薄膜材料微拉伸测试系统转让专利
申请号 : CN200810034285.5
文献号 : CN101241057B
文献日 : 2010-07-28
发明人 : 丁桂甫 , 刘瑞 , 李雪萍 , 汪红 , 杨春生
申请人 : 上海交通大学
摘要 :
本发明涉及一种薄膜材料技术领域的薄膜材料微拉伸测试系统，包括样品台、样品结构、驱动机构和测量观察装置。样品台中的金属底座被吸附在真空吸附台上，然后通过铆接固定在XYZθ移动平台上面；样品结构中的移动平台通过支撑弹簧和支撑架相连，薄膜试样的一端与移动平台相连，另一端固定在支撑架上，标杆位于移动平台上靠近薄膜试样的一端；驱动机构中的拉伸杆的一端与力学传感器连接，另一端与XYZ移动平台固定，电磁驱动马达与XYZ移动平台相连。本发明部件制备工艺简单，操作方便，成本低，具有很好的线性，并且克服了拉伸过程中由支撑梁塑性变形而引起的实验误差。
权利要求 :
1.一种薄膜材料微拉伸测试系统，包括样品台、样品结构、驱动机构和测量观察装置，样品结构被固定在样品台上，右端与驱动机构相连，测量观察装置一部分置于样品结构的上方，其特征在于：所述样品台包括金属底座、XYZθ移动平台和真空吸附台，金属底座被吸附在真空吸附台上，真空吸附台通过铆接固定在XYZθ移动平台上面；
所述样品结构包括支撑架、薄膜试样、标杆、支撑弹簧和移动平台，移动平台通过支撑弹簧和支撑架相连，薄膜试样的一端与移动平台相连，另一端固定在支撑架上，标杆位于移动平台上靠近薄膜试样的一端；
所述驱动机构包括力学传感器、拉伸杆、电磁驱动马达和XYZ移动平台，拉伸杆的一端与力学传感器连接，另一端与XYZ移动平台固定，电磁驱动马达与XYZ移动平台相连。
2.根据权利要求1所述的薄膜材料微拉伸测试系统，其特征是，所述样品结构中的支撑架，其中间为镂空的矩形结构，上端是多匝弹簧连接的镂空矩形结构。
3.根据权利要求1所述的薄膜材料微拉伸测试系统，其特征是，所述样品结构中的标杆粘接在移动平台靠近薄膜试样的一端。
4.根据权利要求1所述的薄膜材料微拉伸测试系统，其特征是，所述样品结构中的支撑弹簧为蛇形支撑弹簧，蛇形支撑弹簧的一端与样品结构中的支撑架相连，另一端与样品结构中的移动平台相连。
5.根据权利要求1所述的薄膜材料微拉伸测试系统，其特征是，所述的样品结构中的移动平台包括金属Ni层和单晶硅层，下层为刻蚀后的单晶硅层，上层为电镀的金属Ni层，移动平台通过蛇形支撑弹簧与样品结构中的支撑架相连。
6.根据权利要求1所述的薄膜材料微拉伸测试系统，其特征是，所述的力学传感器，其前端为鸭嘴形结构，后端为两个并联多匝蛇形弹簧组成，单匝线宽为200微米，厚度为1毫米，单匝半圆内径为300微米，连接两半圆间的线条长为1.2毫米。
7.根据权利要求1所述的薄膜材料微拉伸测试系统，其特征是，所述的拉伸杆为阶梯型结构，厚度为5毫米，宽度从后到前依次为40毫米、20毫米和6毫米。
8.根据权利要求1所述的薄膜材料微拉伸测试系统，其特征是，所述测量观察装置包括激光位移传感器、显微镜和数码摄像仪，激光位移传感器位于显微镜物镜的左侧，数码摄像仪与显微镜目镜上方的镜筒相连。
9.根据权利要求8所述的薄膜材料微拉伸测试系统，其特征是，所述的激光位移传感器其分辨率为100纳米。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种薄膜材料技术领域的测试系统，更具体地说，涉及一种薄膜材料微拉伸测试系统。
背景技术
