1、關于微機電系統(tǒng)的學習第一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月引 言信息系統(tǒng)微型化系統(tǒng)體積大大減小性能、可靠性大幅度上升功耗和價格大幅度降低信息系統(tǒng)的目標：微型化和集成化微電子解決電子系統(tǒng)的微型化非電子系統(tǒng)成為整個系統(tǒng)進一步縮小的關鍵第二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月機械部分傳感執(zhí)行控制部分電子學MEMS微電子學第三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月MEMS技術從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機電系統(tǒng)MEMS技術是一種多學科交叉的前沿性領域，它幾乎涉

2、及到自然及工程科學的所有領域，如電子、機械、光學、物理學、化學、生物醫(yī)學、材料科學、能源科學等第五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月MEMS 微小型、智能、集成、高可靠MEMS是人類科技發(fā)展過程一次重大的技術整合微電子技術、精密加工技術、傳感器技術、執(zhí)行器技術微小型化、智能化、集成化、高可靠性MEMS能夠完成真正意義上的微小型系統(tǒng)集成在芯片上實現(xiàn)了力、熱、磁、化學到電的轉變MEMS極大地改善了人類生活的質量大批量、低成本的傳感器生產(chǎn)方式給人們更多的保護MEMS將會帶動一個充滿活力的產(chǎn)業(yè)迅速成長不是鋼鐵、汽車、微電子，而是微系統(tǒng)第六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月ADI公司生產(chǎn)

3、的微加速度機MEMS芯片第七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月MEMS在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景微慣性傳感器及微型慣性測量組合能應用于制導、衛(wèi)星控制、汽車自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(tǒng)(ABS)、穩(wěn)定控制和玩具微流量系統(tǒng)和微分析儀可用于微推進、傷員救護MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、高密度存儲和顯示、光譜分析、信息采集等等已經(jīng)制造出尖端直徑為5m的可以夾起一個紅細胞的微型鑷子，可以在磁場中飛行的象蝴蝶大小的飛機等MEMS技術的應用第八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月MEMS技術的應用空間應用用作運行參

4、數(shù)測量的微加速度計已進行了地面輻照實驗，正在進行飛行搭載實驗微陀螺、微推進和微噴管等微系統(tǒng)基礎研究通信方面光通信正在向有光交換功能的全光通信網(wǎng)絡方向發(fā)展無線通信則要求增強功能（如聯(lián)網(wǎng)等）和減小功耗。包括美國朗訊公司在內的一些公司和大學正在研究全光通信網(wǎng)用的微系統(tǒng)及無線通信用射頻微系統(tǒng)第九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月MEMS技術的應用在生物醫(yī)學方面，將光、機、電、液、生化等部件集成在一起，構成一個微型芯片實驗室，用于臨床醫(yī)學檢測，為醫(yī)生甚至家庭提供簡單、廉價、準確和快捷的檢測手段光顯示、高密度存儲、汽車、國防等微系統(tǒng)第十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月MEMS技術的應用美

5、國提出的硅固態(tài)衛(wèi)星的概念圖，這個衛(wèi)星除了蓄電池外，全由硅片構成，直徑僅15cm第十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月MEMS技術的歷史微系統(tǒng)是從微傳感器發(fā)展而來的，已有幾次突破性的進展70年代微機械壓力傳感器產(chǎn)品問世80年代末研制出硅靜電微馬達90年代噴墨打印頭，硬盤讀寫頭、硅加速度計和數(shù)字微鏡器件等相繼規(guī)?；a(chǎn)充分展示了微系統(tǒng)技術及其微系統(tǒng)的巨大應用前景第十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月MEMS技術MEMS用批量化的微電子技術制造出尺寸與集成電路大小相當?shù)姆请娮酉到y(tǒng)，實現(xiàn)電子系統(tǒng)和非電子系統(tǒng)的一體化集成從根本上解決信息系統(tǒng)的微型化問題實現(xiàn)許多以前無法實現(xiàn)的功能今天的

6、MEMS與40年前的集成電路類似，MEMS對未來的社會發(fā)展將會產(chǎn)生什么影響目前還難以預料，但它是21世紀初一個新的產(chǎn)業(yè)增長點，則是無可質疑的第十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月研究領域理論基礎：隨著MEMS尺寸的縮小，有些宏觀的物理特性發(fā)生了改變，很多原來的理論基礎都會發(fā)生變化，如力的尺寸效應、微結構的表面效應、微觀摩擦機理等等，微動力學微流體力學微熱力學微摩擦學微光學微結構學第十四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月研究領域技術基礎：設計、工藝加工(高深寬比多層微結構)、微裝配工藝、微系統(tǒng)的測量等。應用研究：如何應用這些MEMS系統(tǒng)也是一門非常重要的學問。人們不僅要開發(fā)各種

7、制造MEMS的技術，更重要的是如何將MEMS器件用于實際系統(tǒng)，并從中受益。第十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月MEMS的分類微傳感器：機械類：力學、力矩、加速度、速度、角速度(陀螺)、位置、流量傳感器磁學類：磁通計、磁場計熱學類：溫度計化學類：氣體成分、濕度、PH值和離子濃度傳感器生物學類：DNA芯片第十六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月MEMS的分類微執(zhí)行器：微馬達、微齒輪、微泵、微閥門、微開關、微噴射器、微揚聲器、微諧振器等微型構件：微膜、微梁、微探針、微齒輪、微彈簧、微腔、微溝道、微錐體、微軸、微連桿等微機械光學器件：微鏡陣列、微光掃描器、微光閥、微斬光器、微干涉儀

