纳米加工技术和微电子机械系统

合集下载

微纳加工技术及其应用

微纳加工技术及其应用

微纳加工技术及其应用微纳加工技术是以微米和纳米为尺度的加工技术,主要包括微电子加工、微机电系统(MEMS)加工和纳米加工等。

随着微纳技术的发展,包括光电子、生物医药、能源环保、纳米传感等等领域的应用层出不穷。

本篇文章将就微纳加工技术的基本原理与方法、应用现状及未来发展进行简要介绍。

微纳加工技术的基本原理与方法微纳加工技术通过对材料的切削加工、吸附脱附、光影刻蚀、微影、微流控等手段,将微米、纳米级别的结构和器件加工出来。

其中,微电子加工是指使用光刻和薄膜技术,在半导体晶片表面制备电子元件和电路。

而MEMS加工则通过热压法、刻蚀法、电化学的电解金属加工、激光束加工等方式在晶圆上制造出微机电传感器和执行器等器件。

纳米加工则主要是通过控制材料原子的运动来予以加工。

光电子领域是微纳加工技术中应用较为广泛的领域之一。

微型化的光电子器件可以具有更高的速度、更高的分辨率、更高的稳定性,使得光学检测技术有着更为广泛的应用。

比如,MEMS驱动式的投影仪、MEMS激光听觉波达仪可以实现对声波和光传播中的障碍物的探测,对于通讯系统等领域有着应用前景。

在生物医药领域上,微纳加工技术可以制作出高精度的微流控芯片、生物芯片和生物传感器。

这些器件可以实现对细胞、蛋白等微生物级别的定量分析,比如基于生物芯片的蛋白质芯片技术、血糖传感器技术等等。

此外,微型针头技术也可以被应用于微创手术、药物输送等医疗领域,实现治疗效果更加精准化的目的。

在能源环保领域,微纳加工技术可以制备出电池、电容等储能和转化材料,还能够制作出可以将太阳能和机械能转换为可用电能的器件。

此外,纳米催化剂可以用于三元催化转化器,用于减少机动车尾气排放的有害物质。

微纳加工技术的未来发展微纳加工技术具有无限的发展潜力。

未来,微纳加工技术的致密化、快速化将会是发展的主要方向。

另外,生物医药领域将是微纳加工技术的重点应用领域,未来也涌现了一大批微纳加工技术与医疗应用公司。

微纳加工技术还可以为物联网提供重要的支持,特别是在微型化的传感器和控制系统方面。

微机电系统(mems)工程技术 半导体制造工艺技术

微机电系统(mems)工程技术 半导体制造工艺技术

微机电系统(mems)工程技术半导体制造工艺技术微机电系统(MEMS)是一种融合微电子技术、机械工艺和微纳米加工技术的新型技术,具有微小体积、高性能和低功耗等优点,被广泛应用于传感器、执行器、微机械系统等领域。

MEMS制造工艺技术作为其核心技术之一,在MEMS设备的设计、生产和测试过程中起着至关重要的作用。

一、MEMS制造工艺技术的基本原理MEMS制造工艺技术是利用微纳米加工技术对微电子元件进行加工,实现微小尺寸的器件。

其基本原理包括光刻、薄膜沉积、刻蚀、清洗和包装等步骤。

在制造过程中,需要考虑到器件的性能、成本和效率等因素,并采用不同的工艺流程进行处理。

二、MEMS制造工艺技术的工艺流程1.设计阶段:确定MEMS器件的功能和结构,并进行软件仿真和电路设计,制定完整的器件设计方案。

2.掩膜光刻:利用掩膜和紫外光曝光的技术,将器件的图形准确转移到光敏材料上,形成所需的图形。

3.薄膜沉积:采用物理气相沉积、化学气相沉积等技术,在衬底表面沉积一层或多层薄膜,用于制备MEMS器件的功能部件。

4.刻蚀工艺:采用干法或湿法刻蚀技术,将多余的材料去除,形成所需的器件结构。

5.清洗和检测:在制造过程中,需要对器件进行清洗和检测,确保器件的质量和性能。

6.包装封装:将制备好的器件封装在封装体中,保护器件免受外部环境的影响。

三、MEMS制造工艺技术的发展趋势1.纳米加工技术:随着纳米加工技术的发展,MEMS器件的尺寸将进一步减小,性能将得到显著提升。

2.多功能集成:未来的MEMS器件将具有多功能集成的特点,可以同时实现多种功能,提高器件的综合性能。

3.自组装技术:自组装技术的应用将使MEMS制造工艺更加灵活和高效,降低成本,提高生产效率。

4.高可靠性设计:随着MEMS器件在汽车、医疗等领域的广泛应用,高可靠性设计将成为MEMS制造工艺技术的重要发展方向。

四、结语MEMS制造工艺技术是一项复杂而重要的工艺技术,对MEMS器件的性能和质量起着决定性的作用。

微电子机械系统MEMS概述

微电子机械系统MEMS概述

微电子机械系统MEMS概述微电子机械系统(Micro-electromechanical Systems, MEMS)是一种将电子技术与机械工程相结合的技术领域,通过制造微尺度的电子器件和机械系统,可以实现微小化、集成化和高性能的微型设备。

