MEMS復習題附參考答案

08’MEMS的概念，MEMS產品應用。MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems）是指微型化的器件或器件組合，把電子功能與機械的、光學的或其他的功能形結合的綜合集成系統(tǒng)，采用微型構造（集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源），使之能在極小的空間內到達智能化的功能。MEMS是MicroElectroMechanincalSystem的縮寫，即微機電系統(tǒng)，專指外形輪廓尺寸在毫米級如下，構成它的機械零件和半導體元器件尺寸在微米至納米級，可對聲、光、熱、磁、壓力、運動等自然信息進行感知、識別、控制和處理的微型機電裝置。微機電系統(tǒng)（MEMS）重要特點在于：（1）體積小、精度高、質量輕;(2)性能穩(wěn)定、可靠性高；（3）能耗低，敏捷度和工作效率高；（4）多功能及智能化;（5）可以實現(xiàn)低成本大批量生產。民用：MEMS對航空、航天、兵器、水下、汽車、信息、環(huán)境、生物工程、醫(yī)療等領域的發(fā)展正在產生重大影響，將使許多工業(yè)產品發(fā)生質的變化和飛躍。軍用：精確化、輕量化、低能耗是武器裝備的重要發(fā)展趨勢，這些特點均需以微型化為基礎。微型化的單元部件廣泛應用于飛行器的導航和制導系統(tǒng)、通信設備、大氣數(shù)據(jù)計算機、發(fā)動機監(jiān)測與控制、“智能蒙皮”構造和機靈武器中。由硅微機械振動陀螺和硅加速度計構成的MEMS慣性測量裝置已用于近程導彈，并明顯提高導彈的精確打擊能力。微型化技術在武器裝備上的另一種重要發(fā)展是微小型武器，如微型飛行器、微小型水下無人潛水器、微小型機器人和微小型偵察傳感器等。詳細應用：打印機噴嘴——用于打印機；微加速度計和角速度計——應用于汽車安全氣囊；微加工壓力傳感器——用于進氣管絕對壓力傳感器；由硅微振動陀螺和硅加速度計構成的MEMS慣性測量裝置——用于軍品中的近程導彈。濕法刻蝕和干法刻蝕的概念，兩者異同點以及在MEMS中的應用。濕法刻蝕：運用合適的化學試劑先將未被光刻膠覆蓋的晶體部分氧化分解，然后通過化學反應使一種或多種氧化物或絡合物溶解來到達清除目的，包括化學腐蝕和電化學腐蝕。干法刻蝕：運用輝光的措施產生帶電離子以及具有高度化學活性的中性原子與自由基，用這些粒子和晶片進行反應到達光刻圖形轉移到晶片上的技術。包括離子濺射刻蝕，等離子反應刻蝕等。異同點：兩者都是選擇性的清除薄膜層上無遮蔽部分的工藝過程，通過刻蝕形成體硅微構造。但濕法刻蝕采用化學腐蝕的工藝措施，而干法刻蝕采用的是物理腐蝕的工藝措施。此外，濕法刻蝕成本比較低，不需要太昂貴的裝置和設備，應用比較廣泛；干法刻蝕需要專用的裝置和設備，如真空環(huán)境，成本較高，但刻蝕速度快、辨別率高且易于自動化操作。MEMS中應用：應用于體硅微制造，通過刻蝕有選擇性地清除基底材料以形成所需的微構造。(通過光刻工藝在光刻膠上產生圖形后來，光刻膠下面的薄膜一般采用刻蝕的措施得到圖形。在微電子技術中，刻蝕包括濕法和干法。)濕法刻蝕一般是指化學刻蝕，它是運用材料和刻蝕液的化學反應進行加工的，合用于幾乎所有的金屬、玻璃、塑料等材料的大批量加工，也合用于硅、鍺等半導體材料，以及在玻璃上形成的金屬膜、氧化膜等的微細加工，是應用范圍很廣的重要技術。干法刻蝕是運用活性氣體與材料反應而生成揮發(fā)性化合物來進行的加工，包括離子刻蝕、等離子刻蝕、反應等離子刻蝕等，它是此后微電子技術中一種非常有用的刻蝕措施。濕化學法或溶液刻蝕法會產生某些問題，如光刻膠置于加熱的酸液中，常常失去它對下面薄膜的附著力；在向下刻蝕的同步，也向著橫方向刻蝕，即所謂“鉆蝕”作用，使加工的線條變寬，這對于刻蝕亞微米圖形就失去了意義。另一方面，由于存在表面張力的作用，溶劑刻蝕越來越難以適應高辨別率圖形的加工，而干法刻蝕恰好彌補了這些局限性。LIGA和UV-LIGA的概念，兩者異同點以及在MEMS中應用。