微传感器原理与技术

微传感器原理与技术

⼀、名词解释：

MEMS：其英⽂全称为Micro-Electro-Mechanical System，是⽤微电⼦，即microelectronic 的技术⼿段制备的微型机械系统。第⼀个M也代表器件的特征尺⼨为微⽶量级，如果是纳⽶量级，相应的M这个词头就有nano来替代，变为NEMS，纳机电。MEMS及NEMS是在微电⼦技术的基础上发展起来的，融合了硅微加⼯、LIGA技术等的多种精密机械微加⼯⽅法，⽤于制作微型的梁、隔膜、凹槽、孔、反射镜、密封洞、锥、针尖、弹簧及所构成的复杂机械结构。（点击）它继承了微电⼦技术中的光刻、掺杂、薄膜沉积等加⼯⼯艺，进⽽发展出刻蚀、牺牲层技术、键合、LIGA、纳⽶压印、甚⾄包括最新的3D打印技术SOI: SOI（Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅）技术是在顶层硅和背衬底之间引⼊了⼀层埋氧化层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所⽆法⽐拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄⽣闩锁效应；采⽤这种材料制成的集成电路还具有寄⽣电容⼩、集成密度⾼、速度快、⼯艺简单、短沟道效应⼩及特别适⽤于低压低功耗电路等优势，因此可以说SOI将有可能成为深亚微⽶的低压、低功耗集成电路的主流技术。

SOC:SOC-System on Chip，⾼级的MEMS是集微型传感器、微型执⾏器以及信号处理和控制电路、直⾄接⼝、通信和电源等于⼀体的微型器件或系统，这样的系统也称为SOC，即在⼀个芯⽚上实现传感、信号处理、直⾄运动反馈的整个过程。

LIGA:LIGA是德⽂光刻、电镀和模铸三个词的缩写。它是在⼀个导电的基板上旋涂厚的光刻胶，然后利⽤x射线曝光，显影后形成光刻胶的模具，再⽤电镀的⽅法在模具的空腔中⽣长⾦属，脱模后形成⾦属的微结构。特点：该⼯艺最显著的特点是⾼深宽⽐，若⽤于加⼯⼀个细长杆，杆的直径只有1微⽶，⽽⾼度可达500微⽶，深宽⽐⼤于500，这是其他技术⽆法⽐拟的。其次，它还具有材料⼴泛的特点，可加⼯⾦属、陶瓷、聚合物和玻璃。但传统的LIGA采⽤的x射线曝光⼯艺极其昂贵，近年来采⽤SU-8光刻胶替代PMMA光刻胶，紫外曝光代替x射线曝光的准LIGA技术获得了更⼴泛的发展和应⽤。

DRIE:反应离⼦深刻蚀（Deep RIE）。⼲法刻蚀的典型⼯艺是DRIE深槽刻蚀。刻蚀分为两步，第⼀步，通⼊SF6刻蚀⽓体进⾏反应离⼦刻蚀，刻蚀是各向同性的，即槽底不仅要被刻蚀，槽壁也会被刻蚀。如果就⼀直这样刻下去，刻蚀的图形和掩模定义的图形将完全不⼀样，很难控制微结构的尺⼨。解决此问题的⽅法是分步刻蚀，逐次推进。在刻蚀进⾏10多秒钟转⼊第⼆步，快速地将刻蚀⽓体切换成保护⽓体C4F8，C4F8在等离⼦的作⽤下进⾏聚合，⽣成类似于特氟龙这种不粘锅材料，沉积在槽底和槽壁上。10多秒钟后，⼜切换成SF6刻蚀⽓体，等离⼦体中的正离⼦在电场加速作⽤下只轰击槽底，⽽不怎么轰击槽壁，优先将槽底的聚合物保护膜打掉，暴露出硅⽚表⾯，从⽽使得化学刻蚀反应能够再次进⾏。刻蚀时，由于槽壁上仍然保留有保护膜，⽽不会被刻蚀。重复这样的刻蚀-保护过程，就能在硅⽚上刻蚀出垂直的深槽。深槽在宏观上的垂直度能达到88-92°，但微观上其侧壁是有多段⼩弧形连接⽽成。⼲法刻蚀不再象湿法腐蚀那样需要晶向的对准，因此可以制备出齿轮、弹簧等复杂的图形。

