MEMS技术与IC技术的主要差别
MEMS传感器
MEMS汽车传感器MEMS即微电子机械系统的制造，是从专用集成电路（ASIC）技术发展过来的，MEMS技术给汽车界带来的是体积更加小、技术更加先进、价格更加便宜、性能更加可靠的传感器。
随着电子技术的发展，传感器也随之发展，在电子技术中传感器有着不可取代的地位。
随着传感器的发展，传感器在应用的方面也更加广泛,比起传统型传感器MEMS传感器更加适用于现代汽车中。
汽车传感器的性能指标其中包括：环境适应性、精度指标、可靠性、耐久性、响应性和制造成本等。
现代汽车中，MEMS传感器和其他传统型传感器比起来，在各方面有着显著的优势。
MEMS(Micro Electromechanical System)，现代电子系统中，用MEMS技术制作的微型传感器在人们接触的领域中有着十分广阔的应用前景，在现代汽车电子控制系统中，传感器负担着信息采集和传输的作用，它将采集到的信息传给电子控制单元ECU进行处理后，向执行器发出指令来进行电子控制的。
传感器在电子控制系统中是非常重要的，可以说各个系统的控制过程都是要依靠传感器进行的信息反馈来实现自动控制工作的。
随着电子技术的发展，传感器也跟着发展。
在现代汽车中，传感器的使用数量和技术水平决定了汽车控制系统的功能，很多汽车以传感器技术的高低和传感器使用的数量决定整个汽车档次的高低。
一、MEMS传感器概述目前，汽车电子技术已经发展到了一个新阶段，即包括电子技术MEMS（含微机技术）、传感器技术、优化控制技术、网络技术和机电一体化耦合交叉技术等综合技术的大型系统。
有些汽车的电子控制装置已经占到了整车造价的2/3，汽车上电子化的应用程度已经成为衡量汽车档次高低的主要标志。
所谓MEMS技术就是一项在普通的硅基片上综合了传感器、执行器、机械单元和电子器件（并使之协调工作）的技术。
MEMS技术所生产的全部最新的传感器系列已经开始慢慢大量的出现在今天的车辆上，将逐步取代传统型传感器，它们占据车辆中很大的份额。
电子元器件中的MEMS技术分析
电子元器件中的MEMS技术分析随着科技的发展，电子元器件的种类也越来越多，其中MEMS技术成为了越来越受关注的技术。
MEMS全称是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System)，是一种将微型机械结构与电子线路有机结合在一起的技术。
本文将从MEMS技术的发展历程、应用领域、制作流程、优缺点等方面对其进行分析。
一、发展历程MEMS技术的发展可以追溯到20世纪70年代，当时美国斯坦福大学的尼古拉斯·沃斯提出了将微观机械制造与微电子技术结合在一起的概念。
20世纪80年代，随着硅微机电技术的出现，MEMS技术逐步走向实用化。
1995年，美国空军研究实验室成功地制造出具有微型机械结构的压力传感器，这标志着MEMS技术在传感器领域的应用获得成功。
从此，MEMS技术在生产、医疗、汽车电子、物联网等领域得到了广泛的应用。
二、应用领域MEMS技术具有广泛的应用领域，其中主要包括传感器、RF MEMS、光机电系统、微型电机、生物芯片等几个方面。
（1）传感器： MEMS传感器是MEMS技术应用最为广泛的领域之一。
包括加速度计、压力传感器、陀螺仪、气体传感器、液位传感器等。
这些传感器通常具有小体积、重量轻、功耗低等优点，广泛应用于医疗、消费电子、汽车等领域。
（2）RF MEMS： RF MEMS是指利用MEMS技术制造的射频开关、微波滤波器等器件。
这些器件具有高速性、低损耗、低电压驱动等优点，广泛应用于卫星通信、无线电视、雷达、军事通信等领域。
（3）光机电系统： MEMS技术的光学应用主要是基于光机电系统。
包括微型透镜、MEMS振膜、微型投影仪等。
光学MEMS 器件通常具有小体积、光学性能好、功耗低等优点，应用于消费电子、制造业等领域。
（4）微型电机：微型电机主要包括微型电机和微型发电机。
这些器件体积小、重量轻、响应速度快，具有广泛的应用前景。
（5）生物芯片：生物芯片通常利用生物MEMS技术制造，主要包括微滴控制系统、微阵列、生物反应器等。
MEMS与CMOS技术的异同点
MEMS与CMOS技术的异同点在某种程度上，MEMS 可以看作CMOS 集成电路的扩展。
如果将CMOS比喻为人的大脑和神经网络，那么MEMS 就是大脑智慧的“手臂”，为这信息系统提供了获取信号的微传感器和执行命令的微执行器。
人们早期认为，将MEMS 与CMOS 模块集成到单芯片上的任务非常困难。
因为在制程上MEMS与CMOS 存在很大差异：1）MEMS 包含一些可动的机械构件，需要在一些如热驱动、静电驱动、磁驱动下执行动作，不能采用CMOS 传统方法进行封装。
2）多功能MEMS 应用与传统的CMOS 产业制造不同，如包含更多步骤、背面工艺、特殊金属和非常奇特的材料以及晶圆键合等等。
3）基底材料有所不同。
在生物和医疗领域，很多地方都选用玻璃和塑料而非硅片作为MEMS 基底，甚至出于降低成本原因使用塑料制作一次性医疗器械。
4）设计思路不同。
CMOS 电路是从上往下设计，适合于复杂微系统设计，需要良好的预定义工艺模块；而MEMS 多数从下往上设计，需要建立特殊工艺文件。
5）CMOS 与MEMS 产品与技术生命周期不相同。
CMOS 产品遵循“摩尔定律”，产品生命周期不到半年就会被淘汰；而结构设计合理的MEMS 产品生命周期可延长到2年。
因为这些差异，人们在早期并没有努力将CMOS 与MEMS 结合起来。
在单芯片上集成MEMS 与CMOS 电路的尝试是由分离器件向集成电路规模化转变的行业趋势带动的。
早期器件采用将裸片堆叠的方式，将复杂功能分散于处理器与传感器多块芯片上，容易导致芯片尺寸大小、可制造性和一致性等方面的缺陷。
因此，人们迫切希望将MEMS 技术与CMOS 工艺结合，利用CMOS 标准化工艺，实现传感器、执行器、信号采集、数据处理、控制电路一体化混合集成在一块三维硅片上，实现多种功能的智能化集成。
CMOS-MEMS 集成单芯片是单一微观器件制造领域的里程碑，与传统多芯。
单片机和mems
单片机和mems
单片机和MEMS是两种不同的技术，但它们之间存在一些联系。
单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术，将中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成在一块硅片上，构成一个微型计算机系统。
单片机广泛应用于各种电子产品中，如智能仪表、实时工控、通讯设备等。
MEMS则是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。
MEMS技术通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统，广泛应用于高新技术产业，是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。
在某些应用中，单片机和MEMS可以结合使用。
例如，在智能传感器中，MEMS传感器可以检测温度、压力、加速度等物理量，并输出相应的信号，然后通过单片机进行数据处理和控制，最终实现智能化监测和控制。