随着微机电系统(MEMS)的迅速发展，各种薄膜材料广泛应用在各种微器件中。这些薄膜材料的力学性能对MEMS器件的可靠性设计非常重要，在微米/纳米尺度时，由于表面效应、组织结构和加工过程的影响，材料的力学性能与块体材料相比有很大不同，所以测试微米尺度薄膜材料的力学性能非常重要。单轴拉伸试验是测量材料弹性模量、泊松比、屈服强度和断裂强度等参数最直接的方法，但是由于薄膜试样尺寸较小，传统的单轴拉伸测试设备在许多方面不能满足要求，这就需要设计出可靠准确的单轴拉伸实验系统。
经对现有技术文献的检索发现，Ming等在《Microsystem technology》(《微系统技术》，2006年1期123-128页)发表了题为“Design and development ofsub-micron specimens with electroplated structures for the microtensiletesting of thin films”(“电镀方法制备微拉伸薄膜试样”)的论文，提出对金属薄膜进行单轴拉伸实验的方法。其特点是在硅基片上沉积薄膜，然后从背面用化学方法刻蚀硅，形成两端固定刚性支撑梁结构。在所测试样两端有位移传感器对拉伸过程中的位移变量进行测定。此种方法的优点是能够进行单轴拉伸，可以直接测出应力应变的关系，而且可以测量多种材料和多层复合薄膜；其缺点是由于支撑梁刚度较大，不适宜测量变形量较大的材料，刚性梁在拉伸过程中容易发生塑性变形造成误差。而且其试样制备较为复杂，不易操作。
经对现有技术文献的检索发现，Ming等在《Microsystem technology》(《微系统技术》，2006年1期123-128页)发表了题为“Design and development ofsub-micron specimens with electroplated structures for the microtensiletesting of thin films”(“电镀方法制备微拉伸薄膜试样”)的论文，提出对金属薄膜进行单轴拉伸实验的方法。其特点是在硅基片上沉积薄膜，然后从背面用化学方法刻蚀硅，形成两端固定刚性支撑梁结构。在所测试样两端有位移传感器对拉伸过程中的位移变量进行测定。此种方法的优点是能够进行单轴拉伸，可以直接测出应力应变的关系，而且可以测量多种材料和多层复合薄膜；其缺点是由于支撑梁刚度较大，不适宜测量变形量较大的材料，刚性梁在拉伸过程中容易发生塑性变形造成误差。而且其试样制备较为复杂，不易操作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有薄膜力学测试系统的不足，提供一种薄膜材料微拉伸测试系统，使其能够进行准确、简便的薄膜力学性能测试。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括样品台、样品结构、驱动机构和测量观察装置。样品结构被固定在样品台上，右端与驱动机构相连，测量观察装置一部分置于样品结构的上方。
所述的样品台包括XYZθ移动平台、真空吸附台和金属底座，真空吸附台固定于XYZθ移动平台上方，金属底座吸附在真空吸附台上面。
所述XYZθ移动平台是通过转动其上的螺旋手柄，控制平台的可动部分，来实现位移的调节。XYZθ移动平台有四个螺旋手柄，其中三个可以调节X、Y和Z三个方向的位移，一个可以调节XY平面内转动角度。X、Y和Z分别代表三维空间的三个方向，θ代表同一平面内旋转的角度。
