周震；三、課程- MOEMSMOEMSMOEMS四、課程講授與考 四、課程講授與考-專業(yè)-課內(nèi)外比例為1：0.5，要求學生完成必要的文獻 閱讀五、主要參考微光機電系統(tǒng)（MOEMS）， ，2006年社，2005年版社，2006 2007FundamentalsofMicrofabrication,MarcMadou,CRC微傳感器與微執(zhí)行器全書(MicromachinedtransducersSourcebook)，GregoryT.A.KOVACS（美）著， 8.微系統(tǒng)設(shè)計，StephenDSenturia（美）著，劉澤文等譯電子工 我 址：光電所 -E- WhatWhatisWhyHow1 human1 beetle1 headlouse100 hair10 bloodcells1 bacteria10010 ICfeatures1 0.1-0.3nmatom RichardP.Feynman在“在底層大有作為” There’sPlentyofRoomatthe…I’dliketodescribeafield,inwhichlittlehasbeendone,butinwhichenormousamountcanbeRF：FeynmanRP.ThereisPlentyofRoomattheBottom[J]EngineeringandScience,1960Richard“There’sPlentyofRoomatthe1982年國際商業(yè)機器公司 的兩位專家GerdBinnig教授和Rohrer博士研制出掃描隧道顯微鏡--STM，獲得1986年 STM能獲得物質(zhì)表面原子量級尺寸分辨率的圖象，還可用作 1990 1993 1985年Fullerene富勒烯結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)，RobertF.Curl,Jr.,SirHaroldW.KrotoRichardESmalley因此獲1996年化學獎19910 碳納米石 MicrofabricationMicrofabricationandHistory：History：1960s－1980sHistory：History：1960s－1980sHistory：History：1990sADXLADXLDigitalDigitalLightProcessor(DLP),OpticalOpticalRFRF開始顯現(xiàn)IC技術(shù)的吞噬效名詞和術(shù)語－什么是MEMSMEMS：MicroElectroMechanical(微機電系統(tǒng) MicroMachine(微機器 MicroSystems微系統(tǒng)、歐洲 一類新產(chǎn)品（Physical法學（AWhatWhatis什么是MEMS什么是MEMS RichardS.MullerUCB,Berkeley,CA,USA

世界上第一臺靜電驅(qū)動的微機械馬達轉(zhuǎn)子直徑60--120μm的硅微靜電電 micromotors,Sensors&Actuators,20WhatWhatisMEMS?-微小機WhatWhatisMEMS?-Whatis微光機電系統(tǒng)（MOEMSMicro-opto-mechanicalsystem，Optical-區(qū)別：加了 -定義2：微光機 系

Micro--Micro-opto-elro-Ocanical光機電等多元件 c-ncsMicro-Elcrilectronics-Micro-opto-elrphanicalMicro-Micro-

什么是MEMS什么是MEMS多學科性什么是MEMS什么是MEMS多學科性MEMS:MultiDisciplinaryMicro- 微機構(gòu)Micro- 微動力Micro- 微電子Micro- 微光Micro- 微流Micro- 微熱力Micro- 微摩擦什么是MEMS的多樣性微傳感微執(zhí)行微系… InertialMEMS（慣性O(shè)pticalMEMSMOEMS（光RFMEMS（射頻BioMEMS（生物ChemicalMEMS（化學 PowerMEMS（能源 …什么是MEMS什么是MEMS－制造是基礎(chǔ) 公司的創(chuàng)始人之一GordonE.Moore 集成電路的集成度每三年增長四特征尺寸每三年縮小√2 ICto沿用了大量集成電路制造技繼承了集成電路大批量、低成本、集成化的優(yōu)什么是MEMS什么是MEMS的加工技術(shù)SurfaceBulkLIGA/SLIGA,LIGA-Wafer--Micro--3-D--Laser 3 納機電系統(tǒng)（NanoElectromechanicalSystems, 納機械結(jié)齒輪納米管形成環(huán)的SEM納米管放在三個電極上的AFM

圓環(huán)電接觸的碳納米 術(shù)，可配軸并過地基、納米條等基本械結(jié)。納管之有強的支力，以利單層米形成環(huán)納米彈簧可曲納管的變1/是納管曲率徑與納的粘能納米管 長度正比相互消對于長3微米納米，均環(huán)的徑，并。（BM)

