《数字技术》PPT课件

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1、纳米机械学是适应微型机电系统设计研究的需要而产生的一门学科。所谓纳米机械学，就是研究纳米尺度对象的机械结构、特性及测量分析，以及进行相关微系统设计的学科。纳米机械学包括微机电系统（MEMS）、微纳加工和纳米摩擦学三个部分。一、概述1、微机电系统微机电系统(MicroElectroMechanicalSystems，简称为MEMS)是融合了硅微加工、LIGA和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息技术构成的微型系统。一、概述1、微机电系统微机电系统是在微电子技术的基础上发展起来的，但又区别于微电子技术。目前与集成电路(IC)相联系的微电子加工主要是“平面”加工技术，而MEMS则需要“立体

2、”加工技术。在一定的意义上可以说，MEMS超越了IC，因为它不仅含有进行信号处理和控制的集成电路功能，而且还包括感知外界信息(力、热、光、生、磁、化等)的传感功能(sensor)和(或)控制对象的执行功能(actuator)。一、概述1、微机电系统一、概述1、微机电系统1987年，美国斯坦福大学发明了基于表面牺牲层技术的硅静电微马达(转子直径120微米，电容间隙2微米)，标志着具有信息处理功能的集成电路可以与有力和运动输出的执行部件集成制作，是MEMS技术的开端。图5-2直径为100μm的微型马达一、概述1、微机电系统MEMS制造方法不断更新，新的器件和系统不断涌现。作为信息获取关键器件的多

3、种传感MEMS，已成功地应用于汽车、电子等行业和军事领域。近几年，采用MEMS技术的微型卫星、微型飞行器和进入狭窄空间的微型机器人，已展示了诱人的应用前景。一、概述1、微机电系统在信息技术和生命技术的发展中，MEMS更将起不可估量的作用：光MEMS(又称MOEMS)被认为是未来全光通信的关键器件；射频MEMS(RFMEMS)将成为移动通信及各种无线通信和传感的一项核心技术；高密度MEMS生物芯片将强有力地推动生命科学和生物技术的发展。一、概述2、MEMS技术的特点学科上的交叉性：MEMS涉及力学、材料、电子、光学、热学、机械、生物、化学、物理等学科，是这些学科前沿的综合；技术上的集成性：ME

4、MS产品具有高功能密度；应用上的多样性：MEMS的应用领域包括信息、生物、医疗、电子、机械、环保、航空、航天和军事等等。它不仅可形成新的产业，还将通过产品的更新换代，有力地改造传统产业。一、概述3、MEMS发展概况1993年，美国ADI公司成功地将微型加速度计商品化，并大批量应用于汽车防撞气囊，标志着MEMS技术商品化的开端；1995年后，MEMS技术从单一功能迈入系统集成阶段，并逐渐从着重于以微电子加工工艺将机械元件纳入集成电路的早期狭义的MEMS，大步迈向突出系统集成的微系统技术，广泛地包含了声、光、电和生物各种技术集成；一、概述3、MEMS发展概况2000年，美国朗讯公司开发的基于ME

5、MS技术的光开关的路由器已经试用，预示着MEMS发展又一高潮的来临；相对应于MEMS名词的局限性，MOEMS(MicroOptic-ElectroMechanicalSystems，微光机电系统)，RF-MEMS(射频微机电系统)，Bio-MEMS(生物微机电系统)等变异名词相继出现；一、概述3、MEMS发展概况近、中期的MEMS产品主要有三类：1)传感MEMS：如压力传感器、惯性传感器、化学传感器等；2）信息MEMS：计算机及通讯产品的周边产品，如微型喷墨头、惯性鼠标等；无线通讯中RF-MEMS，如滤波器、电感等；MOEMS，如光开关等；3）生物MEMS：如生化检测的生物芯片等。MEMS与

6、宏观机电系统相比，不仅几何尺寸大大缩小，其自身还将有传统理论难以作出解释和预测的特定规律。在这一方面的基础性研究将极大地促进MEMS的发展。二、MEMS的基础理论二、MEMS的基础理论尺度效应是MEMS中许多物理现象不同于宏观现象的一个非常重要原因。尺度效应的主要特征：微构件材料的物理特性的变化，传统理论中常常被忽略了的表面力将起主导作用；某些微观尺度短程力所具有的长程作用效应及其所引起的表面效应将在微构件尺度起重要作用；随着尺寸的减小，表面积(L2)与体积(L3)之比相对增大，因而热传导、化学反应等的速度将加快。包括：速度、角速度、加速度、压力、温度、湿度、气体、磁、光、声、生物、化学等传

7、感MEMS。它是人类探知自然界的触角，是各种现代化装置中的神经元。传感MEMS是指采用MEMS加工技术制造出来的、特征尺寸至微米级、具有将感受量转换成电信号的微型器件和系统。三、传感MEMS三、传感MEMS传感MEMS技术是现代传感器技术的重要发展方向。MEMS传感器体积小、重量轻、功耗低、高可靠、成本低、易于批量化生产、易于集成化和多功能化，是各种自动化装置发展和现代武器装备必不可少的关键技术，其应用领域十