LIGA是指包括了X光深層光刻工藝、微電鑄工藝和微復制工藝的工藝技術。LIGA是德文Lithographie，Galanoformung和Abformung三個詞，即光刻、電鑄和注塑的縮寫。LIGA技術包括光刻、電鑄、注塑成型等三個重要環(huán)節(jié)。UV-LIGA：一種應用紫外光源曝光光刻和(或)掩模制造工藝而制造性能與LIGA技術相稱的新的加工技術。異同點：兩者工藝相似，但兩者的曝光光源不一樣，LIGA運用X光而UV—LIGA運用紫外光。此外，UV—LIGA工藝成本比LIGA工藝低，UV—LIGA工藝比LIGA工藝加工工藝周期短。在MEMS中應用：目前已研制成功或正在研制的LIGA或UV—LIGA技術的產品，有微傳感器、微電機、微執(zhí)行器、微機械零件、集成光學和微光學元件、微型醫(yī)療器械和裝置、流體技術微元件等，其中，直流電機、光纖連接器等已形成產品并批量生產。LIGA產品的應用波及廣泛的科學技術領域和產業(yè)部門，如加工技術、測量技術、自動化技術、航天技術、生物醫(yī)學技術等。采用LIGA技術已制造出微米尺度的微齒輪、微過濾器、微紅外濾波器、微加速度傳感器、微型渦輪、光纖耦合器和光譜儀等多鐘構造器件。光刻的整個過程及其用途，光源波長對曝光的影響。光刻是一種圖形轉移技術，運用輻照的措施將掩膜板上的圖形轉移到光敏材料上，其過程重要有：掩膜板制作、基底表面預處理、涂膠、曝光（將掩膜板上的圖形轉移到光敏材料上）、顯影和堅膜、去膠烘干。光源的波長短，曝光后獲得更高的辨別率。LIGA技術最合適的光源波長為0.2—0.8nm，波長過長，能量易被上面的光刻膠吸取，而使光刻膠表面曝光過量，底層光刻膠卻達不到所規(guī)定的曝光劑量，導致圖像損壞；波長過短，導致光刻膠底部曝光，顯影后產生光刻膠與基板的黏結問題。微細電火花和微細電化學加工與常規(guī)電火花和電化學加工有何異同，目前主流的微細電火花加工技術是什么？所謂微細電火花加工指一般工業(yè)用常規(guī)電火花加工或小型電火花加工不能實現(xiàn)的尺寸在300μm如下的精微加工。微細電火花加工的原理與一般電火花加工并無本質區(qū)別。其加工的表面質量重要取決于電蝕凹坑的大小和深度,即單個放電脈沖的能量;而其加工精度則與放電間隙、工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性、電極損耗等原因親密有關。用簡樸形狀的微細電極進行微細孔和微三維構造的加工,已經成為目前微細電火花加工的主流技術之一MEMS中簡介的薄膜技術有哪些？簡介特點及用途。薄膜技術是一種表面微加工技術，通過沉積形成多層薄膜圖形，在基片上沉積的薄膜，有被選擇地保留或清除形成所需的圖形。薄膜為微器件提供敏感元件、電接觸、構造層、掩膜層和犧牲層?；瘜W氣相沉積（CVD）：運用品有薄膜材料的氣態(tài)物質在熱固體表面進行化學反應，生成固態(tài)薄膜的措施。重要包括：常壓化學氣相沉積（APCVD）、低壓化學氣相沉積（LPCVD）和等離子增強化學氣相沉積（PECVD）。物理氣相沉積（PVD）：在真空條件下，運用物理措施將鍍料氣化成原子、分子或離子化為離子，沉積到基底表面。重要包括：真空蒸鍍、濺射蒸鍍、離子蒸鍍等。電化學沉積和化學沉積：運用電鍍或電沉積。被鍍件作為陰極，溶液一般具有所要沉積金屬離子的水基電解液。重要應用：進行內部連線、歐姆接觸、金屬半導體接觸，有時也可作為器件表面的鈍化膜起到保護作用的掩沒、電絕緣和導電膜等。采用金剛石、陶瓷、超導材料以及多種半導體材料生成的薄膜具有獨特的物理、化學和光、機、電等性能。薄膜的厚度可以小至微米或納米級，若將不一樣的基片材料與對應的膜系結合起來可構成微傳感等功能復雜的微機械器件。目前，多種薄膜材料已經被用于微機械傳感器，包括高質量的絕緣體（二氧化硅、氯化硅等），導體（鋁）、半導體（硅）等。一般，CVD膜具有低能耗、應力好等長處，因而應用較為普遍。其他某些金屬、壓電材料和熱電材料等也用于微傳感器。