MEMS复习题附参考答案

08’MEMS的概念，MEMS产品应用。MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems）是指微型化的器件或器件组合，把电子功效与机械的、光学的或其它的功效形结合的综合集成系统，采用微型构造（集微型传感器、微型执行器、信号解决和控制电路、接口电路、通信系统以及电源），使之能在极小的空间内达成智能化的功效。MEMS是MicroElectroMechanincalSystem的缩写，即微机电系统，专指外形轮廓尺寸在毫米级下列，构成它的机械零件和半导体元器件尺寸在微米至纳米级，可对声、光、热、磁、压力、运动等自然信息进行感知、识别、控制和解决的微型机电装置。微机电系统（MEMS）重要特点在于：（1）体积小、精度高、质量轻;(2)性能稳定、可靠性高；（3）能耗低，敏捷度和工作效率高；（4）多功效及智能化;（5）能够实现低成本大批量生产。民用：MEMS对航空、航天、兵器、水下、汽车、信息、环境、生物工程、医疗等领域的发展正在产生重大影响，将使许多工业产品发生质的变化和飞跃。军用：精确化、轻量化、低能耗是武器装备的重要发展趋势，这些特点均需以微型化为基础。微型化的单元部件广泛应用于飞行器的导航和制导系统、通信设备、大气数据计算机、发动机监测与控制、“智能蒙皮”构造和机灵武器中。由硅微机械振动陀螺和硅加速度计构成的MEMS惯性测量装置已用于近程导弹，并明显提高导弹的精确打击能力。微型化技术在武器装备上的另一种重要发展是微小型武器，如微型飞行器、微小型水下无人潜水器、微小型机器人和微小型侦察传感器等。具体应用：打印机喷嘴——用于打印机；微加速度计和角速度计——应用于汽车安全气囊；微加工压力传感器——用于进气管绝对压力传感器；由硅微振动陀螺和硅加速度计构成的MEMS惯性测量装置——用于军品中的近程导弹。湿法刻蚀和干法刻蚀的概念，两者异同点以及在MEMS中的应用。湿法刻蚀：运用适宜的化学试剂先将未被光刻胶覆盖的晶体部分氧化分解，然后通过化学反映使一种或多个氧化物或络合物溶解来达成去除目的，涉及化学腐蚀和电化学腐蚀。干法刻蚀：运用辉光的办法产生带电离子以及含有高度化学活性的中性原子与自由基，用这些粒子和晶片进行反映达成光刻图形转移到晶片上的技术。涉及离子溅射刻蚀，等离子反映刻蚀等。异同点：两者都是选择性的去除薄膜层上无遮蔽部分的工艺过程，通过刻蚀形成体硅微构造。但湿法刻蚀采用化学腐蚀的工艺办法，而干法刻蚀采用的是物理腐蚀的工艺办法。另外，湿法刻蚀成本比较低，不需要太昂贵的装置和设备，应用比较广泛；干法刻蚀需要专用的装置和设备，如真空环境，成本较高，但刻蚀速度快、分辨率高且易于自动化操作。MEMS中应用：应用于体硅微制造，通过刻蚀有选择性地去除基底材料以形成所需的微构造。(通过光刻工艺在光刻胶上产生图形后来，光刻胶下面的薄膜普通采用刻蚀的办法得到图形。在微电子技术中，刻蚀涉及湿法和干法。)湿法刻蚀普通是指化学刻蚀，它是运用材料和刻蚀液的化学反映进行加工的，合用于几乎全部的金属、玻璃、塑料等材料的大批量加工，也合用于硅、锗等半导体材料，以及在玻璃上形成的金属膜、氧化膜等的微细加工，是应用范畴很广的重要技术。干法刻蚀是运用活性气体与材料反映而生成挥发性化合物来进行的加工，涉及离子刻蚀、等离子刻蚀、反映等离子刻蚀等，它是此后微电子技术中一种非常有用的刻蚀办法。湿化学法或溶液刻蚀法会产生某些问题，如光刻胶置于加热的酸液中，经常失去它对下面薄膜的附着力；在向下刻蚀的同时，也向着横方向刻蚀，即所谓“钻蚀”作用，使加工的线条变宽，这对于刻蚀亚微米图形就失去了意义。另首先，由于存在表面张力的作用，溶剂刻蚀越来越难以适应高分辨率图形的加工，而干法刻蚀正好弥补了这些局限性。LIGA和UV-LIGA的概念，两者异同点以及在MEMS中应用。LIGA是指涉及了X光深层光刻工艺、微电铸工艺和微复制工艺的工艺技术。