MEMS技術概述

★★★★★【文章導讀】：MEMS技術概述具體內容是：研究的主要對象MEMS的主要研究內容：基礎理論和技術的研究、MEMS材料和MEMS的制造工藝研究。基礎理論和技術的研究理論基礎：一般的學科常常是先有了基礎理論，然后才會有工程應用，但MEMS技術卻一種工程應用先于基礎…

來源：日期：2013-11-2 20:36:56 人氣：標簽：

研究的主要對象

MEMS的主要研究內容：基礎理論和技術的研究、MEMS材料和MEMS 的制造工藝研究。

基礎理論和技術的研究

理論基礎：一般的學科常常是先有了基礎理論，然后才會有工程應用，但MEMS 技術卻一種工程應用先于基礎理論的技術學科，其工程實際應用往往超前于基礎理論，因此MEMS中涉及到的基礎理論研究有待于加強。這種現象并非在MEMS中獨有，例如材料的塑性加工技術中的基礎理論部分就比較薄弱，卻也能夠得到很好的工程應用。我們知道，當構件的幾何尺寸縮小到毫米或微米量級時，很多宏觀的理論已經不適用于，有許多宏觀物理量需要重新定義，這也可能就是納米需要對微小型化的尺寸效應和技術的魅力所在。因此理論基礎做進一步研究，包括微結構學、微動力學、微流體力學、微摩擦學、微熱力學、微電子學、微光學和微生物學等。

技術基礎：基于與傳統機電系統在理論基礎上的差異，它所涉及的技術基礎研究也與傳統機電系統不同。主要涉及到的研究領域有：微系統設計技術、微系統材料、復雜可動結構微細加工、微裝配與封裝、微測量、微系統的集成與控制和微宏接口等技術。

設計技術：主要研究設計方法其中計算機輔助設計是有力工具。計算機技術的進步使技術在器件的設計中得到了廣泛應用有限元分析技術可以預測和模擬器件的靜態和動態性能。設計應包括：器件模擬、系統校驗、封裝、優化、掩模板設計和過程規劃等還應建立混合的機械、熱和電氣的耦合模型。但是設計技術又不同于常規的機電系統設計，這是由于當機械的尺寸縮小時，由于表面的摩擦力增加可能會導致建模分析時會遇到許多機械本身無法工作。因此，進行新的問題，在實踐中要開發快速的計算表面作用力算法、宏模型的建立、多物理場耦合分析等，并且可以采用等軟件。進行耦合場的分析等.

MEMS材料

MEMS材料包括用于敏感元件和致動元件的功能材料、結構材料和智能材料，材料應具有良好機械、電氣性能和適合微細加工的新材料。中使用的結構材料通常是以硅為主體的半導體材料;功能材料包括壓電材料、超磁致材料、光敏材料等;智能材料以形狀記憶合金為主。此外還有玻璃、陶瓷等材料及其力學分析是設計的重要方面，其研究的關鍵問題包括材料及物理性能的研究和結構的力學分析與失效研究等。

MEMS的制造工藝是的核心技術，也是研究領域中為活躍的部分，加工器件的技術目前主要有以下三種。面向MEMS 的微細加工技術是在集成電路的基礎上形成，先后有了超精密機械加工、深反應離子刻蝕、LIGA及準LIGA技術和分子裝配技術等。其加工手段包括電子束、離子束、光子束、原子束、分子束、等離子、超聲波、微波、化學和電化學等。MEMS研究已從基礎研究領域進入開發使用階段，目前，MEMS的應用研究對象主要包括微構件、微傳感器、微執行器、MEMS專用器件及系統等。這些研究成果的應用領域很廣，涉及到信息通訊、汽車工業、生物醫學和航空航天等。因此MEMS技術有著廣泛的應用前景。

MEMS加工技術

如前所述，加工技術主要分為三種，分別以美國為代表集成電路技術、日本以精密加工為特征的MEMS 技術和德國的LIGA技術.

第一種是以美國為代表的硅基技術，它是利用化學腐蝕或集成電路工藝技術對硅材料進行加工，形成硅基器件。這種方法可與傳統的工藝兼容，并適合廉價批技術量生產，已成為目前的硅基主流.各向異性腐蝕技術就是利用單晶硅的不同晶向的腐蝕速率存在各向異性的特點而進行腐蝕技術，其主要特點是硅的腐蝕速率和硅的晶向、攙雜濃度及外加電位有關。它靠調整器件結構，使它和快腐蝕的晶面或慢腐蝕的晶面方向相適應，利用腐蝕速度依賴雜質濃度和外加電位這一特性可以實現適時停止腐的精密三維結構。固相鍵合技術就是不用液態粘連劑而將兩塊固體材料鍵合在一起，且鍵合過程中材料始終處于固相狀態的方法。主要包括陽極鍵合靜電物理作用和直接鍵合兩種。陽極鍵合主要用玻璃鍵合，可以使硅與玻璃兩者的表面之間的距離達到硅分子級。直接鍵合技術依靠化學鍵主要用于硅硅鍵合，其大特點是可以實現硅一體化微機械結構，不存在邊界失配的問題。表面犧牲層技術由美國加州大學分校開發出來的，它以多晶硅為結構層，二氧化硅為犧牲層。表面犧牲層技術與集成電路技術為淀積的基礎上，利用光刻、腐蝕等相似，其主要特點是在薄膜:常用工藝制備微機械結構，終利用選擇腐蝕技術釋放結構單元，獲得可動結構。成功的表面犧牲層技術目前采用多晶硅薄膜作結構材料、二氧化硅薄膜作犧牲層材料，該工藝為薄膜工藝，大的優點是容易將機械結構與處理電路批量集成制造。

第二種是以日本為代表的利用傳統機械加工手段，用大機器制造小機器，再用小機器制造微機器的方法。此加工方法可以分為兩大類：超精密機械加工及特種微細加工。超精密機械加工以金屬為加工對象，用硬度高于加工對象的工具，將對象以下。此材料進行切削加工，所得的三維結構尺寸可在技術包括鉆石刀具微切削加工、微鉆孔加工、微銑削加工及微磨削與研磨加工等。特種微細加工技術是通過加工能量的直接作用，實現小至逐個分子或原子的切削加工。特種加工是利用電能、熱能、光能、聲能及化學能等能量形式。常用的加工方法有：電火花加工、超聲波加工、電子束加工、激光加工、離子束加工和電解加工等。超精密機械加工和特種微細加工技術的加工精度已達微

左右的齒輪等微機米、亞微米級，可以批量制作模數僅為械元件，以及其它加工方法無法制造的復雜微結構器件。

第三種是以德國為代表的 LIGA技術，它是利用X 射線光刻技術，通過電鑄成型和鑄塑工藝，形成深層微結構的方法。LIGA技術可以加工各種金屬、塑料和陶瓷等材料，得到大深寬比的精細結構，其加工深度可達幾百微米。LIGA技術與其它立體微加工技術相比有以下特點：可制作高度達數百至1000UM，深寬比可大于200 ，側壁·可平行偏離在亞微米范圍內的三維立體微結構;