MEMS用于制造传感器、执行器和微操纵系统等微型装置,已经广泛应用于通信、汽车、医疗、军事和消费电子等领域。

MEMS的核心技术包括微纳加工技术、传感器技术和微机电系统技术。

微纳加工技术是MEMS制造的基础,主要包括光刻、薄膜沉积、离子刻蚀、扩散和薄膜技术等。

这些技术可以制造出微米甚至纳米级别的微型结构和器件。

传感器技术是MEMS的重要应用领域之一,利用微型传感器可以实现对温度、压力、流量、位移、加速度和姿态等物理量的检测和测量。

而微机电系统技术则是将传感器和执行器等微型装置集成在一起,实现自动化控制和微操纵的功能。

MEMS具有以下几个显著的特点:微小化、集成化、多功能和低成本。

微小化可以实现高密度的集成和高灵敏度的检测,同时降低设备的功耗和重量。

而集成化可以将多个功能模块集成在一个芯片上,提高了系统性能和可靠性,同时减少了系统的体积和重量。

多功能则是指MEMS可以同时实现多种功能,如传感、处理和控制等。

此外,由于MEMS采用的是集成化的制造工艺,可以大规模制造,降低了生产成本,为大规模应用提供了可能。

MEMS在各个领域的应用也越来越广泛。

在通信领域,MEMS技术可以制造微型光机械开关,用于光通信网络的光信号调控和光路径选择。

在汽车领域,MEMS技术可以制造出压力传感器、加速度传感器和姿态传感器等,用于车辆的安全控制系统和车载导航系统。

在医疗领域,MEMS技术可以制造出微型生物传感器,用于检测体内的生物信号,如血压、血氧和葡萄糖等。

在军事领域,MEMS技术可以制造微型化的惯性导航系统和气体传感器,应用于导弹制导系统和化学生物探测等。

在消费电子领域,MEMS技术可以制造微型微镜头和投影显示器,应用于智能手机、平板电脑和智能手表等。

微纳加工技术在集成电路制造中的应用

微纳加工技术在集成电路制造中的应用

微纳加工技术在集成电路制造中的应用当我们初学电子时,我们可能经常听到一个词:集成电路。

而集成电路的制造被认为是现代微电子工业的基础。

通过微纳加工技术,制造出了微米级别的电路。

那么这种微纳加工技术在集成电路制造中的应用是怎样的呢?本文将会从加工技术角度,浅谈微纳加工技术在集成电路制造中的应用。

一、微纳加工技术微纳加工技术是指对于微纳米尺度的物质或者元件进行制造加工的技术。

其主要应用于微观流体控制、微纳机械装置及微电子和微光学器件等领域。

其主要加工方式有以下几种:1.化学法化学加工是利用化学反应和溶液的物理和化学性质进行微纳加工的方法。

其主要的特点是工艺流程相对简单,而且加工出的表面的形貌复杂度比较高,因此被广泛地应用于微型传感器、微泵、微阀、微通道等领域。

2.光刻法光刻技术是目前集成电路制造中最常见的技术之一。

其主要原理是在光敏剂上喷涂光刻胶,在UV(紫外线)照射下对于光刻胶进行曝光,然后通过化学溶解的方式在硅片上进行加工。

光刻法被广泛地应用在硅片加工中,其加工精度可以达到亚微米级别。

3.物理法物理加工是对于材料进行物理性能的控制来进行微纳加工的方法。

例如,通过高能离子束轰击,可以在硅片上建立微米级别的结构,然后进行化学腐蚀,从而得到所需要的二维结构。

二、微纳加工技术在集成电路制造中的应用微纳加工技术在集成电路制造中得到了广泛的应用。

例如:1.光刻法加工电路在集成电路制造的过程中,光刻法是一种非常重要的加工方法。

其通过芯片上每一个元器件的关键层面进行定位,往上喷涂光刻胶,然后通过光刻的方式在胶层上形成光刻图形,最后用化学腐蚀和离子注入来进行加工。

2.热处理在集成电路制造的过程中,还会运用到热处理技术。

例如,在集成电路加工过程中,需要进行寄生的消除,对于硅做热处理,消除掉表面寄生电容和串联寄生阻抗,从而达到优化电路性能的目的。

3.微通道制备微通道是集成电路制造中的一个关键部分。

利用微纳加工技术,在硅片表面上开凿出极为微小的、迂回曲折的通道,可以极大提高集成电路的效率。

MEMS原理解读

MEMS原理解读
MEMS原理及应用
什么是MEMS?
• MEMS是英文Micro Electro Mechanical systems的缩写,即微 电子机械系统。微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳 米技术(micro/nanotechnology)基础上的21世纪前沿技术, 是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技 术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一 个整体单元的微型系统。这种 微电子机械系统不仅能够采集、 处理与发送信息或指令,还能够按照所获取的信息自主地或根据 外部的指令采取行动。它用微电子技术和微加工技术(包括硅体 微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造 工艺,制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行 器、驱动器和微系统。 微电子机械系统(MEMS)是近年来发 展起来的一种新型多学科交叉的技术,该技术将对未来人类生活 产生革命性的影响。它涉及机械、电子、化学、物理、光学、生 物、材料等多学科。
Materials for MEMS Manufacturing
• Silicon • Polymers [ˈpɔlimə] • Metals
MEMS Basic Processes
• This chart is not complete:
Basic Process
Deposition
Patterning
MEMS description
• MEMS technology can be implemented using a number of different materials and manufacturing techniques; the choice of which will depend on the device being created and the market sector in which it has to operate.

MEMS技术

MEMS技术

MEMS技术MEMS是英文Micro Electro Mechanical systems的缩写,即微电子机械系统。

微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术(micro/nanotechnology)基础上的21世纪前沿技术,是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。

它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。

这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令,还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。

它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺,制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。

微电子机械系统(MEMS)是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术,该技术将对未来人类生活产生革命性的影响。

它涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科。

对微电子机械系统(MEMS)的研究主要包括理论基础研究、制造工艺研究及应用研究三类。

理论研究主要是研究微尺寸效应、微磨擦、微构件的机械效应以及微机械、微传感器、微执行器等的设计原理和控制研究等;制造工艺研究包括微材料性能、微加工工艺技术、微器件的集成和装配以及微测量技术等;应用研究主要是将所研究的成果,如微型电机、微型阀、微型传感器以及各种专用微型机械投入实用。

易懂的MEMS与难懂的MEMS概括起来讲,MEMS就是基于微加工技术的产品与技术的总称,而微加工技术的基础则是半导体制造技术。

因此从宏观上讲,业界期望在半导体产品的延长线上开展产品的大批量生产业务。

这一点和半导体业务一样容易制订开发蓝图,对半导体厂商和业界分析师来说很容易理解。

另一方面,假如把MEMS技术看作基础性微加工及各种集成技术的集大成,那么我们就能够将它视为现实世界中所有领域现有产品的超小型化,以及由此综合而成的系统化手段。

由此来讲,可以说存在着大量具有潜在应用前景的产品。

微电子机械系统(MEMS)

