MEMS结构与工艺课程总结,卢德江 djlumail.xjtu.edu.cn,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,国际电技术委员会 （International Electrotechnical Commission) “微系统是微米量级内的设计和制造技术。它集成了多种元件，并适应于以低成本大量生成。,综合表述： MEMS是由微加工技术制备，特征结构在微米尺度（1m1mm）的，集成有微传感器、微致动器、微处理与控制单元的微系统。,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,MEMS结构与工艺课程,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,a、微结构材料的物理特性与宏观材料有所不同。,b、在常规系统中常被忽略的表面力在MEMS中占据主导作用。,c、在微尺度下，摩擦超过了惯性对运动的影响。,d、微结构的热消散能力（L1 L2 ）超过了热存储能力（L3） 。,e、毛细作用强烈地影响着微流体。,尺寸效应对MEMS的影响：,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,a、二维或者二维半结构 。,b、几何形状简洁。,e、多采用弹性变形构件来取代运动副 。,c、单晶硅结构可能受晶向的限制 。,f、某些MEMS器件具有进行自装配的工艺结构。,d、方便地制作成阵列的形式,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,曝光,显影,后续加工, Silicon Process developed in IC Physical properties of Silicon based materials are good enough to mechanical applications.,Why Silicon?,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,微型机电系统课程,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,MEMS结构与工艺课程,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,Institute of Precision Engineering, XJTU,MEMS结构与工艺课程,Institute of Precision Engineering, XJTU,MEMS结构与工艺课程,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,Step coverage (%) = (ts/tn) x 100%,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,How about an Etching?,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,RE = Y/T,AE = 1- X/Y,MEMS结构与工艺课程,t0,t1,d,SE = d/(t0-t1),西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,MEMS结构与工艺课程,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,等离子体刻蚀（干法刻蚀）的优点： (a) 更易控制，重复性好。 对晶圆表面温度不敏感。 对晶圆的晶向没有依赖性。 适于刻蚀尺寸较小的结构。 (e) 颗粒污染很少。 (f) 不产生化学废液。,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,Ion,Volatile,Neutral,Volatile,ion,Neutral,Volatile,ion,Neutral,Volatile,Inhibitor,a) Sputtering Etching,b) Chemical Etching,c) Ion Induced Etching,d) Inhibitor-driven Ion Assistant Etching,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,C) Bosch 工艺(深刻蚀),MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,D) 低温刻蚀技术,MEMS结构与工艺课程,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,Institute of Precision Engineering, XJTU,MEMS结构与工艺课程,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University, LIGA VS Silicon Micromachining 1、LIGA相比硅微工艺而言，能够制备更大深刻比的结构。 2、硅微工艺所加工的材料主要是硅和硅基材料，LIGA制备的结构则可以是金属、陶瓷、塑料等。 3、硅微工艺与IC制造流程兼容，因而可以实现片内机电集成，而LIGA不可以。 4、LIGA需要同步辐射光源，工艺过程昂贵；而硅微工艺继承了IC制造的技术和设备，加工成本较低。,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,MEMS结构与工艺课程,西安交通大学精密工程研究所 Institute of Precision Engineering, Xian Jiaotong University,MEMS结构与工艺课程,