所述的样品结构包括支撑架、薄膜试样、标杆、支撑弹簧和移动平台。样品放置于真空吸附台上面。样品中的移动平台通过支撑弹簧和支撑架连接。薄膜试样的一端与支撑架固定，另一端与移动平台相连接。标杆固定在移动平台上面。
所述样品结构中的支撑架，其中间为镂空的矩形结构，上端是多匝弹簧连接的镂空矩形结构。
所述样品结构中的标杆粘接在移动平台靠近薄膜试样的一端。
所述样品结构中的支撑弹簧为蛇形支撑弹簧，蛇形支撑弹簧的一端与样品结构中的支撑架相连，另一端与样品结构中的移动平台相连。
所述的样品结构中的移动平台包括金属Ni层和单晶硅层，下层为刻蚀后的单晶硅层，上层为电镀的金属Ni层，移动平台通过蛇形支撑弹簧与样品结构中的支撑架相连。
所述的驱动机构包括力学传感器、拉伸杆、电磁驱动马达和XYZ移动平台。XYZ移动平台固定在防振台上，电磁驱动马达和XYZ移动平台固定，拉伸杆固定在电磁驱动马达上面，其前端与力学传感器固定。力学传感器的前端与移动平台通过插销固定在一起。通过控制电磁驱动马达向右移动来施加拉力，通过拉伸杆和力学传感器拉伸移动平台。XYZ移动平台是通过转动其上的螺旋手柄，控制平台的可动部分，来实现位移的调节。本系统中的XYZ移动平台有三个螺旋手柄，其可以调节X、Y和Z三个方向的位移。X、Y和Z分别代表三维空间的三个方向。
所述的力学传感器由UV-LIGA技术制备，前端为鸭嘴形结构，后端为两个并联多匝蛇形弹簧组成，单匝线宽为200微米，厚度为1毫米，单匝半圆内径为300微米，连接两半圆间的线条长为1.2毫米。并联的蛇形弹簧保证在拉伸过程中其形变在同一平面内，而且蛇形弹簧结构弹性变形范围比较大，在拉伸过程中能够避免塑性变形，减少实验误差。
所述的拉伸杆是由精密机械加工形成的，为阶梯型结构，厚度为5毫米，宽度从后到前依次为40毫米、20毫米和6毫米。前端与力学传感器相连接，后端与电磁驱动马达相连。
所述的电磁驱动马达位于样品台的右侧，通过控制电磁驱动马达的速度来调整拉伸薄膜试样的速度，其分辨率为20纳米。
所述的测量观察装置由激光位移传感器、显微镜和数码摄像仪组成。激光位移传感器位于显微镜物镜的左侧，数码摄像仪器位于显微镜目镜的上方。
所述的激光位移传感器位于样品台左侧，在拉伸过程中通过样品上的标杆来记录薄膜试样的变形，其分辨率为100纳米。
所述的数码摄像仪与双视场显微镜相连，并且通过数据线与计算机连接。拉伸过程中对样品的变形实时监控，来观测薄膜试样的变形和断裂情况。
本发明通过UV-LIGA技术制备的具有蛇形支撑弹簧的薄膜测试系统，使试样的对中、夹持等问题得以解决。高分辨的电磁步进驱动马达能施加更加精确的位移。UV-LIGA技术制备的力学传感器可以通过调节其弹簧线宽、厚度等参数来控制其力学分辨率，使拉伸过程中的力更为精确。高精度的激光位移传感器可以精确测量出薄膜试样在拉伸过程中的形变，使测试的力学参数更为可靠。高分辨率的数码图像采集仪可以实时获取薄膜试样在拉伸过程中的图像，为分析薄膜材料的断裂过程提供坚实基础。
本发明单轴拉伸薄膜系统与现有国内外薄膜拉伸系统结构相比，制备工艺简单，操作方便，成本低，并且克服了拉伸过程中由支撑梁塑性变形而引起的实验误差。本发明的拉伸薄膜试样和支撑结构适用于微机电系统中的各种单质金属、合金和复合材料的力学拉伸性能测试，具有较高的应用价值。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括样品台、样品结构、驱动机构和测量观察装置。样品结构被固定在样品台上，右端与驱动机构相连，测量观察装置一部分置于样品结构的上方。