微电子机械系统(MEMS)
– Patients can distinguish simple items after training
Small high-resolution electrodes that
– do not degrade when passing high current levels in saline – high-density hermetic packaging – fully integrated electronics including power supplies – bidirectional high-rate data telemetry
MEMS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
力 传 光 声 感 温度 化学 其它 感测量 器
研究领域
技术基础:设计、工艺加工(高深宽比多层 微结构)、微装配工艺、微系统的测量等。 应用研究:如何应用这些MEMS系统也是一 门非常重要的学问。人们不仅要开发各种 制造MEMS的技术,更重要的是如何将MEMS 器件用于实际系统,并从中受益。
MEMS的分类
微传感器:
– 机械类:力学、力矩、加速度、速 度、角速度(陀螺)、位置、流量传感器 – 磁学类:磁通计、磁场计 – 热学类:温度计 – 化学类:气体成分、湿度、PH值和离 子浓度传感器 – 生物学类:DNA芯片
衬底 掩膜 胶 金属 铸塑 材料
硅MEMS工艺
化学腐蚀 高深宽比深槽刻蚀 键合
体硅工艺

微机电系统在机械传感器中的应用及进展

微机电系统在机械传感器中的应用及进展

微机电系统在机械传感器中的应用及进展微机电系统(MEMS)是一种基于微纳技术的集成系统,它将微电子技术、微机械技术和传感器技术相结合,可以制造出微小而高性能的传感器与执行器。

在现代科技发展的背景下,微机电系统在机械传感器方面的应用及进展逐渐受到关注。

本文将就微机电系统在机械传感器中的应用及进展进行探讨。

一、微机电系统的基本原理微机电系统是利用微纳米加工技术将微电子电路和微机械系统集成在一起,实现功能精细、体积微小的系统。

其基本原理包括两个方面:1. 微电子技术:微电子技术是MEMS中的核心,它利用半导体材料和集成电路技术,将传感器与执行器制造在微小的芯片上,实现高精度和高灵敏度的测量与控制。

2. 微机械技术:微机械技术是MEMS中的关键,它利用光刻、腐蚀、薄膜制备等工艺,制造出微小而复杂的结构,如微悬臂梁、微压力传感器等。

这些微结构能够实现物理量与电信号的相互转化。

二、微机电系统在机械传感器中的应用微机电系统在机械传感器领域有着广泛的应用,主要体现在以下几个方面:1. 加速度传感器:MEMS加速度传感器是微机电系统最成功的应用之一。

它可以测量物体的加速度,并通过微电子电路将加速度转化为电信号。

在汽车安全气囊、智能手机、运动监测等领域中得到了广泛应用。

2. 压力传感器:MEMS压力传感器是另一个重要的应用领域。

通过微压力传感结构的变形,可以测量介质的压力。

MEMS压力传感器在汽车制动系统、工业自动化等领域中有着广泛的应用。

3. 温度传感器:MEMS温度传感器可以测量环境温度,并通过微电子电路将温度转化为电信号。

它在智能家居、医疗设备等领域中得到了广泛应用。

4. 气体传感器:MEMS气体传感器可以测量环境中特定气体的浓度。

它在环境监测、工业安全等领域中发挥着重要作用。

三、微机电系统在机械传感器中的进展随着科技的发展,微机电系统在机械传感器中也取得了不断的进展。

以下是一些进展的方向:1. 尺寸缩小:借助于微纳加工技术的不断进步,MEMS传感器的尺寸可以做到越来越小。

微机电系统(mems)研究报告

微机电系统(mems)研究报告

微机电系统(mems)研究报告
微机电系统(MEMS)是一种将微米(微薄)尺度的机械系统与先
进的微电子技术和纳米加工技术相结合的领域。

它是一个综合性的交
叉学科,包括机械工程、电子工程、材料科学等多个领域。

MEMS通常
用于制造微型设备以及各种传感器、执行器、微机械系统等。

MEMS技术的发展始于20世纪60年代。

在此之前,人们只能制造出很大的电气机械系统。

然而,伴随着硅微米加工技术的进步,科学
家们终于有能力制造出微型机器。

现在,MEMS技术已经得到广泛应用,例如气体传感器、压力传感器、光学器件、生物传感器等。

MEMS设备的制造非常复杂。

尽管它的大小很小,但有时候需要数百步的加工流程,这通常需要利用高精密的光学和电子设备。

MEMS技
术还需要涉及到虚拟与实际的领域,制造出来的设备通常都需要通过
计算机模拟来测试性能,同时还要回到实验室进行物理实验。

MEMS技术不仅在实验室中被应用于研究,其实在各个领域都有应用。

这些应用通常涉及到小型手机、传感器、医学诊断等领域。

综上所述,MEMS技术代表了一个快速发展的领域,它的出现大大扩展了微电子技术的应用。

这种技术对于现代社会的重要性越来越广泛,它的不断发展和创新相信也会带来更多的惊喜和可能性。

微电子机械系统简介

微电子机械系统简介

微电子机械系统陈迪微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System)简称MEMS,是集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理控制电路、接口、电源等于一体的机械装置。

它将自然界各种物理量,如声、光、压力、加速度、温度以及生物、化学物质的浓度信息转化为电信号,并将电信号送入微处理器得到指令,指令被随即发送到微执行器上,对自然界的变化做出相应反应。

MEMS的特点是体积小、重量轻、能耗低、可靠性高和可批量制造。

微电子机械系统技术微电子机械系统技术在欧洲也称为微系统技术(Microsystem Technology,MST),是近年来飞速发展的一门高新技术,它综合集成了微电子工艺和其他微加工工艺,加工制造各种微型传感器和微型执行器,并将其综合集成。

微电子机械系统技术包含了材料、设计与模拟、加工制造、封装、测试五个方面。

MEMS的材料包括导体、半导体和绝缘材料几类。

根据不同的使用环境,MEMS材料要求耐高温、耐低温、耐腐蚀和耐辐射。

在微传感器和微执行器的制造中,MEMS需要使用具有各种功能的材料,如压电材料、压阻材料、磁性材料和形状记忆合金等。

MEMS设计与模拟技术包括了专用集成电路(application specific integrated circuit,ASIC)设计、机械微结构设计、加工工艺流程设计、掩模板设计,以及微传感器和微执行器结构参数优化与性能模拟等。

MEMS加工技术主要分为硅微加工技术和非硅微加工技术两类。

MEMS硅微加工技术应用了微电子常规工艺,包括氧化、薄膜制备、光刻、刻蚀、电镀、离子注入等。

MEMS技术与微电子技术的区别是,前者可以制造悬空或可活动的微结构,以及具有高深宽比的三维立体微结构,它主要采用硅表面工艺和体硅工艺技术(包括牺牲层工艺,湿法、干法各向同性和各向异性刻蚀工艺以及键合工艺等)来实现。

