微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的學(xué)習(xí)課件.ppt

1、一，1，微電子機(jī)械系統(tǒng)，一，2，引言，信息系統(tǒng)小型化系統(tǒng)尺寸大大降低性能，可靠性大大提高功耗和價(jià)格大大降低信息系統(tǒng)的目標(biāo)：微型化和集成微電子技術(shù)解決了電子系統(tǒng)和非電子系統(tǒng)的小型化成為進(jìn)一步縮小整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，一，3，A，4，A，5，微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，從廣義上說，微機(jī)電系統(tǒng)是指集成了微傳感器，微執(zhí)行器，信號處理和控制電路，接口電路，通信系統(tǒng)和電源。微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科的前沿領(lǐng)域，幾乎涉及自然科學(xué)和工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子、機(jī)械、光學(xué)、物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等。微機(jī)電系統(tǒng)(Mems)微型化、智能化、集成化、高可靠性，是人類科技發(fā)展中的重要技術(shù)集成。微電子技術(shù)、精密加工技術(shù)、

2、傳感器技術(shù)和執(zhí)行器技術(shù)微型化、智能化、集成化和高可靠性。微機(jī)電系統(tǒng)可以在芯片上完成真正的微系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)力、熱、磁、化學(xué)向電的轉(zhuǎn)化。微機(jī)電系統(tǒng)極大地改善了人類的生活質(zhì)量。低成本的傳感器生產(chǎn)將給人們更多的保護(hù)。微機(jī)電系統(tǒng)將推動一個(gè)充滿活力的行業(yè)快速發(fā)展。它不是鋼鐵、汽車和微電子，而是微系統(tǒng)。ADI公司生產(chǎn)的微加速度計(jì)微機(jī)電系統(tǒng)芯片在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、軍事以及人們接觸到的幾乎所有領(lǐng)域都有非常廣闊的應(yīng)用前景。微慣性傳感器和微慣性測量單元可用于制導(dǎo)、衛(wèi)星控制、自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死制動系統(tǒng)(防抱死制動系統(tǒng))、穩(wěn)定性控制和玩具微流量系統(tǒng)，微分析儀可用于微推進(jìn)，傷員救援微機(jī)

3、電系統(tǒng)還可用于醫(yī)療、高密度存儲和顯示、光譜分析、信息采集等。針尖直徑為5米的微型鑷子，可以容納紅細(xì)胞，還有蝴蝶大小的飛機(jī)，可以在磁場中飛行，等等。微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，A，9，微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，以及空間應(yīng)用作為測量操作參數(shù)的微加速度計(jì)的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)行了地面輻照實(shí)驗(yàn)。在飛行中，對微系統(tǒng)如微陀螺儀、微推進(jìn)器和微噴管的基礎(chǔ)研究正在進(jìn)行。光通信正在向具有光交換功能的全光通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。無線通信需要增強(qiáng)功能(如聯(lián)網(wǎng))和降低功耗。包括美國朗訊在內(nèi)的一些公司和大學(xué)正在研究全光通信網(wǎng)絡(luò)微系統(tǒng)和無線通信射頻微系統(tǒng)的應(yīng)用。在生物醫(yī)學(xué)中，光學(xué)、機(jī)械、電學(xué)、液體、生物化學(xué)和其他組件被集成以形成用于臨床醫(yī)學(xué)檢測的微芯片

4、實(shí)驗(yàn)室。為醫(yī)生甚至家庭提供簡單、廉價(jià)、準(zhǔn)確、快速的檢測方法，如光顯示、高密度存儲、汽車、國防等微系統(tǒng)。一、11、微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，美國提出的硅固態(tài)衛(wèi)星的概念圖，這顆衛(wèi)星由除電池以外的硅芯片組成，直徑只有15厘米。微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的歷史，微系統(tǒng)是由微傳感器發(fā)展而來的，已經(jīng)有了幾個(gè)突破。20世紀(jì)70年代，微機(jī)械壓力傳感器產(chǎn)品問世。20世紀(jì)80年代末，硅靜電微型馬達(dá)被開發(fā)出來。20世紀(jì)90年代，硬盤讀寫頭、硅加速度計(jì)和數(shù)字微鏡器件的大規(guī)模生產(chǎn)，充分展示了微系統(tǒng)技術(shù)及其微系統(tǒng)的巨大應(yīng)用前景。13、微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，微機(jī)電系統(tǒng)使用大規(guī)模微電子技術(shù)制造與集成電路尺寸相同的非電子系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)和非電子系