总之，单片机和MEMS是两种不同的技术，但它们之间存在一定的联系，可以相互配合使用，实现更广泛的应用。
MEMS与IC区别
MEMS不能大型代工服务的原因：1、一种产品，一种工艺；2、MEMS器件依赖各种工艺和许多变量。
只有经过多年的工艺改进及测试，MEMS器件才能真正被商品化。
研发团队一般需要大量时间来搜索有关工艺及材料物理特性方面的资料。
利用单一一种材料(如多晶硅)制得的器件可能需要根据多晶硅的来源及沉积方法来标记工艺中的变化。
因此每一种工艺都需要长期、大量的数据来稳定一个工艺。
3、目前MEMS只能进行部分工艺的代工；例如：光刻，介质薄膜制备，金属薄膜制备，湿法/干法刻蚀，键合，封装检测等。
因此代工规模不大。
4、如果要成为MEMS代工厂，就必需有自己成熟的工艺，使得市场感兴趣的工艺。
微机电系统(MEMS)的市场机会很大，而且该技术正在走向成熟。
尽管没有一种普遍适用的代工解决方案，但寻求批量生产能力的客户可以从几家具有竞争力的代工厂进行挑选。
关键是要找到一个具有丰富知识、经验和最新设备的合作伙伴，从而能帮助它以对大多数OEM最具吸引力的价格把产品推向市场，同时确保可制造性和质量。
在过去10年，MEMS行业催生出众多应用，包括经常被提及的汽车引擎控制器、安全气囊加速度计以及喷墨打印机头等，而且这些器件已经进入大批量商业生产，从而验证了所使用的基本MEMS技术、材料及工艺。
的确，这些器件的商业化促使2000年出现一系列与MEMS有关的收购，并诞生一批试图满足各种应用需求的MEMS新兴公司。
其中，许多公司是尝试为新兴的电信市场提供批量制造业务的MEMS代工厂。
但截至2003年底，大多数涉及光学MEMS业务的企业都宣告失败，而且大约一半的独立代工厂倒闭。
那么，问题出在哪里？在某些案例(尤其在电信行业)中，设计过于复杂以至于在当时的制造条件下产品达不到足够的可靠性。
除此之外，失败的代工厂具有以下一些共同点。
正如MEMS工程师所了解的，MEMS器件依赖各种工艺和许多变量。
只有经过多年的工艺改进及测试，MEMS器件才能真正被商品化。
[教学设计]MEMS与IC区别
![[教学设计]MEMS与IC区别](https://img.taocdn.com/s3/m/b5650fd22dc58bd63186bceb19e8b8f67c1cef72.png)
MEMS不能大型代工服务的原因：1、一种产品，一种工艺；2、MEMS器件依赖各种工艺和许多变量。
只有经过多年的工艺改进及测试，MEMS器件才能真正被商品化。
研发团队一般需要大量时间来搜索有关工艺及材料物理特性方面的资料。
利用单一一种材料(如多晶硅)制得的器件可能需要根据多晶硅的来源及沉积方法来标记工艺中的变化。
因此每一种工艺都需要长期、大量的数据来稳定一个工艺。
3、目前MEMS只能进行部分工艺的代工；例如：光刻，介质薄膜制备，金属薄膜制备，湿法/干法刻蚀，键合，封装检测等。
因此代工规模不大。
4、如果要成为MEMS代工厂，就必需有自己成熟的工艺，使得市场感兴趣的工艺。
微机电系统(MEMS)的市场机会很大，而且该技术正在走向成熟。
尽管没有一种普遍适用的代工解决方案，但寻求批量生产能力的客户可以从几家具有竞争力的代工厂进行挑选。
关键是要找到一个具有丰富知识、经验和最新设备的合作伙伴，从而能帮助它以对大多数OEM最具吸引力的价格把产品推向市场，同时确保可制造性和质量。
在过去10年，MEMS行业催生出众多应用，包括经常被提及的汽车引擎控制器、安全气囊加速度计以及喷墨打印机头等，而且这些器件已经进入大批量商业生产，从而验证了所使用的基本MEMS技术、材料及工艺。
的确，这些器件的商业化促使2000年出现一系列与MEMS有关的收购，并诞生一批试图满足各种应用需求的MEMS新兴公司。
其中，许多公司是尝试为新兴的电信市场提供批量制造业务的MEMS代工厂。
但截至2003年底，大多数涉及光学MEMS业务的企业都宣告失败，而且大约一半的独立代工厂倒闭。
那么，问题出在哪里？在某些案例(尤其在电信行业)中，设计过于复杂以至于在当时的制造条件下产品达不到足够的可靠性。
除此之外，失败的代工厂具有以下一些共同点。
正如MEMS工程师所了解的，MEMS器件依赖各种工艺和许多变量。
只有经过多年的工艺改进及测试，MEMS器件才能真正被商品化。
谈论MEMS技术原理及优势
谈论MEMS技术原理及优势可能大部分对MEMS还是比较陌生，但其实MEMS在生活中早已无处不在了，智能手机、手环、汽车、无人机、VR/AR头戴式设备等，都应用了MEMS器件。
既然MEMS应用这么广泛了，那么它到底是什么技术呢?稍安勿躁，听笔者慢慢道来。
1 、谈谈MEMS技术原理MEMS是微机电系统，英文全称是MicroElectromechanicalSystem，。
是指尺寸在几毫米乃至更小的传感器装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。
简单来说，MEMS就是将传统传感器的机械部件微型化后，通过三维堆叠技术，例如三维硅穿孔TSV 等技术把器件固定在硅晶元(wafer)上，最后根据不同的应用场合采用特殊定制的封装形式，最终切割组装而成的硅基传感器。
受益于普通传感器无法企及的IC 硅片加工批量化生产带来的成本优势，MEMS 同时又具备普通传感器无法具备的微型化和高集成度。
MEMS主要涉及微加工技术，机械学/固体声波理论，热流理论，电子学，生物学等等。
MEMS器件的特征长度从1毫米到1微米，相比之下头发的直径大约是50微米。
MEMS传感器主要优点是体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成等，是微型传感器的主力军，正在逐渐取代传统机械传感器，在各个领域几乎都有研究，不论是消费电子产品、汽车工业、甚至航空航天、机械、化工及医药等各领域。
2 、MEMS是替代传统传感器的唯一选择模拟量到数字化、大体积到小型化以及随之而来的高度集成化，是所有近现代化产业发展前进的永恒追求。
MEMS被看作是替代传感器的唯一可能选择，也可能是未来构筑物联网感知层传感器最主要的选择之一。
其有以下优势：优势一：微型化。
mems器件气密封装工艺规范（材料参数）
mems器件⽓密封装⼯艺规范（材料参数）MEMS器件⽓密封装⼯艺规范（元件级）华中科技⼤学微系统中⼼1. 引⾔微机电系统（Micro ElectroMechanical System－MEMS），⼜称微系统，以下简称MEMS。
MEMS是融合了硅微加⼯、LIGA 和精密机械加⼯等多种加⼯技术，并应⽤现代信息技术构成的微型系统。
它是在微电⼦技术基础上发展起来的，但⼜区别于微电⼦技术，主要包括感知外界信息（⼒、热、光、磁、⽣物、化学等）的传感器和控制对象的执⾏器，以及进⾏信息处理和控制的电路。
MEMS具有以下⼏个⾮约束的特征：（1）尺⼨在毫⽶到微⽶范围，区别于⼀般宏（Macro），即传统的尺⼨⼤于1cm尺度的“机械”，但并⾮进⼊物理上的微观层次；（2）基于（但不限于）硅微加⼯（Silicon Microfabrication）技术制造；（3）与微电⼦芯⽚类同，在⽆尘室⼤批量、低成本⽣产，使性能价格⽐⽐传统“机械”制造技术⼤幅度提⾼；（4）MEMS中的“机械”不限于狭义的⼒学中的机械，它代表⼀切具有能量转换、传输等功效的效应，包括⼒、热、光、磁，乃⾄化学、⽣物效应；（5）MEMS的⽬标是“微机械”与IC结合的微系统，并向智能化⽅向发展。