非硅MEMS微加工技术包括LIGA、激光、电火花等微加工技术。

机械设计中的微机电系统与纳米技术

机械设计中的微机电系统与纳米技术

机械设计中的微机电系统与纳米技术随着科学技术的不断进步,机械设计领域也得到了前所未有的发展。

其中,微机电系统(MEMS)和纳米技术成为了许多创新设计的关键。

本文将探讨机械设计中的微机电系统与纳米技术的应用和前景。

一、微机电系统(MEMS)概述微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,简称MEMS)是一种结合微电子技术、微机械技术和信息处理技术的综合性新技术领域。

它的特点是器件结构和功能被集成在微米或毫米尺寸的硅基片上,具有体积小、重量轻、低功耗和低成本等优势。

MEMS技术广泛应用于传感器、执行器和微电子机械系统等领域。

例如,加速度计、陀螺仪、压力传感器等都是MEMS技术在机械设计中的重要应用。

通过MEMS技术,可以实现对物理量的高精度测量和控制,为机械设计带来了巨大的便利。

二、纳米技术在机械设计中的应用纳米技术是指对原子、分子和超分子尺度的物质进行控制和制造的技术。

它利用纳米尺度的特性,可以对影响机械设计性能的各个因素进行精确调控,从而实现更高的性能和更小的体积。

1. 纳米涂层技术纳米涂层技术是利用纳米级材料对表面进行涂层处理的一种技术。

通过在机械零件表面形成纳米级的保护层,可以提高零件的硬度、耐磨性和耐腐蚀性,延长使用寿命,并减小摩擦系数,提高机械传动效率。

2. 纳米材料应用纳米材料可以用于制造更小、更轻的机械零部件。

例如,纳米碳管可以用来制造超轻、超强的机械结构,提高整体性能。

此外,纳米材料还可以用于制造高效的热导材料,提高机械零件的散热能力。

3. 纳米加工技术纳米加工技术是一种利用纳米级精度进行加工的技术。

通过纳米级的刀具和加工工艺,可以实现对微小尺寸结构的制造与加工。

这种技术可以应用于微机电系统的制造、纳米机械元件的加工等领域,为机械设计带来了更高的精度和可靠性。

三、微机电系统与纳米技术的前景微机电系统与纳米技术的结合在机械设计领域具有广阔的前景。

通过微机电系统,可以实现对机械运动和物理量的高精度控制与检测;通过纳米技术,可以实现对机械零件的精确制造与加工。

第一章 MEMS 概论

第一章 MEMS 概论

Detail View of MEMS Mirror Edge prior to Final Polish of Mirror Surface
2012-03-22 42
微型镍鋅电池
微型太阳能电池阵列
2012-03-22 43
Section of High Performance MEMS Post Actuator.
特征尺寸: • 0.1-100nm: 纳米(nano)技术。 • 100nm-1mm: MEMS。 • >1mm: 宏观。 如果一个器件被称为MEMS器件,则该器件不论是 x、y,还是z方向,至少要有一个部件具有 0.1um~1mm范围内的特征尺寸。
2012-03-22 19
2012-03-22
第一讲 MEMS/NMES概论
MEMS 技术
秦玉香 qinyuxiang@
课程主要内容:
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章

MEMS 概论 MEMS 材料 MEMS工艺技术 MEMS微执行器 MEMS微传感器 纳米技术与纳米加工
第一章 MEMS概论
2012-03-22
3
1.1 MEMS的基本概念 及其特点

目前,国外已经研发出的MEMS微机械结构部件有 阀门、弹簧、喷嘴、齿轮,连接器、散热器、硅静 电电机,马达及各种传感器如加速度计、惯性测量 组合等等,其中硅微压力传感器、微加速度计、陀 螺、和微阀等已成为商品,具有和传统产品竞争的 能力。 MEMS被认为是微电子技术的又一次革命, MEMS技 术的目标是把信息获取、处理和执行一体化地集成 在一起,使之成为真2-03-22
9
信息处理单元
MEMS及相关领域

MEMS技术是多 学科交叉的新兴 领域,融合微电 子与精密机械加 工技术,利用三 维加工技术制造 微米或纳米尺度 的零件、部件或 集光机电于一 体,完成一定功 能的复杂微细系 统,是实现“片上 系统”的发展方 向。

微机电系统及纳米技术大作业-微压力传感器

微机电系统及纳米技术大作业-微压力传感器

微机电系统及纳米技术大作业题目:微型压力传感器微型压力传感器摘要:MEMS压力传感器是微系统世界里第一个出现的MEMS器件,该项技术已相当成熟,在当今的现代化产业中,压力传感器扮演了很重要的角色。

由于MEMS压力传感器具有高性能、低成本和小尺寸等优点,被广泛地应用于汽车电子、工业控制、消费电子、航天航空和医疗领域等。

MEMS压力传感器在每个领域中都在寻找新应用,例如:汽车领域的汽缸压力感测、医疗领域的循环正气压仪(CPAPM)、消费电子领域的智能手机(三星Galaxy S3的室内导航)和平板电脑。

虽然所有这些新兴应用处于起步阶段,但是前途不可限量。

关键字:MEMS,压力传感器1.发展历程1824年,正是由于瑞典化学家发现了硅,才为今天的电子工业革命奠定了材料基础。

在1947年,Bell实验室利用半导体禇研制的第一个晶体管又为半导体产业奠定了基石。

现如今,短短60年时间,微电子技术已成为了我们生活中不可或缺一部分。

这其中,MEMS即微机电系统经过四十多年的发展,已成为世界瞩目的重大科技领域之一。

它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术,MEMS技术也正在不动声色地改变着我们生活方式。

喷墨打印机的喷墨头,智能手机的旋转感应,数码相机的防抖系统等等全部引入了MEMS技术。

现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志,而半导体传感器的发展可以分为四个阶段:(1)发明阶段(1945 - 1960年):这个阶段主要是以 1947年双极性晶体管的发明为标志。

此后,半导体材料的这一特性得到较广泛应用。

史密斯(C.S. Smith)于1945年发现了硅与锗的压阻效应,即当有外力作用于半导体材料时,其电阻将明显发生变化。

依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上,即将力信号转化为电信号进行测量。

此阶段最小尺寸大约为 1cm。

(2)技术发展阶段(1960 - 1970年):随着硅扩散技术的发展,技术人员在硅的晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯。