所述的样品台包括XYZθ移动平台、真空吸附台和金属底座，真空吸附台固定于XYZθ移动平台上方，金属底座吸附在真空吸附台上面。
所述XYZθ移动平台是通过转动其上的螺旋手柄，控制平台的可动部分，来实现位移的调节。XYZθ移动平台有四个螺旋手柄，其中三个可以调节X、Y和Z三个方向的位移，一个可以调节XY平面内转动角度。X、Y和Z分别代表三维空间的三个方向，θ代表同一平面内旋转的角度。
所述的样品结构包括支撑架、薄膜试样、标杆、支撑弹簧和移动平台。样品放置于真空吸附台上面。样品中的移动平台通过支撑弹簧和支撑架连接。薄膜试样的一端与支撑架固定，另一端与移动平台相连接。标杆固定在移动平台上面。
所述样品结构中的支撑架，其中间为镂空的矩形结构，上端是多匝弹簧连接的镂空矩形结构。
所述样品结构中的标杆粘接在移动平台靠近薄膜试样的一端。
所述样品结构中的支撑弹簧为蛇形支撑弹簧，蛇形支撑弹簧的一端与样品结构中的支撑架相连，另一端与样品结构中的移动平台相连。
所述的样品结构中的移动平台包括金属Ni层和单晶硅层，下层为刻蚀后的单晶硅层，上层为电镀的金属Ni层，移动平台通过蛇形支撑弹簧与样品结构中的支撑架相连。
所述的驱动机构包括力学传感器、拉伸杆、电磁驱动马达和XYZ移动平台。XYZ移动平台固定在防振台上，电磁驱动马达和XYZ移动平台固定，拉伸杆固定在电磁驱动马达上面，其前端与力学传感器固定。力学传感器的前端与移动平台通过插销固定在一起。通过控制电磁驱动马达向右移动来施加拉力，通过拉伸杆和力学传感器拉伸移动平台。XYZ移动平台是通过转动其上的螺旋手柄，控制平台的可动部分，来实现位移的调节。本系统中的XYZ移动平台有三个螺旋手柄，其可以调节X、Y和Z三个方向的位移。X、Y和Z分别代表三维空间的三个方向。
所述的力学传感器由UV-LIGA技术制备，前端为鸭嘴形结构，后端为两个并联多匝蛇形弹簧组成，单匝线宽为200微米，厚度为1毫米，单匝半圆内径为300微米，连接两半圆间的线条长为1.2毫米。并联的蛇形弹簧保证在拉伸过程中其形变在同一平面内，而且蛇形弹簧结构弹性变形范围比较大，在拉伸过程中能够避免塑性变形，减少实验误差。
所述的拉伸杆是由精密机械加工形成的，为阶梯型结构，厚度为5毫米，宽度从后到前依次为40毫米、20毫米和6毫米。前端与力学传感器相连接，后端与电磁驱动马达相连。
所述的电磁驱动马达位于样品台的右侧，通过控制电磁驱动马达的速度来调整拉伸薄膜试样的速度，其分辨率为20纳米。
所述的测量观察装置由激光位移传感器、显微镜和数码摄像仪组成。激光位移传感器位于显微镜物镜的左侧，数码摄像仪器位于显微镜目镜的上方。
所述的激光位移传感器位于样品台左侧，在拉伸过程中通过样品上的标杆来记录薄膜试样的变形，其分辨率为100纳米。
所述的数码摄像仪与双视场显微镜相连，并且通过数据线与计算机连接。拉伸过程中对样品的变形实时监控，来观测薄膜试样的变形和断裂情况。
本发明通过UV-LIGA技术制备的具有蛇形支撑弹簧的薄膜测试系统，使试样的对中、夹持等问题得以解决。高分辨的电磁步进驱动马达能施加更加精确的位移。UV-LIGA技术制备的力学传感器可以通过调节其弹簧线宽、厚度等参数来控制其力学分辨率，使拉伸过程中的力更为精确。高精度的激光位移传感器可以精确测量出薄膜试样在拉伸过程中的形变，使测试的力学参数更为可靠。高分辨率的数码图像采集仪可以实时获取薄膜试样在拉伸过程中的图像，为分析薄膜材料的断裂过程提供坚实基础。
