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1、微纳米检测技术微纳米检测技术MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室教材与参考书目u教材： 微纳米测量技术微纳米测量技术，王伯雄等编著，清华大学出版社，王伯雄等编著，清华大学出版社，20062006u参考书目：纳米科学与技术纳米科学与技术，袁哲俊编著，哈尔滨工业大学出版社，袁哲俊编著，哈尔滨工业大学出版社，2005微机电系统设计与制造微机电系统设计与制造，莫锦秋等编著，化学工业出版社，莫锦秋等编著，化学工业出版社，2004微系统原理与技术微系统原理与技术，傅建中等编著，机械工业出版社，傅建中等编著，机械工业出版社，2005检测技术与系统检测技术与系统，陈岭丽主编，
2、清华大学出版社，陈岭丽主编，清华大学出版社，2005传感器与测试技术传感器与测试技术，李晓莹主编，高等教育出版社，李晓莹主编，高等教育出版社，2004机电工程智能检测技术与系统机电工程智能检测技术与系统，朱名铨等编著，高等教育出版社，朱名铨等编著，高等教育出版社，2002MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS L
3、AB微/纳米系统实验室MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术u微机电系统（Micro-electro-mechanical system, MEMS）技术，微系统技术起源于微电子技术；将传感器、信号处理器和执行器以微型化的结构形式集成为一个完整的系统。微机械在美国常被称作微型机电系统（微机械在美国常被称作微型机电系统（microelectromechanicalsystem,MEMS)；在日本被称作微机器（在日本被称作微机器（micromachine)；欧洲则被称作微系统
4、（欧洲则被称作微系统（microsystem)；不同的不同的名称名称表明强调不同的表明强调不同的技术重点技术重点。MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术1、MEMS的形成基础机械电子学机械电子学机械电子学机械电子学机械学、电子学、计算机技术交叉机械学、电子学、计算机技术交叉机械学、电子学、计算机技术交叉机械学、电子学、计算机技术交叉MEMSMEMSMEMSMEMS机机机机/ / / /电电电电/ / / /磁磁磁磁 / / / /光光光光/ / / /声声声声/ / / /热热热热/ / / /液液液液/ / / /气气气气/ / / /生
5、生生生/ / / /化等多学科交叉化等多学科交叉化等多学科交叉化等多学科交叉学科交叉的产物学科交叉的产物 与机械电子学的关系与机械电子学的关系 基本组成相同基本组成相同不是简单的提升不是简单的提升MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术2、MEMS的特点MEMS的特点的特点 以以以以实现新功能、实现新功能、特殊性能特殊性能特殊性能特殊性能为前沿目标为前沿目标 微米量级空间里实现机电功能，微米量级空间里实现机电功能，微米量级空间里实现机电功能，微米量级空间里实现机电功能，提升已有性能（包括微型化、提升已有性能（包括微型化、集成化、集成化、高可靠
6、性等高可靠性等高可靠性等高可靠性等） 采用微加工，形成类似采用微加工，形成类似采用微加工，形成类似采用微加工，形成类似ICIC的批量制造、低成本、低消耗特征的批量制造、低成本、低消耗特征的批量制造、低成本、低消耗特征的批量制造、低成本、低消耗特征MEMS的内涵的内涵“微微”尺度效应的作用尺度效应的作用“机电机电”拓展向更多物理量的融合拓展向更多物理量的融合“系统系统”水平、实际应用现状水平、实际应用现状MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术3、MEMS的发展u硅微传感器阶段硅微传感器阶段1963年日本丰田研究中心制作出硅微压力传感器。年日本
7、丰田研究中心制作出硅微压力传感器。1982年美国年美国IBM和和UCBerkeley研制了集成电容式加速度计。研制了集成电容式加速度计。u硅微致动器阶段硅微致动器阶段1987年年UCBerkeley研制出转子直径为研制出转子直径为60120 m的硅微静电电机。的硅微静电电机。u传感器市场化阶段传感器市场化阶段1993年美国年美国AnalogDevices开始生产集成加速度传感器，开始在汽开始生产集成加速度传感器，开始在汽车行业大量应用。车行业大量应用。u系统研究阶段系统研究阶段20世纪世纪90年代末，开始微型飞行器、微型卫星、微型机器人等研究。年代末，开始微型飞行器、微型卫星、微型机器人等研究
8、。NEMS与与MEMS的关系的关系生物微马达、生物工程操作、碳纳米管生物微马达、生物工程操作、碳纳米管 概念延伸、概念延伸、MEMS工艺为基础、对象向生物化学扩展工艺为基础、对象向生物化学扩展 MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室当前市场上存在的MEMS产品u喷墨打印头喷墨打印头u汽车安全气囊用加速度传感器汽车安全气囊用加速度传感器u游戏杆用加速度传感器游戏杆用加速度传感器u压力传感器压力传感器u微型控制阀微型控制阀u微型磁强计微型磁强计MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术MEMS材料材料u结构材料结构材
