《微电子机械系统(MEMS)综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微电子机械系统(MEMS)综述（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、优质文档浙大-微电子机械系统MEMS综述 内 容：一、 MEMS概念二、 MEMS探究背景三、 MEMS开展史四、 最近国外MEMS开展的概况五、 最近国内MEMS开展的概况六、 MEMS探究内容七、 MEMS技术分类八、 MEMS技术的加工工艺九、 LIGA和准LIGA技术十、 MEMS最新探究方向十一、MEMS的最新应用十二、MEMS的将来十二、参考文献一、MEMS概念MEMS即Micro-Electro-Mechanical System，它是以微电子、微机械及材料科学为根底，探究、设计、制造、具有特定功能的微型装置，包括微构造器件、微传感器、微执行器和微系统等。日本国家MEMS中心给M
2、icrosystem/Micromachine下的定义：A micro machine is an extremely small machine comprising very small(several millimeters or less) yet highly sophisticated functional elements that allows it to perform minute and complicated tasks。一般认为，微电子机械系统通常指的是特征尺度大于1m小于1nm，结合了电子和机械部件并用IC集成工艺加工的装置。微机电系统是多种学科穿插融合具有战略意义
3、的前沿高技术，是将来的主导产业之一。MEMS技术自八十年头末起先受到世界各国的广泛重视，主要技术途径有三种，一是以美国为代表的以集成电路加工技术为根底的硅基微加工技术；二是以德国为代表开展起来的利用X射线深度光刻、微电铸、微铸塑的LIGA( Lithograph galvanfomung und abformug)技术，；三是以日本为代表开展的精细加工技术，如微细电火花EDM、超声波加工。MEMS技术特点是：小尺寸miniaturization、多样化multiplicity、微电子microelectronics，还有其他特点。1微型化：MEMS体积小芯片的特征尺寸为纳米/微米级、质量轻、功
4、耗低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。例如，一个压力成像器的微系统，含有1024个微型压力传感器，整个膜片尺寸仅为10mm10mm，每个压力芯片尺寸为50m50m。2多样化：MEMS包含有数字接口、自检、自调整和总线兼容等功能，具备在网络中应用的根本条件，具有标准的输出，便于和系统集成在一起，而且能遵照需求，敏捷地设计制造更多化的MEMS。3微电子化：采纳MEMS工艺，可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感阵列、微执行器阵列甚至把多种功能的器件集成在一起，形成困难的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出牢靠性、稳定性很高的微电子机械系统
5、。4MEMS技术适合批量生产：用硅微加工工艺在同一硅片上同时可制造出成百上千微型机电装置或完整的MEMS，批量生产可大大降低生产本钱。5多学科穿插：MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息和自动限制、物理、化学和生物等多学科，并集约当今科学开展的很多尖端成果。二、MEMS探究背景MEMS技术被誉为21世纪带有革命性的高新技术，它的诞生和开展是“需求牵引”和“技术推动”的综合结果。一需求牵引是MEME开展的源泉随着人类社会全面对信息化迈进，信息系统的微型化、多功能化和智能化是人们不断追求的目标，也是电子整机部门的迫切需求。信息系统的微型化不仅使系统体积大大减小、功能大大提高，同时也使性能、牢靠性
6、大幅度上升，功耗和价格却大幅度降低。目前，信息系统的微型化不单是电子系统的微型化，假如相关的非电子系统小不下来，整个系统将难以到达微型化的目标。电子系统可以采纳微电子技术到达系统微型化的目标，而对于非电子系统来说，尽管人们已做了很大努力，其微型化程度远远落后于电子系统，这已成为整个系统微型化开展的瓶颈。二技术推动是MEMS实现的保证MEMS技术设计微电子、微机械、微光学、新型材料、信息和限制，以及物理、化学、生物等多种学科，并集约了当今科学技术的很多高新技术成果。在一个衬底上将传感器、信号处理电路、执行器集成起来，构成微电子机械系统，是人们很早以来的愿望。这个技术在1987年被正式提出，并在近
7、10年来取得了快速开展。推动力可归纳为以下3点：1以集成电路为中心的微电子学的飞跃进步供应了根底技术。在过去的40年中，集成电路的开展遵循摩尔定律，即按每3年特征尺寸减小0.7倍、集成度每3年翻一番的规律开展。据分析，IC特征尺寸的指数减小规律还将接着10 20年。目前，IC工艺已进入超深亚微米阶段，并可望到2012年到达0.05m，将研制生产巨大规模集成电路GSI集成度大于109和单片系统集成SOC。IC的开展将为研制生产MEMS供应坚实的技术根底。2MEMS的开展始于20世纪60年头，是微电子和微机械的奇妙结合。MEMS的根底技术主要包括硅各向异性刻蚀技术、硅/硅键合技术、外表微机械技术、
