微机电系统精品PPT课件
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《微机电系统概论》课件
表面微加工技术
表面微加工技术包括物理沉积、化学沉积、电 化学沉积等多种方法，这些方法能够制造出具
有优异性能的薄膜材料。
表面微加工技术的优点在于它可以制造出大面积、高 精度和低成本的微纳器件，因此在微机电系统中得到
了广泛应用。
表面微加工技术是一种制造微机电系统的技术 ，它通过在衬底表面上的薄膜上进行加工，制 造出各种微结构和功能器件。
01
微机电系统的未来 展望
微纳融合技术
总结词
微纳融合技术是微机电系统未来的重 要发展方向，它将微纳尺度下的器件 、电路和系统进行融合，实现更小尺 寸、更高性能的集成。
详细描述
随着微纳技术的不断发展，将微电子 和纳电子进行融合，可以进一步缩小 器件尺寸，提高集成度，降低能耗， 为未来的智能化和微型化提供有力支 持。
01
微机电系统的应用 实例
微型飞行器
总结词
微型飞行器是微机电系统的重要应用之 一，具有体积小、重量轻、灵活性高等 特点。
VS
详细描述
微型飞行器可以在狭小空间内进行飞行和 侦查，广泛应用于军事侦察、环境监测、 灾难救援等领域。其制造需要精密的微加 工技术和先进的控制算法，以确保稳定性 和精度。
微型机器人
总结词
微型机器人是微机电系统的另一重要应用，具有高效、精准、灵活等优点。
详细描述
微型机器人可以执行各种复杂任务，如医疗手术、工业制造、环境治理等。通 过微机电系统技术，可以实现微型机器人的小型化、智能化和自主化，提高工 作效率和精度。
微型医疗器械
总结词
微型医疗器械是微机电系统在医疗领域的应用，具有体积小、操作简便、创伤小 等优点。
自组装和自修复技术
总结词
自组装和自修复技术是实现微机电系统自主适应环境变化的重要手段，通过自组装和自修复，微机电系统能够更 好地适应复杂环境，提高稳定性和可靠性。
微机电系统
4-2 喷墨打印机喷头
工作原理 1. 左侧加热元件小于右侧加热元件，通入相同电 流时，左侧产生更多热量，形成更大气泡。 2. 左侧气泡首先扩大，从而隔绝左右侧液体，保 持右侧液体高压力使其喷射。 3. 喷射后气泡破裂，液体重新填充该腔体。
4-2 喷墨打印机喷头
4-3 投影仪
投影仪所采用的MEMS微镜如图。 其中扫描电镜图则是来自于TI的投影 系统用静电驱动数字反射镜。通过改 变外部激励从而控制同一个微镜的不 同锚/铰链的尺寸从而微镜倾斜特定 角度，将入射光线向特定角度反射。 大量微镜可以形成一个阵列从而进行 大面积的反射。采用静电驱动方式， 即通入电来产生静电力来倾斜微镜。
掺 杂
2-2 集成电路制造
2-2 集成电路制造
（a）
（b）
03
Part Three
3-1 工艺特征
1）微型化：MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、 惯性小、谐振频率高、响应时间短。 2）以硅为主要材料，机械电器性能优良：硅的 强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝， 热传导率接近钼和钨。 3）批量生产：用硅微加工工艺在一片硅片上可 同时制造成百上千个微型机电装置或完整的 MEMS。批量生产可大大降低生产成本。
1-1 微机电系统
图1 微机电系统加工世 界是最小的吉他
图2 MEMS内部结构 与头发丝
1-2 组成部分
美国：微电子机械系统（MEMS） （MicroElectroMechanicalSystem） 欧洲：微系统技术（MST） （MicroSystemTechnology） 日本：微机械（Micromachine）
的微小智能系统将进入人体，执行诊断和治疗任务， 严重威胁人类生命的脑血管病，届时可由血管中的 清道夫来进行根治。用于大脑皮层电刺激和电信号 采集的脑电极阵列，可以使盲人复明，微机电的进
第八章微机电系统
人器机性柔型微的金合忆记于基 4.3.8
统系器感传量流微片单的路电理处有具 7-8 图 片照器感传 )b( 造构器感传 )a(
题课的临面所现实统系电机微 2.8
图念概统系电机微型典 1-8 图
。元单制
统系电机微 章八第
系关其及科学的及涉所统系电机微
2-8 图
学工电
学 程工械机 学科料材
学 程工统系 ★
★ 论理制控 程工信通 学化 学子电 学科机算计
造 构 统 系
化 优 最
余 冗
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型 模 坏 破 化 劣
散 分 律 自
)AEF(列阵枪子电冷型微 2.3.8
统系电机微 章八第
2