9、料基底材料：硅、砷化镓、其他半导体材料基底材料：硅、砷化镓、其他半导体材料薄膜材料：单晶硅、氮化硅、氧化硅薄膜材料：单晶硅、氮化硅、氧化硅金属材料：金、铝、其他金属金属材料：金、铝、其他金属u功能材料功能材料高分子材料：聚酰亚胺、高分子材料：聚酰亚胺、PMMA敏感材料：压阻、压电、热敏、光敏、其他敏感材料：压阻、压电、热敏、光敏、其他致动材料：压电、形状记忆合金、磁性材料等致动材料：压电、形状记忆合金、磁性材料等MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术MEMS工艺手段工艺手段MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验
10、室1.3 微机电系统技术典型典型MEMS工艺工艺u体微细加工技术体微细加工技术体加工工艺流程体加工工艺流程使用体加工工艺制作的微器件使用体加工工艺制作的微器件u表面微细加工技术表面微细加工技术表面加工工艺流程表面加工工艺流程牺牲层技术牺牲层技术两种典型表面加工工艺两种典型表面加工工艺使用表面加工工艺制作的微器件使用表面加工工艺制作的微器件uLIGA技术技术LIGA技术工艺流程技术工艺流程用用LIGA技术制作的微器件技术制作的微器件LIGA技术与硅微细加工技术的比较技术与硅微细加工技术的比较MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术体加工工艺流程
11、体加工工艺流程硅片沉积掩模层去除掩模层图形化掩模层体刻蚀MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术使用体加工工艺制作的器件使用体加工工艺制作的器件硅压力传感器结构封装后的硅压力传感器MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术表面加工工艺流程表面加工工艺流程硅片沉积结构层图形化结构层沉积牺牲层图形化牺牲层沉积结构层图形化结构层释放MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术牺牲层技术牺牲层技术 沉积并图形化牺牲层沉积并图形化结构层刻蚀牺牲层，释放结构
12、层MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术使用表面工艺加工的器件使用表面工艺加工的器件微 镜MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术LIGA技术工艺流程技术工艺流程LIGA技术 LIGA是德文的平版印刷术(lithographie)，电铸成形(galvanoformung)和注塑或模塑(abformung)的缩写。MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术LIGALIGALIGALIGA技术的工艺流程技术的工艺流程技术的工艺流程技术的工艺流程
13、 MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术用用LIGA技术制造的微器件技术制造的微器件MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.3 微机电系统技术LIGA技术与硅微细加工技术的比较技术与硅微细加工技术的比较MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.4微纳米检测技术的任务微纳米检测技术的任务u微纳米检测（测量）技术：针对微纳米和微（机电）系统技术领域的检测（测量）技术特点：被测量的对象尺度很小，一般在微纳米量级。以非接触测量手段为主。MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS L
14、AB微/纳米系统实验室1.4微纳米检测技术的任务微纳米检测技术的任务u微纳米器件的几何结构特征参数测量微纳米器件的几何结构特征参数测量u表面粗糙度和表面微观形貌测量表面粗糙度和表面微观形貌测量uMEMS材料特性的测试材料特性的测试u力、应力和应变的测量力、应力和应变的测量u微位移、速度、加速度和振动等微机械量的微位移、速度、加速度和振动等微机械量的测量测量u声，生物等其他物理量的测量声，生物等其他物理量的测量uMEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室1.4微纳米检测技术的任务微纳米检测技术的任务u微结构的材料特性检测微结构的材料特性检测u微结构的几何结构特征参数检测微结构的几何结构特征参数检测u微器件微器件(系统系统)的性能检测的性能检测MEMS/NEMS LABMEMS/NEMS LAB微/纳米系统实验室The end!结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！30
