目前研究人员已经提出了各种测试技术来测试MEMS薄膜的力学参数,例如纳米压痕法,扭转和弯曲法等。这些方法大多数结构比较复杂需要详细的建模分析。此外,需要外部或片外驱动的方法来施加应力,这可能产生误差。本论文提出了一个MEMS薄膜断裂强度的新测试结构。因为人字形热执行器(chevron-shaped thermal actuators,TAs)可以提供较大的力和位移,所以它可以为测试单元提供一个完整的应力-应变曲线。在执行器的梁上施加电压,会使得两发生热膨胀。这会导致与其连接的结构发生直线位移。这种方法的缺点是样品在测试过程中可能遇到大的热流和高温,这会改变某些材料的机械性能。为了解决这个问题,本论文在测试结构上增加了一个散热器来限制热量流向测试单元试样。本论文在COMSOL Multiphysics中设计和仿真了6种不同设计尺寸的人字形热执行器,并对结果进行了分析。在每个模型中,只改变梁的长度和数量,梭(shuttle)的长度和宽度以及的长度和宽度以及预弯角度。在第一个模型中执行动器梁的长度为116μm,宽度为10μm,厚度为10μm,梭的长度,宽度和厚度分别为300μm,10μm,10μm和横梁的弯角是10o。散热器的长度为200μm,宽度为15μm,厚度为10μm。由于PiezoMUMPs的设计限制,测试样品的长度和宽度是固定的。试样的长度为10μm,宽度也为10μm,厚度为0.7μm。横梁上施加的电压是5伏。当在COMSOL Multiphysics中模拟设计时,它会在测试样本上施加1.6 GPa的最大应力。热执行器的最高温度为940摄氏度,断裂单元结构为62摄氏度。在第二个模型中,结构的尺寸与第一个模型相同。只改变梁的预弯角.弯角改为15o。当模型在COMSOL Multiphysics中模拟时,它会在测试样本上施加1.4GPa的最大应力。执行机构和断裂单元结构的最高温度与第一个模型相同。这两种模型都会升温到900摄氏度以上。因此,这两种结构尺寸不适用。在第三个模型中,器件的尺寸发生了变化。梁和散热片的长度发生了变化。梭子的宽度也改变了。执行器的长度为200微米,梭宽度为20微米。散热片的长度为300μm。梁的弯角为15°。仿真结果表明该模型可当它在试样上施加2.8GPa的最大应力。改变梁的长度后,执行机构的最高温度降至630摄氏度。断裂单元结构的最高温度为67摄氏度。在第四个模型中,执行器的所有参数都保持与第三个模型相同。只改变梁的弯角。弯角为10°。当模型在COMSOL Multiphysics中模拟时,它会在测试样本上施加3.13GPa的最大应力。执行机构和断裂单元结构的温度与第3个模型相同。第三和第四个模型的最高温度仍然高630摄氏度。在第五个模型中,梁的数量增加,而模型的尺寸与第三和第四个模型的尺寸保持相同。现在梁的数量为10,施加的电压为4 V,弯角为15o。当它在COMSOL Multiphysics中模拟时,它会在测试样品上施加2.13 GPa的最大应力。执行机构的最高温度降至430摄氏度。断裂单元结构承受的最高温度为68摄氏度。由于可以看出致动器的温度下降,但同时最大应力也降低。在第六个模型中,只改变了预弯角,其余的尺寸与第五个模型保持相同。预弯角为10°。该模型的温度与第五个模型相同。弯角改变到10o可以改善施加在断裂单元结构上的应力值。施加在试样上的最大应力是2.56 GPa。在COMSOL Multiphysics中仿真了人字形执行器的所有6个模型后,发现第6个模型与其他模型下相比,在低温情况下提供了较大的力和位移。此外,本论文发现用于产生较大力的驱动梁的最佳预弯角为10°。