⼆、多项选择题

第⼀章、

1、MEMS器件的尺⼨范围是：（1）

（1）从1um到1mm （2）从1nm到1um （3）从1mm到1cm

3、微系统部件的“深宽⽐”被定义为（1）之⽐

（1）⾼度⽅向尺⼨和表⾯⽅向尺⼨（2）表⾯⽅向尺⼨和⾼度⽅向尺⼨（3）宽度⽅向尺⼨和长度⽅向尺⼨

4、⽬前为⽌，商品化最好的MEMS器件是（2）

（1）压⼒传感器 (2)喷墨打印头（3）加速度传感器

第⼆章、

1、在曝光后被溶解的光刻胶是（1）

（1）正胶（2）负胶（3）正胶或负胶

2、光刻中⽤正胶将导致的效果（3）

（1）更好（2）更劣（3）与应⽤负胶相同

3、常⽤光刻中光源的波长范围是：（2）

（1）100-300nm （2）300-500nm （3）500-700nm

4、MEMS光刻与IC光刻的主要区别在于：（1）

（1）MEMS光刻需要在更为不平整的表⾯上进⾏（2）MEMS光刻的线条更细（3）MEMS光刻都需要双⾯进⾏

5、光刻技术中的曝光⽅式有（1）（2）（3）

（1）接近式曝光（2）接触式曝光（3）投影式曝光

6、曝光⽅式中，图形尺⼨和掩膜尺⼨⼀致（1）（2）

（1）接近式曝光（2）接触式曝光（3）投影式曝光

7、影像光刻线宽的最主要因素是（1）

（1）光的衍射（2）光的⼲涉（3）光的反射

8、剥离法制备图形的薄膜的基本步骤（2）（1）（3）

（1）沉积薄膜（2）光刻胶图形化（3）去除光刻胶

9、在传统的投影曝光机中，⼀般实现的最⼩线宽为（2）（1）0.5λ（2）1λ（3）2λ

第三章、

1、体硅制造主要涉及部分材料从基底上的（2）

（1）增加（2）减除（3）既有增加也有减除

2、体硅制造中主要采⽤的微加⼯⼯艺为（1）

（1）腐蚀（2）沉积（3）扩散

3、各向同性腐蚀在微制造中⼏乎是不理想的，原因是（3）（1）腐蚀速度太慢（2）成本太⾼（3）难于控制腐蚀⽅向

4、硅的（1）晶向之间的腐蚀速率⽐时400:1

（1）[100]和[111] （2）[110]和[111] （3）[110]和[100]

5、硅晶体中（111）晶⾯和（100）晶⾯的夹⾓（2）

（1）50.74 （2）54.74 （3）57.47

6、各向异性腐蚀和各向同性腐蚀的速率相⽐（3）

（1）更快（2）更慢（3）差不多相同

7、KOH腐蚀剂对sio2的腐蚀速率要⽐对硅的腐蚀速率慢（1）（1）100倍（2）1000倍（3）20000倍

8、氮化硅的抗腐蚀性要⽐sio2（1）

（1）更强（2）更弱（3）⼏乎相同

9、材料的选择⽐越⾼，作为腐蚀掩膜的能⼒越（1）

（1）越好（2）越坏（3）不好也不坏

10、在HNA腐蚀液中，掺杂的硅⽚的腐蚀速度会（1）

（1）更快（2）更慢（3）没有影响

11、在湿法腐蚀时，（1）处会和掩膜的图形不⼀样

（1）凸⾓（2）凹⾓（3）两者都会

12、湿法腐蚀时保留下来的时腐蚀速度（2）的晶⾯

（1）快（2）慢（3）与速度⽆关