度

量 隧道效應示意STMScanningTunnellingMicroscope表面成像和納米結(jié) 的工具 ，成為一種微加工技術(shù) 3、STM和AFM的探針就可以認為是納米世界研究的理想的微機械工為了減少線寬，發(fā)展了一些新的技術(shù)13n收，要采用特殊的鏡片和掩膜；3、近X線光刻。近X光波長為0.6—1.4nm，要用同 的士兵，其能力將大為提高。因此，MEMS/NEMS自國防部為保持連續(xù)的軍事技術(shù)優(yōu)勢，發(fā)TechnologyOffice）更名為MTO（MicrosystemsTechnologyOffice，微系統(tǒng)技術(shù)部）。這一變化表明MEMS

MEMS

國防部與MEMS行業(yè)協(xié)作關(guān)系 電涂料的顏色。這種納米靜電涂料不但有很好的靜電特性，而且也克服了碳黑靜電涂料只有單一---可折疊的平面顯示系統(tǒng)，它的亮度現(xiàn)在的大100倍。如：碳納米管的通產(chǎn)省物質(zhì)工學工業(yè)技術(shù)、三重大學、伊勢電子公司聯(lián)合試制出采用碳納米管的壁掛電視，日前在筑波科學通產(chǎn)省物質(zhì)工學工業(yè)技術(shù) 通利用納米陣列信號處理器可制作微型（手表或助大小 成化和微小化，可以增強系統(tǒng)的先進性和提高對戰(zhàn)場情況 釋放的紅外線大致46中紅段果不個頻的行 很容易非常敏的紅外探器所現(xiàn)，尤是在到 某納米粒具很強收中外頻特性納米2O3、、納T、納米Si2和納米e2O3復合粉具有種功能納還一個就對 紅外線強吸作就可加保暖作用，減輕衣服的重。納米陶瓷的活性高、韌性好，用于渦輪發(fā)動機的高溫部件，可使發(fā)動機效率、工作和可靠性得到提高；用于的復合，可提高抗彈能力；用于速射的 --利用納米材料的高斷裂韌性和耐沖擊度約比其纖維強度200是納管以受約100裂這結(jié)比似纖高個量。。一現(xiàn)能使用納管為強料的合料可用超輕 背和 。核電研究人員稱，納米碳管優(yōu)異的導熱性能將使它成為今后計算 導熱板，也可用作發(fā)納米技術(shù)將給醫(yī)學帶來：納米級粒子將使藥物在人入后可主動搜索并癌細胞或修補損傷組織；在人工外面涂上納米粒子可預防移植后的排異反應；使用將來納米級機器人可遨游于微觀世界，隨時清除人康，而且延長。WhyHowWhyHowWhyWhy-TheIntrinsicMicroelectronicsMassFabricationwith力的尺度的冪Why-TheIntrinsicWhy-TheIntrinsic WhatisWhyHow-DesignPhilosophyof例（1例（1）--例（2例（2）--例（3）--數(shù)字微例（3）--數(shù)字微例（4例（4）--例（5例（5）—例（6例（6）--例（7例（7）--Power正在性增長，因此必須構(gòu)筑光網(wǎng)絡(luò)，儀器科學技術(shù)發(fā)展的重要方向。MOEMSMOEMSbringstoYouThankyouforyourMOEMS器件微制造技主要內(nèi)微電子制造技術(shù)引論二．單項工藝的原理及應用薄膜工藝（物理淀積：蒸發(fā)和濺射；化學氣相淀積；延生長圖形轉(zhuǎn)移工藝（光學光刻；非光學光刻技術(shù)；刻蝕熱處理和離子注入（擴散；熱氧化；離子注入；熱處理 三．工藝集CMOS工藝技Ⅲ-Ⅴ族半導體化合物工藝技MEMS/MOEMS四．微電子/光電子制造技術(shù)發(fā)展的規(guī)律及趨本章節(jié)的對微電子工藝的整體有一個比較全面的認熟悉幾種典型光電子器件的關(guān)鍵制作如何根據(jù)工藝特點設(shè)工藝創(chuàng) 地微電子集成電IntegratedCircuit，縮寫封封裝好的集A

B硅單晶片與加工好的集集成的顯64MSDRAM（華虹NEC生產(chǎn)面積5.89×9.7=57mm21個IC中含有1.34億只晶體100頭發(fā)絲粗

(皮膚細胞的大小1m(晶體管的大小 集成電路設(shè)計與制造的主要流程框設(shè)掩膜過制過制檢封測單單晶延材+

功能功能行為設(shè)計行為是否時序是布局布線——后仿SignSign—設(shè)計業(yè)

