微機(jī)電課后作業(yè)18頁

1、小組成員:鄭晨晨 劉心 紀(jì)輝強(qiáng) 方璐 劉超 朱劍鋒 2011.05.31第二章1.MEMS的設(shè)計(jì)涉及哪些學(xué)科？簡述MEMS的設(shè)計(jì)方法及特點(diǎn)。 答：MEMS的設(shè)計(jì)涉及到系統(tǒng)設(shè)計(jì)、微傳感器設(shè)計(jì)、微執(zhí)行器設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)和能量供給的設(shè)計(jì)。 3種設(shè)計(jì)方法：（1）從系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)開始，展開到系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，將元件及功能模塊作為一個(gè)黑盒子，只對其影響特性進(jìn)行分析。（2）從系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開到子系統(tǒng)、元器件設(shè)計(jì)。對于系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)該由系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)、元器件設(shè)計(jì)。首先確定系統(tǒng)應(yīng)該完成的功能、技術(shù)條件；其次是確定功能模塊的功能要求、技術(shù)條件；最后確定元器件的技術(shù)條件。（3）中間相遇法(Meet-in-th

2、e-Middle)。它利用宏觀模塊，對于元件簡化模型進(jìn)行分析，只要模型能描述不同物理狀態(tài)中的特性，就能夠在系統(tǒng)中進(jìn)行合理的仿真。2.工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常有幾種方法？其主要思路是什么？試舉例說明。 答：通常有五種方法：JKawasaki法簡稱KJ法。KJ法是由底向上處理大量數(shù)據(jù)之間關(guān)系的一種假設(shè)，對于復(fù)雜問題進(jìn)行分析，使用這種方法，可以使問題得到滿意的解決。它還可以應(yīng)用來處理其他類型的問題，這種問題可以是個(gè)別的群體，單一的或者連續(xù)的；M.Nakayama法簡稱NM法。NM法是在自然是日常生活中尋找比擬法創(chuàng)造和開發(fā)新技術(shù)觀點(diǎn)，應(yīng)用到不同的問題模式中。NM法是根據(jù)人腦功能的一種假設(shè)，在Nakayama的

3、“人腦計(jì)算機(jī)模型（HBC）”中描述。這種方法試圖解釋當(dāng)問題如理性思考，存在僵局，情感思考，演繹和引導(dǎo)等解決的時(shí)候，人類思想行為的模式；Key-Needs法，中文稱為關(guān)鍵需要法，它是一種創(chuàng)造與使用者需要一致的新產(chǎn)品概念的工具。這種方法用列出日常生活的需要，以及不被滿足原因的描述，用于產(chǎn)品觀點(diǎn)的發(fā)明。關(guān)鍵需要法是實(shí)用主義，具有需要分析和概念評估技術(shù)的擴(kuò)展。為了消費(fèi)者取得好感，而且不受限制，關(guān)鍵需要法幾乎不是根據(jù)人類需要的任何理論或者尋找任何概念，而是從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中得到；Kepener-Tregoe法分析問題、解決分析、位能問題分析和位置評價(jià)的4種技術(shù)結(jié)合。它的目的在于應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)模式一步一步處理的方法，

4、進(jìn)行工業(yè)合理化管理。朱鐘淦-捤谷城方法，是針對機(jī)械電子產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用，包括四個(gè)步驟：產(chǎn)品功能分析；為實(shí)施各模塊的功能，選擇可實(shí)施的方案；多種方案的綜合評價(jià)，優(yōu)化設(shè)計(jì)；產(chǎn)品芯片設(shè)計(jì)。5,在MEMS產(chǎn)品中如何應(yīng)用尺度效應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)?其根據(jù)是什么?對于一階尺度,如表面-體積尺度變化規(guī)律是什么?通常,尺度的變化規(guī)律遵循著兩個(gè)方面.第一種規(guī)律是嚴(yán)格依據(jù)物體的尺寸,如幾何結(jié)構(gòu)的尺度,物體行為可以有物理規(guī)律所決定,這種尺度規(guī)律包括剛體動(dòng)力學(xué),靜電和電磁力等;第二種尺度規(guī)律考慮到系統(tǒng)的尺寸和材料特性.所依據(jù)的尺度效應(yīng)對幾何結(jié)構(gòu)學(xué),剛體動(dòng)力學(xué),靜電力,力學(xué),流體力學(xué)以及熱傳遞中的物理量進(jìn)行分析,并以量綱作為分