光学微纳加工技术在微电子和光电子器件中的应用

光学微纳加工技术在微电子和光电子器件中的应用

光学微纳加工技术在微电子和光电子器件中的应用随着科技的不断进步和人类经济水平的提高,微电子和光电子技术在现代生产和生活中发挥着越来越重要的作用。

而光学微纳加工技术作为一种新兴的先进加工技术,是研究微纳加工技术的热点之一,正在微电子和光电子器件制造领域中得到广泛关注和应用。

本文将阐述光学微纳加工技术在微电子和光电子器件中的应用及其优越性。

一、光学微纳加工技术的概念及原理光学微纳加工技术是一种基于光的纳米级加工技术,主要应用于微电子和光电子器件制造领域。

该技术通过激光束、光刻、光孔等方式,可以对半导体、金属、光学玻璃等材料进行微小尺寸、高精度的加工和控制,可以制造出微纳级结构像微机电系统、光子晶体、微透镜和光纤等微电子和光电子器件。

光学微纳加工技术的原理主要是通过激光与物质相互作用的能量转化,达到对材料加工和改变材料物性的目的。

不同类型的激光束可以对材料产生不同的影响,如紫外线激光能够通过光刻技术进行微米级加工,而脉冲激光则能够在纳秒级别下对材料进行微小尺寸加工。

二、光学微纳加工技术的应用1、微机电系统微机电系统是一种将微电子技术与机械工程相结合的器件,是光学微纳加工技术的重要应用领域之一。

光学微纳加工技术在微机电系统的制造过程中发挥着重要的作用,通过该技术可以制造出复杂的微机电系统结构,如微机电阵列、微机电液压系统、微机电光学系统和微机电感应系统。

其中微机电光学系统是光学微纳加工技术的重要应用领域之一,可制造像微透镜、光纤电机组成的微光学系统,被广泛应用于光通信、激光加工等领域。

2、光子晶体光子晶体是基于晶体学原理制造的一种新型光电子器件。

它可以对光进行强烈的调控,被广泛应用于光电子信息处理、传感和光学通信等方面。

光学微纳加工技术可以制造出复杂的光子晶体结构,并且可以调控光子晶体的晶格参数、排列方式和缺陷结构,以得到不同的光学性质和功能。

3、微透镜微透镜是一种直径小于1毫米的小透镜,广泛应用于微光学成像系统、激光加工和光通信等领域。

微机电系统及纳米技术大作业--MEMS motor

微机电系统及纳米技术大作业--MEMS motor

微机电系统及纳米技术大作业题目:MEMS motor摘要:本文以微电机驱动方式为线索介绍静电型微电机、电磁型微电机、压电式微电机、形状记忆合金微电机和磁致伸缩型微电机的工作原理,结构组成以及应用前景。

关键字:微电机微机电系统微机械WORD中静电型微电机0 引言现代微电机的发展与新材料技术、微电子技术、微加工技术都息息相关,也正是由于这些包括MEMS等高科技的迅速发展,为微电机的开发和拓展注入了活力。

本文介绍了包括静电微电机、电磁型微电机、压电式微电机、形状记忆合金微电机和磁致伸缩型微电机的工作原理,结构组成以及应用前景。

1 微电机种类1.1 静电型微电机微电子技术的巨大成功在许多领域引发了一场微小型化革命,以加工为纳米结构和系统为目的微米/纳米技术在此背景下应运而生。

自1987年加州大学伯克利分校科学家研制首台静电微电机以来,微电机随着加工工艺、方法的突破取得长足发展。

静电微电机因其与IC(integrate circuit)兼容、转速高、易于控制等诸多优点成为研究重点。

静电微电机技术主体有五个方面,设计建模和仿真、加工制造、应用,如图1。

图1静电微电机包括顶驱动电机、测驱动电机、摆动电机、中心电机、法兰盘电机、线性步进电机、超声电机、双定子轴向驱动可变电容电机、外转子电机、电感应电机、快门电机等。

图2为纳米电机。

图21.1.1 设计MEMS中静电微电机的设计不同于传统电机系统的设计,主要区别是MEMS 的设计需要集成相关的制造和加工工艺新型静电感应微电机的设计,其转子上所加载的负荷主要来自于电机气隙与轴承间产生的粘滞曳力,这些驱动器的加工过程还不能与IC完全兼容。

1.1.2 建模和仿真为了加快和提高MEMS设计,研究者开发出多种建模和仿真工具用于多能域、多学科交叉系统的建模和仿真,如VHDL-AMS可用于微电机的系统建模,Spice 和Saber可用于静电学仿真,ANSYS可用于多能域(机械、热和静电等)系统仿真。

