MEMS reliability from a failure mechanisms perspective

Mechanically probing time-dependent mechanics in metallic MEMS

“…Figure 1 shows an example. The reliability of these devices has been shown to critically depend on timedependent mechanics, such as fatigue and creep [1]. Fatigue affects the device life time through its limitation on the number of device operation cycles, e.g.…”

Μελέτη Και Βελτιστοποίηση Των Ηλεκτρικών Ιδιοτήτων Λεπτών Μονωτικών Υμενίων Που Χρησιμοποιούνται Σε Μικρο-Ηλεκτρο-Μηχανικά Συστήματα (MEMS)

“…Η τραχύτητα των επιφανειών του διηλεκτρικού υμενίου και του κινούμενου μεταλλικού οπλισμού δημιουργούν όμως προβλήματα στην απόδοση και την αξιοπιστία των διακοπτών αυτών καθώς οι επιφάνειες αυτές δεν έρχονται σε τέλεια επαφή [11] αλλά αφήνουν ένα στρώμα αέρα μεταξύ τους (Σχήμα 1.6), επηρεάζοντας έτσι την τιμή της χωρητικότητας Cdown. Η τραχύτητα αυτή σχετίζεται με τις μεθόδους εναπόθεσης της γέφυρας και γραμμής μεταφοράς (CPW) πάνω από την οποία εναποτίθεται το υμένιο και στην καλύτερη περίπτωση είναι μερικές δεκάδες νανόμετρα.…”

“…Ένα άλλο σοβαρό και σχεδόν αναπόφευκτο πρόβλημα αξιοπιστίας στους διακόπτες RF MEMS είναι η συγκόλληση (stiction) των οπλισμών [8], [11]. Λόγω του μικρού μεγέθους των διατάξεων αυτών αναπτύσσονται ισχυρές επιφανειακές δυνάμεις οι οποίες μπορεί να προκαλέσουν την συγκόλληση των μικροδομών μεταξύ τους.…”

“…Οι βασικότερες από αυτές τις δυνάμεις είναι οι μοριακές δυνάμεις van der Waals, η ηλεκτροστατική δύναμη και οι δυνάμεις που σχετίζονται με τους δεσμούς υδρογόνου, με τις τελευταίες να παίζουν κυρίαρχο ρόλο. Η υγρασία της ατμόσφαιρας προκαλεί σοβαρά προβλήματα στη λειτουργία των διακοπτών RF MEMS καθώς η συμπύκνωση του νερού μεταξύ των επιφανειών συνεπάγεται την εμφάνιση ισχυρών δυνάμεων δεσμού υδρογόνου που οδηγούν στην Σχήμα 1.6: Οι επιφάνειες του διηλεκτρικού και της γέφυρας δεν είναι επίπεδες με αποτέλεσμα να μην εφάπτονται εντελώς στην κατάσταση ΟN και να περικλείεται αέρας ανάμεσά τους [11].…”

“…Επίσης φαινόμενα μηχανικής καταπόνησης (fatigue) και βαθμιαίας παραμόρφωσης λόγω ολίσθησης (creep) των μεταλλικών μεμβρανών που χρησιμοποιούνται στους διακόπτες RF MEMS δημιουργούν προβλήματα στη λειτουργία τους [8], [11]. Τα φαινόμενα αυτά είναι πολύ έντονα και πολύπλοκα στις μικροδομές των διατάξεων MEMS.…”