然�bN 铌属金的厚 mn002 约成生射溅用采上膜 2OiS 在先首�艺工成形极栅枪子电是步三第 。板基硅的下余掉蚀腐下℃06 约在液溶 HAMT 于利后最�mμ03 约掉蚀腐)4FC(法 EIR 用后然�mμ05 约掉去艺工光抛�板基的厚 mμ003 约 掉去艺工磨研用利�上板璃玻块一在贴粘来过反板硅将先首�艺工除去体本片硅是步二第 。艺工线引铝和盖覆膜缘绝是后最�h5 理处硅合复对 氢子离等℃003 用着接。mμ05 和 mμ02 为别分宽长极栅的 TFT 的做制�法办的散扩热)GOS(璃 玻磷用采入植物纯不。蚀刻酸磷热用采 NiS 而�蚀刻法 EIR 用采硅合复�里这�NiS 的厚 mn001 为膜缘绝极 栅�质材硅合 复为均分部极栅和 分部道沟 的管体晶�艺 工造制 TFT 是来下接 。枪子电冷个万 1 含包部内它�mμ005³ mμ006 为寸尺的元单 AEF iS-yloP 个一。极电状针成制�质杂型 n 入植�膜)iS-yloP(硅合复 积堆艺工 DVCPL 用后之。模铸的极电状针了成形�膜 2OiS 的厚 mn002 约成生化氧�膜 NiS 掉去 后然�体锥面四成形硅蚀刻液溶 HOK 用�孔的方见 mμ5.2 开 mμ5.2 隔每�膜 NiS 淀沉 DVCPL 用采上片硅在先首。艺工成形极电状针的 AEF 和艺工造制 TFT 括包�艺工上片硅是步一第 路电作工 AEF 6-8 图
精品课件-机电一体化导论第10章 微机电系统技术
23
图10.6 微流量化学分析系统原理结构 24
• 10.5.4 在信息科学方面的应用 • 信息本身没有质量和尺寸，但信息存储、交换、操作及传输
过程中外接的微型化、低功率的MEMS器件却是不可或缺的基 础件，如计算机系统中的微机械存储器、激光扫描器、磁盘 和磁头及打印头等，它们不仅具备信息交换和存储的能力， 同时也有助于改进信息的敏感度及显示的密度和品质。 • 射频(RF)MEMS器件，包括RF微机械开关、微机械谐振器、微 机械可调电容器、微机械电感器和滤波器、微机械天线以及 雷达系统用的RF器件等
5
• 人们泛称的是微机械电子系统（Microelectro-mechanical Systems，MEMS）。它是以微传感器、微执行器以及驱动和 控制电路为基本元器件组成的、自动性能高的、可以活动和 控制的、机电合一的微机械装置。其基本特点是体积小、质 量轻、功耗低。
• 传统（宏观）机械的最小构成单元通常是毫米量级，而微机 械的最小零件尺寸要下降3～6个数量级，即进入到微米和纳 米的尺度范畴。
19
• 微机电系统也推动了无人驾驶 微 型 飞 机 的 实 现 。 图 l0.4 给 出 的是利用微、纳米制造技术制 造出来的微型飞机样机。可以 放在手掌上的这种微型飞机的 翼展仅有 15 cm，靠体积仅有 纽扣大小（直径<1cm）的涡轮 喷气发动机或微型马达来驱动, 这种微型飞机可用于常规军用 侦察机监观不到的巷道和阴山 背地的地方侦察，搜集情报。
8
• 10.2.2 微机电系统分类 • （1）传感MEMS技术是指用微电子微机械加工出来的、用敏
感元件如电容、压电、压阻、热电耦、谐振、隧道电流等来 感受转换电信号的器件和系统。它包括速度、压力、湿度、 加速度、气体、磁、光、声、生物、化学等各种传感器, 按 种类分主要有: 面阵触觉传感器、谐振力敏感传感器、微型 加速度传感器、真空微电子传感器等。 • （2）生物MEMS技术是用MEMS技术制造的化学/生物微型分析 和检测芯片或仪器, 有一种在衬底上制造出的微型驱动泵、 微控制阀、通道网络、样品处理器、混合池、计量、增扩器、 反应器、分离器以及检测器等元器件并集成为多功能芯片。
图10.6 微流量化学分析系统原理结构 24
• 10.5.4 在信息科学方面的应用 • 信息本身没有质量和尺寸，但信息存储、交换、操作及传输
过程中外接的微型化、低功率的MEMS器件却是不可或缺的基 础件，如计算机系统中的微机械存储器、激光扫描器、磁盘 和磁头及打印头等，它们不仅具备信息交换和存储的能力， 同时也有助于改进信息的敏感度及显示的密度和品质。 • 射频(RF)MEMS器件，包括RF微机械开关、微机械谐振器、微 机械可调电容器、微机械电感器和滤波器、微机械天线以及 雷达系统用的RF器件等
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• 人们泛称的是微机械电子系统（Microelectro-mechanical Systems，MEMS）。它是以微传感器、微执行器以及驱动和 控制电路为基本元器件组成的、自动性能高的、可以活动和 控制的、机电合一的微机械装置。其基本特点是体积小、质 量轻、功耗低。
• 传统（宏观）机械的最小构成单元通常是毫米量级，而微机 械的最小零件尺寸要下降3～6个数量级，即进入到微米和纳 米的尺度范畴。
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• 微机电系统也推动了无人驾驶 微 型 飞 机 的 实 现 。 图 l0.4 给 出 的是利用微、纳米制造技术制 造出来的微型飞机样机。可以 放在手掌上的这种微型飞机的 翼展仅有 15 cm，靠体积仅有 纽扣大小（直径<1cm）的涡轮 喷气发动机或微型马达来驱动, 这种微型飞机可用于常规军用 侦察机监观不到的巷道和阴山 背地的地方侦察，搜集情报。
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• 10.2.2 微机电系统分类 • （1）传感MEMS技术是指用微电子微机械加工出来的、用敏
感元件如电容、压电、压阻、热电耦、谐振、隧道电流等来 感受转换电信号的器件和系统。它包括速度、压力、湿度、 加速度、气体、磁、光、声、生物、化学等各种传感器, 按 种类分主要有: 面阵触觉传感器、谐振力敏感传感器、微型 加速度传感器、真空微电子传感器等。 • （2）生物MEMS技术是用MEMS技术制造的化学/生物微型分析 和检测芯片或仪器, 有一种在衬底上制造出的微型驱动泵、 微控制阀、通道网络、样品处理器、混合池、计量、增扩器、 反应器、分离器以及检测器等元器件并集成为多功能芯片。