MEMS将许多不同种类的技术集成在⼀起，⽬前已在电⼦、信息、⽣物、汽车、国防等各个领域得到⼴泛应⽤，它被称为是继微电⼦技术⾰命之后的第⼆次微技术制造⾰命。
MEMS器件种类很多，有光学MEMS、⽣物MEMS、RFMEMS 等，不同的MEMS其结构和功能相差很⼤，其应⽤环境也⼤不相同，因此使得MEMS技术⾯临着许多挑战。
专家们认为⽬前MEMS技术在⼯业上⾯临的最⼤挑战是制造和封装问题。
封装占整个MEMS器件成本的50～80％。
鉴于MEMS 器件的种类很多，因此，本规范是对MEMS器件封装设计与⼯艺过程的⼀些成熟⽅法进⾏标准化。
2. MEMS器件封装的特点MEMS封装技术是在IC封装技术的基础上提出的，MEMS封装技术源⽤了许多IC封装⼯艺，因此MEMS封装⼯艺中有许多与IC 封装兼容的⼯艺。
集成电路的微机电系统(MEMS)技术考核试卷
8. MEMS封装的主要目的是为了提供_______保护、电气连接和防止污染。（）
9.目前MEMS技术的主要应用领域包括消费电子、_______、医疗和汽车等。（）
10.随着技术的不断发展，MEMS技术的未来发展趋势将更加注重_______、_______和_______。（）
A.空气bag传感器
B.发动机控制系统
C.轮胎压力监测系统
D. GPS导航系统
19.以下哪种材料最适合用于MEMS的润滑？()
A.石蜡
B.氟化物
C.硅油
D.水
20.关于MEMS技术的未来发展趋势，以下哪个描述是不正确的？()
A.更高的集成度
B.更低的成本
C.更小的尺寸
D.更少的应用领域
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
5. A, B, C, D
6. A, B, D
7. A, B, C, D
8. A, B, C, D
9. A, B, C, D
10. A, B, C, D
11. A, B, C
12. A, B, C
13. A, B, C, D
14. A, B, D
15. B, D
16. A, B, C
17. A, B, C
10.低成本、低功耗、多功能（Low cost, Low power consumption, Multi-function）
四、判断题
1. ×
2. ×
3. √
4. √
5. √
6. √
IC，半导体，芯片三者之间有什么区别
IC，半导体，芯片三者之间有什么区别一、什么是芯片芯片，又称微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）、集成电路（integrated circuit，IC），是指内含集成电路的硅片，体积很小，常常是计算机或其他电子设备的一部分。
芯片（chip）就是半导体元件产品的统称，是集成电路（IC， integrated circuit）的载体，由晶圆分割而成。
硅片是一块很小的硅，内含集成电路，它是计算机或者其他电子设备的一部分。
二、什么是半导体半导体（semiconductor），指常温下导电性能介于导体（conductor）与绝缘体（insulator）之间的材料。
如二极管就是采用半导体制作的器件。
半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。
无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。
今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。
物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等。
我们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。
而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。
可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。
半导体（semiconductor），指常温下导电性能介于导体（conductor）与绝缘体（insulator）之间的材料。
如二极管就是采用半导体制作的器件。
半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。
无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。
今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。
MEMS基本介绍产业链分布以及发展趋势
MEMS磁力計的應用
MEMS磁力計主要用來測量地球磁場
MEMS壓力計工作原理
MEMS壓力感測器有矽壓阻式壓力感測器和矽電容式壓力感測器 ，當外面的壓力經引 壓腔進入感測器應力杯中，應力矽薄膜因受外力作用而微微向上鼓起，發生彈性變 形，四個電阻應變片因此而發生電阻變化，破壞原先的惠斯頓電橋電路平衡，電橋 輸出與壓力成正比的電壓信號。壓力變化 ΔR變化 ΔV變化。
2010年消費性主流MEMS業者市佔分布
加速度計
陀螺儀
磁力計
資料來源：DIGITIMES，2011/3
麥克風
MEMS發展趨勢--
2006~2013年全球MEMS市場規模
受惠於智慧型手機、遊戲機、平板電腦、電子書、車用市場的需求帶動，微機電元件 (MEMS)出貨量快速成長，研究機構Yole Développement指出：2011年 MEMS元件的營收 成長將可上看14%，產業規模可達80億美元 ；市調機構ABI Research更預估2016MEMS 元件的出貨量將上看50億顆 。
特別是MEMS器件在封裝好之前對環境非常敏感,這使得MEMS製造工序和IC製 造存在很大的不同并且其花費成本非常高，所以封裝是制約MEMS走向產業化的一 個重要原因之一。
MEMS技術與IC技術的主要差別（封裝）
MEMS器件的封裝形式是把基於MEMS的系統方案推向市場的關鍵因 素；研究發現，當今基於MEMS的典型產品中，封裝成本幾乎占去了所有物 料和組裝成本的20～40%。
MEMS應用： 由于MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗小、性能优异、功能强 大、可以批量生产等优点，因此在航空、航天、汽车、生物医学、环境监 测、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。
MEMS传感器
一文读懂MEMS传感器什么是MEMS传感器？MEMS的全称是微型电子机械系统（Micro-ElectroMechanical System），微机电系统是指可批量制作的，将微型机构、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、通信和电源等集成于一块或多块芯片上的微型器件或系统。
