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Modeling and characterization of piezoelectric beams based on an aluminum nitride thin-film layer

Authors :
Herth, Etienne
Algré, E.
Rauch, Jean-Yves
Gerbedoen, Jean-Claude
Defrance, N.
Delobelle, Patrick
Franche-Comté Électronique Mécanique, Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) (FEMTO-ST)
Université de Franche-Comté (UFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et des Microtechniques (ENSMM)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)
Electronique, Systèmes de communication et Microsystèmes (ESYCOM)
Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)-Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-ESIEE Paris
Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520 (IEMN)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Ecole Centrale de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)
Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et des Microtechniques (ENSMM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC)
Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)
Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)
HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)-HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)-Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-ESIEE Paris
Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN)
Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)
Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et des Microtechniques (ENSMM)-Université de Franche-Comté (UFC)
Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-ESIEE Paris-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)
Source :
physica status solidi (a), physica status solidi (a), Wiley, 2016, 213 (1), pp.114-121. ⟨10.1002/pssa.201532302⟩, physica status solidi (a), 2016, 213 (1), pp.114-121. ⟨10.1002/pssa.201532302⟩
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

International audience; This paper presents a method to determine the mechanical properties of piezoelectric thin films. The vibrational behavior of microcantilevers and clamped–clamped beams actuated by aluminum nitride (AlN) piezoelectric films were analyzed in order to investigate the suitability of these devices as characterization tools. Different geometries of resonators composed of a free-standing structure made up of a TiPt/AlN/TiPt piezoelectric stack were tested. The out-of-plane motion of the resonators was assessed by laser Doppler vibrometry. An AlN Young’s modulus of about 200GPa was extracted from resonance-frequency measurements by means of Comsol software simulations that allow taking into account AlN underetching. This value of Young’s modulus was compared to the one measured by a nanoindentationtechnique. The quality of crystallinity was also assessed using X-ray diffraction (XRD) measurements. We then estimated the residual stress (about 200MPa) using an interferometry measurement.

Details

Language :
English
ISSN :
00318965 and 18626319
Database :
OpenAIRE
Journal :
physica status solidi (a), physica status solidi (a), Wiley, 2016, 213 (1), pp.114-121. ⟨10.1002/pssa.201532302⟩, physica status solidi (a), 2016, 213 (1), pp.114-121. ⟨10.1002/pssa.201532302⟩
Accession number :
edsair.dedup.wf.001..6a8f3696cfffa566777c1e5bef8f2ee2
Full Text :
https://doi.org/10.1002/pssa.201532302⟩