透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy,TEM)热力耦合场实验台是一种用于探究材料在高温、力耦合环境下力学行为及其原子层次显微结构演化的实验平台，具有极高的应用价值。原子作为组成材料的基本单元，在原子尺度研究材料在热力耦合场下的显微结构演化规律，将极大提高研究者对材料显微结构—力学性能相关性的认识，缩短研发周期。针对目前TEM内原位热力耦合加载存在的热力耦合场相互干扰、加热温度较低、且只能实现单轴倾转的问题，本文的研究目为:在微机电系统(Micro electro mechanical system，MEMS)技术基础上，发展一种原子尺度TEM热力耦合场实验台，可实现热力耦合场下显微结构演化的原子级分辨、高温加载及力学精确测量等功能。　　本论文主要内容为该TEM热力耦合场实验台中用于承载样品、对样品实现高温及力学加载的MEMS器件的设计与加工。包括器件结构、材料、加工工艺流程及掩膜的设计;并利用ANSYS有限元模拟软件，探讨了降低器件加热功率及驱动、传感部位温度方法的可行性;最后，对微加热器结构进行了进一步设计和优化，以期降低MEMS器件热膨胀位移对TEM样品的多余应力施加，并在MEMS器件中引入位移放大装置提高驱动位移。具体如下:　　1.减小SOI片顶层硅的厚度，不会影响MEMS器件散热梁的散热效果，可以有效降低器件加热功率及电阻丝电流密度，并降低驱动、传感部位的温度。当SOI片厚度降低至10μm时，将样品升温至1200℃仅需147.8mW，此时传感及驱动部位的温度在80℃以下，在该状态下可以实现驱动、传感及加热部分相互之间无干扰的正常工作。　　2.对氮化硅支撑膜MEMS器件进行多物理场耦合分析结果显示，氮化硅结构层的引入在避免降低MEMS器件整体刚度的同时，减小器件的加热功率，将高温区聚集在加热区中心，使传感器及驱动部分温度保持在50℃以下。顶层氮化硅膜大应力的主要原因是金属加热电阻薄膜与结构层热膨胀系数的不匹配，当薄膜厚度为800nm时氮化硅膜热应力最小，同时薄膜厚度的增加可以减小薄膜Z轴方向的热变形。对搭载TEM样品的单层膜厚800nm器件的结构模拟显示，该支撑膜结构前端足以完成TEM样品的拉伸，薄膜变形及应力很小。　　3.针对MEMS器件在使用中自升温热位移造成样品额外应变的问题，设计了封闭式拉改压结构。通过FIB技术预留缝隙的方式防止样品在升温过程中的变形，并利用ANSYS有限元模拟验证了设计的可行性。　　4.为了提高微型驱动器驱动位移，在MEMS器件中添加了位移放大机构。通过对60μm及10μm器件铰链结构的优化及有限元模拟证实该放大机构可分别达到5.6和4.95倍位移放大效果;并对含有位移放大机构及封闭式拉改压装置的整体器件进行了有限元模拟，结果显示位移放大效果分别为3.7及3.4倍，满足平台需求。