而MEMS传感器就是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。
MEMS是用传统的半导体工艺和材料，以半导体制造技术为基础发展起来的一种先进的制造技术，学科交叉现象极其明显，主要涉及微加工技术，机械学/固体声波理论，热流理论，电子学、材料、物理学、化学、生物学、医学等等。
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。
加工工艺：MEMS技术基于已经相当成熟的微电子技术、集成电路技术及其加工工艺。
它与传统的IC工艺有许多相似之处，如光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光工艺等，但是有些复杂的微结构难以用IC工艺实现，必须采用微加工技术制造。
微加工技术包括硅的体微加工技术、表面微加工技术和特殊微加工技术。
体加工技术是指沿着硅衬底的厚度方向对硅衬底进行刻蚀的工艺，包括湿法刻蚀和干法刻蚀，是实现三维结构的重要方法。
表面微加工是采用薄膜沉积、光刻以及刻蚀工艺，通过在牺牲层薄膜上沉积结构层薄膜，然后去除牺牲层释放结构层实现可动结构。
除了上述两种微加工技术以外，MEMS制造还广泛地使用多种特殊加工方法，其中常见的方法包括键合、LIGA、电镀、软光刻、微模铸、微立体光刻与微电火花加工等。
应用材料：硅基材料：大部分集成电路和MEMS的原材料是硅(Si)，这个神奇的VI族元素可以从二氧化硅中大量提取出来。
而二氧化硅是什么？说的通俗一点，就是沙子。
沙子君在经历了一系列复杂的加工过程之后，就变成了单晶硅，长这个样子：这个长长的大柱子，直径可以是 1 inch (2.5 cm) 到 12 inch (30 cm)，被切成一层层 500 微米厚的硅片（英文：wafer，和威化饼同词），长这个样子：采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。
什么是MCU,主控MCU和触控IC之间有何区别？
什么是MCU，主控MCU和触控IC之间有何区别？
首先介绍下什幺是MCU?MCU微控制单元(Microcontroller Unit;MCU) ，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit;CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。
诸如手机、PC外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到MCU的身影。
触摸ic触摸在此特指单点或多点触控技术; IC，即集成电路，是半导体元件产品的统称。
包括：1.集成电路板(integrated circuit，缩写：IC);2.二、三极管;3.特殊电子元件等; 触摸IC即指触摸芯片。
1、初次建立触控应用程序的工作负荷及调试难度
从初次建立触控应用程序的工作负荷及调试难度对比二者的不同。
使用触控IC和触控MCU应用方案中软、硬件组成示意图。
使用触控IC的应用方案中，主控MCU和触控IC 之间的数据交换，通常是通过串行接口(例如，I2C、SPI)实现的。
MEMS技术与IC技术的主要差别
MEMS技术与IC技术的主要差别与传统的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。
经过几十年的研究与开发，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。
归纳起来，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、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芯片 分子芯片
mems芯片分子芯片MEMS芯片是一种微型机电系统芯片，也称为微机电系统芯片。
它由微电子技术和微机械技术相结合，可以实现多种功能，如传感、控制、执行等。
而分子芯片则是一种基于分子电子学原理的芯片，利用分子级别的电子器件实现信息处理和存储。
MEMS芯片是一种集成了微型机械结构和电子器件的芯片，具有体积小、功耗低、性能优越等特点。
它的核心技术是微机电系统技术，通过微细加工技术将微机械结构制作在芯片上，并与电子器件相结合，实现该结构的控制和读取。
MEMS芯片可以应用于各个领域，如汽车、医疗、航空航天等。
例如，在汽车领域，MEMS芯片可以用于气囊传感器、安全气囊控制等方面，提高汽车的安全性能。
分子芯片则是一种基于分子电子学原理的芯片，利用分子级别的电子器件实现信息处理和存储。
分子芯片的核心技术是分子电子学技术，通过在芯片上制作分子级别的电子器件，实现信息的存储和处理。
分子芯片可以实现超高密度的存储和处理能力，有望在未来取代传统的硅芯片，成为下一代超大规模集成电路的基础。
MEMS芯片和分子芯片在技术原理和应用领域上有所不同，但都具有重要的意义和应用前景。
MEMS芯片在传感、控制等方面有着广泛的应用，可以提高产品的性能和功能。
而分子芯片则在信息处理和存储方面有着巨大的潜力，可以实现更高的集成度和更快的计算速度。
MEMS芯片和分子芯片的发展离不开人们对新材料和新技术的不断探索和创新。
例如，MEMS芯片的制造需要高精度的微细加工技术，而分子芯片则需要研发出适合分子级别操作的新材料和器件。
因此，MEMS芯片和分子芯片的发展离不开材料科学、微纳加工技术等多个学科的支持和合作。
MEMS芯片和分子芯片作为新一代的微电子技术，具有广阔的应用前景和重要的意义。
它们的发展将推动科技的进步，促进社会的发展和进步。
我们期待着未来MEMS芯片和分子芯片的更多创新和应用，为人类带来更多的便利和福祉。
一文详解MEMS压力传感器原理及与IC的异同
一文详解MEMS压力传感器原理及与IC的异同
MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。
MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。
MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，就象近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。
目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。
大多数工业观察家预测，未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增加率约为18%，因此对对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。
MEMS压力传感器可以用类似集成电路的设计技术和制造工艺，进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门，使压力控制变得简单、易用和智。
MEMS IC和传统IC的无缝互连集成技术
MEMS IC和传统IC的无缝互连集成技术如果你正在寻求挑战，那么就试试将微电机系统（MEMS）IC 和传统IC 以及其它MEMS IC互连吧。
