微电子Chap08

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1、微机电系统引言信息系统微型化系统体积大大减小性能、可靠性大幅度上升功耗和价格大幅度降低信息系统的目标：微型化和集成化微电子解决电子系统的微型化非电子系统成为整个系统进一步缩小的关键机械部分传感执行控制部分电子学MEMS微电子学微机电系统/微电子机械系统Micro-Electro-MechanicalSystems微机械：Micro-machine微系统：Micro-SystemMEMS技术从广义上讲，MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统MEMS技术是一种多学科交叉的前沿性领域，它几乎涉及到自然及工

2、程科学的所有领域，如电子、机械、光学、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等MEMS器件与系统的设计及制造工艺逐步成熟，但产业化、市场化的MEMS器件的种类并不多，还有许多MEMS仍未能大量走出实验室，充分发挥其在军事与民品中的潜在应用，还需要研究和解决许多问题。究其原因，在于MEMS器件是属于多域值器件，与传统的IC器件相比有重大差别。从工艺上看尽管MEMS技术是在集成电路（IC）技术的基础上发展起来的，MEMS技术沿用了许多IC制造工艺。但同时，还发展了许多新的微机械加工工艺，如体微机械加工工艺、表面微机械加工工艺、LIGA工艺、准LIGA工艺和微机械组

3、装技术等。从器件种类上看MEMS器件与IC器件相比种类繁多，有光学MEMS，射频MEMS（RFMEMS），生物MEMS等，不同的MEMS其结构和功能差异很大，应用环境也大不相同。MEMS与IC之间的主要差别是：1)IC本质上是平面器件，典型的MEMS不是；2)IC依赖于隐埋于IC表面之下的效应，而MEMS通常是表面效应器件；3)IC无活动的零部件，而典型的MEMS是活动器件；4)IC的制作工艺方式使得它在以大圆片形式流入小心控制的IC标准生产线之前对环境相对地不敏感，而大圆片形式的MEMS到它封装好之前对环境都非常敏感。这就使得MEMS制造的每道后工序－划片、装架

4、、引线制作、封装密封等都与IC不同且花费非常昂贵；5)IC器件主要是电信号，而MEMS器件有机械、光、电、多种信号；6)IC主要是表面加工工艺，而MEMS有多种加工工艺；7)IC主要是半导体材料，而MEMS有多种加工材料。由于MEMS技术与IC技术相比在材料、结构、工艺、功能和信号接口等方面存在诸多差别，难以简单的将IC技术移植到MEMS技术中，这就使得MEMS器件在设计、材料、加工、系统集成、封装和测试等各方面都面临着许多新的问题，其中封装是制约MEMS走向产业化的一个重要原因之一。MEMS—微小型、智能、集成、高可靠MEMS是人类科技发展过程一次重大的技术整合

5、微电子技术、精密加工技术、传感器技术、执行器技术微小型化、智能化、集成化、高可靠性MEMS能够完成真正意义上的微小型系统集成在芯片上实现了力、热、磁、化学到电的转变MEMS极大地改善了人类生活的质量大批量、低成本的传感器生产方式给人们更多的保护MEMS将会带动一个充满活力的产业迅速成长不是钢铁、汽车、微电子，而是微系统ADI公司生产的微加速度计MEMS芯片MEMS在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景微惯性传感器及微型惯性测量组合能应用于制导、卫星控制、汽车自动驾驶、汽车防撞气囊、汽车防抱死系统(ABS)

6、、稳定控制和玩具微流量系统和微分析仪可用于微推进、伤员救护MEMS系统还可以用于医疗、高密度存储和显示、光谱分析、信息采集等等已经制造出尖端直径为5m的可以夹起一个红细胞的微型镊子，可以在磁场中飞行的象蝴蝶大小的飞机等MEMS技术的应用MEMS技术的应用空间应用用作运行参数测量的微加速度计已进行了地面辐照实验，正在进行飞行搭载实验微陀螺、微推进和微喷管等微系统基础研究通信方面光通信正在向有光交换功能的全光通信网络方向发展无线通信则要求增强功能（如联网等）和减小功耗。包括美国朗讯公司在内的一些公司和大学正在研究全光通信网用的微系统及无线通信用射频微系统MEMS技术

7、的应用在生物医学方面，将光、机、电、液、生化等部件集成在一起，构成一个微型芯片实验室，用于临床医学检测，为医生甚至家庭提供简单、廉价、准确和快捷的检测手段光显示、高密度存储、汽车、国防等微系统MEMS技术的应用美国提出的硅固态卫星的概念图，这个卫星除了蓄电池外，全由硅片构成，直径仅15cmMEMS技术的历史微系统是从微传感器发展而来的，已有几次突破性的进展70年代微机械压力传感器产品问世80年代末研制出硅静电微马达90年代喷墨打印头，硬盘读写头、硅加速度计和数字微镜器件等相继规模化生产充分展示了微系统技术及其微系统的巨大应用前景MEMS技术MEMS用批量化的微电子

8、技术制造出