LIGA是德文Lithographie，Galanoformung和Abformung三个词，即光刻、电铸和注塑的缩写。LIGA技术涉及光刻、电铸、注塑成型等三个重要环节。UV-LIGA：一种应用紫外光源曝光光刻和(或)掩模制造工艺而制造性能与LIGA技术相称的新的加工技术。异同点：两者工艺相似，但两者的曝光光源不同，LIGA运用X光而UV—LIGA运用紫外光。另外，UV—LIGA工艺成本比LIGA工艺低，UV—LIGA工艺比LIGA工艺加工工艺周期短。在MEMS中应用：现在已研制成功或正在研制的LIGA或UV—LIGA技术的产品，有微传感器、微电机、微执行器、微机械零件、集成光学和微光学元件、微型医疗器械和装置、流体技术微元件等，其中，直流电机、光纤连接器等已形成产品并批量生产。LIGA产品的应用涉及广泛的科学技术领域和产业部门，如加工技术、测量技术、自动化技术、航天技术、生物医学技术等。采用LIGA技术已制造出微米尺度的微齿轮、微过滤器、微红外滤波器、微加速度传感器、微型涡轮、光纤耦合器和光谱仪等多钟构造器件。光刻的整个过程及其用途，光源波长对曝光的影响。光刻是一种图形转移技术，运用辐照的办法将掩膜板上的图形转移到光敏材料上，其过程重要有：掩膜板制作、基底表面预解决、涂胶、曝光（将掩膜板上的图形转移到光敏材料上）、显影和坚膜、去胶烘干。光源的波长短，曝光后获得更高的分辨率。LIGA技术最适宜的光源波长为0.2—0.8nm，波长过长，能量易被上面的光刻胶吸取，而使光刻胶表面曝光过量，底层光刻胶却达不到所规定的曝光剂量，造成图像损坏；波长过短，造成光刻胶底部曝光，显影后产生光刻胶与基板的黏结问题。微细电火花和微细电化学加工与常规电火花和电化学加工有何异同，现在主流的微细电火花加工技术是什么？所谓微细电火花加工指普通工业用常规电火花加工或小型电火花加工不能实现的尺寸在300μm下列的精微加工。微细电火花加工的原理与普通电火花加工并无本质区别。其加工的表面质量重要取决于电蚀凹坑的大小和深度,即单个放电脉冲的能量;而其加工精度则与放电间隙、工艺系统稳定性、电极损耗等因素亲密有关。用简朴形状的微细电极进行微细孔和微三维构造的加工,已经成为现在微细电火花加工的主流技术之一MEMS中介绍的薄膜技术有哪些？介绍特点及用途。薄膜技术是一种表面微加工技术，通过沉积形成多层薄膜图形，在基片上沉积的薄膜，有被选择地保存或去除形成所需的图形。薄膜为微器件提供敏感元件、电接触、构造层、掩膜层和牺牲层。化学气相沉积（CVD）：运用含有薄膜材料的气态物质在热固体表面进行化学反映，生成固态薄膜的办法。重要涉及：常压化学气相沉积（APCVD）、低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）。物理气相沉积（PVD）：在真空条件下，运用物理办法将镀料气化成原子、分子或离子化为离子，沉积到基底表面。重要涉及：真空蒸镀、溅射蒸镀、离子蒸镀等。电化学沉积和化学沉积：运用电镀或电沉积。被镀件作为阴极，溶液普通含有所要沉积金属离子的水基电解液。重要应用：进行内部连线、欧姆接触、金属半导体接触，有时也可作为器件表面的钝化膜起到保护作用的掩没、电绝缘和导电膜等。采用金刚石、陶瓷、超导材料以及多个半导体材料生成的薄膜含有独特的物理、化学和光、机、电等性能。薄膜的厚度能够小至微米或纳米级，若将不同的基片材料与对应的膜系结合起来可构成微传感等功效复杂的微机械器件。现在，多个薄膜材料已经被用于微机械传感器，涉及高质量的绝缘体（二氧化硅、氯化硅等），导体（铝）、半导体（硅）等。普通，CVD膜含有低能耗、应力好等优点，因而应用较为普遍。其它某些金属、压电材料和热电材料等也用于微传感器。体硅加工和面硅加工的重要加工办法、加工过程及其在MEMS中的应用。体硅加工工艺是指对硅衬底片进行加工，获得由衬底材料构成的有用部件的技术。