi.org/10.3390/mi11050484
  12. Alfutov N.A. Fundamentals of Calculating the Stability of Elastic Systems, Moscow, 1976, p. 64.
  13. Timoshenko S.P., and Voinovsky-Krieger S. Plates and Shells, Moscow, 1966, p. 444.
  14. Timoshenko S.P., and Voinovsky-Krieger S Plates and Shells, Moscow, 1966, p. 445.
  15. Chertishchev Yu., Ospennikova O.G., Boychuk A.S., Dikov I.A., Generalov A.S. Determination of the Size and Depth of Defects in Multilayer Honeycomb Structures Made of Polymeric Composites by the Value of Mechanical Impedance, Aviation Materials and Technologies, No. 3 (60) 2020, pp. 72–94.
  16. Alfutov N.A. Fundamentals of Calculation of Stability of Elastic Systems, Moscow, 1976, p. 165.
  17. Godovitsyn I.V., Generalov S.S., Polomoshnov S.A., Syvorotkin P.A . Development of a MEMS Microphone with an Unstressed Polysilicon Membrane // 3rd International Scientific and Technical Conference “Technologies of Micro- and Nanoelectronics in Micro- and Nanosystem Engineering” November 28–29, 2012, Zelenograd.
  18. Godovitsyn I.V., Generalov S.S., Polomoshnov S.A., Syvorotkin P.A., Amelichev V.V . Integrated Capacitor Acoustic Pressure Transducer for a Miniature MEMS Microphone // Nano- and Microsystem Engineering, 2014, No. 4, p. 43–50.
  19. Grigoriev D.M., Godovitsyn I.V., Amelichev V.V., Generalov S.S., Polomoshnov S.A . Using finite element modeling to calculate the CV characteristics of a MEMS condenser microphone // Microelectronics, 2017, Vol. 46, No. 6, pp. 430–438.
  20. Grigoriev D.M., Godovitsyn I.V., Amelichev V.V., Generalov S.S . Calculation of the frequency response of a MEMS microphone using finite element modeling // Microelectronics, 2018, Vol. 47, No. 3, pp. 238–243.
  21. Lawn B. Fracture of brittle solids, Cambridge University Press, 2nd edition, 1993.
  22. Boroch R.E. Mechanical Properties and Fatigue of Polycrystalline Silicon under Static and High Frequency Cyclic Loading, dissertation, 2008.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».