集成電 設(shè)計過程框 From吉利久教空氣空氣（MEMS可調(diào)諧探測器）的例n電極Gn電極GaAndope695A10AlGandope802A108paGaAndope695A10AlGandope802A10GaAndope695A10AlAsundope14700Ap電極GaApdope1390A5×1019i-GaAsundope1300Ai-InGaundope70A6pai-GaAundope100Ai-InGaundope70Ai-GaAundope1100AAlGandope802A1~3×1018GaAsndope695A1~3×101823paAlGandope802A1~3×1018GaAndope695A1~3×10185000AGaAs buffelay1~3×1018NtypeGaAssubstratn電極光刻及腐選擇性腐蝕形成空氣晶體管的發(fā)理論推量子材料需求牽引：二戰(zhàn)期 的需晶體管的發(fā)1946年1月，Bell 正式成立半導體研究小組,W.Schokley，J.BardeenW.H.Bardeen提出了表面態(tài)理論，Schokley給出了實現(xiàn)放大器的基本設(shè)想， 年月日，第一次觀測到了具年月日NPNGe晶體管W.J.W.

獲得1956Nobel晶晶體管的三位發(fā)明人：巴丁、肖克萊、布拉集成電路的發(fā)1952年5月，英國科學家G.W.A.Dummer第一次提出了集成電路1958年，是電子學器件由分立轉(zhuǎn)向集成的轉(zhuǎn)折點。這一年，以德克薩斯儀器公司的科學家基爾比(JackKilby)為首的研究小組研制出了世界上第一塊集成電路，并于1959年公布了該結(jié)果。揭開了

2000物理學獲得2000年Nobel1958年第一塊集成電路：TI公司的Kilby，12個器件，Ge晶 ，RobertNoyce,FairchildCamera,1961微電子發(fā)展史上的幾個里1967年Kahng、S.Sze——非揮 1968年Dennard——單晶體管1971年 公司微處理器——計算機的心 PentiumPentiumⅢ不斷提高產(chǎn)品的性能價格比是2集成電路的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸縮小倍，這就是摩爾定律（由In公司創(chuàng)始人之一GordonE.Moore博士1965年總2從 公司看看摩爾定

~~35000~1800~3200XX5000400030002000 100020003000 體，由高速大容量光線和通訊群以光速 半導 （SIA）預GDP≈50萬電子信30萬相當于1997年全世界GDP電子裝備6-8萬 1

2012

1985-1990世界半導體商品市場份公公司人均IC人均IC>>>地位。90年代以來經(jīng)濟保持持續(xù)高速增長主要得90年代經(jīng)濟的同時，集成電路市場市場份額

市場 市場縮減

è?±??à1ú?·?T???T我 地6060年代后期人均GDP—200- 年 70-80年代大力發(fā)展集成電路90年代IT業(yè)高速發(fā)9797年人均 2020年世界最大的30個市場領(lǐng)域：其中微電子相關(guān)的22個市場：5萬 （NikkeiBusiness（10億（10億個人電腦IC卡移動服務(wù)地面微波廣播DNA磁半導體設(shè)備電子商務(wù)電力網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)墻壁式超薄電視移動系統(tǒng)集成直接家庭醫(yī)療設(shè)備ITS設(shè)互聯(lián)網(wǎng)DNA加工智能傳輸軟件燃油如果我們不發(fā)展集成電路產(chǎn)IT行業(yè)停留在裝配業(yè)水平上，掙的“辛苦 微電子的特微電子學以實現(xiàn)電路和系統(tǒng)的集成為微電子學中的空間尺度通常是以微米(m,1m＝10－6m)和納米(nm,1nm=微電子的特微電子學是一門綜合性很強的邊緣學光子學、生物等。半導體襯晶片 和規(guī)晶格及

晶體 格(crystallattice)。三種常見的立方晶體晶體心立方（bccbodycentered面心立方（fccfacecentered晶向和密勒(Miller)指OP=ua+vb+uv晶向指數(shù)的確定步坐標軸x,y,z,以晶胞點陣矢量的長度作為坐括號，[uvw]即為待定晶向的晶向指數(shù)。晶向指數(shù)的例所指方向相反，則晶數(shù)的數(shù)字相同，但符號相；正交晶系一些重要晶向的晶向指正交晶系一些重要晶向的晶向指示該晶面的指數(shù)，記為(hkl)。密勒指數(shù)的例

以{hkl}表示，它代Si，Ge以及GaAs，InPⅣ族元素決定了Si,Ge晶體中的原子要與最鄰近的四個原子一個FCC晶胞中添加四個原子，即構(gòu) 石結(jié)構(gòu)?？煽闯蓛商譌CC晶格相嵌套而成；其中一個子晶格沿立方體對角線位移1/4對角線長度即重Si，Ge 石結(jié)構(gòu)，GaAs，InP為閃鋅礦結(jié)構(gòu)（原子排布 石結(jié)構(gòu)只是存在兩種不同的原子