5、析工具.體積和表面積是在MEMS產(chǎn)品設(shè)計(jì)中經(jīng)常涉及的兩個(gè)物理量,體積與器件的質(zhì)量和重量有關(guān),與作用在器件上的力和熱慣量有關(guān).熱慣量與物體的熱容有關(guān),熱容是固體加熱快慢的量度,它對于熱執(zhí)行器的設(shè)計(jì)十分重要.另一方面表面特性與流體力學(xué)的壓力,浮力有關(guān),也與對流熱傳導(dǎo)中固體熱吸收和耗散有關(guān).8,MEMS中如何應(yīng)用CAD技術(shù)?MEMS中應(yīng)用CAD技術(shù)映遵循以下原則:(1)MEMS技術(shù)涉及微電子,微機(jī)械,微動(dòng)力學(xué),微流體力學(xué),微熱力學(xué),材料學(xué),物理學(xué),化學(xué)和生物學(xué)等,這些作用域相互作用,共同構(gòu)成了完整的MEMS并實(shí)現(xiàn)確定的功能,多能量域的耦合問題是MEMS的CAD最需要解決的,也是最難解決的問題.(2)

6、MEMS的必須提供自動(dòng)生成三維模型的工具,具有結(jié)構(gòu)仿真器.(3)MEMS的制造過程不會(huì)改變結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù),但會(huì)影響材料的性質(zhì),而材料的性質(zhì)又會(huì)影響結(jié)構(gòu)的電子和機(jī)械特性.因此MEMS的CAD必須建立相應(yīng)的材料特性數(shù)據(jù)庫。根據(jù)工藝流程自動(dòng)將材料的特性引入到三維幾何模型中。（4）MEMS的器件不僅是復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，各種能量域相互耦合，計(jì)算中需要進(jìn)行內(nèi)部的量化，而且要考慮結(jié)構(gòu)外部各種物理場，如電場，磁場，流場的耦合分析，這些計(jì)算量大且耗時(shí)。因此要求MEMS的CAD具有快速，有效的算法作為分析計(jì)算的基礎(chǔ)。使用的CAD的過程是：通過對工藝和結(jié)構(gòu)的直接描述，由結(jié)構(gòu)仿真器生成三維幾何模型，然后從材料數(shù)據(jù)庫中提

7、取元件的材料特性，將其引入幾何模型中，生成完整的三維模型進(jìn)行多能量域的分析。 第三章2、 什么是外延技術(shù)？常用的外延技術(shù)有幾種？他們主要的技術(shù)特點(diǎn)是什么？在單晶硅襯底上生長一層新薄層單晶的技術(shù)，稱為外延生長。具體方法有： （1）.四氯化硅氫還原法，這種方法是目前生產(chǎn)中采用的主要方法。其優(yōu)點(diǎn)是SiCl4易于純化，操作安全，對其生長規(guī)律也比較了解。但是，由于它要求高的反應(yīng)溫度，同時(shí)存在可逆化學(xué)反應(yīng)，引起了顯著的雜質(zhì)擴(kuò)散與自摻雜效應(yīng)，因而難以控制外延層的雜質(zhì)分布，也無法制造雜質(zhì)分布突變的p-n結(jié)。所以當(dāng)要求薄至12µm的外延層，且對圖形的漂移與畸變有更苛刻的要求的，此種方法就不適用了。 （