纳米技术在微电子行业中的应用

纳米技术在微电子行业中的应用

纳米技术在微电子行业中的应用随着科技的不断发展,纳米技术逐渐成为一项备受关注的技术。

其被广泛应用于生物医学、能源、材料等领域,而在微电子行业中,纳米技术的应用也日渐成熟。

一、纳米技术概述纳米技术是一种掌握和应用到纳米尺度的物质与结构的研究领域,其定义范围为1至100 nm之间。

通俗来讲,纳米是一个极小的尺度,它可以将原子和分子级别的物质进行利用和加工,为我们带来更为精确的成果和技术。

二、纳米技术在微电子行业中的应用1、半导体芯片制造方面在半导体芯片制造方面,纳米技术的应用可以使得芯片变得更为精细、稳定和高效。

通过利用纳米级别的颗粒,可以将电路的特性精确地控制到1至2纳米的范围内,进而增强了器件的可靠性和稳定性。

此外,在半导体的表面和表面处理方面,通过纳米级别的加工技术,可以使得芯片表面更为光洁,减小了芯片表面缺陷和污染等风险。

2、电子元器件方面在电子元器件领域,纳米技术的应用可以制作出高精度的微电子元器件,比如纳米器件、光电子器件以及纳米传感器等。

其中,纳米传感器被广泛应用于生物医学、环境监测、气体检测等领域,其利用纳米级别的结构和结晶形态可以提高传感器的敏感度和精确度。

3、多媒体产业方面纳米技术也可以使得多媒体产业更具创造力和可靠性。

在光学存储技术中,通过纳米级别的加工技术,可以制作出容量大、读写速度快、耐久性强的光存储器件,这为多媒体的存储和传递提供了保障。

4、环境和健康检测方面在环境和健康检测方面,纳米技术的应用可以使得检测设备更为精准、灵敏和可靠。

比如,在水和空气质量检测中,纳米颗粒可以被应用于过滤、吸附和分离等方面,大幅提高了检测设备的准确性。

三、纳米技术面临的挑战和机遇目前,纳米技术在微电子行业中的应用还存在一些挑战和机遇。

对于挑战来说,主要表现在制程复杂、成本高昂、可靠性有待提高等方面。

在制程方面,要求工程师在纳米级别上进行制程控制,需要更高的实验设备和技术水平。

在成本方面,由于纳米材料的制造、加工、测试等需要精密设备、时间和耐心等成本极高。

微纳米机电系统

微纳米机电系统

微纳机电系统微/纳米科学与技术是当今集机械工程、仪器科学与技术、光学工程、生物医学工程与微电子工程所产生的新兴、边缘、交叉前沿学科技术。

微/纳米系统技术是以微机电系统为研究核心,以纳米机电系统为深入发展方向,并涉及相关微型化技术的国家战略高新技术。

微机电系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS ) 和纳机电系统(Nano Electro Mechanical System, NEMS )是微米/纳米技术的重要组成部分,逐渐形成一个新的技术领域。

MEMS已经在产业化道路上发展,NEMS还处于基础研究阶段。

一、引言从微小化和集成化的角度,MEMS (或称微系统)指可批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路,直至接口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统。

而NEMS(或称纳系统) 是90年代末提出来的一个新概念,是继MEMS 后在系统特征尺寸和效应上具有纳米技术特点的一类超小型机电一体的系统,一般指特征尺寸在亚纳米到数百纳米,以纳米级结构所产生的新效应(量子效应、接口效应和纳米尺度效应) 为工作特征的器件和系统。

二、纳米系统的意义、应用前景微纳系统的意义应用前景由于微/纳机电系统是一门新兴的交叉和边缘学科,学科还处于技术发展阶段,在国内外尚未形成绝对的学科和技术优势;微/纳米技术还是一项支撑技术,它对应用背景有较强的依赖性,目前它的主要应用领域在惯导器件、军事侦察、通信和生物医学领域,以及微型飞机和纳米卫星等产品上。

2.1 .重要的理论意义和深远的社会影响微/纳米系统技术是与其它广泛学科具有互动作用的重要的综合技术,涉及学科领域广泛。

微/纳米系统技术是认识和改造微观世界的高新技术,微/纳米系统是结构集成化、功能智能化的产物。

微/纳米系统表现出的智能化程度高、实现的功能趋于多样化。

例如,微机电系统不仅涉及到微电子学、微机械学、微光学、微动力学、微流体学、微热力学、材料学、物理学、化学和生物学等广泛学科领域,而且会涉及从材料、设计、制造、控制、能源直到测试、集成、封装等一系列的技术环节。

微纳米加工技术在光电子学领域的应用前景

微纳米加工技术在光电子学领域的应用前景

微纳米加工技术在光电子学领域的应用前景随着科技的不断发展,微纳米加工技术在光电子学领域已经变得愈发重要。

随着现代科技的日益发展,我们对这些微观结构的了解越来越深入,同时也让我们更清晰地认识到微观结构对我们所使用的设备的影响,包括各种光学元件和电子器件。

在这篇文章中,我们将讨论微纳米加工技术在光电子学领域的应用前景。

一、微纳米加工技术对光学元件的应用微纳米加工技术不仅可以制造微型电子器件,还可以制造高精度的光学元件。

最常见的就是透镜,其中最复杂的透镜类型是非球面透镜。

此技术的应用也不仅仅局限在光学透镜上,尚可以用在集成光路和功分器中。

此外,微纳米加工技术还被用来制造二维和三维光子晶体。

其中二维和三维光子晶体是基于反射和衍射原理而设计的新型材料,这些材料通过调节材料和纵向、横向光子束的间距来制造出能够过滤特定光波的材料,从而实现排斥其它波长的光。

二、微纳米加工技术在电子器件中的应用除了光学元件,微纳米加工技术也可以制造出非常小的电子器件。

最常见的就是传统的晶圆制造技术,该技术被用于制造处理器、存储器、芯片、传感器等。

而此类微型器件的应用不仅仅局限在电子学领域,也在微机械系统中得到了广泛应用。

微纳米加工技术还可以被用于制造MEMS(微电子机械系统),包括制造锅炉、电阻器、以及板状电容器等。

这些设备主要用于半导体及其它电子工业进销商,主要集中在半导体、纳米技术和医药制品、生命科学、应用光学领域等集成电路的研究开发中。

三、微纳米加工技术对光学器件的应用光学器件是指利用光学技术来捕捉、分析、测量和调节光的任务。

并且,由于微纳米加工技术所制造的器件非常小,因此当它们在光学器件中被应用时,便极大地提高器件的效率和性能。

例如,具有大量微纳米加工结构的光场调制器,在光纤通信和量子计算中被广泛应用。

此类光场调制器的应用使得信息传输变得更快、更安全、更可靠。

而微纳米加工技术还可以被用于制造平面光波导、增强振荡器、光放大器、光调制器、微光学和微波学器件等。

微纳加工技术对MEMS器件性能的影响

微纳加工技术对MEMS器件性能的影响

微纳加工技术对MEMS器件性能的影响微纳加工技术是一种具有广泛应用的技术,可以制造微小尺寸的器件。

在微电子机械系统(MEMS)领域,微纳加工技术发挥着重要的作用。

通过微纳加工,可以制造出高精度、高灵敏度、高稳定性的MEMS器件,满足不同领域的需求。

本文将深入探讨微纳加工技术对MEMS器件性能的影响。

一、微纳加工技术的发展历程微纳加工技术的发展历程可以追溯到20世纪70年代。

当时,从事微电子研究的学者开始尝试使用化学湿法刻蚀技术进行微型芯片的制造。

在此基础上,出现了光刻、电子束曝光、离子束刻蚀等微纳加工技术,使得微米级尺寸的器件制造成为可能。

近年来,随着纳米技术的快速发展,微纳加工技术也得到了迅速发展,能够制造出更小、更精密、更复杂的器件。

二、微纳加工技术在MEMS器件制造中的应用微纳加工技术在MEMS器件制造中应用广泛,包括传感器、执行器、光电子器件等各种类型的MEMS器件。

下面以传感器为例,介绍微纳加工技术在MEMS器件制造中的应用。

传感器是一种将物理量转换成电信号输出的器件。

常见的传感器有温度传感器、压力传感器、加速度传感器等。

通过微纳加工技术,可以制造出高精度、高灵敏度的传感器,提高传感器的测量精度和响应速度。

例如,压力传感器可以通过微纳加工制造出细小的弹性体构成的微纳结构,当外部施加压力时,微压力传感器的弹性体受压,其阻尼会发生变化,从而产生电信号输出,实现对压力变化的测量。