5、統(tǒng)的集成，可以從根本上解決信息系統(tǒng)的小型化問題，實(shí)現(xiàn)許多以前無法實(shí)現(xiàn)的功能。今天的微機(jī)電系統(tǒng)類似于40年前的集成電路。微機(jī)電系統(tǒng)對未來社會發(fā)展的影響仍難以預(yù)測，但它是21世紀(jì)初一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)增長點(diǎn)，這是毋庸置疑的。14、研究領(lǐng)域、理論基礎(chǔ)：隨著微機(jī)電系統(tǒng)尺寸的減小，一些宏觀物理特性發(fā)生了變化，許多原有的理論基礎(chǔ)也會發(fā)生變化，如力的尺寸效應(yīng)、微結(jié)構(gòu)的表面效應(yīng)、微摩擦機(jī)理等。微觀動力學(xué)、微觀流體力學(xué)、微觀熱力學(xué)、微觀摩擦學(xué)、微觀光學(xué)微結(jié)構(gòu)、a，15、研究領(lǐng)域、技術(shù)基礎(chǔ)：設(shè)計(jì)、加工(高縱橫比多層微結(jié)構(gòu))、微裝配工藝、微系統(tǒng)測量等。應(yīng)用研究：如何應(yīng)用這些微機(jī)電系統(tǒng)也是一個(gè)非常重要的課題。人們不僅要發(fā)展各

6、種微機(jī)電系統(tǒng)制造技術(shù)，還要研究如何在實(shí)際系統(tǒng)中使用微機(jī)電系統(tǒng)并從中受益。a，16，微機(jī)電系統(tǒng)分類，微傳感器：機(jī)械：機(jī)械，扭矩，加速度，速度，角速度(陀螺儀)，位置，流量傳感器，磁性：磁通計(jì)，磁場量熱法，溫度計(jì)化學(xué)，氣體成分，濕度，酸堿度和離子濃度傳感器生物，脫氧核糖核酸芯片，a，17，微機(jī)電系統(tǒng)分類，微致動器：微組件，如微型電機(jī)，微型齒輪，微型泵，微型閥門，微型開關(guān)，微型注射器，微型揚(yáng)聲器，微型諧振器；微機(jī)械光學(xué)器件，例如微膜、微束、微探針、微齒輪、微彈簧、微腔、微通道、微錐、微軸、微鏈接；微鏡陣列、微光掃描儀、微機(jī)電系統(tǒng)分類、真空微電子器件：它是微電子學(xué)、微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)和真空電子學(xué)發(fā)展的產(chǎn)物

7、，具有極快的開關(guān)速度、優(yōu)異的抗輻照能力和優(yōu)異的溫度特性。它主要包括功率電子器件，如場發(fā)射顯示器、場發(fā)射照明器件、真空微電子毫米波器件、真空微電子傳感器等。包括各種高電壓、大電流器件如垂直導(dǎo)電金屬氧化物半導(dǎo)體(VMOS)器件和V形槽垂直導(dǎo)電金屬氧化物半導(dǎo)體(VVMOS)器件等采用微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)制造，一、十九、微機(jī)電系統(tǒng)制造技術(shù)，一、二十、大機(jī)加工小機(jī)、小機(jī)加工微機(jī)，采用微電子加工技術(shù)的微機(jī)電系統(tǒng)、X射線模壓成型技術(shù)(LIGA)，自上而下，分子和原子加工、國防、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、汽車等都得到廣泛應(yīng)用。2000年，市場規(guī)模為120-140億美元，相關(guān)市場達(dá)到1000億美元。兩年后，市場將