微机电系统设计与制造63页PPT
Thank you
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
微机电系统设计与制造Байду номын сангаас
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
微机电系统设计与制造Байду номын сангаас
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
《微光机电系统》课件
光学系统
光学元件
包括光源、透镜、反射镜等，用于操控光的传输 和转换。
光学系统设计
涉及对光学元件和光学组件的优化和整合，以实 现特定应用需求。
光学组件
由光学元件组装而成的功能模块，例如光纤通信 模块、光学传感器等。
光谱分析技术
利用光的波长和强度信息，对物质的成分和性质 进行分析和检测。
机械系统
机械元件
2 微马达分类
包括直流马达、步进马达等，用于实现微机 械运动和精确定位。
3 微马达的特点
尺寸小、功率高、效率高、响应速度快、噪 音低等。
4 微马达的应用
广泛应用于精密仪器、航空航天、医疗设备 等领域。
微光机电系统的组合
微光机电系统的优势
通过光学、机械、电子和动力系统的组合，实现 高度集成和多功能化。
电子组件
2
的处理和转换。
由电子元件组装而成的电路模块，例如
微控制器、电源管理模块等。
3
微电子系统设计
设计和优化电子元件和电子组件，以实
微电子系统的应用Βιβλιοθήκη 4现微尺度范围内的功能和性能。
广泛应用于移动设备、智能家居等领域， 提供个性化和高效能的解决方案。
动力系统
1 基本概念
动力系统是微光机电系统的重要组成部分， 提供驱动力和能源。
《微光机电系统》PPT课 件
欢迎来到《微光机电系统》PPT课件！在这个课件中，我们将一起探索微光 机电系统的定义、特点和应用。让我们一起开始这个富有创意和令人着迷的 旅程吧！
简介
微光机电系统是指利用光学、机械、电子和动力等多学科综合技术来实现微 尺度范围的传感、测控和执行的创新性技术体系。它具有精密度高、功能多 样化、尺寸小、集成性强等特点。
《微机电系统》PPT课件 (2)
grams, AFOSR support basic research in materials and MEMS research, DARPA creates MUMPS foundry services with MCNC in 1993, NIST supports commercial foundries for CMOS and MEMS; ➢ In our country, “micron/nanometer manufacture technology national key laboratory” was founded in 1996; ➢ In 1992, Chris Pister (UCLA) creates first micromachined hinge, it’s features open possibilities for pseudo-3D structures and assembly; ➢ In 1992, MCNC starts the Multi User MEMS Process (MUMPS);
➢ In 1969, Westinghouse creates the “Resonant Gate FET” based on new microelectronics fabrication techniques;
➢ In 1970s, Bulk-etched silicon wafers used as pressure sensors;
Definition:
MEMS is the integration of electrical elements, mechanical elements, sensor, actuators on a common silicon substrate through micro fabrication technology. These system can sense, control and actuate on the micro scale, and function individually or in Saernrsoaryssgattohergeinnfeorramtateioenfffreocm ttsheoennvmiraocnrmeontsctharloeug.h
➢ In 1969, Westinghouse creates the “Resonant Gate FET” based on new microelectronics fabrication techniques;
➢ In 1970s, Bulk-etched silicon wafers used as pressure sensors;
Definition:
MEMS is the integration of electrical elements, mechanical elements, sensor, actuators on a common silicon substrate through micro fabrication technology. These system can sense, control and actuate on the micro scale, and function individually or in Saernrsoaryssgattohergeinnfeorramtateioenfffreocm ttsheoennvmiraocnrmeontsctharloeug.h
《微机电系统》课件
02
《微机电系统设计与制造》
03
《微机电系统应用》
THANKS
详细描述
新型的微型陀螺仪采用先进的微 制造工艺和新型材料，具有更高 的灵敏度和稳定性。未来，随着 技术的进步和应用需求的增长， 微型陀螺仪的发展前景将更加广 阔。
微型加速度计
总结词
详细描述
总结词
详细描述
微型加速度计是一种用于测 量物体运动状态的传感器， 也是微机电系统的重要应用 之一。
微型加速度计被广泛应用于 汽车安全气囊系统、手机游 戏控制、医疗器械等领域。 由于其具有体积小、重量轻 、响应速度快等优点，微型 加速度计在许多领域都得到 了广泛应用。
详细描述
微机械结构采用微型化的加工技术制作而成，具有体积小、重量轻、精度高等特点。常见的微机械结构有连杆、 齿轮、轴承等，它们在微执行器、微传感器等元件中发挥着重要作用。
微控制器
总结词
微控制器是微机电系统中的控制中心，用于实现系统的智能化和自动化。
详细描述
微控制器是一种集成度较高的集成电路芯片，具有数据处理、控制输出等功能。在微机电系统中，微 控制器负责接收传感器信号、处理数据和控制执行器动作，从而实现系统的自动化和智能化。
测试方法
对封装好的微机电系统进行性能测试，以确保其满足 设计要求。
可靠性评估
对微机电系统的寿命和可靠性进行评估，以确定其在 实际应用中的表现。
04
微机电系统的应用实例
微流体控制系统
总结词
微流体控制系统是微机电系统的一个重要应用， 它利用微小的流体控制元件和控制电路对流体进 行精确控制。
总结词
微流体控制系统的优点在于其高精度、低能耗、 低成本和易于集成等特性，使得它在许多领域具 有巨大的应用潜力。
《微机电系统》PPT课件
The key to building semiconductor devices and integrated circuits lies in the ability to control the local doping and hence the local electronic properties of a semiconductor crystal.
particle0s.5uomf /s1iftz3e>
of
air. 100class, 10class
3. X-Ray lithography
A type of light lithography techniques using short wavelength X-Rays Pros • Fast process • High aspect ratio • Solves depth of focus problem • High resolutions of ~ .5 µm • Reduction in diffraction,
4. Electron Beam Lithography
As scanning electron microscopes, an
electron beam scans across the substrate surface and exposes electron
sensitive coating.
2) Commonly used MEMS materials
Category
Material
Property or application
Metal
Au,Al,Cu,Ni,Cr
Conductor
Silicon
Structure, semiconductor
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of
air. 100class, 10class
3. X-Ray lithography
A type of light lithography techniques using short wavelength X-Rays Pros • Fast process • High aspect ratio • Solves depth of focus problem • High resolutions of ~ .5 µm • Reduction in diffraction,
4. Electron Beam Lithography
As scanning electron microscopes, an
electron beam scans across the substrate surface and exposes electron
sensitive coating.