同时,利用微纳加工技术还可以制造出微小结构的加速度传感器。

加速度传感器是一种测量加速度的器件,其工作原理就是通过弹性体的变形来测量物体的加速度。

微纳加工技术可以制造出弹性体非常小的加速度计,因此具有快速响应、灵敏度高等特点,可以使用于体积小、重量轻的设备和系统中。

三、微纳加工技术对MEMS器件性能的影响微纳加工技术对MEMS器件性能的影响主要表现在以下方面:1. 应力影响在MEMS器件制造过程中,由于材料本身的性质,以及微纳加工技术的限制,器件在制造过程中会受到应力的影响。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

第十六章纳米加工技术和微电子机械系统按照人们的意愿在纳米尺寸的世界中自由地剪裁、安排材料的技术被称为纳米加工技术。

包括扫描探针技术和精密加工技术(能量束加工等)。

纳米加工技术是纳米科学的重要基础,也包含许多尚未认识清楚的纳米科学问题。

一、纳米机械学1. 历史由来2. 纳米加工技术3. 微型机械的发展二、微电子机械系统1. 组成和特性2. 发展趋势一、纳米机械学1. 历史由来纳米技术的灵感来自于美国的理查得·费曼。

1959年12月29日,美国著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者理查得·费曼(Richard Phillips Feynman,1918-1988)在美国物理学会召开的年会上,作了一个题为《在底层还有很大空间》“There’s Plenty of Room at the Bottom”的著名演讲。

在演讲中,费曼满怀激情的说:“当我们深入并游荡在原子的周围,我们是按不同的定律活动,我们会遇到许许多多新奇的事情,能以全新的方式生产,完成异乎寻常的工作。

如果有一天可以安排一个个原子,将会产生什么样的奇迹?!”费曼给我们描述了这样一幅激动人心的画面:通过人为地操纵单个原子,来构造人们需要的特定功能的物质,这如同用原子来搭积木!费曼在演讲中还说:“至少依我看来,物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。

”在演讲中他提到也许有一天人们会造出仅由几千个原子组成的微型机器。

但在当时,这句话因为过于超前而没有引起人们的广泛注意。

直到1986年,一个专门以展望未来为职业的预言家,美国预见研究所的工程师—埃里克·得雷克斯勒(K.Eric.Drexler)运用了更为通俗和形象的描述才将27年前这个天才的思想表书清楚。

他说:我们为什么不制造出成群、肉眼看不到的微型机器人,让它们在地毯上爬行,把灰尘分解成原子,再将这些原子组装成餐巾、肥皂和电视机呢?这些微型机器人不仅是一些只懂得搬原子的建筑“工人”,而且还具有绝妙的自我复制和自我维修能力,由于它们同时工作,因此速度很快而且廉价得让人难以置信。

多数主流派科学家对得雷克斯勒的想法不屑一顾,认为是一派胡言。

但得雷克斯勒仍然著书立说,阐述自己的观点。

有的科学家随后开始进行实验性研究。

对于纳米技术,得雷克斯勒认为:“它不是小尺寸技术的延伸,它甚至根本不该被看作是技术,而是一场认知的革命。

” 从石器时代开始,人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术,都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质作成有用的形态有关。

费曼质问到,为什么我们不可以从另一个角度出发,从单个的分子甚至原子开始进行组装,以达到我们的要求呢?实际上这一灵感来自于大自然从单个分子、甚至单个原子创造物质的启示。

纳米技术就是向大自然学习,力图在纳米尺度精确地操纵原子或分子来制造产品的技术,统称为“由底向上”或“由小到大“的加工技术。

2. 纳米加工技术科学技术进步使器件和装置的尺寸越来越小,进入了纳米的范围。

与之相适应的加工和制造技术,已成为国际上的研究热点,发展很快。

①定义按照人们的意愿在纳米尺寸的世界中自由地剪裁、安排材料的技术被称为纳米加工技术。

纳米加工技术可分为刻蚀和组装两类,包括扫描探针技术和精密加工技术(能量束加工等)。

纳米加工技术将为我们设计和制造出尺寸极小而功能极强的设备。

②纳米组装技术由于在纳米尺度刻蚀技术已达到极限,组装技术将成为纳米科技的重要手段,日益受到人们的高度重视。

组装技术就是通过机械、物理、化学或生物的方法,把原子、分子或者分子的聚集体进行组装,形成有功能的结构单元。

纳米组装技术包括分子有序组装技术、扫描探针原子/分子搬迁技术以及生物组装技术。

i) 分子有序组装技术科技部2006年公布的“十一五”期间首批启动的国家重大科学研究计划中,纳米研究计划项目“具有重要应用背景的纳米超分子组装体的构筑与功能研究” 名列其中,项目首席科学家是南开大学化学学院院长、“长江学者奖励计划”特聘教授刘育。

刘育课题组以环糊精的分子识别和组装为突破口,在超分子组装/ 纳米超分子的研究工作中已取得重大突破。

ii) 生物组装技术蛋白质、核酸等生物活性大分子的组装要求高密度定取向,这对于制备高性能生物敏感膜、发展生物分子器件,以及研究生物大分子之间的相互作用是十分重要的。

生物大分子⇒识别组装此外,在长链聚合物分子上的有序组装、桥连自组装技术、有序分子薄膜的应用研究等技术也有进展。

采用纳米加工技术还可以对材料进行原子级的加工,使加工技术进入一个更为微细的深度。

纳米加工技术⇒实现纳米尺度上某个功能的机械-- 纳米机械3. 纳米机械-- 微型机械的发展近些年来国内外在微型机构的开发和研究方面出现了一个非常强劲的新兴趋势,即对微/纳机械电子学系统的研究发展。

