为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划mems材料的强度极限MEMS技术发展综述施奕帆摘要：对于MEMS技术进行简要的介绍，了解其诞生与发展，所涉及的学科领域，目前的研究成果以及在生活、军事、医学等方面的应用。目前MEMS在我国的发展已取得一定成果，在21世纪可以有更大的突破，其未来在材料、工艺、微器件、微系统方面也具有巨大的发展空间。关键词：MEMS、传感器、微制造技术一、MEMS简介微机电系统(microelectromechanicalsystem，MEMS)是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，其起源可以追溯到20世纪5060年代，最初贝尔实验室发现了硅和锗的压阻效应，从而导致了硅基MEMS传感器的诞生和发展。在随后的几十年里，MEMS得到了飞速发展，1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60120m的硅微型静电电机；19871988年，一系列关于微机械和微动力学的学术会议召开，所以20世纪80年代后期微机电系统一词就渐渐成为一个世界性的学术用语，MEMS技术的研究开发也成为一个热点，引起了世界各国科学界、产业界和政府部门的高度重视，经过几十年的发展，它已成为世界瞩目的重大科技领域之一。二、MEMS涉及领域及作用MEMS技术涉及电子工程、机械工程、材料工程、物理学、化学以及生物医学等学科。MEMS开辟了一个新的技术领域，它的研究不仅涉及元件和系统的设计、材料、制造、测试、控制、集成、能源以及与外界的联接等许多方面，还涉及微电子学、微机构学、微动力学、微流体学、微热力学、微摩擦学、微光学、材料学、物理学、化学、生物学等基础理论三、MEMS器件的分类及功能目前，MEMS技术几乎可以应用于所有的行业领域，而它与不同的技术结合，往往会产生一种新型的MEMS器件。根据目前的研究情况，除了进行信号处理的集成电路部件以外，MEMS内部包含的单元主要有以下几大类：微传感器：主要包括机械类、磁学类、热学类、化学类、生物学类等。其主要功能是检测应变、加速度、速度、角速度、压力、流量、气体成分、湿度、pH值和离子浓度等数值，可应用于汽车、航天和石油勘探等行业。微执行器：主要包括微马达、微齿轮、微泵、微阀门、微开关、微喷射器、微扬声器、微谐振器等，其功能是利用不同原理与执行机构来产生力并实现位移。微型构件：作为小型或微型机器和设备的构成部分，主要包括微膜、微梁、微探针、微齿轮、微弹簧、微腔、微沟道、微锥体、微轴、微连杆等。微机械光学器件：即利用MEMS技术制作的光学元件及器件，目前制备出的微光学器件主要有微镜阵列、微光扫描器、微光阀、微斩光器、微干涉仪、微光开关、微可变焦透镜、微外腔激光器、光编码器等。真空微电子器件：它是微电子技术、MEMS技术和真空电子学发展的产物，是一种基于真空电子输运器件的新技术，采用已有的微细加工工艺在芯片上制造集成化的微型真空电子管或真空集成电路。目前主要包括场发射显示器、场发射照明器件、真空微电子毫米波器件、真空微电子传感器等。由于电子输运在真空中进行，因此具有极快的开关速度、非常好的抗辐照能力和极佳的温度特性。电力电子器件：主要是利用MEMS技术制作并用于特殊场合的电力电子器件，包括垂直导电型MOS器件、V型槽垂直导电型MOS器件等各类高压大电流器件。四、MEMS应用目前，MEMS在光信号处理、生物医学、机器人、汽车、航空、航天、军事和日用电器等领域已得到广泛的应用，并有巨大潜在的应用前景和经济效益。1MEMS在军事上的应用MEMS因其小、轻、廉价、功能强的特点在军事上获得了广泛的应用，包括：武器制导和个人导航芯片上的惯性导航组合、超小型、超低功率无线通信的机电信号处理、军备跟踪、环境监控、安全勘测的无人值导分布式传感器系统、小型分析仪器、推进和燃烧控制的集成微流量系统、武器安全、保险和引信、有条件保养的嵌入式传感器和执行器、高密度、低功耗的大规模数据存储器件、敌友识别系统、显示和光纤开关的集成微光学机械器件、飞机分布式空气动力学控制和自适应光学的主动、共形表面等在日常生活中的应用日常生活中经常可以看到MEMS的身影，例如任天堂的Wii手柄采用了ST的3轴加速度传感器、智能手机在很多应用中使用MEMS技术，比如保龄球、高尔夫等运动游戏。数码相机触碰式LCD显示屏、MEMS麦克风、GPS辅助导航、喷墨打印机的喷墨头、玩具、硬盘跌落保护、MEMS微型投影仪等。在生化、医学上的应用MEMS在医学上有着微型特别适合体内、细胞尺度的优势，目前其在医学上发挥的作用有：替代器官植入是指微型化的器件或器件组合，把电子功能与机械的、光学的或其他的功能形结合的综合集成系统，采用微型结构，使之能在极小的空间内达到智能化的功效。MEMS是MicroElectroMechanincalSystem的缩写，即微机电系统，专指外形轮廓尺寸在毫米级以下，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、控制和处理的微型机电装置。微机电系统主要特点在于：体积小、精度高、质量轻;(2)性能稳定、可靠性高；能耗低，灵敏度和工作效率高；多功能及智能化;可以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主要发展趋势，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”结构和灵巧武器中。