8、2）.硅烷熱分解法外延，硅烷熱分解法是在較低的分解溫度下，分解出硅原子淀積在襯底上。反應(yīng)中不存在對雜質(zhì)起輸送作用的氯離子，因而有利于克服雜質(zhì)的擴(kuò)散與自摻雜效應(yīng)，從而能獲得雜質(zhì)分布可控的薄外延層與較徒的雜質(zhì)分布。此外，硅烷外延時(shí)基本上不存在圖形漂移與畸變現(xiàn)象。3、 敘述氧化工藝的特點(diǎn)及二氧化硅的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。水汽氧化生成的二氧化硅膜結(jié)構(gòu)疏松，含水量多，對雜質(zhì)的掩蔽能力較差，因此生成中很少單獨(dú)采用水汽氧化。干氧氧化生成的二氧化硅膜結(jié)構(gòu)致密、干燥、均勻性和重復(fù)性好、掩蔽能力強(qiáng)、敦化效果好，二氧化硅膜表面與光刻膠接觸良好，光刻時(shí)不易浮膠。其缺點(diǎn)是氧化速率很慢。濕氧氧化生長的二氧化硅膜，致密性雖略差于干氧

9、生長的二氧化硅膜，但其掩蔽能力和鈍化效果都能滿足一般器件的要求。其缺點(diǎn)是二氧化硅表面有硅烷醇存在，使二氧化硅與光刻膠接觸不良，光刻時(shí)容易浮膠。結(jié)構(gòu)：二氧化硅薄膜具有無定形玻璃狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的基本單元是一個(gè)由Si-O原子組成的四面體。性質(zhì)：（1）二氧化硅膜具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性。不溶于水，除氫氟酸外，其他酸與其不起作用，可以被HF所腐蝕（2）當(dāng)電池強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，二氧化硅膜將失去其絕緣性能，稱為擊穿（3）在Si-SiO2界面上存在著二氧化硅層中的可動(dòng)離子電荷，固定氧化物電荷，界面陷阱電荷，氧化物陷阱電荷，還存在著二氧化硅層外表面上的正負(fù)離子電荷。4、 什么是摻雜工藝、擴(kuò)散工藝，其特點(diǎn)和方法是什

10、么？摻雜是人為的方法，將所需雜質(zhì)按要求的濃度與分布參入到材料中，以達(dá)到改變材料的電學(xué)性質(zhì)，形成半導(dǎo)體器件的目的。方法：熱噴涂、熱擴(kuò)散、離子噴涂擴(kuò)散現(xiàn)象是指物質(zhì)分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移 直到均勻分布的現(xiàn)象，速率與物質(zhì)的濃度梯度成正比。擴(kuò)散是由于分子熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的質(zhì)量遷移現(xiàn)象，主要是由于密度差引起的。擴(kuò)散工藝指的是利用擴(kuò)散的原理，對各種材料進(jìn)行某些目的的加工和處理的方法。方法：在氣-固擴(kuò)散中包含液態(tài)源擴(kuò)散、粉狀源擴(kuò)散、氣狀源擴(kuò)散；固-固擴(kuò)散中包含乳膠源擴(kuò)散、CVD摻雜二氧化硅源擴(kuò)散。5、 什么是化學(xué)氣相沉淀？化學(xué)氣相沉淀有幾種？它們各有什么特點(diǎn)？化學(xué)氣相沉積（CVD）是使一種或數(shù)種物質(zhì)的氣

11、體以某種方式激活后，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并沉淀出所需固體薄膜的生長技術(shù)。常用方法：（1）常壓化學(xué)氣相沉淀、（2）低壓氣相沉淀、（3）等離子體化學(xué)氣相沉淀特點(diǎn)：（1）常用于生長摻雜與不摻雜的二氧化硅。（2）膜厚均勻性良好、裝片量大。（3）可以降低沉淀溫度。6、 氮化硅的性質(zhì)、用途及其制備方法是什么？性質(zhì)：對水、氧、鈉、鋁、鎵、銦都具有極強(qiáng)的擴(kuò)散阻擋能力，因此是一種比較理想的鈍化材料。用途：氮化硅在集成電路制造中用做鈍化膜、局部氧化膜、擴(kuò)散掩膜、絕緣介質(zhì)膜，以及雜志或缺陷的萃取膜。制備方法：熱生長法，反應(yīng)濺射法，蒸發(fā)法，CVD法等9、 什么是光刻工藝？簡述光刻工藝質(zhì)量以及影響光刻質(zhì)量的主要因素

