ON-CHIP DYNAMIC MODEL FOR POLYSILICON STRENGTH EVALUATION

MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) are now used in a wide range of applications in many different sectors from automotive industry to aerospace. As these applications often require high reliability, it is important to study the failure mechanism of polycrystalline silicon, the material most commonly used to manufacture such devices. Micromachines have characteristic dimensions in the order of micrometres, and it is therefore important to develop suitable on-chip testing devices. The aim of this work is to numerically model a device designed for the testing of polycrystalline silicon stoppers and to propose possible improvements and design recommendations. This objective is pursued by means of a finite element model of the entire device and of all its components, with the aim of correctly predicting the system behaviour and comparing it, where possible, with analytical calculations. The work focuses mainly on a dynamic response of the device which can reproduce the stress that the stopper must undergo during the operation of the MEMS device. In the conclusion all the issues found during the modelling of the device are critically discussed in order to present possible solutions.

I MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) sono ora utilizzati in una vasta gamma di applicazioni in molti settori diversi, dall'industria dell’automotive a quella aerospaziale. Poiché queste applicazioni richiedono spesso un'elevata affidabilità, è importante studiare i meccanismi di rottura del silicio policristallino, il materiale più comunemente utilizzato per la fabbricazione di tali dispositivi. I microsistemi hanno dimensioni caratteristiche dell'ordine dei micrometri, ed è quindi importante sviluppare dispositivi di test adatti e integrati nel chip. L'obiettivo di questo lavoro è modellare numericamente un dispositivo per il test di stopper realizzati in silicio policristallino e suggerire possibili miglioramenti e raccomandazioni di progettazione. Questo obiettivo viene perseguito attraverso un modello ad elementi finiti dell'intero dispositivo e di tutti i suoi componenti, mirato a prevedere correttamente il comportamento del sistema e confrontarlo, dove possibile, con calcoli analitici. Il lavoro si concentra principalmente sulla risposta dinamica del dispositivo che può riprodurre lo sforzo meccanico a cui lo stopper sarà sottoposto durante il funzionamento del dispositivo MEMS. In conclusione, tutte le problematiche riscontrate durante la modellazione del dispositivo sono discusse in modo critico al fine di presentare possibili soluzioni.