晶體缺陷晶格位置缺少一個原子（空位缺陷，vacancy）+（填隙,interstitial）=Frenkel缺陷（本征缺陷點缺陷的特性及對晶體性能的線缺陷（位錯位錯：晶體中原子沿一定晶面發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象刃型位錯(edgedislocation)和螺型位錯(screw

螺型位錯晶體滑向與位SEMimageofascrewandedge位錯的運動：滑移（slip）和攀移位錯的滑移：位錯線沿滑移面的移動刃型位錯的滑螺型位錯的滑位錯的攀移：在正應力作用下，位錯線垂至于滑移面的運動。只有刃型位錯能夠攀移（因為刃型位錯的面缺器件材SiliconGlassQuartzThinSiliconDioxideSiliconNitrideMetalsPolymers單晶目前常見的單質(zhì)單晶生長方法有：（Czochralski）、區(qū)熔法（float-zoneencapsulatedCzochralski）、Bridgman法晶體結(jié)構(gòu)分NorepeatedstructureatSomerepeatedOnerepeatedAmorphousSingle單質(zhì)單晶生長方法介直拉生長法（Czochralski法（Ar）。坩堝加熱至按時間序列顯示的晶錠從熔料中拉出的情區(qū)熔法（float-zone

.Z兩種生長方化合物單晶生長較單質(zhì)單晶生化合物單晶生長方法介

以上因素決定了GaAs晶片要比硅晶片小很12inchGaAsonSillicon(Motorola2001)晶片 和規(guī)“單晶錠→外延晶片”過程關(guān)鍵工藝介 切尾、端面拋晶錠切晶片倒晶片晶片腐蝕液通常都是基于HF-HNO3晶片采用化學機械（ChemicalMechanicalPolishingCMP）方法 薄膜形物理方法擴散離子注入物理蒸發(fā)法真空蒸發(fā)、濺射、離子束法、分子束外延化學方法氧化氣相淀積法低壓化學氣相淀積法（LPCVD）、介質(zhì)等離子體增強化學氣相淀積（PECVD）、金屬有機物化學氣相淀積溶液法、電鍍、化學鍍、陽極氧化機械方法：施傳涂布、噴涂等一．真空蒸發(fā)鍍真空蒸發(fā)鍍膜是最古老的鍍膜方法，目前仍被廣泛應用于金屬或介質(zhì)膜 中晶片裝在高真空通常由擴散泵抽真空主要方電阻加熱（電子加熱（3000)一個強場將高束彎曲，其能射材表面。可特點及影響因真空度，幾何尺寸，材料，溫臺階覆１μ），臺階高/臺階直標準的發(fā)工藝能比1的形上形連續(xù)薄，比0.5與1之間也很勉強。一種改進臺階覆蓋的方法是在蒸發(fā)過程二．濺射鍍 量淀積在基片上形成薄膜主要方(1)陰極濺射法(3)磁控濺射鍍膜為輔助提高等離子體密度，Al2O3,Ta2O3等介質(zhì)薄膜。射頻濺射鍍膜法：在靶陰極上的電位是相對基片的－4000V特點：淀積速率高，質(zhì)量較好，幾乎適濺射鍍膜的主要任何附著力好（真空鍍原子動能：0.1eV,濺射原子動能：30eV)。而且可以采離子源，設(shè)置一個輔源，在沉積前先它基片表面，可進一步提高膜層附著力質(zhì)量高，臺階覆蓋較蒸發(fā)要重復設(shè)備濺射速率較低（0.1～5m/min，濺射：0.01～三.分子外延（LPE）、氣相外（VPE）和分分子束延：分束延是在真空境，把一比例真空鍍膜技術(shù)的改進與提高。其特點是生長速度很慢MBE在下<08將組化物的種素GA和雜或分子MBEgrowthRHEEDtechniquesforgrowthMBE的特以原子的速率生長薄膜,可獲得超薄薄膜結(jié)構(gòu)分辨率生長溫度較低(襯底溫度:500-600超晶格有完善的分析，可現(xiàn)場可獲得合適的摻四.化學ChemicalVaporDeposition,CVD（化學氣相淀積）方法已經(jīng)氧化鈦）以及其他金屬材料等。在60年代前后，隨著硅技術(shù)取a熱分解反AB（g）A(s)+B(g)例：SiH4b.還原式置換反AB(g)+C(g)A(s)+BC(g例：3SiH4+4NH3c.氧化或氮化反AB(g)+2D(s)例如：SiH4+O2d.水解反AB2(g)+2HOH(g)e.歧化反2GeI2f.聚合反XA(g)Ax

