第一章 微机电系统(mems)概论

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1、微机电系统机械电子工程学院专业选修课程Micro-Electro-Mechanical-System(MEMS)微机电系统教材参考书籍微系统技术，[德]W.Menz著，王春海等译，化学工业出版社，2003半导体制造技术，[美]MichaelQuirk&JulianSerda著，韩郑生等译，电子工业出版社，2003刘晓明,朱钟淦.《微机电系统设计与制造》国防工业出版社,2006课时——32hours上课时间——第9周-第16周周一10:20AM，主楼东Room401周三10:20AM，主楼东Room219考试方式——闭卷考

2、分比例——期末考试70%不设中期考试平时作业与出勤30%课程安排授课内容微机电系统（MEMS）概论(2hours)MEMS的理论基础知识(2hours)集成电路基本制造技术(8hours)MEMS的制造技术(6hours)微传感器(6hours)微执行器(6hours)MEMS的封装与检测(2hours)第一章微机电系统（MEMS）概论内容提要MEMS的基本概念，与宏观机电系统的对比特征MEMS技术的发展过程与大致技术现状MEMS典型产品的应用一、MEMS的形成与发展1、MEMS的形成基础与机械电子学的关系不是简单的提升

3、基本组成相同机械电子学——机械学、电子学、计算机技术交叉MEMS——机/电/磁/光/声/热/液/气/生/化等多学科交叉学科交叉的产物2、MEMS的特点MEMS的特点以实现新功能、特殊性能为前沿目标微米量级空间里实现机电功能，提升已有性能（包括微型化、集成化、高可靠性等）采用微加工，形成类似IC的批量制造、低成本、低消耗特征MEMS的内涵“微”——尺度效应的作用“机电”——拓展向更多物理量的融合“系统”——水平、实际应用现状3、MEMS的发展MEMS发展的重要标志制作水平方面——微马达（静电）应用水平方面——Lab-on-

4、a-Chip、微飞行器、微机器人MEMS与NEMS的关系20世纪60年代-，集成电路制造工艺，CD目前已达45nm，在1mm2内有若干个G以上容量的单元电路体微加工、深槽加工技术发展，形成MEMS制造技术。典型代表：德国LIGA技术生物微马达生物工程操作碳纳米管——概念延伸、MEMS工艺为基础、对象向生物化学扩展二、MEMS设计的基本问题工程技术的三要素MEMS目前阶段关键要素：材料、工艺、结构要求——高性能/智能化/高效率/低成本/高可靠性方法——设计中必须考虑MEMS设计要求和设计基本思想分系统设计层次按信息流程建立

5、统一物理特征参量按系统设计层次考虑设计功能——MEMS主功能含变换、传输、存储三方面。为便于研究、分析、设计……层次——分系统、子系统、元件（元素）三层次。子系统和元件（元素）之间必须平稳可靠地输入/输出物质、能量、信息……接口——硬接口——以硬件形式。分零接口/主动接口/被动接口/智能接口软接口——对信息进行平稳的传递、变换、调整。例如平稳地输入输出规格、标准、程序、法律、符号等。按信息、物质、能量流程考虑设计信息流程、能量流程的概念智能化的作用、内部构造、信息流程（见书）建立统一的物理特征参量作用——对机、电、磁、热

6、、流、光等不同物理现象作统一方法的描述，从而纳入统一模型中进行分析原理——各物理分支特征参量关系均遵从阻量、容量、惯量（感量）作用的相似规律方法——都参照于同一概念的物理特征参量——电描述，因其分析方法较为成熟方便阻量＝势能变化/速度、电流或流量的变化容量＝质量或位移变化/势能变化惯量＝势能变化/流量（速度或电流）每秒的变化三、MEMS的制造方法概述MEMS与IC工艺追求不同从二维到“假三维”、“真三维”以IC平台发展起来为主，非IC工艺日渐丰富1、在IC加工平台上发展的工艺体微加工技术湿法加工（化学）原理：局部区域化的

7、电解电池作用。特点：质量控制难，对腐蚀速度及腐蚀结构质量的影响因素多干法加工（物理/化学）原理：离子轰击、腐蚀分子与硅衬底表面反应特点：分辨率高，各向异性腐蚀能力强，腐蚀选择比大，能进行自动化操作，设备与工艺成本高等混合加工法先进性在于制造新的微结构装置，如波导高深宽比批量复制微加工技术LIGA=X射线光刻+电铸制模+注塑复制德文lithographgalvanformungundabformug特点：深度可达数百至1000μm，高宽比大于200侧壁平行线偏离在亚微米范围内利用微电铸和微塑铸可大规模生产DEM技术=深层刻

8、蚀（Deepetching）+微电铸（Electroforming）+微复制工艺(Microreplication)——专为MEMS的LIGA系工艺（LIGA/准LIGA/DEM）表面微加工技术表面微加工是在基体上连续淀积结构层、牺牲层和图形加工制备微器件。其应用材料为多晶硅、二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃等。2、非IC