微納米檢測技術-01

基基于于MEMS的的飛飛行行器器主主動動流流動動控控制制靈靈巧巧蒙蒙皮皮技技術術微/納米系統(tǒng)實驗室MEMS/NEMS

LAB研究生課程：微納米檢測技術Evaluation

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Ltd.鄧進軍 李曉瑩機電學院

西北工業(yè)大學微/納米系統(tǒng)實驗室教材與參考書目MEMS/NEMS

LAB教材：《微納米測量技術》，王伯雄等編著，清華大學出版社，2006參考書目：《納米科學與技術》，袁哲俊編著，哈爾濱工業(yè)大學出版社，2005????《微系統(tǒng)原理與技術》，傅建中等編著，機械工業(yè)出版社，2005《檢測技術與系統(tǒng)》，陳嶺麗主編，清華大學出版社，2005《傳感器與測試技術》，李曉瑩主編，高等教育出版社，2004《機電工程智能檢測技術與系統(tǒng)》，朱名銓等編著，高等教育出版社，2002Evaluation

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?As《p微o機se電.系S統(tǒng)l設id計e與s制造fo》r，莫.錦NE秋T等編3著.5，化C學l工ie業(yè)n出t版社Pr，ofile2C0o04pyright

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Ltd.微/納米系統(tǒng)實驗室第一講緒論微納米尺度微米：1μm

＝

10-6m納米：1nm

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10-9mEvaluation

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Ltd.MEMS/NEMS

LAB針對微納米和微系統(tǒng)技術領域的檢測技術微/納米系統(tǒng)實驗室概述MEMS/NEMS

LAB微納米技術

21世紀最重要的科學技術之一；將引起一場新的工業(yè)革命。微納米檢測E技va術l是ua微ti納on米o技n術ly的.重要組成部ith

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ProfileCo?p微yr納i米gh技t術2－00研4究-2微0觀11尺度As的p物os體e和P現(xiàn)ty象；Ltd.

微納米檢測技術也主要指微米和納米尺度和精度的檢測技術。微/納米系統(tǒng)實驗室1.1測量和測量系統(tǒng)MEMS/NEMS

LAB在工程中十分顯著。測量系統(tǒng)

由敏感元件（傳感器）、信號轉(zhuǎn)換和調(diào)理、信號記錄和顯示等部分組成。測量：

測量提供了有關物理變量和過程的現(xiàn)實狀態(tài)的定量信息。測量是對客E觀va世l界ua重t新io認n識o的n工ly具.，也是對任何ith

Aspo理se論.和Sl設i計de的s最f終o檢r驗.。NET

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ProfileCo?p測yr量i是gh一t切2研0究04、-設20計1和1

開A發(fā)sp的o基se礎，Pt它y的L作t用d.微/納米系統(tǒng)實驗室?guī)讉€概念MEMS/NEMS

LAB測量(measurement):以確定被測對象的量值為目的的全部操作。

計量(Metrology):與標準進行比較和衡量

or實現(xiàn)測量單位統(tǒng)一和E量v值al準ua確t傳io遞n。only.ith

?Asp測o試se(t.eSslti):d試es驗性fo質(zhì)r的.測NE量Tor3.測5量C和l試ie驗n的t

綜P合ro。fileCo在p實yr際i使gh用t中2往00往4不-2嚴0格11區(qū)分As測p試o試s與e測P量ty

Ltd.檢測(detection):獲取被測對象的真實信息（從客觀事務中取得有關信息的過程）。檢測是意義更為廣

泛的測量。檢測＝測量+信號檢出。微/納米系統(tǒng)實驗室1.2微納米技術MEMS/NEMS

LAB什么叫微納米技術通過在微納米尺度范圍內(nèi)對物質(zhì)的控制來創(chuàng)造并使用新的材料、裝置和系統(tǒng)。微納米裝置（器件）術研究指南”工作報告中指出：“微納米科學和工程將在未來的10～20年內(nèi)成為一種戰(zhàn)略性、占主導地位的技術，因為對微尺度物質(zhì)的控制將支持工業(yè)、經(jīng)濟、健康和環(huán)境管理、生活質(zhì)量以及國防等方面的發(fā)明和進步”。報告結論是：“微納米技術將導致下一次工業(yè)革命?！钡聡鴮⑽⒓{米技術和微系統(tǒng)技術列入國家高科技重點發(fā)展領域。微納米材料Evaluation

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Asp?o微s納e.米S系l統(tǒng)ides

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ProfileCopyri19g99h年t12月20，0美4國-國2家01科1學技A術s委po員s會e在“P微ty納米L技td.微/納米系統(tǒng)實驗室1.2微納米技術MEMS/NEMS

LAB我國從20世紀80年代末開始從事微納米技術的研究。2001年，政府制定《國家納米科技發(fā)展綱要》；目前：國家科技部“863計劃”專門設立有微納米技術專項，國家E自v然al科u學at基i金on也設on立l有y.關微納米技術重ith

As大po科s研e.基S金li項d目es。for

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Ltd.微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術MEMS/NEMS

LABmechanical

system,

MEMS)；在日本被稱作微機器（micromachine)；歐洲則被稱作微系統(tǒng)（microsystem)；不同的名稱表明強調(diào)不同的技術重點。微機電系統(tǒng)（Micro-electro-mechanical

system,MEMS）技術，微系統(tǒng)技術起源于微電子技術；將傳感器、信E號v處a理lu器a和t執(zhí)i行o器n以o微n型l化y的.結構形式集成為一個完整的系統(tǒng)。ith