12、。光刻工藝是一種圖象復(fù)印同刻蝕（化學(xué)的，物理的，或兩者兼而有之）相結(jié)合的綜合性技術(shù)。光刻的質(zhì)量，可以由分辨率，光刻精度（包括線寬尺寸及套刻精度）以及缺陷密度（包括圖形完整性，針孔，小島等）等來衡量.影響光刻質(zhì)量的主要因素是：光刻膠，曝光方式（曝光系統(tǒng)）及刻蝕方法等。顯影時(shí)光刻膠的膨脹是影響成象分辨率和線寬的主要原因。顯影時(shí)間影響條寬控制精度。對于負(fù)膠，顯影時(shí)間越長，光刻膠的膨脹程度越嚴(yán)重，條寬的變化越大，因此負(fù)膠顯影應(yīng)合理選擇一組既能保證顯影充分，又不至于使條寬變化過大的顯影條件。10、 光刻工藝中使用的光刻膠有哪兩大類？它們的優(yōu)缺點(diǎn)各是什么？在光刻工藝中使用的光刻膠有兩大類：一類叫負(fù)性光刻膠

13、,其未感光部分能被適當(dāng)?shù)娜軇┤艹泄獾牟糠謩t留下，所得的圖形與光刻掩模圖形相反；另一類叫正性光刻膠，其感光部分能被適當(dāng)?shù)娜軇┤艹粝挛锤泄獾牟糠?，所得的圖形與光刻掩模圖形相同。采用負(fù)性光刻膠制作圖形其涂層對環(huán)境因素不那么靈敏，且具有很高的感光速度，極好的粘附性和搞蝕能力，成本低，適用于工業(yè)化大生產(chǎn)。目前刻蝕5m左右線條主要使用負(fù)性光刻膠。負(fù)性光刻膠的主要缺點(diǎn)是分辨率較低，不適于細(xì)線條光刻。正性光刻膠有較高的固有分辨率（1m，甚至更小），較強(qiáng)的抗干法腐蝕能力和抗熱處理能力。正性光刻膠利用溶質(zhì)的水溶液進(jìn)行顯影，因而可使溶脹現(xiàn)象減至最小。正性光刻膠可涂得很厚（23m）而不影響其分辨率，因此具有

14、良好的臺(tái)階覆蓋。在3m左右線條的光刻中，負(fù)性膠已逐步被正性膠所代替。正性光刻膠的粘附性差,抗?jié)穹ǜg能力差，而且成本高。13、 敘述各種干法腐蝕的特點(diǎn)。干法腐蝕具有分辨率高，各向異性，腐蝕能力強(qiáng)，不同材料的腐蝕選擇比大，腐蝕均勻性重復(fù)性好，以及易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)操作等優(yōu)點(diǎn)，干法腐蝕已成為超大規(guī)模集成電路制造的標(biāo)準(zhǔn)腐蝕技術(shù)。（1）等離子體腐蝕等離子體腐蝕是依靠高頻輝光放電形成的化學(xué)活性游離基與被腐蝕材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的一種選擇性腐蝕方法。它可以用集成電路工藝中常用的光刻膠作掩模，對抗蝕劑的粘附性沒有嚴(yán)格要求。與濕法腐蝕相比，它具有干燥，清潔,工藝簡單，分辨率高和尺寸公差小等優(yōu)點(diǎn)。腐蝕后可立即在同一設(shè)

