微米纳米技术是指研究尺度在微米纳米范围的技术

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1、绪论微米纳米技术是指研究尺度在微米纳米范围的技术，包括系统、器件及相应的材料与加工技术。特点：1．多数微米纳米系统、器件会保持宏观基本性质，这就为大型器件和系统微小型化提供了空间，而微小型化会带来占用空间、能量消耗、材料耗费、应用范围等方面的巨大好处2．一些微米纳米尺度的系统、器件、材料具有宏观不具备的一些特殊性质，产生前所未有的新功能3．在微米纳米尺度上的科学研究还进行得很少，已有研究一般都停留在现象上，有关加工、操作和理论上的研究涉及较少4．理论有别于宏观理论和微观理论，为科学研究留下较大空间5．加工方式特殊6．交叉性和渗透性强7．应用广泛MEMS是将热、光、磁、化学、生物等结

2、构和器件通过微电子工艺及其他微加工工艺加工到芯片上，并通过与电路的集成乃至相互之间的集成组成复杂的微型系统。特点：1．微小结构。体积小重量轻2．智能化3．交叉性与渗透性4．具备集成电路的一些特点，如批量化、低成本等纳米技术的分类：纳米电子学、纳米材料、纳米结构、NEMS纳机电系统、纳米操作和纳米制造、纳米结构的检测与表征。当把微机电系统的特征尺寸缩小到100纳米以下变成了纳机电系统，其特点是尺寸更小、质量更小、更灵敏精确、更低功耗，可用于精密测量，机械结构更高的固有频率，但噪声大，加工难度大。对社会的影响：新型材料、生物与医学、能源、环境、国土安区和反恐、科学发展微纳米技术的应用微

3、纳力学传感器包括微惯性传感原理与制动原理传感原理基本概念传感：将一种外界待测变（能）量（物理、化学、生物等）转化成另一种可以测量、或更适合测量的物理变量（通常是电信号），相应的器件叫做传感器致动：将系统内部的能量（通常是电能）转化成可以对外界发生作用的能量，相应的器件叫做制动器或执行器。换能：以上两者的统称，将一种能量转变成另一种能量，相应的器件称变送器或变换器。传感器的基本要求静态要求：可用方程，其中y为输出，x为待测量，N表示多种环境变量。要求1．是的单调函数，输入量和输出量一一对应。2．线性。满足S定义为灵敏度。3．是的恒定函数。传感器的输出不受环境变化影响。4．漂移、寿命、

4、重复性、稳定性、分辨率、选择性等静态要求动态要求：常用二阶近似。如对于加速度计系统振动的阻尼比对于加速度计最佳阻尼比为0.707，此时有最大带宽；对于陀螺等需要在谐振状态下工作的器件，需要有尽量小的阻尼比（高品质因子Q）动态特性通常包括带宽、响应速度、品质因子（阻尼）、抗瞬态冲击等。传感类型I．电压（电荷）式通过敏感单元直接把外界带测量转换成电压或电荷的传感方式。1．压电式某些材料的一定方向上施加压力或拉力，则在材料的一些对应表面上分别出现正负电荷，称为压电效应。压电传感器是机械传感器的主要传感方式之一，优点是响应快、检测电路简单，缺点是无法提供直流响应，有频率检测下限。压电效应是

5、由内部电荷的极化造成的，因此中心对称的晶体或不定型晶体都不存在压电效应，常存在于存在不对称的偶极子的晶体材料。压电特性可以用压电系数表征。传感器应用中，通常采用压电薄膜。2．热电式某些材料或结构，在受到热或温差时会产生电荷或电势差，称为热电效应。3．光电式光照射下，物体中的电子脱出的现象叫做光电效应。分内光电效应和外光电效应。II．电阻式将被测量的变化转换成传感器元件电阻式的变化，再经过转换电路变成电信号输出，是采用最广泛的传感方式之一。检测方式简单，使用最多的是惠斯通电桥结构压阻式当材料受到应力作用时，其电阻会发生变化，称为电阻的应变效应，是力学传感器检测的最主要机制之一。对于金

6、属，应力应起的电阻率变化较几何尺寸引起的变化小。半导体在发生形变时电阻率会发生显著变化，称为压阻效应，电阻率的变化对电阻变化率的贡献比几何效应高一个数量级以上，因此半导体材料比金属有更高的灵敏度。压阻效应压力传感器其他电阻式包括热阻式、光照改变电阻、吸收水分子或其他气体改变电阻、磁致电阻变化效应（巨磁阻）III．电容式将被测非电量的变化转换为电容量的变化的一种传感方式。加工简单，不需要特殊的工艺和材料，分辨率非常高，温度灵敏性很低，但信号处理复杂、微纳米尺度下信号小、寄生效应影响大，是应用最多的传感方式。检测方式：通过不同电路将电容转换成电压、电流或频率信号。采用差分电路的方式来提

7、高线性度和灵敏度，并将工艺变化的影响减到最低。变间距型：当间距的变化很小时，电容变化和间距变化成正比。但当变化量较大时，不再是线性的变化。灵敏度高。变面积型：在很大的形变范围内保持线性，但变面积式灵敏度要比变间距式低，要达到相同的初始电容和电容变化率，占用的面积更大。变介电常数型IV．谐振式原理：优点：数字输出、灵敏度高V．隧道式在金属针尖与导体之间施加一定的电压，当距离达到足够小时，电子会穿越之间的势垒，形成隧道电流。隧道电流I与电极间距z之间存在负指数关系。隧道电