MEMS 技术涉及到许多不同功能之间的高层集成。
MEMS 芯片的集成通常是指电子和机械功能的集成。
那么这种工艺的最终目标是什么呢？答案是：将MEMS 结构无缝集成到与之相连的同一CMOS 芯片上。
目前的MEMS 芯片可能包含了电子和机械功能。
在某些情况下，它们还可能包含光信号。
这种被称为微光电机系统（MOEMS）的器件采用微镜引导高清电视中的信号，今后甚至会引导互联网上的信号。
另外一种技术是硅片微通道（微流体），可以用来处理实验室芯片上的气体、液体和纳米颗粒，从而可能实现医疗领域的重大突破。
现在有一些传统IC 使用贯通硅片通孔（TSV）来将芯片连接进更薄的三维结构。
制造商正在开发相应的工艺，以便在50mm 薄、300mm 直径的晶圆上生成30 到50mm 直径的TSV。
总有一天TSV 会应用到MEMS 互连领域。
基本原理因为MEMS 芯片必须放在空腔或其它不影响其机械运动的空间里，因此不能采用传统方法进行封装。
芯片必须采用封帽或环氧包覆成型技术，不过不能用传统的包覆成型技术，因为MEMS 结构不能被锁定在位置上。
另外，MEMS 芯片必须防止受到IC 技术常见的杂质污染。
裸模切割引起的残渣和标准IC 工艺的高温效应对MEMS 芯片来说都可能是致命的。
另外，MEMS 芯片不能凭借自身提供任何功能。
它必须连接到附加电路以及处理电路上执行信号处理和其它功能才能发挥作用。
这是因为MEMS 工艺有别于CMOS 之类标准IC 工艺。
在几乎全是MEMS 芯片的支持电路中需要额外芯片，并导致许多可能的互连实现（参见MEMS Meets ASIC）。
根据MEMS器件的结构特性，传统的多晶硅处理工艺不能用来集成MEMS 器件和传统芯片。
多晶硅芯片处理要求800 度以上的高温，如此高的温度会损害甚至破坏MEMS 结构。
MEMS与IC集成工艺介绍 NEMS器件在IC 中的应用
MEMS与IC集成工艺介绍NEMS器件在IC 中的应用现在微机电系统已经远远超越了机和电的概念, 将处理热、光、磁、化学、生物等结构和器件通过微电子工艺及其他一些微加工工艺制造在芯片上, 并通过与电路的集成甚至相互间的集成来构筑复杂微型系统.1 引言在过去的40多年里, 集成电路的集成度和性能一直在按照摩尔定律不断地提高, 但CMOS 晶体管的尺寸缩小终将遇到物理极限. 研究人员一方面在积极寻找新的替代器件和电路结构, 另一方面将目光投到整个系统的尺寸缩小和性能提高上. 传统意义上的SoC (系统芯片), 输入和输出都是电信号, 只能解决信息技术中的信号处理部分, 无法直接实现对外部真实世界的信息获取和对外部世界发生作用. 因此仅仅是一个较完善的微型电子系统而已, 并不是一个真正意义上具有完整功能的、独立的微型系统.1988年美国加州大学伯克利分校的Tai等成功地用微电子平面加工技术研制出了直径仅有100微米左右硅微机械马达, 使人们看到了将可动机械结构与电路集成在一个芯片内, 构成完整的微型机电系统的可能. 微机电系统MEMS (micro electro mechanical systems)的概念应运而生, 并迅速成为国际上研究的热点. 1993 年, 美国ADI公司采用该技术地将微型可动结构与大规模电路集成在单芯片内, 形成用于汽车防撞气囊控制的微型加速度计, MEMS 技术的特点和优势真正地体现了出来.现在微机电系统已经远远超越了机和电的概念, 将处理热、光、磁、化学、生物等结构和器件通过微电子工艺及其他一些微加工工艺制造在芯片上, 并通过与电路的集成甚至相互间的集成来构筑复杂微型系统. 所以, 更准确地说, 今天的MEMS包括感知外界信息(力、热、光、生、磁、化等)的传感器和控制外界信息的执行器, 以及进行信号处理和控制的电路.当微机电系统的特征尺寸缩小到100纳米以下时, 又被称为纳机电系统(NEMS, nano electro mechanical system). 由于尺寸更小及纳米结构所导致的新效应, NEMS 器件可以提供很多MEMS器件所不能提供的特性和功能, 例如超高频率、低能耗、高灵敏度、对表面质量和吸附性前所未有的控制能力等. 以NEMS谐振器为例, 与MEMS谐振器相比, NEMS谐振器利用了纳米核心结构的尺度效应使器件性能获得了显著提升, 通过谐振结构的等比例缩小, 器件频率显著提高, 甚至可以达到GHz, 因此可以组成高频电路里的振荡器和滤波器. 纳米悬臂梁其质量可以小至1018g, 以其为敏感单元的质量传感器已能检测绑定在结构上的DNA分子, 甚至还能检测到少量原子的影响. 为了论述方便, 在下文中, 除了特殊说明, 我们将用微机电系统(MEMS)来泛指微纳机电系统(MEMS/NEMS).经过20多年的发展, 国际上MEMS已全面走向应用, 年销售额达到100多亿美元, 大量的MEMS器件被用在智能手机、游戏机和汽车等方面, 已成为我们日常生活的一部分. 由于MEMS是在CMOS IC的基础上发展而来的, 所以人们习惯性地用IC的思维考虑MEMS 的问题. 很多年来人们一直在寻求象IC中的CPU和存储器一样的Killer ApplicaTIon, 产生一个新的飞跃, 甚至带来比IC 更大的市场. 然而, 这一目标至今尚未实现, 而且也没有一个公认的未来的可能器件或系统跃入人们的视野. 压力传感器、加速度计、陀螺、微麦克风、FBAR等MEMS器件虽然销售量都早已过亿, 但由于其自身价格都不高, 都无法担任起这一使命, MEMS的整体市场远无法与IC相比拟. 然而, 从这一寻找过程当中, 人们也意识到, MEMS 的多样性和渗透性正是它区别于IC的鲜明特性. MEMS已经进入到各个领域和行业, 并且在不同程度上改变着其现状和发展走势. 与其说这些器件和系统是MEMS产品, 不如说它们是所在领域和行业的新一代产品. MEMS 研究的情况也是如此, 最初的MEMS器件研究往往是以微电子或机械背景的人为主体, 与相关的研究者合作进行; 而近年来, 随着MEMS技术日益成熟, MEMS技术已经成为强有力的研究工具. 不同领域的研究者根据自己的需要和想法, 利用MEMS技术研发所需的新型器件和系统. 事实上, 这恰恰说明了MEMS的强大生命力和光明的发展前景. 它不会由于加工技术和一些器件的成熟而失去研究上的发展动力, 而是会随着其他领域的不停发展而继续前进.MEMS的这一特点也决定了其研究上的百花齐放, 因此很难对其发展前沿进行概述. 本文将根据本专辑的主题, 立足于微纳机电系统与集成电路的交叉, 选择具有代表性的几个发展前沿MEMS与CMOS IC的集成、NEMS器件在IC 中的应用以及生物医疗应用的柔性MEMS芯片进行讨论.2 MEMS与CMOS IC的集成与CMOS IC集成化一直是MEMS研究领域中的热点问题, 实现电路与结构的完全集成可以提高微机械器件的性能, 降低加工、封装的成本, 因此具有非常重要的实用价值. 因此, MEMS与CMOS IC集成化在学术和产业化方面的研究脚步一天也没用停止过. 然而, 虽然MEMS是在IC的基础上发展起来的, 但二者的集成却充满了挑战. 首先, 在技术层面上, MEMS的三维可动结构需要用特殊的工艺技术或工艺步骤实现, 电子器件与机械结构的性能需要不同的工艺处理进行优化, 这些加工方法或工艺步骤不可避免地存在不兼容或冲突的地方. 