集成电路的微细加工技术在三维加工方面有所延伸,将机构、传感器、控制器以及动作器等集成在一个或多个硅片上,通过一系列的处理形成微型机电装置。

这不仅将传统的无源机构变为有源机构,而且可以获得一个完备的机电一体化的微机械电子系统,整个系统的尺寸可减小到几毫米,甚至几百微米。

微型系统的惯量小、热容量低,容易得到高灵敏度的响应特性,使多传感器、驱动机构及电路集成化等具有系统高性能、一致性好及制造费用低等优点。

随着人们对微型系统中有关材料的机械性质以及功能研究的不断深入,特别是加工技术的不断发展,系统尺寸也不断缩小,其中许多部件已为纳米尺度量级,且表现出一些全新的理化性质,特别是机械学、电子学特性,这使得对纳米机构或纳米机械的研究逐渐被人们重视起来。

纳米机械的出现是微机电系统(MEMS)发展的趋势。

①纳米机械学的定义和任务国外对微机械的基本尺寸作了如下三层大概划分:100mm到1mm的,称为小型机械;1mm到10微米的,称为微型机械;10微米到10nm的,称为超微型机械–纳米机械。

人们通常将机械工程学科分为机械学和机械制造学,它们分别对应着机械系统从构思到实现所经历的理论设计和实际制造的两个阶段。

如何对纳米尺度结构或对象的机械学性质进行测量与分析,是否还符合传统的机械学的性质或原理等,是在微型零部件制造出来后首当其冲出现的问题。

这关系到具体机械或机电系统的是否可实现以及是否可实用等许多重要的方面。

所谓纳米机械学,就是研究纳米尺度对象的机械结构、性质及其测量与分析,以及进行相关微系统设计的学科。

纳米机械学的任务,就是以微型机械及其系统的设计为目标,研究各组成单元的工作原理、特性和设计理论方法;通过创造性思维过程,规划出符合社会、生产和科学技术发展所需要的微型机电系统的组成结构,并对系统进行功能综合和定量描述其性能。

②纳米机械学的研究内容研究微型机械中运动变换和动力传递,以及机械系统在运动过程中动态特性的微机构学;研究适用于制造微型构件而性能独特的材料,特别是新型功能材料及其在环境影响下的变形响应、失效规律的微结构材料力学;从原子、分子尺度出发,研究相互运动接触界面上的相互作用、变化以及纳米摩擦学或微摩擦学;与纳米机器原理、制造及应用相关的关键技术等。

相对于传统机械来说,微型机械具有体系小、重量轻、能耗低、集成度高以及智能化程度高等许多优点。

为此,纳米机械学的研究内容不仅与微电子学密切相关,而且也和集成电路制造技术及其相关功能材料有关,广泛涉及到材料科学,尤其是新材料、表面物理与化学以及现代光学、气动力学、流体力学、热学、电磁学、声学、自动控制与现代仪器学、生物学、仿生学等众多的学科领域,是一门融合多学科综合发展的高新技术。

③纳米机械学的特点微/纳机械电子系统与传统机械的工作原理、制造以及材料等许多方面存在很大差异,使纳米机械学具有以下一些显著的特点:i) 传统机械一般需要经过熔炼、压延、切削加工等形成过程,而微型机械的部件大多采用气相、液相或固相生长,形成单晶或薄膜的制作过程,使它们的物理、化学性质具有明显的特征,特别是材料的结构、性能随着构件的结构以及制造方法、工艺条件的改变而变化很大,具有明显的可调节性或可设计性。

ii) 当微型机电系统缩小到一定的尺度,或者有关构件的尺寸缩小到一定程度时,材料的性能和构件的力学行为将发生很大的变化,出现尺寸效应:如构件的尺寸减小、材料内部缺陷的可能减少使材料的机械强度获得改善,弹性模量、抗拉强度、断裂韧性、疲劳强度以及残余应力等均与大尺寸构件明显不同。

另外,尺寸效应对于微构件的受力情况也有很大影响。

凡与尺寸高次方成比例的力,如惯性力、电磁力等的作用相对减弱;而与尺寸低次方成比例的粘性力、表面张力、静电力、摩擦力等的作用明显增强。

由于比表面相对增加,使得热传导与化学反应速度也相应增加。

iii) 出于受到空间尺寸和驱动能量小的限制,微型机械系统应尽可能缩短运动链和减少机件数量,尽可能将能量传递、运动转换和执行调节等机构统一成一体。

通常还应考虑将传感器、测控电路等信号处理部分与其组合在一起,形成一个综合体。

所以,必须进行能量、动作、信号处理及散热等诸多因素合并考虑的整体设计,才能实现预想的功能及其参数指标。

④纳米机械的性能和意义i) 性能通常机械零件是用车、钻、刨、磨等机床逐个加工而成。

而微机械却是采用微电子技术(特别是集成电路平面工艺)实现三维加工,成批地、甚至整体地把微型机械零件加工出来。

目前微型机械所用的材料,不是钢铁或有色金属,而是硅材料。

人们巧妙地利用了硅材料极优良的力学性质、各向异性的化学腐蚀性质,采用集成电路平面技术、薄膜技术和微焊接技术等,做出各种特殊形态的硅材料部件,如阀门、齿轮、连杆、电机转子、定子等。

它们的尺寸只有几十到几百微米,它们的形状只有在显微镜下才能看得清楚,而加工精度却很高,可精确到0.1-0.5微米。

与宏观机械加工相比,微型机械加工技术可实现高产量、高精度、动作缓和无噪音,所用材料极少,而且可采用贵重优质材料以实现高性能。

因此,很明显,微机械技术是随着微电子技术和纳米技术的发展而迅速崛起的一门综合性的高技术。

微机械虽然体积极其微小,但却“五脏俱全”。

它既有大脑(电脑和控制器),又有手脚(传感器和驱动器)和电源,它是一个将上述构件集成在极其微小体积范围内的机电一体化系统,是机、电、磁、光、化学、电脑、自动控制、传感技术与信息处理等多种技术的综合或融合的产物。

微机械的个头虽然很小很小,但是,它却能完成人们通常无法从事的工作。

例如,有种小如跳蚤的微小机械,能自由地从门缝而出入居室。

假如把它送进动脉,它前端那极其精细的微型手术刀,能按照人的指令,切除血管壁上的脂肪、排除血栓、分检细胞、铲除肿瘤等。

总之,未来的机械,就象微型机械人一样,可以完成大型机械难以完成的各类特殊而复杂的任务。

ii) 意义正如由于晶体管和集成电路的发明使电脑的体积越来越小、智能化程度越来越高一样,微/纳机械的问世,其意义也十分重大。

相关文档
最新文档