8、快速增長。微機(jī)電系統(tǒng)，微系統(tǒng)，一，21，微機(jī)電系統(tǒng)制造技術(shù)，大型機(jī)械制造小型機(jī)械，微機(jī)械制造微機(jī)械日本以LIGA工藝為代表光刻(光刻)，電鑄(電鑄)電鑄(塑料鑄造)德國以硅微加工工藝為代表：體硅工藝和表面犧牲層工藝以美國為代表，一，22，LIGA工藝，一，23，硅微機(jī)電系統(tǒng)工藝，高縱橫比化學(xué)蝕刻和深槽蝕刻鍵合，一，24，體硅工藝，一，25，表面犧牲層工藝， 表面犧牲層和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝的集成結(jié)構(gòu)是分開制造的，具有很大的靈活性、高靈敏度、小寄生效應(yīng)、小尺寸、簡化的封裝和組裝、高可靠性、復(fù)雜的加工工藝、低產(chǎn)量和很少的兼容材料，a，26，幾個(gè)重要的微機(jī)電系統(tǒng)器件，a，27，微機(jī)電系統(tǒng)器件，慣

9、性微機(jī)電系統(tǒng)器件加速度計(jì)陀螺儀壓力傳感器光學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)器件微光學(xué)平臺微致動器微噴射微馬達(dá)生物微機(jī)電系統(tǒng)器件，其他，a，28，加速度計(jì)壓阻加速度計(jì)電容式加速度計(jì)壓電加速度計(jì)，慣性器件，a，29，慣性器件，a，30，電容性光學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備、光學(xué)傳感器、MOEMS、光學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)被定義為分類傳統(tǒng)的光學(xué)傳感器、轉(zhuǎn)換器、光學(xué)傳感器、成像、發(fā)光器件(光電子)、使用光來感測的器件、位置傳感器、光譜儀和DNA芯片、通過微機(jī)械加工方法形成的器件、傳統(tǒng)器件的新生命和新器件、傳統(tǒng)光學(xué)傳感器、成像器、電荷耦合器件、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體發(fā)光系統(tǒng)、發(fā)光二極管半導(dǎo)體激光器、等離子體生物發(fā)光光調(diào)節(jié)器、發(fā)光器件、場發(fā)射(FE

10、Ds)、未來的平板顯示器、新器件新器件組件，一、36、微光學(xué)系統(tǒng)、微光學(xué)工作臺、一、37、微顯示陣列(光調(diào)制器)、數(shù)字鏡面顯示(DMD)原理改變反射方向、一、38、DMD應(yīng)用、一、39、DMD應(yīng)用、一、A .微機(jī)械1X8光開關(guān)、一、41、微機(jī)械22光開關(guān)、微機(jī)械22光開關(guān)、一、42光開關(guān)、光纖固定結(jié)構(gòu)、V形槽夾緊微型推進(jìn)器由薄膜加熱器、微型噴嘴等組成。其性能指標(biāo)為：比沖75 125 s，推力0.5mN，功率5W，效率50%，質(zhì)量幾克，尺寸1cm2。微型推進(jìn)器，JPL展示的采用微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)(固體升華模式)的電阻微型推進(jìn)器的原型。微推進(jìn)器由推進(jìn)劑出口箱、微閥、微過濾器、微噴嘴等組成。微噴嘴采用微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)中的體硅技術(shù)制成。其性能指標(biāo)為：比沖50 75秒，推力0.5毫牛頓，功率2W/毫牛頓，質(zhì)量幾克，尺寸1平方厘米。由TRW公司、航空航天公司和加州理工學(xué)院組成的研究小組提出了“數(shù)字推進(jìn)概念”方案。硅片上有一個(gè)集成電路來開啟和控制每個(gè)微型推進(jìn)器。整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)也可以作為衛(wèi)星的散熱器，進(jìn)一步減少衛(wèi)星的有效載荷。成熟的微機(jī)電系統(tǒng)和LIGA技術(shù)可用于制造。照片顯示，他們在1999年初發(fā)布了一個(gè)35陣列電阻電熱微推進(jìn)器原型。微型推力器是一種新概念的微型雙組元火箭發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)圖，由5-6個(gè)芯片堆疊在一起構(gòu)