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，并显著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个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。2.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：利用合适的化学试剂先将未被光刻胶覆盖的晶体部分氧化分解，然后通过化学反应使一种或多种氧化物或络合物溶解来达到去除目的，包括化学腐蚀和电化学腐蚀。干法刻蚀：利用辉光的方法产生带电离子以及具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应达到光刻图形转移到晶片上的技术。包括离子溅射刻蚀，等离子反应刻蚀等。异同点：两者都是选择性的清除薄膜层上无遮蔽部分的工艺过程，通过刻蚀形成体硅微结构。但湿法刻蚀采用化学腐蚀的工艺方法，而干法刻蚀采用的是物理腐蚀的工艺方法。此外，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结构。(通过光刻工艺在光刻胶上产生图形以后，光刻胶下面的薄膜通常采用刻蚀的方法得到图形。在微电子技术中，刻蚀包括湿法和干法。)湿法刻蚀通常是指化学刻蚀，它是利用材料和刻蚀液的化学反应进行加工的，适用于几乎所有的金属、玻璃、塑料等材料的大批量加工，也适用于硅、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，是应用范围很广的重要技术。干法刻蚀是利用活性气体与材料反应而生成挥发性化合物来进行的加工，包括离子刻蚀、等离子刻蚀、反应等离子刻蚀等，它是今后微电子技术中一种非常有用的刻蚀方法。湿化学法或溶液刻蚀法会产生一些问题，如光刻胶置于加热的酸液中，常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，这对于刻蚀亚微米其次，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不足。3.光刻的整个过程。光刻是一种图形转移技术，利用辐照的方法将掩膜板上的图形转移到光敏材料上，其过程主要有：掩膜板制作、基底表面预处理、涂胶、曝光、显影和坚膜、去胶烘干。4.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，有被选择地保留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、结构层、掩膜层和牺牲层。化学气相沉积：利用含有薄膜材料的气态物质在热固体表面进行化学反应，生成固态薄膜的方法。主要包括：常压化学气相沉积、低压化学气相沉积和等离子增强化学气相沉积。物理气相沉积：在真空条件下，利用物理方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。主要包括：真空蒸镀、溅射蒸镀、离子蒸镀等。电化学沉积和化学沉积：利用电镀或电沉积。被镀件作为阴极，溶液一般含有所要沉积金属离子的水基电解液。主要应用：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、超导材料以及各种半导体材料生成的薄膜具有独特的物理、化学和光、机、电等性能。薄膜的厚度可以小至微米或纳米级，若将不同的基片材料与相应的膜系结合起来可构成微传感等功能复杂的微机械器件。目前，多种薄膜材料已经被用于微机械传感器，包括高质量的绝缘体，导体、半导体等。通常，CVD膜具有低能耗、应力好等优点，因而应用较为普遍。其它一些金属、压电材料和热电材料等也用于微传感器。5.体硅加工和面硅加工的主要加工方法、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。体硅加工方法：湿法刻蚀、干法刻蚀、干湿混合刻蚀。湿法刻蚀：将被腐蚀材料先氧化，然后由化学反应使其生成一种或多种氧化物再溶解。干法刻蚀：物理作用为主的离子溅射和化学反应为主的反应离子腐蚀兼有的反应溅射。过程：腐蚀性气体粒子的产生；粒子向衬底的传输；衬底表面的腐蚀；腐蚀反应物的排除。干湿混合刻蚀：制造波导等新的微结构装置。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刻蚀面硅加工方法：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结构表面硅加工技术的关键是硅片表面结构层和牺牲层的制备和腐蚀，以硅薄膜作为机械结构。这种工艺可以利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。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。6.键合的概念，有几种形式，有何用途键合是将两片或多片加工好的、具有不同的结构、材料的芯片连接成一个完整微系统的技术手段，是微系统封装技术的重要组成部分。键合技术按界面材料的性质，可分为两大类：硅/硅基片的直接键合和硅/硅基片的间接键合，后者又可扩展到硅/非硅材料或非硅材料之间的键合。最常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