体硅加工办法：湿法刻蚀、干法刻蚀、干湿混合刻蚀、LIGA技术及DEM技术。湿法刻蚀：将被腐蚀材料先氧化，然后由化学反映使其生成一种或多个氧化物再溶解。干法刻蚀：物理作用为主的离子溅射和化学反映为主的反映离子腐蚀兼有的反映溅射。过程：（1）腐蚀性气体粒子的产生；（2）粒子向衬底的传输；（3）衬底表面的腐蚀；（4）腐蚀反映物的排除。干湿混合刻蚀：制造波导等新的微构造装置。LIGA技术：X光深度同时辐射光刻——电铸制模——注塑DEM技术：由深层刻蚀工艺、微电铸工艺、微复制工艺三部分构成。可对金属、塑料、陶瓷等非硅材料进行高深宽比三维加工。体硅加工工艺：定义键合区——扩散掺杂——形成金属电极——硅/玻璃阳极键合——硅片减薄——ICP刻蚀面硅加工办法：薄膜制备的外延生长热氧化、化学沉积、物理沉积、光刻、溅射、电镀等。该技术能够用二氧化硅、多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃等加工三维较小尺寸的微器件。面硅加工工艺：下层电极——牺牲层——刻蚀支撑点——沉积多晶硅——刻蚀多晶硅——释放构造表面硅加工技术的核心是硅片表面构造层和牺牲层的制备和腐蚀，以硅薄膜作为机械构造。这种工艺能够运用与集成电路工艺兼容或相似的平面加工手段，但它的纵向加工尺寸往往受到限制（2-5um）。体硅未加工工艺是用湿法或干法腐蚀对硅片进行纵向加工的三维加工技术，但他与集成电路平面工艺兼容性不太好。8.键合的概念，有几个形式，有何用途键合是将两片或多片加工好的、含有不同的构造、材料的芯片连接成一种完整微系统的技术手段，是微系统封装技术的重要构成部分。键合技术按界面材料的性质，可分为两大类：硅/硅基片的直接键合（用于微临界压力传感器和微压力传感器等方面）和硅/硅基片的间接键合（用胶水，低温玻璃等），后者又可扩展到硅/非硅材料或非硅材料之间的键合。最惯用的阳极键合技术广泛应用于硅--硅基片之间的键合、非硅材料与硅材料，以及玻璃、金属、半导体、陶瓷之间的互相键合9.单晶硅、氮化硅、二氧化硅与多晶硅的区别和用途。硅有晶态和无定形两种同素异性体。晶态硅又分为单晶硅和多晶硅。单晶硅：硅的单晶体，含有基本完整的点阵构造的晶体，整个晶体内都是周期性的规则排列，是一种良好的半导材料，用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成，是制造半导体硅器件的原料，MEMS衬底材料采用单晶硅。氮化硅：是一种不活泼的致密材料，腐蚀较为困难。用于绝缘层。二氧化硅：其腐蚀速度对温度最敏感，温度越高，腐蚀速率越快，腐蚀时必须严格控制温度。用于牺牲层和多晶硅厚膜图形的刻蚀掩膜。多晶硅：采用浇注法生产，就是直接把硅料融化定型。晶体内各个局部区域里原子是周期性的规则排列，但不同局部区域之间原子的排列方向并不相似。工艺上可与单晶硅工艺相容又能进行精密加工，并且还能够根据器件的需要充当绝缘体、导体和半导体。多晶硅与单晶硅的差别重要体现在物理性质方面。多晶硅在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅明显，甚至于几乎没有导电性。10.硅片的制备过程。重要制备过程以下：单晶生长——外圆磨削——取向平磨——切割——双面研磨——磨边——退火——粗抛——精抛——激光打标——清洗——检测11.半导体封装过程。来料检查—清洗—贴膜—磨片—卸磨—贴片—划片—装片—键合—键合检查——塑封——焙烘——电镀——打标——切筋打弯——切筋检查——品质检查12.尺度效应。尺度效应：英文名称：SizeEffect微成形过程中，由于制品整体或局部尺寸的微小化引发的成形机理及材料变形规律体现出不同于传统成形过程的现象。即当物体的尺寸L变化时，种种物理量的比例于L而变化的现象。几何形状的尺度效应：体积与表面积是MEMS中惯用的两