例如对于表面牺牲层工艺, 工艺之间的温度兼容性问题: 形成和优化微机械结构的LPCVD多晶硅和退火等高温工艺会对电子器件的金属、电阻和聚合物等产生不利影响; 反过来, 任何在可动微加工形成之后的工艺都可能对这些结构造成严重的破坏. 其次, 在产业化层面上, 集成化是否真的可以降低成本, 提高产品的竞争力一直存在争议. 将IC 与MEMS加工在同一个芯片上, 固然可以减小芯片的总面积, 节省一次封装, 但这些所带来的成本优势却可能被以下的负面效应所抵消:1) 通常来说, CMOS的掩膜版数和加工步骤都远多于MEMS工艺, 一个好的集成工艺可能只需要增加很少的光刻等工艺步骤就可以将MEMS集成在芯片上, 但这仍然会造成成品率的显著下降. 这会使集成芯片的成品率低于两片封装式产品的成品率.2) MEMS器件往往特征尺寸要求不高, 但所占用的面积却远大于IC的面积. 采用加工高昂的先进的IC生产线(如45 nm工艺) 去加工大面积MEMS器件显然会提高单位面积的成本.3) MEMS所涉及到的种类广泛, 加工工艺也五花八门, 难以找到普适的集成解决方案. 每一个单步的工艺的改变都可能对整个工艺产生牵一发动全身的影响. 工艺开发成本高昂.4) 从产品研发的角度来看, 两片式方案可以分别设计和加工MEMS器件与处理电路, 甚至使用已有IC芯片, 而集成式方案则需要一起设计和加工. 后者的研发周期显然要长, 成本也会更高.5) 由于技术上的兼容性问题, 集成式芯片中的MEMS器件和IC在性能方面通常需要折衷考虑, 这会一定程度上抵消集成所带来的性能优势.由于这些原因, 虽然集成化研究进行的如火如荼, 这么多年来市场上真正的单片集成芯片只有TI的DLP (数字光学处理器)、ADI的集成加速度计和陀螺、SiTIme的集成化硅振荡器, 以及一些集成压阻压力传感器等少数产品. 多数的压力传感器、加速度计、陀螺、麦克风都仍然采用MEMS器件和处理电路分开方式. 国际上一直处于领先地位的纯MEMS 代工厂Silex Microsystems、Teledyne Dalsa和Tronics等也一直提供单独的MEMS加工服务, 集成产品绝大多数由IDM 模式完成.这种态势随着集成电路代工巨头台积电高调进入MEMS代工业而面临巨大转变, CMOS与IC集成加工可能会变成主流的MEMS产品加工方式. 台积电最初决定从事MEMS代工是在2008年, 但得益于雄厚的技术与财力的基础, 营收和排名都得到迅猛提高. 据著名咨询公司IHS iSuppli分析报告, 2011年台积电相关营业收入达到5300万美元, 与2010年相比猛增201%, 超过纯MEMS代工厂Silex Microsystems跃升为第一位. 虽然营收与其集成电路相比还很少, 但增长速度却十分惊人. 由自身特点所决定, 台积电进入MEMS代工业伊始就定位于MEMS与IC的兼容与集成加工, 并在行业内广泛宣传这次策略. 目前台积电的主要代工对象涵盖了3轴陀螺仪、加速度计、MEMS麦克风、压力传感器、片上实验室和喷墨打印头等众多MEMS产品, 但其最主要的业务营收来自于InvenSense的陀螺仪和惯性测量单元(IMU) 以及模拟器件公司(ADI) 的麦克风, 这两种器件均是以集成方式制造的. 另一知名集成电路代工企业联电(UMC)也继台积电之后实现了CMOS MEMS的量产.作为MEMS的主要产品之一, 硅麦克风的市场一直被楼氏(Knowles)所垄断, 其产品采用两片方式. 2011年8月博世收购了MEMS麦克风厂商AkusTIca, 大力推进单片集成式硅麦克风的研发与生产力度, 与ADI的集成麦克风一道, 向楼氏发起有力的挑战.由此可以看出, MEMS与IC集成的脚步在过去两年内大大提速了, 相应的MEMS代工业也随之迅速增长, 这为无晶圆厂(fabless)模式MEMS设计公司提供了前所未有的契机.以下将简述几种典型的MEMS与IC集成工艺.20世纪90年代初ADI公司开发出具有里程碑意义的集成加工工艺iMEMS工艺, 该工艺将IC加工与MEMS加工交叉进行(hybrid-CMOS). 电路采用BiCMOS工艺制作, 用多晶硅制作机械结构, 电路和机械结构部分通过N+层来实现. 这种工艺虽然比较有利于工艺的优化, 但专门性很强, 不容易被标准化和被其他加工厂复制. 另外, 由于这种工艺采用的多晶硅结构层较薄(2um), 导致信号弱, 结构面积大. 从2004年开始, ADI 公司全面采用集成SOI MEMS工艺来代替iMEMS工艺进行惯性MEMS加工. 由于SOI MEMS工艺与表面工艺有很大的近似性, 因此它与CMOS的集成也具有独特的优势. 图1(a)是该工艺方案的示意图. CMOS电路和电路之间通过深槽回填进行隔离. 隔离槽填充通常采用LPCVD多晶硅, 要做CMOS电路的金属化之前完成, 而最后的结构刻蚀和释放在CMOS电路之后完成, 可以认为是hybrid-CMOS集成. 由于SOI材料中的硅层(40~100um)远远大于多晶硅层的厚度(2um), 因此器件的灵敏度增加, 芯片尺寸却大大缩小. 同时, 由于简化了工艺, 虽然材料上增加的费用, 但整体成本却下降了. 图1(b)显示了用这种工艺加工出的集成双轴加速计adxl311照片.图1 (a)集成SOI MEMS工艺示意图和(b)用该工艺加工出的双轴加速计adxl311照片北京大学的闫桂珍等开发出了一种单片体硅加工工艺, 其剖面结构如图2(a)所示, 从工艺到结构上都与集成SOI MEMS类似. 但该工艺采用的是普通硅片, 在成本上具有很大优势, 结构厚度也比较灵活.图2 北京大学开发出的体硅单片集成技术从加工成本和实用化考虑考虑, Post-CMOS即在CMOS电路加工完成之后再进行MEMS 加工是最优的方案, 这样CMOS电路部分的加工可以在标准的集成电路代工厂完成, 最大限度地降低设计成本和提高成品率. 因此Post-CMOS技术一直是集成化研究的热点.加州大学伯克利分校开发出一种Post-CMOS技术, 采用多晶锗硅(Poly-SixGe1x)取代多晶硅作结构材料. 多晶锗硅的生长温度小于450℃, 因此可以用铝来作互连材料实现Post-CMOS MEMS集成. 这种工艺可以把MEMS结构直接加工在CMOS器件的上方, 因此也可以有效地节省芯片面积. 比利时的IMEC 也投入了很大的精力开发这种技术, 采用PECVD代替LPCVD工艺生长多晶锗硅, 从而进一步降低生长温度, 提高淀积速率. 这种工艺已经开始被用于产业化.CMOS MEMS工艺是由美国卡耐基－梅隆大学开发的一种完全的Post CMOS集成工艺, 基本工艺流程如图3(a)所示. 它采用CMOS电路中的互连金属及金属间的介质作为机械结构, 所以CMOS电路加工完成后只需几步各向异性和各向同性的干法刻蚀就可以完成器件的加工. 这种工艺的一个特点是所有的工艺步骤都是单面加工, 所以可以很容易的移植到基于不同尺寸衬底的工艺线上, 可以增加选择加工服务商的自由度. 这种工艺的主要缺点是机械结构的厚度有限, 而且有较大的残余应力. 为了克服CMOS MEMS工艺中的问题, Xie等又开发了一种结合深刻蚀工艺的DRIE CMOS MEMS工艺, 如图3(b)所示. 