8、、微光開關、微可變焦透鏡、微外腔激光器、光編碼器等第十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月MEMS的分類真空微電子器件：它是微電子技術、MEMS技術和真空電子學發(fā)展的產(chǎn)物，具有極快的開關速度、非常好的抗輻照能力和極佳的溫度特性。主要包括場發(fā)射顯示器、場發(fā)射照明器件、真空微電子毫米波器件、真空微電子傳感器等電力電子器件：包括利用MEMS技術制作的垂直導電型MOS(VMOS)器件、V型槽垂直導電型MOS(VVMOS)器件等各類高壓大電流器件第十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月MEMS制造工藝第十九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月大機器加工小機器，小機器加工微機器微機械

9、用微電子加工技術MEMS系統(tǒng)X光鑄模+壓塑技術(LIGA)從頂層向下從底層向上分子和原子級加工國防、航空航天、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、汽車都有廣泛應用。2000年有120-140億美元市場 相關市場達1000億美元2年后市場將迅速成長MEMS微系統(tǒng)第二十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月MEMS制造工藝大機械制造小機械，小機械制造微機械日本為代表LIGA工藝Lithograpie(光刻)、Galvanoformung(電鑄) Abformung(塑鑄)德國為代表硅微機械加工工藝：體硅工藝和表面犧牲層工藝美國為代表第二十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月LIGA工藝第二十二張，PP

10、T共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月硅MEMS工藝化學腐蝕高深寬比深槽刻蝕鍵合第二十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月體硅工藝第二十四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月表面犧牲層工藝表面犧牲層與CMOS工藝集成結構單獨制造，靈活性較大靈敏度高、寄生小、體積小簡化封裝和組裝，可靠性高加工工藝復雜，成品率較低工藝兼容的材料種類較少電路工藝與結構加工工藝交替進行先加工電路，后加工結構先加工機械結構，再加工電路第二十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月幾種重要的MEMS器件第二十六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月MEMS器件慣性MEMS器件加速度計陀螺壓力傳感器光學M

11、EMS器件微光開關微光學平臺微執(zhí)行器微噴微馬達生物MEMS器件其它第二十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月加速度計 壓阻式加速度計電容式加速度計壓電式加速度計慣性器件第二十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月慣性器件第二十九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月電容式微加速度計第三十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月光學MEMS器件定義Optical Transducers，MOEMS, Optical MEMS分類傳統(tǒng)的光傳感器、轉換器光傳感、成像、發(fā)光器件（光電子）利用光進行傳感的器件位置傳感器、光譜儀、DNA芯片利用微機械加工方法形成的器件傳統(tǒng)器件的新生命新

12、型器件第三十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月傳統(tǒng)的光傳感器光傳感方式成像系統(tǒng)(Imager)CCDCMOS發(fā)光系統(tǒng)LED半導體激光器等離子生物發(fā)光光調節(jié)器第三十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月發(fā)光器件場發(fā)射（FEDs）未來的顯示設備(FPD)第三十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月新器件組件微鏡MirrorSupportStructureSubstrate HingesTorsion Hinges1st DOF2nd DOFForce-redirecting Linkage第三十四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月各種光學元器件透鏡、波帶片、濾波器、光

13、柵及各種致動機構新器件組件第三十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月微光學系統(tǒng)微光學工作臺（Micro Optical Bench）第三十六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月微型顯示陣列（光調制器）數(shù)字鏡面顯示（DMD）原理改變反射方向第三十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月DMD應用第三十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月DMD應用第三十九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月光開關 微機械1X4光開關微機械1X8光開關第四十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 微機械22光開關 微機械2 2光開關光開關第四十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于202

14、2年6月光纖固定結構V形槽各種卡緊結構第四十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月光柵及光柵光譜儀原理不同類型的光柵第四十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月新器件組件線性馬達第四十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月弧形梳齒原理應用靜電第四十六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月靜電旋轉馬達原理第四十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月美國噴氣推進實驗室(JPL)展示的采用MEMS技術的電阻電熱式微推進器樣機（液體氣化方式）。微推進器由薄膜加熱器、微型噴口等組成。其性能目標為：比沖75125s，推力0.5m

15、N，功率 5W，效率50%，質量為幾克，大小為1cm2。微推進器第四十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月美國噴氣推進實驗室(JPL)展示的采用MEMS技術的電阻電熱式微推進器樣機(固體升華方式)。微推進器由推進劑出貯箱、微閥、微過濾器、微型噴口等組成，微型噴口利用MEMS技術中的體硅工藝制作。其性能目標為：比沖5075s，推力0.5mN，功率 2W/mN，質量為幾克，大小為1cm2。微推進器第四十九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月美國TRW公司、航空航天公司和加州理工學院（CIT）組成的研究小組提出了一個“數(shù)字推進概念”方案。硅片上有集成電路來開啟和控制每個微推進器。整個推進系統(tǒng)還可充當衛(wèi)星的散熱器，以進一步減小衛(wèi)星的有效載荷。制作方法可以用目前已成熟的MEMS及LIGA技術。圖為他們于99年初發(fā)表了35陣列的電阻電熱式微推進器樣機。微推進器第五十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月新概念的微型雙組元火箭發(fā)動機結構圖 組成: 由5到6片芯片疊在一起，內有混合燃燒室、噴口噴管、兩個泵和兩個閥以及冷卻管道的多器件集成系統(tǒng)。用液態(tài)氧和乙醇作燃料 性能：能產(chǎn)生15N的推力，推力重量比達 1500:1，是大火箭推進器的10100倍，反映了微系統(tǒng)的潛力微推進器第五十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月結 束 語第五十二張，PP