2) Commonly used MEMS materials
Category
Material
Property or application
Metal
Au,Al,Cu,Ni,Cr
Conductor
Silicon
Structure, semiconductor
第15章 微机电系统
Page 25
电子科技大学
15.2.3 静电力中的尺度效应
以平板电容为例。平板中的电势能为
1 o rWL 2 2 U CV V 2 2d
式中击穿电压v随 两平行板的间隙变化 称为Paschen效应。 当 d<5μm 时，随着间隙的增加，击穿 电压 v 急剧下降。然而当 d=10μm 时， 电压的变化改变方向。进一步增加间 隙，击穿电压继续线形增加。 隙，击穿电压继续线形增加
电子科技大学
15 2 MEMS微尺度效应 15.2
Page 13
电子科技大学
15.2.1 几何结构学中的尺度效应
Page 14
电子科技大学
15.2.1 几何结构学中的尺度效应
尺度缩小到微米以下将会带来不同物理后果； 有些尺度的微型化在物理学上是行不通的。 在一个尺度减小的过程中，同等地减小一个物体 的体积和表面积是不可能实现的。
与 IC 制造相兼容
可以很方便地与控制电路集成在一起，形成微型的智能化机械系统。
单晶硅有良好的机械性能
单晶硅的弹性系数与破坏应力大体和钢接近，不产生塑性形变，直 到被破坏为止都有弹性。唯一的缺点是比较脆。
Page 6
电子科技大学
15.1
引
言
MEMS与传统机械有什么区别？
微尺寸效应 微 寸效应 表面与界面效应 量子尺寸效应 加工方式
Page 4
电子科技大学
15.1
引
言
MEMS（Microelectron mechanical System）技术 利用集成电路制造工艺中的加工方法，可以在硅材 料上制作极其微小的机械装置。这些机械装置主要可分 为传感器和执行器两大类。如果将它们与集成电路做在 一起，就可制成包括传感器、控制器和执行器在内的微 型智能电子机械系统。
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15.2.3 静电力中的尺度效应
以平板电容为例。平板中的电势能为
1 o rWL 2 2 U CV V 2 2d
式中击穿电压v随 两平行板的间隙变化 称为Paschen效应。 当 d<5μm 时，随着间隙的增加，击穿 电压 v 急剧下降。然而当 d=10μm 时， 电压的变化改变方向。进一步增加间 隙，击穿电压继续线形增加。 隙，击穿电压继续线形增加
电子科技大学
15 2 MEMS微尺度效应 15.2
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电子科技大学
15.2.1 几何结构学中的尺度效应
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15.2.1 几何结构学中的尺度效应
尺度缩小到微米以下将会带来不同物理后果； 有些尺度的微型化在物理学上是行不通的。 在一个尺度减小的过程中，同等地减小一个物体 的体积和表面积是不可能实现的。
与 IC 制造相兼容
可以很方便地与控制电路集成在一起，形成微型的智能化机械系统。
单晶硅有良好的机械性能
单晶硅的弹性系数与破坏应力大体和钢接近，不产生塑性形变，直 到被破坏为止都有弹性。唯一的缺点是比较脆。
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15.1
引
言
MEMS与传统机械有什么区别？
微尺寸效应 微 寸效应 表面与界面效应 量子尺寸效应 加工方式
Page 4
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15.1
引
言
MEMS（Microelectron mechanical System）技术 利用集成电路制造工艺中的加工方法，可以在硅材 料上制作极其微小的机械装置。这些机械装置主要可分 为传感器和执行器两大类。如果将它们与集成电路做在 一起，就可制成包括传感器、控制器和执行器在内的微 型智能电子机械系统。
微机电系统2.ppt
☼ Basic step of lithography:
1）The maximum resolution of a device:
CHAPTER 2. Micro fabrication technology
1. Semi-conductor industry and MEMS materials. 1) Introduction to modern Semiconductor industry Semiconductor industry is playing more and more important role in modern society. We can say, no semiconductor industry, no modern civilization!
type, p-type), and how the Si crystals are oriented as seen from the top of the shape of the wafers are cut differently.
6) Why do we choose silicon as a MEMS structural material?