改进后的工艺利用单晶硅作为机械结构, 可以实现高深宽比结构, 提高器件的性能. 但由于它的电学隔离需要一步各向同性刻蚀, 对工艺的控制精度要求比较高, 而且部分结构仍需薄膜结构连接, 使器件性能受到一定的限制.图3 (a) CMOS MEMS工艺基本流程图; (b)与体硅工艺结合的CMOS MEMS工艺近年来, 台湾清华大学等研究机构, 依托台积电的CMOS工艺, 在CMOS MEMS工艺方面进行了很多研究工作. Li等利用台积电的0.18um 1P6M(一层多晶硅6层金属) CMOS工艺成功实现了集成谐振器的加工, 性能显著优于0.35um工艺加工结果. 图4是结构的剖面图和SEM照片采用90nm和40nm平台进行CMOS MEMS加工的尝试也已经开始. 随着研究的成熟. CMOS MEMS有可能成为台积电MEMS主打工艺之一, 非常值得关注.图4 (a) CMOS MEMS工艺实现的集成谐振器; (b)器件的SEM图片作为目前的的主要营收来源, 台积电为InvenSense加工陀螺和IMU所采用的实际是一种混合集成工艺. 如图5(a)所示, CMOS电路和MEMS结构分别加工在一个晶圆上. MEMS 所在的晶圆同时起到封帽的作用, CMOS在相应的区域刻蚀出一个腔体. 两个圆片通过金硅共熔合金的方式实现键合, 形成陀螺所需的真空腔体, 同时实现圆片级封装. 图5(b)是三维结构示意图. 该工艺在减小寄生效应和封装尺寸的同时, 也减轻了前面说到的一些集成方面的缺点.图5 InvenSense集成工艺值得一提的是, 中科院上海微系统所的Li等发明了一种单面集成的集成压力传感器工艺. 工艺选用(111)晶向硅片, 利用TMAH湿法腐蚀的晶向选择性, 通过横向腐蚀在硅片表面下面形成空腔, 再利用LPCVD多晶硅封闭空腔, 形成压力传感器结构. 这种方法通过单面工艺实现超小结构的压力传感器, 从而实现低成本加工. 该工艺与CMOS工艺兼容, 可以实现与IC的集成. 方法的一个美中不足是CMOS通常采用(100)衬底, 因此需要支持(111)衬底的双极代工厂进行加工.通过TSV (硅通孔) 技术实现CMOS、MEMS以及光电子电路等多种系统的三维混合集成也是近年来值得关注的热点(图6). 限于篇幅, 这里不做过多论述.图6 TSV技术实现CMOS、MEMS以及光电子电路三维混合集成示意图3 NEMS器件在IC 中的应用近几年, MEMS 与纳米技术融合的步伐在加快. 一方面新的纳米材料与纳米加工技术越来越多地在MEMS技术中得到应用, 促进了微机电系统性能提高和新器件的涌现, 另一方面微纳机电系统技术也提供了新的纳米级三维加工手段, 催生了诸如NEMS继电器、存储器等新型的IC 器件. 这里主要论述后者.在CMOS器件特征尺寸遵循摩尔定律按比例缩小的过程中, 面临着诸多技术上和理论上的挑战,其中之一是功率密度极限. 为了在晶体管密度增加的情况下保持功率密度不变, 需要降低电源电压VDD以减小开态电流. 但事实上降低开态电流将延长操作延迟, 增加功耗. 解决这一问题的一个办法是降低阈值电压, 但这又会增加亚阈值漏电. 由于CMOS器件总是存在亚阈值漏电(亚阈值摆幅60mV/Decade), 这一矛盾是难以克服的. 解决这一矛盾的一个途径是开发具有更陡峭亚阈值摆幅的新型电子器件如隧穿MOS、IMOSFETs、纳米线MOSFET等, 而NEMS继电器则提供了另一条可能的途径.MEMS继电器的工作原理如图7所示. 这是一个三端微继电器示意图, 器件最核心的结构是一个带有触点的导电悬臂梁, 其下面有一个驱动电极(相当于MOSFET的栅极). 当驱动电极上不加电压或电压很小的时候, 悬臂梁自由端的触点与下面的电极(相当于MOSFET 的漏极) 之间存在空气间隙, 在漏极与悬臂梁的固定端(相当于MOSFET的源极) 之间没有电流通过, 开关处于断开状态. 当栅极所加的电压超过一定值之后(吸合电压, 相当于MOSFET的阈值电压), 悬臂梁被静电力下拉, 接触点与下面的电极接触, 源与漏被电学导通, 开关处于开启状态. 此时减小栅电压, 当小于某一个值(要小于吸合电压),悬臂梁由于机械恢复力向上弹起, 接触点离开漏极, 回到断开状态. 与半导体MOS器件相比, MEMS 继电器在断开状态下, 由于触点与漏极之间存在物理间隙, 几乎不存在静态亚阈值漏电; 在开启状态下, 接触电阻和串联电阻通常也远小于MOS器件的导通电阻. 因此, MEMS 继电器具有超高的开关电流比, 其功耗也很小. 当继电器的特征尺寸在微米尺度时(即MEMS继电器),其占用面积很大, 其驱动电压很高(几十伏甚至上百伏), 开关速度很慢(在微秒量级). 但当其特征尺寸(包括间隙)减小到纳米尺寸时(即NEMS继电器),其机械响应速度会大大提高, 开关速度可以到达到纳秒量级, 驱动电压也会显著下降, 具备了成为电子器件单元的条件. 此外, 与MOS器件相比, NEMS继电器对外界温度、辐射和电磁场不敏感, 因此对于太空、国防等领域会有其特殊的价值. 采用NEMS继电器代替CMOS器件构成逻辑计算单元, 进而实现大规模运算, 实际上是从电子计算方式向传统机械计算方式的一种回归.图7 MEMS继电器的工作原理妨碍NEMS继电器在集成电路中实际应用的最大瓶颈问题是其接触可靠性问题. 当器件尺寸按比例缩小的时候, 不仅电学量发生显著变化, 各种力的对比关系也随着尺寸发生显著变化. 表面张力、毛细作用力、范德瓦尔斯力、分子间作用力等面积和间距相关的力与体积力相比在纳米尺度下变得尤为显著. 在MEMS器件中, 当两个结构相互接触的时候, 如果弹性回复力无法克服范德瓦尔斯力等结构间相互吸引的力, 就会产生所谓的粘附效应使器件失效. 对于NEMS继电器, 这个问题变得更为显著. 一方面, 在纳米尺度范德瓦尔斯力等表面力与弹性力相比更处于优势地位; 另一方面, 为了满足低驱动电压的要求, 又需要尽量减小悬臂梁的刚度, 进一步增大了粘附的风险. 接触点失效是影响NENS继电器可靠性另一大因素. 接触点失效一直是MEMS继电器应用的瓶颈问题, NEMS 继电器由于点更小、接触力更低、回复力更小而使问题变得更为严重. 文献中所报道的用于IC的NEMS器件大多数是验证概念, 解决尺寸和集成的问题, 很多器件甚至只能完成个位数的接触操作. 近几年可靠性问题得到了很高的重视, 也取得了一些突破性的进展, 但目前所报道的最高开关次数1010, 仍然与电路中实际应用的要求(1016)相去甚远.NEMS继电器应用所面临的另一个重要问题是互连和封装. 与CMOS集成电路一样, 高密度纳米级器件要想形成复杂的电路, 必须通过多层互连来实现, 有些集成电路的互连线甚至已经超过10层. 与CMOS器件不同, NEMS继电器是三维可动结构, 其后续的淀积和刻蚀都无法轻易实现. 同时, 由于机械响应速度和接触可靠性的要求, NEMS继电器需要进行气密性封装.尽管面临上述诸多挑战, 由于NEMS继电器独有的优点, 其研究仍然得到了广泛的重视, 并取得了长足的进展. 这些研究中不但采用了纳米光刻和刻蚀等先进纳米加工工艺, 还有很多器件采用了碳纳米管、石墨烯等新兴材料. 以下将介绍几种典型的器件.