15、備內(nèi)用氧等離子體進(jìn)行去膠提高了效率和加工質(zhì)量。（2）反應(yīng)離子腐蝕大規(guī)模集成電路的刻蝕線寬通常小于2m，此時(shí)采用等離子刻蝕就不能滿足要求，濺射腐蝕與離子束銑削雖然具有極強(qiáng)的各向異性，可以刻蝕亞微米級的線條，但存在腐蝕選擇性差，腐蝕速率低，晶格損傷嚴(yán)重以及再淀積等缺點(diǎn)，因而無法應(yīng)用于大規(guī)模集成電路的選擇性刻蝕。采用反應(yīng)離子腐蝕也稱作反應(yīng)濺射腐蝕,是較好的解決方法。 第四章1. MEMS制造工藝有哪兩類主要技術(shù)？敘述各類技術(shù)的主要內(nèi)容。答：MEMS的制造技術(shù)主要包括兩類技術(shù):體微加工和表面微加工.這兩類加工技術(shù)的基本材料都用硅,而加工工藝的基礎(chǔ)都是集成電路制造技術(shù). 體微加工技術(shù)包含硅的濕法和干法技

16、術(shù),硅刻蝕自終止技術(shù),LIGA技術(shù),以及DEM技術(shù). 表面微加工技術(shù),來自金屬膜的概念.在硅腐蝕的基礎(chǔ)上,采用不同薄膜淀積腐蝕方法,在硅片表面形成不同形狀的層狀微結(jié)構(gòu).2. 敘述硅刻蝕的濕法技術(shù)的主要工藝流程。各向同性的刻蝕的特點(diǎn)是什么？各向異性刻蝕的機(jī)理是什么?答：首先將硅氧化成含水的硅化合物KOH+ H2O=K+2OH-+H+Si+2OH-+4 H2O Si(OH)2-然后與異丙醇反應(yīng),形成可溶解的硅絡(luò)合物不斷離開硅的表面KOH,EDP腐蝕系統(tǒng)(各向異性腐蝕)各向同性的刻蝕的特點(diǎn)是各個(gè)方向上的腐蝕速率是均勻的。硅體的各向異性刻蝕的腐蝕劑基本是堿性溶液,而氫氧化鉀溶液占一半以上,因

17、此氫氧化鉀是硅體的各向異性腐蝕重要的和常用的腐蝕劑.3. 敘述硅刻蝕的干法技術(shù)主要工藝流程。答：干法刻蝕具有分辨率高,各向異性腐蝕能力強(qiáng),腐蝕的選擇比大,以及能進(jìn)行自動(dòng)化操作等優(yōu)點(diǎn).因此,干法刻蝕在體微加工中將逐漸占有重要地位.干法刻蝕的過程可分為以下幾個(gè)步驟 :(1)腐蝕性氣體粒子的產(chǎn)生;(2)粒子向襯底的傳輸(3)襯底表面的腐蝕;(4)腐蝕反映物的排除.6. LIGA體微加工技術(shù)的組成部分是什么？其主要工藝流程。答：四個(gè)工藝組成部分:LIGA掩模板制造工藝;X光深層光刻工藝;微電鑄工藝;微復(fù)制工藝.LIGA技術(shù)的工藝流程 需平行的X光光源.由于需要曝光的光刻膠的厚度要達(dá)到幾百微米

18、,用一般的X光光源需要很長的曝光時(shí)間.同步輻射X光光源不僅能提供平行的X光,并且強(qiáng)度是普通X光的幾十萬倍,這樣可以大大縮短曝光時(shí)間. 10. MEMS制造工藝中表面微加工的機(jī)理和特點(diǎn)是什么？答：表微加工機(jī)理：首先在硅片上沉淀一隔離層，用于電絕緣貨基體保護(hù)層；然后沉淀犧牲層和圖形加工，再沉積結(jié)構(gòu)層并加工圖形；最后溶解犧牲層，形成一個(gè)懸臂梁的微結(jié)構(gòu)。表面微加工的特點(diǎn) 與體微加工和鍵合相比較,在表面微加工中,硅片本身不被刻蝕.沒有孔穿過硅片,硅片背面也無凹坑.比較兩者結(jié)構(gòu)尺寸(如表4.8所示),可以看出表面微加工適用于微小結(jié)構(gòu)件的加工,結(jié)構(gòu)尺寸的主要限制因素是加工多晶硅的反應(yīng)離子