1) PN Diodes 2) Bipolar Junction Transistors 3) MOS Transistors
2. Introduction to the Lithography Process
1) Positive and Negative Resist
HF
KOH、Acetone、TMAH
7) Semiconductor Devices
Understanding of how the basic devices used ICs operate is useful, because it provides some understanding of the objectives we have for IC technology. The most commonly used IC devices are:
先进制造技术——微机电系统
微推进器
美国喷气推进实验室(JPL)展示的采用MEMS技术的电阻电热 式微推进器样机(固体升华方式)。微推进器由推进剂出贮箱、 微阀、微过滤器、微型喷口等组成，微型喷口利用MEMS技术 中 的 体 硅 工 艺 制 作 。 其 性 能 目 标 为 ： 比 冲 50 ～ 75s ， 推 力 0.5mN，功率 <2W/mN，质量为几克，大小为1cm2。
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
1、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
MEMS技 术及其产 品的增长 速度非常 之高，并 且目前正 处在加速 发展时期
七、微机电系统的设计技术
MEMS用批量化的微电子技术制造出尺寸 与集成电路大小相当的非电子系统，实现 电子系统和非电子系统的一体化集成
从根本上解决信息系统的微型化问题 实现许多以前无法实现的功能
今天的MEMS与40年前的集成电路类似， MEMS对未来的社会发展将会产生什么影 响目前还难以预料，但它是21世纪初一个 新的产业增长点，则是无可质疑的
数字镜面显示（DMD） 可转动的硅微镜
微镜的驱动方式 （a）微马达驱动
Torsion Hinges Mirror
2nd DOF
Support Structure
Substrate Hinges
1st DOF
Force-redirecting Linkage
（b）静电驱动
改变反射方向
+++ + +++ + - -+ +
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3、MEMS的发展
✓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
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-a-Chip、微飞行器、微机器人
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
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
学科交叉的产物
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
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
21
谢谢大家
与机械电子学的关系
• 不是简单的提升 • 基本组成相同
2、MEMS的特点
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
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
✓DEM技术 =深层刻蚀（Deepetching）+微电铸 （Electroforming）+微复制工艺(Microreplication)
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工艺
• 微细电火花 • 约束化学加工 • 激光微加工 • 微注塑、模压加工 • 激光微固化等
课程安排
课 时—— 32 hours 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 考分比例——期末考试70% 不设中期考试 平时作业与出勤 30%
授课内容
✓微机电系统（MEMS）概论 (2 hours) ✓MEMS的理论基础知识 (2 hours) ✓集成电路基本制造技术 (8 hours) ✓MEMS的制造技术 (6 hours) ✓微传感器 (6 hours) ✓微执行器 (6 hours) ✓MEMS的封装与检测 (2 hours)
体微加工技术
▪湿法加工（化学）
原理：局部区域化的电解电池作用。 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
分系统设计层次 按信息流程 建立统一物理特征参量
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。
Micro-Electro-Mechanical-System(MEMS) 微机电系统
教材
刘晓明,朱钟淦.《微机电系统设计与制造》 国防工业出版社,2006
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]Michael Quirk & Julian Serda著，韩郑生等译，电子工业出版社，2003
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、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
高深宽比批量复制微加工技术
——专为MEMS的LIGA 系工艺（LIGA/准LIGA/DEM）
✓LIGA= X射线光刻+电铸制模+注塑复制 德文lithograph galvanformung und abformug
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
MEMS与NEMS的关系
——概念延伸、MEMS工艺为基础、对象向生物化学扩展 •生物微马达 •生物工程操作 •碳纳米管
二、MEMS设计的基本问题
工程技术的三要素
物质
供给
需求
时间过程
能量
信息
生活
衣食 住行
精神
MEMS目前阶段关键要素：材料、工艺、结构
MEMS设计要求和设计基本思想
✓要求——高性能/智能化/高效率/低成本/高 可实现二维半、真三维加工 • 与超精密机械加工互相借鉴，具有更广应用范围 • 与IC兼容性问题不利于目前在MEMS中的应用，需要解决
3、封装（键合、封装、检测）
键合
• 基本原理 • 是封装的主要手段
封装对于IC、MEMS的重要性
本章重点难点
重点：微机电系统的发展过程、实际意义 与典型应用 难点：MEMS比宏观机电系统优越的基本 原理，结合尺度效应理解；MEMS发展与 加工技术的关系。 作业：教材第368页第1题