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1、东 北 石 油 大 学课程学习报告课 程 测控新技术 题 目 MEMS技术及其应用 院 系 电气信息工程学院 专业班级 测控10-2班 学生姓名 学生学号 上课教师 赵志华 路敬祎 2013年 12 月 20 日东北石油大学课程报告任务书课程 测控新技术题目 MEMS技术及其应用报告主要内容1MEMS、新型A/D或可编程器件技术概述；2MEMS、新型A/D或可编程器件具体实现技术；3MEMS、新型A/D或可编程器件技术在某一个方面的应用；4自己对这些技术应用特色、前景的综述和展望报告基本要求1对所讨论的理论和技术的综述完整、合理，在某一方面的具体应用应该与相关技术特点有密切的联系；2可选择三种
2、技术中其中的任意一种或两种技术进行研究，对该技术的基本理论、具体技术的发展历史、现状和发展前景进行讨论，要求必须有自己的综述见解和讨论；3论文格式严格按样板要求完成，要求图文规范，其中要求必须要有清晰的图件。论文报告不少于6000字。主要参考资料1 丁衡高微型机电系统研究文集. 北京：清华大学出版社，20002 郝永平，刘凤丽，刘世明MEMS设计模拟与仿真系统应用 M北京：国防工业出版社，2007.1:27403 严利人微电子制造技术概论M北京：清华大学出版社，2010.3:87904 孙以材，庞冬青微电子机械加工系统(MEMS)技术基础 M北京：冶金工业出版社，2009.3，13195 雷茨
3、RF MEMS理论设计技术M东南大学出版社，2005，12：1519完成期限 2013年12月 20日 上课教师 赵志华 路敬祎 专业负责人 曹广华 2013年 12 月 20 日东北石油大学课程成绩评价表课程名称测控新技术题目名称MEMS技术及其应用报告评语：成绩评定上课教师： 赵志华 路敬祎 2013年 12 月 10 日目录第一章 MEMS技术概述11.1 微机电系统（MEMS）的定义及组成11.1.1微机电系统（MEMS）的尺寸11.2 微机电系统（MEMS）发展史11.3 微机电系统（MEMS）理论基础21.4 微机电系统（MEMS）的特点及前景21.4.1 MEMS的特点21.4.
4、2 MEMS的应用前景2第二章 MEMS研究的现状与发展方向32.1 微机电系统（MEMS）器件32.2 微机电系统（MEMS）的具体应用领域4第三章 MEMS技术在非制冷红外探测器中的应用53.1微机械红外热电堆探测器53.2热释电非制冷红外探测器5总结7参考文献8MEMS技术及其应用摘 要MEMS技术是采用微制造技术，在一个公共硅片基础上整合了传感器、机械元件、致动器（actuator）与电子元件。微电子机械系统,它属于多学科交叉的新领域，是融合微电子与精密机械加工的技术，指毫米级下的可控制、可移动微型机电装置，是集微型机构、传感器信号处理、控制等功能于一体的、具有信息获取、处理和执行等多
5、功能的系统。可以预见,MEMS的发展对科学技术和人类生活产生革命性的影响,并可望形成类似于微电子的新产业。本文详细介绍了MEMS技术的概念、尺寸、特点及发展史，从而对MEMS技术有了初步的了解。随后又介绍了该技术的相应产品、技术分类和它的应用前景。MEMS技术是测控行业的新技术，但其有着非常广阔的前景，并且被越来越多的产品所接受。研究了目前其应用比较成功的例子非制冷红外探测器，介绍了红外热电堆探测器的工作原理，展示了微机械红外热电堆芯片的基本结构，并将封闭结构和悬梁结构两种结构进行分析对比，分析各自的优劣之处。本文还介绍了另外一个比较成功的例子热释电非制冷红外探测器，分析了热释电非制冷红外探测
6、器的工作原理，针对实际情况，提高其工作灵敏度的方法。关键词：MEMS技术，微型机械，智能系统，非制冷红外探测器，热释电非制冷红外探测器前 言MEMS是英文Micro Electro Mechanical systems的缩写，即微电子机械系统。微电子机械系统（MEMS）技术是建立在微米/纳米技术（micro/nanotechnology）基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种 微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令
7、采取行动。它用微电子技术和微加工技术相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。 微电子机械系统（MEMS）是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术，该技术将对未来人类生活产生革命性的影响。它涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科。MEMS有很多应用，并被越来越多的产品所接纳。MEMS的一些常见应用领域包括汽车、生物技术与医疗，以及消费电子产品。MEMS还用于大量声波双工器（Bulk Acoustic Wave duplexer）与滤波器、麦克风、MEMS自动聚焦致动器、压力感测器、MEMS微微型投影仪，甚至MEMS陀螺仪。第一章 M