19、刻蝕(RIE)工藝.表面微加工形成的層狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為微器件設(shè)計(jì)提供了較大的靈活性.在中心軸上加工轉(zhuǎn)子是不可能的,而采用鍵合又會(huì)使工藝變得非常復(fù)雜,而表面微加工技術(shù)的另一個(gè)主要特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)微小可動(dòng)部件的加工. 氧化硅作為犧牲層材料,氮化硅作為基體絕緣材料,氫氟酸作為化學(xué)腐蝕劑.已經(jīng)能夠加工復(fù)雜的表面微結(jié)構(gòu)零件,如懸臂梁,齒輪組,渦機(jī),曲柄,鑷子等.多晶硅表面微加工已是許多靜電執(zhí)行器的主要加工手段. 第五章2.物理微傳感器中能量傳遞關(guān)系是什么? 答：傳感器原理的基礎(chǔ)是物理和化學(xué)效應(yīng)，其中傳感器可以通過將壓力，溫度，形變等等外在能量轉(zhuǎn)化為自身的屬性變化，大多是自身屬性的變化可以引起電路中電流

20、的變化。3.壓力微傳感器有幾種機(jī)理？試比較各種機(jī)理為傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)？ 答：壓力微傳感器有壓阻效應(yīng)、電容效應(yīng)、和諧振效應(yīng)三種機(jī)理。壓阻效應(yīng)和壓力微傳感器隨溫度變化明顯；電容效應(yīng)壓力微傳感器的工作機(jī)理避開了壓阻溫度效應(yīng)，電容效應(yīng)壓力微傳感器輸出的重復(fù)性和長期穩(wěn)定也明顯由于壓阻效應(yīng)壓力微傳感器諧振效應(yīng)壓力微傳感器性能主要取決于諧振子的機(jī)械性質(zhì)，受電路參數(shù)變化的影響很小，測量精度、穩(wěn)定性及測量分辨力均較優(yōu)。8.磁微傳感器的基本特點(diǎn)，其主要元件的機(jī)理有哪些？ 答：磁微傳感器是一種能夠探測磁場，并從磁場中獲取信息的傳感器。磁微傳感器是將磁場信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。磁微傳感器具有小的結(jié)構(gòu)尺寸，其材料和制備技

21、術(shù)及工作條件能與微電子電路兼容。其主要元件霍耳器件在給定的電流強(qiáng)度下，產(chǎn)生的霍爾電動(dòng)勢與磁場強(qiáng)度成正比。可以利用這一原理來測量磁場強(qiáng)度。磁阻元件其基本原理是磁場存在與否情況下的電阻的變化，主要分為兩種形式：鐵磁性薄膜的磁阻元件和半導(dǎo)體磁阻元件。第六章1.微執(zhí)行器最常用的執(zhí)行方式有哪兩種？各有什么特點(diǎn)？各自的應(yīng)用方面是哪些？答: (1)最常用的執(zhí)行方式是電磁效應(yīng)和熱效應(yīng).(2) 電磁效應(yīng)的特點(diǎn): 電磁微執(zhí)行方法是靜電,壓電和磁的執(zhí)行方法.熱效應(yīng)的特點(diǎn): 熱執(zhí)行方式包括雙金屬,形狀記憶合金和熱氣動(dòng).(3) 電磁效應(yīng)的應(yīng)用: 靜電執(zhí)行方式還可產(chǎn)生基板平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng).靜電力還可產(chǎn)生在基板內(nèi)的旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)機(jī)