韩国的Jang等以TiN为结构材料, 用CMOS兼容的加工工艺, 研制出梁厚35nm,空气间隙为15nm的NEMS继电器, 其关态漏电流几乎为0, 亚阈值摆幅小于3mV/Decade, 驱动电压为20V左右, 在空气中实现了几百次的开关. 图8(a)是这种继电器的示意图, (b)是SEM 照片.图8 TiN NEMS继电器图9是美国凯斯西储大学的Lee在Science杂志上报道的用SiC材料制造的反相器示意图和器件局部照片. 其最小结构尺寸为150nm,而最小间距为20nm. 其关态工作电流小于10 fA (测量仪器的噪声值).这个器件最重要的特点是不仅可以在室温下工作, 还可以在高达500℃的温度下工作. 在室温下开关次数达到210亿次, 在500℃的温度下也达到了20亿次以上, 是目前报道的最高值.图9 用SiC材料制造的反相器示意图英国剑桥大学的Jang等用垂直生长的碳纳米管作为结构材料, 用倾斜淀积和光刻实现碳纳米管局部金属化, 制备了如图10(a)所示的垂直方向NEMS继电器. 该器件的优点是驱动电压比较低(4.5 V, 见图10(b)).图10 碳纳米管垂直NEMS继电器和其他碳纳米管器件类似, 用碳纳米管加工NEMS继电器的一个主要缺点是难以定位及形成圆片级加工. Hayamizu 等报道了一种在圆片级形成碳纳米管薄膜, 进而加工器件的方法. 他们利用这种方法, 成功地在圆片上加工出NEMS继电器阵列, 并取得了相对较好的一致性. 虽然其驱动电压还比较高, 加工成品率也有待于提高, 但已经展现出进行大规模加工器件和电路的可能性.石墨烯是近年来炙手可热的一种纳米材料, 也有很多研究者利用石墨烯良好的导电性和机械性能形成NEMS继电器. 中科院物理所的张广宇研究组利用多层石墨烯作为机械桥膜制备了NEMS继电器. 其开关比为104, 开关寿命为500多次.除了继电器之外, 用NEMS技术也可以形成存储器. 英国剑桥大学的Jang等发展了他们的碳纳米管开关技术, 加工出基于开关电容的纳米存储器. 图11(a)是器件结构示意图. 器件的源和漏上各生长一根垂直的碳纳米管, 其中源极的碳纳米管上覆盖氮化硅作为介质层,再覆盖Cr作为电极层. 源极接位线、漏极接字线. 如图11(b)所示, 在存储器的写入过程, 在要写入的单元1的位线上加正向偏压, 漏极的碳纳米管将由于静电作用力与源极接触, 当驱动偏压时, 正电荷将保留在源极. 此时单元1被写入1,而单元2保持为0. 如图11(c)所示, 在读的时候, 所有位线被施加与写入电压相同的偏压. 单元1由于正电荷的相互排斥作用不能接触, 因此没有电流流过. 而单元2的碳纳米管发生接触, 产生电流, 实现存储单元状态的区分. 在读出后, 需要对单元进行复位.图11 垂直碳纳米管存储器美国Rice大学的Li等研制出一种简单的两端NEMS存储器件. 如图12(a)和(b)所示, 该器件的核心部分是悬空的薄层石墨纳米带. 当在石墨纳米带两端加载电压扫描的时候, 会出现特殊的双稳态现象. 如图12(c)所示, 当电压从0 V扫描到10 V的时候, 器件从低阻态跳变到高阻状态. 再次从0 V扫描时, 则会呈现出高阻状态, 向10 V扫描时会出现两次跳变. 而从10 V向0 V方向扫描时, 器件则从高阻向低阻跳变. 利用这种现象可以实现双稳态存储器件, 并且实现1000次以上的读写擦除操作. 研究表明这种现象是由石墨纳米带内部微结构所形成的NEMS开关效应引起的. 具体现象和解释请读者自己参阅文献.图12 两端石墨纳米带存储器件4 生物医疗应用的柔性MEMS芯片硅基集成电路一直在微电子领域占据绝对统治地位, 同样, 硅基微加工由于成熟、加工能力强、能与电路集成而一直是MEMS主流加工工艺. 近年来, 以柔性的塑料和薄金属作为衬底的柔性电子开始出现并逐渐兴起. 柔性电子以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺, 在柔性显示器、有机发光二极管(OLED)、印刷RFID、薄膜太阳能电池板、电子纸、电子皮肤、人工肌肉等方面显示出广泛应用前景.生物微机电系统(BioMEMS)近年来已经成为生命科学研究的有力工具, 并成为MEMS领域研究的前沿和热点. 用于细胞操纵、DNA扩增检测等的各种微结构不断被开发出来, 极。
MEMS与CMOS技术的异同点
MEMS与CMOS技术的异同点在某种程度上，MEMS 可以看作CMOS 集成电路的扩展。
如果将CMOS比喻为人的大脑和神经网络，那么MEMS 就是大脑智慧的“手臂”，为这信息系统提供了获取信号的微传感器和执行命令的微执行器。
人们早期认为，将MEMS 与CMOS 模块集成到单芯片上的任务非常困难。
因为在制程上MEMS与CMOS 存在很大差异：1）MEMS 包含一些可动的机械构件，需要在一些如热驱动、静电驱动、磁驱动下执行动作，不能采用CMOS 传统方法进行封装。
2）多功能MEMS 应用与传统的CMOS 产业制造不同，如包含更多步骤、背面工艺、特殊金属和非常奇特的材料以及晶圆键合等等。
3）基底材料有所不同。
在生物和医疗领域，很多地方都选用玻璃和塑料而非硅片作为MEMS 基底，甚至出于降低成本原因使用塑料制作一次性医疗器械。
4）设计思路不同。
CMOS 电路是从上往下设计，适合于复杂微系统设计，需要良好的预定义工艺模块；而MEMS 多数从下往上设计，需要建立特殊工艺文件。
5）CMOS 与MEMS 产品与技术生命周期不相同。
CMOS 产品遵循“摩尔定律”，产品生命周期不到半年就会被淘汰；而结构设计合理的MEMS 产品生命周期可延长到2年。
因为这些差异，人们在早期并没有努力将CMOS 与MEMS 结合起来。
在单芯片上集成MEMS 与CMOS 电路的尝试是由分离器件向集成电路规模化转变的行业趋势带动的。
早期器件采用将裸片堆叠的方式，将复杂功能分散于处理器与传感器多块芯片上，容易导致芯片尺寸大小、可制造性和一致性等方面的缺陷。
因此，人们迫切希望将MEMS 技术与CMOS 工艺结合，利用CMOS 标准化工艺，实现传感器、执行器、信号采集、数据处理、控制电路一体化混合集成在一块三维硅片上，实现多种功能的智能化集成。
CMOS-MEMS 集成单芯片是单一微观器件制造领域的里程碑，与传统多芯片MEMS 模块相比有以下优势：1）利用了CMOS 工艺的标准化规模效应，大幅降低制造设备和材料成本。
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MEMS技术与IC技术的主要差别(转）
miracle 发表于: 2010-5-21 09:22 来源: 半导体技术天地
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。
经过几十年的研究与开发，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LI GA工艺和微机械组装技术等。
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。
归纳起来，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、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。