本发明单轴拉伸薄膜系统与现有国内外薄膜拉伸系统结构相比，制备工艺简单，操作方便，成本低，并且克服了拉伸过程中由支撑梁塑性变形而引起的实验误差。本发明的拉伸薄膜试样和支撑结构适用于微机电系统中的各种单质金属、合金和复合材料的力学拉伸性能测试，具有较高的应用价值。
附图说明
图1是本发明提供的样品结构示意图
图2是本发明提供的力传感器示意图
图3是本发明提供的金属底座示意图
图4是本发明提供的薄膜单轴拉伸系统示意图
图5是本发明提供的薄膜试样计算拉伸力的示意图
图2是本发明提供的力传感器示意图
图3是本发明提供的金属底座示意图
图4是本发明提供的薄膜单轴拉伸系统示意图
图5是本发明提供的薄膜试样计算拉伸力的示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
整个系统包括样品台、样品结构、驱动机构和测量观察装置。样品结构被固定在样品台上，右端与驱动机构相连，测量观察装置一部分置于样品结构的上方。
如附图3和附图4中所示，样品台包括金属底座7、XYZθ移动平台8和真空吸附台9，XYZθ移动平台8固定在防振台上，真空吸附台9固定在XYZθ移动平台8上，当真空吸附台9工作时，金属底座7吸附在真空吸附台9上。XYZθ移动平台8用来调整试样的高度与方向。
如附图1中所示，样品结构包括支撑架1、薄膜试样2、标杆3、支撑弹簧4和移动平台5，支撑架1通过粘接固定在金属底座7上。移动平台5通过支撑弹簧4和支撑架1连接。薄膜试样1的一端与支撑架1固定，另一端与移动平台5相连接。标杆3固定在移动平台5上面。
所述支撑架1，其下端是湿法刻蚀硅形成，形成中间为镂空的矩形结构，上端是叠层电镀技术电镀金属镍形成的多匝弹簧连接的镂空矩形结构。支撑架1也可以是用UV-LIGA技术制备，其结构与上述相同，不同处在于下端是电铸金属镍制备。
所述薄膜试样2由电镀金属形成，可以根据测量试样的不同而电镀各种金属或合金薄膜。薄膜试样2的一端与样品结构中的移动平台5相连，另一端与样品结构中的支撑架1相连。这样在拉伸实验过程中薄膜试样随着移动平台的运动而被拉伸，直至断裂。
所述标杆3，由碳纤维切割制备而成，粘接在移动平台靠近薄膜试样2的一端。也可以由UV-LIGA技术制备的金属Ni，其位置也是在靠近薄膜试样2的一端。
所述样品结构中的支撑弹簧4为蛇形支撑弹簧，由电镀Ni制备，相对于矩形支撑梁设计，在受到水平方向的拉力时，仍然能够保持弹性变形，可以减小薄膜拉伸时力测量的误差。蛇形支撑弹簧的一端与样品结构中的支撑架1相连，另一端与样品结构中的移动平台5相连。
所述的移动平台5包括金属Ni层和单晶硅层，下层为刻蚀后的单晶硅层，上层为电镀的金属Ni层，移动平台5通过蛇形支撑弹簧与样品结构中的支撑架1相连。
如附图2和附图4所示，驱动机构包括力学传感器6、拉伸杆13、电磁驱动马达14和XYZ移动平台15，XYZ移动平台15固定在防振台上，电磁驱动马达14和XYZ移动平台15固定，拉伸杆13固定在电磁驱动马达14上面，其前端与力学传感器6固定。力学传感器6的前端与移动平台5通过插销固定在一起。通过控制电磁驱动马达14向右移动来施加拉力，通过拉伸杆13和力学传感器6拉伸移动平台5。
所述的力学传感器6由UV-LIGA技术制备，前端为鸭嘴形结构，后端为两个并联多匝蛇形弹簧组成，单匝线宽为200微米，厚度为1毫米，单匝半圆内径为300微米，连接两半圆间的线条长为1.2毫米。并联的蛇形弹簧保证在拉伸过程中其形变在同一平面内，而且蛇形弹簧结构弹性变形范围比较大，在拉伸过程中能够避免塑性变形，减少实验误差。