22、械結(jié)構(gòu)型的微執(zhí)行器.如靜電型微馬達(dá).壓電膜可制作多種微執(zhí)行器,如閥,泵,定位器件和超聲微馬達(dá).磁執(zhí)行也可用于可變形結(jié)構(gòu)型和機(jī)械結(jié)構(gòu)型兩種微執(zhí)行器 中.電磁型微馬達(dá).熱效應(yīng)的應(yīng)用:雙金屬微執(zhí)行方式利用夾心層材料元件的熱膨脹系數(shù)之間的失配而產(chǎn)生力或位移.形狀記憶合金(SMA)是一種具有形狀恢復(fù)特性的金屬,它所產(chǎn)生的位移或力或兩者的結(jié)合將是溫度的函數(shù).熱氣動(dòng)微執(zhí)行方式是利用流體加熱時(shí)發(fā)生體積膨脹來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行動(dòng)作的.4,敘述各種靜電型微馬達(dá)的工作原理.并舉例說明.答: (1) 靜電力驅(qū)動(dòng)變電容式步進(jìn)微馬達(dá):在前一對電極產(chǎn)生步進(jìn)后,相鄰的下一對電極的相對位置必須在轉(zhuǎn)矩最大位置.(2) 靜電力驅(qū)動(dòng)變電容式同

23、步微馬達(dá): 轉(zhuǎn)子和定子同心運(yùn)轉(zhuǎn)的微馬達(dá),要達(dá)到高速運(yùn)轉(zhuǎn),必須解決摩擦力,吸附力及以納米為單位精度加工的軸承.(3) 靜電力驅(qū)動(dòng)諧波式微馬達(dá): 轉(zhuǎn)子角頻率的值取決于定子半徑和轉(zhuǎn)子半徑Rr之差,差值越小,比越小.(4) 電懸浮微馬達(dá): 在電懸浮支承下的轉(zhuǎn)子,能繞某一軸在懸浮平衡的位置上運(yùn)轉(zhuǎn); 5,敘述靜電力驅(qū)動(dòng)變?nèi)菔讲竭M(jìn)微馬達(dá)的工作原理,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素.答: (1) 工作原理: 為確保轉(zhuǎn)子相對定子的步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)序,在前一對電極產(chǎn)生步進(jìn)后,相鄰的下一對電極的相對位置必須在轉(zhuǎn)矩最大位置上,才能使轉(zhuǎn)子繼續(xù)啟動(dòng);極數(shù)關(guān)系:轉(zhuǎn)子極數(shù)一般為2n;定子的靜電極數(shù)為3×2n.微馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)步幅是定子電極

24、數(shù)ns和轉(zhuǎn)子電極數(shù)nr的函數(shù), 步幅 : (2)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素:能產(chǎn)生較大的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩,選擇合理的電壓;盡可能減小摩擦,精細(xì)的角度分辨率.10,電磁型微馬達(dá)的作用機(jī)理是什么 答:電磁型微馬達(dá)的作用機(jī)理:將定子和轉(zhuǎn)子重疊在一起畫出,轉(zhuǎn)子的磁化方向垂直于膜面,具有8個(gè)磁極.當(dāng)一只定子驅(qū)動(dòng)線圈通以電流時(shí),由于受到定子上部轉(zhuǎn)子的磁場作用,驅(qū)動(dòng)線圈的兩側(cè)向(徑向)導(dǎo)線受到電磁力的作用,作用方向如圖6.20所示.由于繞組線圈在定孔子基片上,定子處于固定狀態(tài),所以轉(zhuǎn)子受到的反作用力方向正好與線圈受到的作用力大小相等而方向相反.當(dāng)對向線圈串接時(shí),由于轉(zhuǎn)子磁極也是對稱分布的,因此轉(zhuǎn)子所受到的力矩為單只線圈的一