8、EMS技术概述MEMS在许多方面具有传统机电技术所不具备的优势，包括质量和尺寸普遍减小、可实现大批量生产、低的生产成本和能源消耗、易制成大规模和多模式阵列等。MEMS 研究的主要内容包括微传感器、微执行器和各类微系统，现在已成为世界各国投入大量资金研究的热点。MEMS通常会被看作是一种系统单晶片（SoC），它让智能型产品得以开发，并得以进入很多的次级市场，为包括汽车、保健、手机、生物技术、消费性产品等各领域提供解决方案。1.1 微机电系统（MEMS）的定义及组成微电子机械系统（Micro Electro Mechanical System），简称MEMS，是在微电子技术基础上发展起来的集微型机
9、械、微传感器、微执行器、信号处理、智能控制于一体的一项新兴的科学领域。一般来说，MEMS是指可以采用微电子批量加工工艺制造的，集微型机构、微型传感器、微型致动器（执行器）以及信号处理和控制电路，直至接口、通讯和电源等部件於一体的微型系统。通常，MEMS主要包含微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分。微机电系统的制造工艺主要有集成电路工艺、微米/纳米制造工艺、小机械工艺和其他特种加工工种。1.1.1微机电系统（MEMS）的尺寸在微小尺寸范围内，机械依其特徵尺寸可以划分为1-10毫米的小型(Mini-)机械，1微米-1毫米的微型机械以及1纳米-1微米的机械。所谓微型机械从广义上包含了微小型和纳米
10、机械，但并非单纯微小化，而是指可批量制作的集微型机构，微型感测器，微型执行器以及接口信号处理和控制电路、通讯和电源等于一体的微电子机械系统。1.2 微机电系统（MEMS）发展史自1947年Schockley、Bardeen和Brattain发明晶体管以来，微电子技术有了突飞猛进的发展。1953年，Charles S. Smith研究了半导体的压阻效应。Kulite公司于1970年和1976年，分别引入了各向同性和各向异性腐蚀技术。国家半导体公司于1974年将大批量生产的压力传感器推向市场。1982年，“微机械”这一名词应运而生。这时，体硅微机械加工技术已成为制作微机械器件的有效手段1。1985
11、年，牺牲层技术被引入微机械加工，“表面”微机械加工概念由此产生2。1987年，U. C. Berkeley利用微机械加工技术制作出了世界上第一个微静电马达，掀开了微机械发展的新一页。1987-1988年间，一系列关于微机械和微动力学的学术会议召开，MEMS一词在这些会议中被广泛采纳并渐渐成为一个世界性的学术用语。1993年，ADI公司成功地将微型加速度计商品化，并大批量应用于汽车防撞气囊，标志着MEMS技术商品化的开端。0由于 MEMS 具有的划时代的意义，世界各国都极为关注其发展，在人力和物力两方面均给予了强有力的支持。据有关机构统计，MEMS研发活动最积极的国家和地区依次为美国、德国、日本
12、、斯堪的纳维亚地区、法国、中国、韩国、英国、瑞典和中国台湾地区。 我国非常重视MEMS传感器的研究和发展工作，而且起步较早。国家自然科学基金委组织的立项起步于1989年，中国科学院于1991年确立重点研究项目。1993年和1994年，国家基金委、国家科委先后确定MEMS为重点项目和重大项目。自1993年底起，国防科工委投入数千万元用于“九五”期间微型机械的研究工作，并且建立了两个微加工基地和一个项目研究中心。为了进一步完善这一学科,使其更多更快地为人类服务，除探索新技术，新工艺以外，各国科学家们还在积极努力从事MEMS基础理论研究，包括对微流体力学，微机械磨擦和其他相关理论的研究，并建立一套方
13、便，快捷的分析与设计系统。1.3 微机电系统（MEMS）理论基础当尺寸缩小到一定范围时，许多物理现象和宏观世界有很大差别。力的尺寸效应和表面效应在微观领域可能起重要作用。在微小尺寸领域，与特征尺寸L的高次方成比例的惯性力、电磁力等的作用相对减小，而与尺寸的低次方成比例的粘性力、弹性力、表面张力、静电力等的作用相对增大。这也是微型系统常以静电力、表面张力作为驱动力的原因。随着尺寸的减小，表面积与体积之比相对增大。因而热传导、化学反应等速度加快，表面间摩擦阻力显著增大3。因此，在微观尺度下的力学、热力学、微流体力学、微摩擦学、微机械学和微光学等的基础理论研究显得尤为重要。1.4 微机电系统（MEM
14、S）的特点及前景1.4.1 MEMS的特点Badler 使用300多个球体表示人体外形。体模型方法表示人体的运动情况时，虽然计算简单方便，所内存较少，但无法表示表面的局部变化，逼真度不够。在新近的研究中，出现了一种分层虚拟人表示方法。该方法综合了实体建模和曲面建模的优点，可以满足不同层次的逼真性要求。在这样一种分层表示模型中，一个虚拟人模型由基本骨架、肌肉层和皮肤层，有时也加入一层服饰层，表示虚拟人的头发、衣饰等人体装饰物品。其中的基本骨架由关节确定其状态，决定了人体的基本姿态。肌肉层确定了人体各部位的变形，皮肤变形受肌肉层的影响，最后由皮肤层确定虚拟人显示的外观。这种人体建模方法体现了人的生理构造，能够逼真地模拟人体运动时的皮肤变形。1.4.2 MEMS的应用前景目前MEMS已从实验室探索走向产业化轨道，据美国MCNC(北卡罗来纳心)MEMS2技术应用中心预测，当前MEMS业界的年增长率是10%20%， 2001年有高于80亿美元的MEMS潜在市场。200