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ProfileCo?p微y機r機i械g在h美t國2常0被0稱4作-作2微0型1機1電A系s統(tǒng)p（omsiecroPetleyctrLotd.微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術1、MEMS的形成基礎學科交叉的產(chǎn)物機械電子學——機E械va學l、ua電t子io學n、o計nl算y機.技術交叉ithMEAMsS—po—se機./S電l/i磁des/光f/o聲r/熱.N/液ET/氣3/.生5/化Cl等ie多n學t科P交ro叉file與機Co械py電r子ig學ht的2關00系4-2011

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Ltd.基本組成相同不是簡單的提升MEMS/NEMS

LAB微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術MEMS/NEMS

LAB2、MEMS的特點MEMS的內(nèi)涵“微”——尺度Ev效a應lu的at作i用on

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?A“sp機o電se”.—Sl—i拓de展s向f更or多物.N理E量T

的3融.5合Client

Profile“Co系p統(tǒng)yr”i—gh—t水2平00、4實-2際0應11用現(xiàn)As狀pose

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Ltd.MEMS的特點以實現(xiàn)新功能、特殊性能為前沿目標微米量級空間里實現(xiàn)機電功能，提升已有性能（包括微型化、集成化、高可靠性等）采用微加工，形成類似IC的批量制造、低成本、低消耗特征微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術MEMS/NEMS

LAB3、MEMS的發(fā)展硅微傳感器階段1963年日本豐田研究中心制作出硅微壓力傳感器。1982年美國IBM和UCBerkeley研制了集成電容式加速度計。?1987年UCBerkeley研制出轉(zhuǎn)子直徑為60~120

m的硅微靜電電機。車行業(yè)大量應用。系統(tǒng)研究階段20世紀90年代末，開始微型飛行器、微型衛(wèi)星、微型機器人等研究。NEMS與MEMS的關系——概念延伸、MEMS工藝為基礎、對象向生物化學擴展生物微馬達、生物工程操作、碳納米管硅微致動器階段Evaluation

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傳A感sp器os市e場.S化l階id段es

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ProfileC1o99p3y年r美i國gAhntalo2g

0De0vi4c-es2開0始11生產(chǎn)A集s成po加s速e度傳Pt感y器，L開td始.在汽微/納米系統(tǒng)實驗室當前市場上存在的MEMS產(chǎn)品噴墨打印頭汽車安全氣Ev囊al用ua加ti速on度o傳nl感y.器ith

?As游po戲se桿.S用li加de速s

度fo傳r

感.N器ET

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ProfileC壓op力yr傳ig感ht器2004-2011

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Ltd.微型控制閥微型磁強計MEMS/NEMS

LAB微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術MEMS/NEMS

LABMEMS材料結構材料基底材料：硅Ev、a砷lu化a鎵ti、o其n

他o半n半l導y.體材料金屬材料：金、鋁、其他金屬功能材料ith

A?sp薄o膜se材.料S料l：id單e晶s硅f、or氮化.N硅E、T

氧3.化5硅Client

Profile高分子材料：聚酰亞胺、PMMA敏感材料：壓阻、壓電、熱敏、光敏、其他致動材料：壓電、形狀記憶合金、磁性材料等Copyright

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Ltd.微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術MEMS工藝手段Evaluation

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LAB微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術MEMS/NEMS

LAB典型MEMS工藝體微細加工技術體加工工藝流程?表面微細加工技術兩種典型表面加工工藝使用表面加工工藝制作的微器件LIGA技術LIGA技術工藝流程用LIGA技術制作的微器件LIGA技術與硅微細加工技術的比較使用體加工工E藝v制a作l的u微a器ti件on

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Asp?o表s面e.加S工l工i藝d流e程s

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Profile犧牲層技術Copyright

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Ltd.微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術去除掩模層MEMS/NEMS

LAB圖形化掩模層體加工工藝流程Evaluation

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for.N沉E積掩T模層3.5

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ProfileCopyri硅g片ht

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Ltd.體刻蝕微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術硅壓力傳感器結構MEMS/NEMS

LAB使用體加工工藝制作的器件Evaluation

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Ltd.封裝后的硅壓力傳感器微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術表面加工工藝流程沉積結構層圖形化結構層沉積犧牲層圖形化犧牲層圖形化結構層沉積結構層釋放硅E片valuation

only.MEMS/NEMS

LABith

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Ltd.微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術犧牲層技術Evaluation

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LAB沉積并圖形化犧牲層沉積并圖形化結構層刻蝕犧牲層，釋放結構層微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術使用表面工藝加工的器件Evaluation

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LAB微鏡微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術LIGA技術工藝流程LIGA技術LIGA是德文的平版印刷術(lithographie)，電鑄成形(galvanoformEuvnga)l和ua注t塑io或n模o塑n(labyf.ormung)的縮寫。ith

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LAB微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術LIGA技術的工藝流程MEMS/NEMS

LABEvaluation

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Ltd.微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術用LIGA技術制造的微器件Evaluation

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LAB微/納米系統(tǒng)實驗室1.3微機電系統(tǒng)技術LIGA技術與硅微細加工技術的比較Evaluation

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LAB微/納米系統(tǒng)實驗室1.4微納米檢測技術的任務MEMS/NEMS

LAB微納米檢測（測量）技術：

針對微納米和微（機電）系統(tǒng)技術領域的檢測（測量）技術被測量的對象尺度很小，一般在微納米量級。以非接觸測量手段為主。Evaluation

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