25、倍.當(dāng)這一對磁極轉(zhuǎn)出該對線圈時(shí),如該對線圈繼續(xù)通電,轉(zhuǎn)子上受到的反作用力方向?qū)⒆柚罐D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng).這時(shí),如將另一線圈接通電.只要電流方向正確,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與前述方向相同.由于相鄰磁極方向相反,當(dāng)相鄰一組線圈通以一定方向的電流時(shí),其驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向正好與前述線圈的驅(qū)動(dòng)方向相同.因此只要磁極方向判斷正確,則每個(gè)時(shí)刻都有4只繞組線圈同時(shí)通過電流驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),因而而保證微電機(jī)有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩.12,什么是微流量控制系統(tǒng) 微泵有幾種形式及其作用原理 答:(1)微流量控制系統(tǒng)在微量化學(xué)反應(yīng)分析系統(tǒng),生物醫(yī)療微量藥劑控制系統(tǒng)及太空微型推進(jìn)系統(tǒng)等微小流量計(jì)領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用.微流量控制系統(tǒng)具備基于電熱原理測

26、量的質(zhì)量流量傳感器,借助流量調(diào)制分布在傳感器膜片上的恒溫加熱器陣列的熱功率或溫度分布,實(shí)現(xiàn)對微流量的測量.其中,微泵和微閥是微流量控制系統(tǒng)的關(guān)鍵執(zhí)行器件,流量微傳感器是檢測器件.這"3大件"是微流量控制系統(tǒng)的主要組成部分.(2)微泵的幾種形式及其作用原理:(A)壓電制動(dòng)膜片式微泵:微閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素是,當(dāng)閥門常閉時(shí)在不同外界環(huán)境下,均要達(dá)到極低的流量泄漏率;為此,閥座和閥門的接觸平面要非常平坦,在預(yù)緊力作用下能達(dá)到擠壓密封.(B)雙金屬膜片熱制動(dòng)式微泵:雙金屬膜片熱制動(dòng)式微泵,雙金屬膜片是由2種熱膨脹系數(shù)不同的材料(不局限為金屬)熔接而成,利用受熱的雙金屬變形與溫度的函

27、數(shù)關(guān)系控制閥門開或關(guān).這是雙金屬熱制動(dòng)的基本原理.(C)記憶合金制動(dòng)式微泵:容腔體積的變化由鈦鎳記憶合金膜片的熱彈性相變驅(qū)動(dòng)和控制.(D)熱氣制動(dòng)式微泵:這種微泵依靠氣動(dòng)制動(dòng)室內(nèi)交變受熱的氣體(空氣)形成壓差,迫使膜片閥門處于開或關(guān)的兩個(gè)穩(wěn)定位置上,類同壓力開關(guān),控制流體的流量率.15,梳狀微諧振器的結(jié)構(gòu)和工作原理是什么 梳狀彈性系統(tǒng)的固有頻率計(jì)算方法的要點(diǎn)是什么 答:(1)結(jié)構(gòu):該諧振梳結(jié)構(gòu)由上,下兩層組成,上層為梳狀結(jié)構(gòu),下層為硅襯底.上層的左,右兩側(cè)對稱配置可活動(dòng)的梳齒結(jié)構(gòu),平行對插入固定梳齒的齒間.齒與齒之間的空隙一般設(shè)計(jì)在2m以內(nèi),齒的厚度也約為2m.這樣,齒與齒之間就形成了平板電容器.(2)工作原理:懸掛在彈性支撐上的活動(dòng)梳,在驅(qū)動(dòng)電壓的作用下,將沿x方向產(chǎn)生像織布梭一樣的往復(fù)振動(dòng).當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓的頻率與活動(dòng)梳結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有頻率一致時(shí),活動(dòng)梳系統(tǒng)便發(fā)生諧振動(dòng).(3)固有頻率計(jì)算方法:根據(jù),最終求得微諧振梳彈性系統(tǒng)的最低固有頻率由上式計(jì)算的固有頻率是在不考慮阻尼情況得到的,而實(shí)際系統(tǒng)的諧振頻率總是與固有頻率略有差異的.差異取決于系統(tǒng)的阻尼,亦即機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q值.用于微傳感器,微機(jī)電濾波器中的微諧振梳,必須是弱阻尼系統(tǒng),即具有很高的Q值;因此,微諧振梳必須在真空環(huán)境下工作,此時(shí),Q值可高達(dá)數(shù)萬.第七章1，概要