微电子学概论Chap10

1、机械机械 传感传感 执行执行 部分部分 控制部分控制部分 电子学电子学 MEMS 微电子学微电子学 M E M S M E M S M E M S M E M S M E M S 静静 M E M 研研 究究 ?理论基础：随着理论基础：随着MEMS尺寸的缩小，有些宏观尺寸的缩小，有些宏观 的物理特性发生了改变，很多原来的理论基础的物理特性发生了改变，很多原来的理论基础 都会发生变化，如力的尺寸效应、微结构的表都会发生变化，如力的尺寸效应、微结构的表 面效应、微观摩擦机理等等，面效应、微观摩擦机理等等， 微动力学微动力学 微流体力学微流体力学 微热力学微热力学 微摩擦学微摩擦学 微光学微光学 微

2、结构学微结构学 研研 究究 ?技术基础：设计、工艺加工技术基础：设计、工艺加工( (高深宽比多层高深宽比多层 微结构微结构) )、微装配工艺、微系统的测量等。、微装配工艺、微系统的测量等。 ?应用研究：如何应用这些应用研究：如何应用这些MEMSMEMS系统也是系统也是 一门非常重要的学问。人们不仅要开发各一门非常重要的学问。人们不仅要开发各 种制造种制造MEMSMEMS的技术，更重要的是如何将的技术，更重要的是如何将 MEMSMEMS器件用于实际系统，并从中受益。器件用于实际系统，并从中受益。 M E M ?微传感器：微传感器： 机械类：力学、力矩、加速度、速度、机械类：力学、力矩、加速度、速

3、度、 角速度角速度(陀螺陀螺)、位置、流量传感器、位置、流量传感器 磁学类：磁通计、磁场计磁学类：磁通计、磁场计 热学类：温度计热学类：温度计 化学类：气体成分、湿度、化学类：气体成分、湿度、PH值和离子值和离子 浓度传感器浓度传感器 生物学类：生物学类：DNA芯片芯片 M E M ?微执行器：微马达、微齿轮、微泵、微阀门、微执行器：微马达、微齿轮、微泵、微阀门、 微开关、微喷射器、微扬声器、微谐振器等微开关、微喷射器、微扬声器、微谐振器等 ?微型构件：微膜、微梁、微探针、微齿轮、微微型构件：微膜、微梁、微探针、微齿轮、微 弹簧、微腔、微沟道、微锥体、微轴、微连杆弹簧、微腔、微沟道、微锥体、微

4、轴、微连杆 等等 ?微机械光学器件：微镜阵列、微光扫描器、微微机械光学器件：微镜阵列、微光扫描器、微 光阀、微斩光器、微干涉仪、微光开关、微可光阀、微斩光器、微干涉仪、微光开关、微可 变焦透镜、微外腔激光器、光编码器等变焦透镜、微外腔激光器、光编码器等 M E M ?真空微电子器件：它是微电子技术、真空微电子器件：它是微电子技术、MEMS技技 术和真空电子学发展的产物，具有极快的开关术和真空电子学发展的产物，具有极快的开关 速度、非常好的抗辐照能力和极佳的温度特性。速度、非常好的抗辐照能力和极佳的温度特性。 主要包括场发射显示器、场发射照明器件、真主要包括场发射显示器、场发射照明器件、真 空微

5、电子毫米波器件、真空微电子传感器等空微电子毫米波器件、真空微电子传感器等 ?电力电子器件：包括利用电力电子器件：包括利用MEMS技术制作的垂技术制作的垂 直导电型直导电型MOS(VMOS)器件、器件、V型槽垂直导电型槽垂直导电 型型MOS(VVMOS)器件等各类高压大电流器件器件等各类高压大电流器件 大机器加工大机器加工 小机器，小小机器，小 机器加工微机器加工微 机器机器 微机械微机械 用微电子加用微电子加 工技术工技术 X光铸模光铸模+压压 塑技术塑技术 (LIGA) 从顶层向下从顶层向下 从底层向上从底层向上 分子和原子级加工分子和原子级加工 国防、航空航天、生物医国防、航空航天、生物医

6、 学、环境监控、汽车都有学、环境监控、汽车都有 广泛应用广泛应用 MEMS 微系统微系统 MEMS系统系统 M E M S L I G 硅硅 M E 体体 硅硅 表表 面面 牺牺 电路工艺与结构加工工艺交替进行电路工艺与结构加工工艺交替进行 先加工电路，后加工结构先加工电路，后加工结构 先加工机械结构，再加工电路先加工机械结构，再加工电路 M E M 电电 容容 式式 微微 光光 学学 M E 传传 统统 的的 新新 器器 件件 Mirror Support Structure Substrate Hinges Torsion Hinges 1st DOF 2nd DOF Force-redi

7、recting Linkage 微微 光光 微微 型型 显显 示示 阵阵 D M D D M D 光光 纤纤 固固 光光 栅栅 及及 光光 M E M S 技技 术术 M E M S 技技 术术 A B C D 一般意义上的系统集成芯片一般意义上的系统集成芯片 广义上的系统集成芯片广义上的系统集成芯片 电、光、电、光、 声、热、声、热、 磁力等外磁力等外 界信号的界信号的 采集采集各各 种传感器种传感器 执执 行行 器器 、 显显 示示 器器 等等 信息输入信息输入 与 模与 模 / 数数 传输传输 信信 息息 处处 理理 信息输出信息输出 与 数与 数 / 模模 转换转换 信息存储信息存储 The system-on-a-chip of the future? 微电子器件、纳电子器件、自旋电子器件、微电子器件、纳电子器件、自旋电子器件、 光电子器件、光电子器件、MEMS器件器件 微电子微电子 纳电子纳电子宏电子宏电子 MEMS 研研 究究 ?理论基础：随着理论基础：随着MEMS尺寸的缩小，有些宏观尺寸的缩小，有些宏观 的物理特性发生了改变，很多原来的理论基础的物理特性发生了改变，很多原来的理论基础 都会发生变化，如力的尺寸效应、微结构的表