體硅加工和面硅加工的重要加工措施、加工過程及其在MEMS中的應用。體硅加工工藝是指對硅襯底片進行加工，獲得由襯底材料構成的有用部件的技術。體硅加工措施：濕法刻蝕、干法刻蝕、干濕混合刻蝕、LIGA技術及DEM技術。濕法刻蝕：將被腐蝕材料先氧化，然后由化學反應使其生成一種或多種氧化物再溶解。干法刻蝕：物理作用為主的離子濺射和化學反應為主的反應離子腐蝕兼有的反應濺射。過程：（1）腐蝕性氣體粒子的產生；（2）粒子向襯底的傳播；（3）襯底表面的腐蝕；（4）腐蝕反應物的排除。干濕混合刻蝕：制造波導等新的微構造裝置。LIGA技術：X光深度同步輻射光刻——電鑄制?！⑺蹹EM技術：由深層刻蝕工藝、微電鑄工藝、微復制工藝三部分構成。可對金屬、塑料、陶瓷等非硅材料進行高深寬比三維加工。體硅加工工藝：定義鍵合區(qū)——擴散摻雜——形成金屬電極——硅/玻璃陽極鍵合——硅片減薄——ICP刻蝕面硅加工措施：薄膜制備的外延生長熱氧化、化學沉積、物理沉積、光刻、濺射、電鍍等。該技術可以用二氧化硅、多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃等加工三維較小尺寸的微器件。面硅加工工藝：下層電極——犧牲層——刻蝕支撐點——沉積多晶硅——刻蝕多晶硅——釋放構造表面硅加工技術的關鍵是硅片表面構造層和犧牲層的制備和腐蝕，以硅薄膜作為機械構造。這種工藝可以運用與集成電路工藝兼容或相似的平面加工手段，但它的縱向加工尺寸往往受到限制（2-5um）。體硅未加工工藝是用濕法或干法腐蝕對硅片進行縱向加工的三維加工技術，但他與集成電路平面工藝兼容性不太好。8.鍵合的概念，有幾種形式，有何用途鍵合是將兩片或多片加工好的、具有不一樣的構造、材料的芯片連接成一種完整微系統(tǒng)的技術手段，是微系統(tǒng)封裝技術的重要構成部分。鍵合技術按界面材料的性質，可分為兩大類：硅/硅基片的直接鍵合（用于微臨界壓力傳感器和微壓力傳感器等方面）和硅/硅基片的間接鍵合（用膠水，低溫玻璃等），后者又可擴展到硅/非硅材料或非硅材料之間的鍵合。最常用的陽極鍵合技術廣泛應用于硅--硅基片之間的鍵合、非硅材料與硅材料，以及玻璃、金屬、半導體、陶瓷之間的互相鍵合9.單晶硅、氮化硅、二氧化硅與多晶硅的區(qū)別和用途。硅有晶態(tài)和無定形兩種同素異性體。晶態(tài)硅又分為單晶硅和多晶硅。單晶硅：硅的單晶體，具有基本完整的點陣構造的晶體，整個晶體內都是周期性的規(guī)則排列，是一種良好的半導材料，用高純度的多晶硅在單晶爐內拉制而成，是制造半導體硅器件的原料，MEMS襯底材料采用單晶硅。氮化硅：是一種不活潑的致密材料，腐蝕較為困難。用于絕緣層。二氧化硅：其腐蝕速度對溫度最敏感，溫度越高，腐蝕速率越快，腐蝕時必須嚴格控制溫度。用于犧牲層和多晶硅厚膜圖形的刻蝕掩膜。多晶硅：采用澆注法生產，就是直接把硅料融化定型。晶體內各個局部區(qū)域里原子是周期性的規(guī)則排列，但不一樣局部區(qū)域之間原子的排列方向并不相似。工藝上可與單晶硅工藝相容又能進行精密加工，并且還可以根據(jù)器件的需要充當絕緣體、導體和半導體。多晶硅與單晶硅的差異重要表目前物理性質方面。多晶硅在力學性質、光學性質和熱學性質的各向異性方面，遠不如單晶硅明顯；在電學性質方面，多晶硅晶體的導電性也遠不如單晶硅明顯，甚至于幾乎沒有導電性。10.硅片的制備過程。重要制備過程如下：單晶生長——外圓磨削——取向平磨——切割——雙面研磨——磨邊——退火——粗拋——精拋——激光打標——清洗——檢測11.半導體封裝過程。來料檢查—清洗—貼膜—磨片—卸磨—貼片—劃片—裝片—鍵合—鍵合檢查——塑封——焙烘——電鍍——打標——切筋打彎——切筋檢查——品質檢查12.尺度效應。尺度效應：英文名稱：SizeEffect微成形過程中，由于制品整體或局部尺寸的微小化引起的成形機理及材料變形規(guī)律體現(xiàn)出不一樣于老式成形過程的現(xiàn)象。即當物體的尺寸L變化時，種種物理量的比例于L而變化的現(xiàn)象。幾何形狀的尺度效應：體積與表面積是MEMS中常用的