8、LIGA技术等，已成为研制生产MEMS必不行少的核心技术。尤其是20世纪90年头开发的LIGA技术，胜利地解决了大深宽比光刻的难题，为研制开发三维微机械的加速度传感器、微型陀螺以及各类微执行器、微型构件如微马达、微泵、微推动器、微振子、微电极、微流量计等奠定了工艺技术根底。3新材料、微机械理论、加工技术的进步，使得单片微电子机械系统正在变为现实。由于MEMS技术的开展快速，1987年确定把它从IEEE国际微机器人和过程操作年会分开，单独召开年会。目前在美、日、欧三地每年轮回一次，名为IEEE国际微机电系统年会Micro Electro Mechanical Systems Workshop。下
9、表列出了19871996年来MEMS的探究概况。三、MEMS开展史【01】19世纪照相制版【02】1951年Braun独创shadow mask影空版美，RCA公司【03】1954年 压阻效应的发觉【04】1962年结晶各相异性腐蚀【05】1963年半导体压力计日本丰田探究所【06】1967年 振动栅极晶体管美，Westinghouse公司，利用牺牲层腐蚀方法【07】1968年阳极键合美，Mallory公司【08】1969年杂质浓度依存性腐蚀【09】1970年硅微小电极美，Stanford，硅微小构造体【10】1973年导管用硅压力传感器美，Stanford【11】1973年微型离子敏场效应管
10、日本，东北大学【12】1975年集成化气体色谱仪美，Stanford，传感器+执行器【13】1979年集成压力传感器美，Michigan State University，传感器+电路【14】1981年水晶微机械日本，横河电机【15】1986年LIGA工艺原西德原子力探究所，高深宽比微小加工技术【16】1986年硅伺服型加速度传感器瑞士，CSEM电子和微技术中心【17】1986年集成化微流量限制器日本，东北大学，闭环限制的集成化【18】1987年微型齿轮美，University of California, Berkeley，贝尔探究所【19】1993 年 美国ADI公司采纳该技术胜利地将微型
11、加速度计商品化，并大批量应用于汽车防撞气囊，标记着MEMS技术商品化。其中，1987年，在加州Berkeley和MIT，一个只有人的头发丝宽度大小的微型马达通过硅微加工被胜利制造出来(基于外表牺牲层技术)，这标记着微机械时代的真正到来，这一点完全可以和三十多年前的微电子技术的出现相媲美。四、最近国外MEMS开展的概况美国朗讯公司开发的基于MEMS光开关的路由器已经试用，预示着MEMS开展又一高潮的降临。目前局部器件已经实现了产业化，如微型加速度计、微型压力传感器、数字微镜器件DMD、喷墨打印机的微喷嘴、生物芯片等，并且应用领域非常广泛。一政府：1992 年“美国国家关键技术打算”把“微米级和纳
12、米级制造”列为“在经济旺盛和国防平安两方面都至关重要的技术”。美国国家自然基金会NSF把微米/纳米列为优先支持的工程。美国国防部先进探究打算署(DARPA)制订的微米/纳米和微系统开展打算，对“采纳和制造微电子器件一样的工艺和材料，充分发挥小型化、多元化和集成微电子技术的优势，设计和制造新型机电装置”赐予了高度的重视。日本在1992年启动了2.5亿美元的大型探究打算“微机械十年打算”。二企业：在MEMS的重点探究单位UC Berkeley成立了由多所大学和企业组成的BSACBerkeley Sensor and Actuator。ADI公司看到了微型加速度计在汽车领域应用的巨大前景，通过引入外
13、表牺牲层技术，并加以改造，使微型加速度计的商品化获得巨大胜利。三美国在开展初期确定军事应用为主要方向，侧重以惯性器件为代表的MEMS传感器的探究；日本重点开展进入工业狭窄空间微机器人、进入人体狭窄空间医疗微系统和微型工厂。欧洲那么重点开展TAS(Micro Total Analysis System全微分析系统)或LOCLab on Chip芯片试验室。四重视根底技术的建立。各个国家非常重视设计、材料、加工、封装、测试等技术的开展。美国除在探究单位建立独立的加工试验室外，还建立了特地为探究效劳的加工基地，如MCNC、SANDIA国家试验室等。德国也建立了BOSCH试验室。五、最近国内MEMS开
14、展的概况 我国MEMS的探究始于二十世纪八十年头末。经过十多年的开展，我国在多种微型传感器、微型执行器和假设干微系统样机等方面已有必须的根底和技术储藏，初步形成了几个MEMS探究力气比拟集中的地区。其中,北京大学所属微米/纳米加工技术重点试验室分部开发出4种MEMS全套加工工艺和多种先进的单项工艺，已制备出加速度计样品，并已起先为国内探究MEMS单位供应加工效劳。上海交通大学所属微米/纳米加工技术重点试验室分部可以供应非硅材料的微加工效劳，如LIGA技术制作高深宽比微构造的根本加工技术、紫外深度光刻(UV-LIGA)、高深宽比微电铸和模铸加工、功能材料薄膜制备等。电子部十三所探究的融硅工艺也取
15、得了较大进展，制备出微型加速度计和微型陀螺样品。1995年，国家科技部实施了攀登打算“微电子机械系统工程”1995 1999。1999年，“集成微光机电系统探究”工程通过了国家重点根底探究开展规划的立项建议。经过十年开展，我国已开展了包括微型直升飞机，力平衡加速度传感器、力平衡真空传感器、微泵、微喷嘴、微马达、微电泳芯片、微流量计、硅电容式微麦克风、分裂漏磁场传感器、集成压力传感器、微谐振器和微陀螺等很多微机械的探究和开发工作。六、MEMS探究内容MEMS探究的内容极为广泛。其关键技术有设计技术、材料、制作工艺和测试技术。一设计技术MEMS产品设计包括系统、器件、电路和封装等设计。MEMS器件的设计须要综合多学科理论分析，这大大增加了设计参数选择的难度，常规分析计算已无法满意设计须要。计算机技术的进步使得CAD技术在MEMS器件设计中得到广泛的应用，采纳CAD能设计出具有低本钱、高性能、更为困难的新型系统。2D和3