所述的拉伸杆13是由精密机械加工形成的，为阶梯型结构，厚度为5毫米，宽度从后到前依次为40毫米、20毫米和6毫米。前端与力学传感器6相连接，后端与电磁驱动马达14相连。
所述的电磁驱动马达14位于样品台的右侧，通过控制电磁驱动马达14的速度来调整拉伸薄膜试样的速度，其分辨率为20纳米。
测量观察装置包括激光位移传感器10、显微镜11和数码摄像仪12。激光位移传感器10对准标杆3，来测量薄膜试样2的实时位移，在恒温条件下，其精度为10纳米。数码摄像仪12与显微镜11目镜上方的镜筒相连，可以对显微镜11物镜下面的薄膜试样2进行观测。数码摄像仪12对薄膜试样2进行动态摄像。
所述的激光位移传感器10位于样品台左侧，在拉伸过程中通过样品上的标杆3来记录薄膜试样2的变形，其分辨率为100纳米。
所述的数码摄像仪12与双视场显微镜11相连，并且通过数据线与计算机连接。拉伸过程中对样品的变形实时监控，来观测薄膜试样的变形和断裂情况。
如附图5所示，本发明使用时，首先标定力学传感器6的弹性系数，样品固定在金属底座7上面，通过真空吸附台9固定，用XYZ θ移动平台8来调节薄膜试样的水平度与垂直度。力学传感器6的前端鸭嘴形结构与移动平台5通过插销固定在一起。通过电磁驱动马达14施加拉力，一直到薄膜试样2断裂。然后通过电磁驱动马达14使移动平台5恢复到原始位置。再对移动平台5进行空拉。力学传感器6的弹性系数已经标定，可以通过电磁驱动马达14和激光位移传感器10的位移差值，来算出力学传感器6的位移，进而得出拉伸力。通过先后拉伸试样2和移动平台5的组合，与空拉移动平台5，这两次力的差值，得出薄膜试样2的力-位移关系曲线。
本发明力传感器由UV-LIGA(UV-紫外光；LIGA-德语光刻(Lithographie)、电镀(Galvanoformung)和压膜(Abformung)的缩写)技术加工，样品支撑由弹簧结构组成，通过拉伸样品和空拉支撑弹簧的差值，可以得出薄膜的力与位移的关系，进而可以得出应力应变关系，测量出薄膜材料力学性能。制备工艺简单，操作方便，成本低，并且克服了拉伸过程中由支撑梁塑性变形而引起的实验误差。
整个系统包括样品台、样品结构、驱动机构和测量观察装置。样品结构被固定在样品台上，右端与驱动机构相连，测量观察装置一部分置于样品结构的上方。
如附图3和附图4中所示，样品台包括金属底座7、XYZθ移动平台8和真空吸附台9，XYZθ移动平台8固定在防振台上，真空吸附台9固定在XYZθ移动平台8上，当真空吸附台9工作时，金属底座7吸附在真空吸附台9上。XYZθ移动平台8用来调整试样的高度与方向。
如附图1中所示，样品结构包括支撑架1、薄膜试样2、标杆3、支撑弹簧4和移动平台5，支撑架1通过粘接固定在金属底座7上。移动平台5通过支撑弹簧4和支撑架1连接。薄膜试样1的一端与支撑架1固定，另一端与移动平台5相连接。标杆3固定在移动平台5上面。
所述支撑架1，其下端是湿法刻蚀硅形成，形成中间为镂空的矩形结构，上端是叠层电镀技术电镀金属镍形成的多匝弹簧连接的镂空矩形结构。支撑架1也可以是用UV-LIGA技术制备，其结构与上述相同，不同处在于下端是电铸金属镍制备。
所述薄膜试样2由电镀金属形成，可以根据测量试样的不同而电镀各种金属或合金薄膜。薄膜试样2的一端与样品结构中的移动平台5相连，另一端与样品结构中的支撑架1相连。这样在拉伸实验过程中薄膜试样随着移动平台的运动而被拉伸，直至断裂。
所述标杆3，由碳纤维切割制备而成，粘接在移动平台靠近薄膜试样2的一端。也可以由UV-LIGA技术制备的金属Ni，其位置也是在靠近薄膜试样2的一端。
所述样品结构中的支撑弹簧4为蛇形支撑弹簧，由电镀Ni制备，相对于矩形支撑梁设计，在受到水平方向的拉力时，仍然能够保持弹性变形，可以减小薄膜拉伸时力测量的误差。蛇形支撑弹簧的一端与样品结构中的支撑架1相连，另一端与样品结构中的移动平台5相连。
所述的移动平台5包括金属Ni层和单晶硅层，下层为刻蚀后的单晶硅层，上层为电镀的金属Ni层，移动平台5通过蛇形支撑弹簧与样品结构中的支撑架1相连。
如附图2和附图4所示，驱动机构包括力学传感器6、拉伸杆13、电磁驱动马达14和XYZ移动平台15，XYZ移动平台15固定在防振台上，电磁驱动马达14和XYZ移动平台15固定，拉伸杆13固定在电磁驱动马达14上面，其前端与力学传感器6固定。力学传感器6的前端与移动平台5通过插销固定在一起。通过控制电磁驱动马达14向右移动来施加拉力，通过拉伸杆13和力学传感器6拉伸移动平台5。
所述的力学传感器6由UV-LIGA技术制备，前端为鸭嘴形结构，后端为两个并联多匝蛇形弹簧组成，单匝线宽为200微米，厚度为1毫米，单匝半圆内径为300微米，连接两半圆间的线条长为1.2毫米。并联的蛇形弹簧保证在拉伸过程中其形变在同一平面内，而且蛇形弹簧结构弹性变形范围比较大，在拉伸过程中能够避免塑性变形，减少实验误差。
所述的拉伸杆13是由精密机械加工形成的，为阶梯型结构，厚度为5毫米，宽度从后到前依次为40毫米、20毫米和6毫米。前端与力学传感器6相连接，后端与电磁驱动马达14相连。
所述的电磁驱动马达14位于样品台的右侧，通过控制电磁驱动马达14的速度来调整拉伸薄膜试样的速度，其分辨率为20纳米。
测量观察装置包括激光位移传感器10、显微镜11和数码摄像仪12。激光位移传感器10对准标杆3，来测量薄膜试样2的实时位移，在恒温条件下，其精度为10纳米。数码摄像仪12与显微镜11目镜上方的镜筒相连，可以对显微镜11物镜下面的薄膜试样2进行观测。数码摄像仪12对薄膜试样2进行动态摄像。
所述的激光位移传感器10位于样品台左侧，在拉伸过程中通过样品上的标杆3来记录薄膜试样2的变形，其分辨率为100纳米。
所述的数码摄像仪12与双视场显微镜11相连，并且通过数据线与计算机连接。拉伸过程中对样品的变形实时监控，来观测薄膜试样的变形和断裂情况。
如附图5所示，本发明使用时，首先标定力学传感器6的弹性系数，样品固定在金属底座7上面，通过真空吸附台9固定，用XYZ θ移动平台8来调节薄膜试样的水平度与垂直度。力学传感器6的前端鸭嘴形结构与移动平台5通过插销固定在一起。通过电磁驱动马达14施加拉力，一直到薄膜试样2断裂。然后通过电磁驱动马达14使移动平台5恢复到原始位置。再对移动平台5进行空拉。力学传感器6的弹性系数已经标定，可以通过电磁驱动马达14和激光位移传感器10的位移差值，来算出力学传感器6的位移，进而得出拉伸力。通过先后拉伸试样2和移动平台5的组合，与空拉移动平台5，这两次力的差值，得出薄膜试样2的力-位移关系曲线。
本发明力传感器由UV-LIGA(UV-紫外光；LIGA-德语光刻(Lithographie)、电镀(Galvanoformung)和压膜(Abformung)的缩写)技术加工，样品支撑由弹簧结构组成，通过拉伸样品和空拉支撑弹簧的差值，可以得出薄膜的力与位移的关系，进而可以得出应力应变关系，测量出薄膜材料力学性能。制备工艺简单，操作方便，成本低，并且克服了拉伸过程中由支撑梁塑性变形而引起的实验误差。