所述各類反應在大多數(shù)情況下APCVD:AtmosphericPressureLPCVD:LowPressure smaEnhanced臥式（傳統(tǒng)形式）和立式（均勻性更好低溫（300~450℃）下實現(xiàn)較高的淀積速CVD適于金屬、非金速度可以達到很快（1μm-繞性可獲得金屬合金

Cu,Be,Al,W,Ni,Pt,Pb,Si,Ta,Cr,CrAl,CrAl,氧化物Al2O3SiO2Fe2O3氮化物TiNSiN,SiC,硅化五.金屬有機物化學氣相淀積系統(tǒng)和反應室等部分。其中反應室是LPMOCVD設(shè)備的關(guān)鍵部分。的EMCORE、德國的AIXTRON公司以及英國的ThomasSwan公司MOCVDgrowthMBEandMOCVDareusedforepitaxialgrowthofthincrystallinefiPECVDandE-beamevaporationfornon-crystallinefi三．擴散工藝過程簡六．擴散系一．擴散現(xiàn)象的分類及描Initially Aftersometime0ConcentrationProfilesLabelsomeatoms AftersometimeDB4二．擴散機替位式擴散（SubstitutionalDiffusion）：雜質(zhì)離子占Ⅲ、Ⅴ族元一般要在很高的溫度(950～1280℃)下進磷、硼、砷等在二氧化硅層中的擴散系數(shù)均遠小于在硅中的可以利用氧化層作為雜質(zhì)擴散的掩蔽間隙式擴散（InterstitialDiffusion）：Na、K、Fe、Cu、Au等元素(比基質(zhì)原子小的原子，常采用間隙式擴散系數(shù)要比替位式擴散大6～7個數(shù)量三．擴散工藝過程簡DepositedDopantSiSiSiSiDiffusion-DriveDopedDopedSiSiDiffusion-DriveDopedDopedSiSi四．擴散在一些制造工藝上的應CaseHardening（面硬化--Diffusecarbonatomsintothehostironatomsatthesurface.--Exampleofinterstitialdiffusion（）isacasehardenedgear.Result: The"Case"is--hardtodeform Catom"lock"planesfromshearing.--hardtocrack Catomsputthesurfaceincompression.8擴散在一些制造工藝Do （）SiliconwithPforn-typesemiconductorsProcessDepositPrichlayersonsurface.siliconsiliconHeatit.Result:Dopedsemiconductorregions.siliconSEMimagesanddotsilicon擴散在一些制造工藝O32123nO32123nn1RI離子交換反離子交換是將玻璃基體置于高溫熔鹽中，使熔鹽中的取代玻璃中不相同的一價離子的過程。同時進行兩個被交換的一價離子向界面擴散遷移的過折射率分布的控五．擴散方程（不要擴散流原子流密度（單位面積單位時間內(nèi)流過子個數(shù)DirectionalQuantit JyJzJJzxzFluxcanbemeasuredfor:--vacancies--host(A)atoms--impurity(B)atoms

UnitareaAthroughwhichatomsCufluxNifluxConcentrationofCu[kg/CufluxNifluxConcentrationofCu[kg/m3ConcentrationofNi[kg/m3Position,ConcentrationProfile（濃度分布）,Cx):kgm3Thesteepertheconcentrationprofile,thegreatertheflux!Empiricallyholds–fluxgoestozerowhengradiengoestozeroFicksFirstLaw（克第一定律NegativesigndirectionofdiffusionisdowntheDDisindependentofgradientvarywithdirection（同晶SteadyState:theconcentrationprofiledoesn'tchangewithNonetaccumulationordepletion,fluxisindependentofApplyFick'sFirstLaw

JxDdCdC IfJx)left=Jx)right,then

Result: theslope,dC/dx,mustbeconstant(i.e.,slopedoesn'tvarywithposition)!FicksSecondLaw（克第二定律Concentrationprofile,C(x),changew/time.ToToconservematterFick'sFirstLawGoverningEqn.:Fick’ssecondLaw–assumedDisindependentofcc2222x2z2考慮考慮施加恒定電場ED2N(x,t) N(x,txFick第二定GaussianerrorBoundaryAttimet0thereisnoconcentrationXatsurfaceis0andincreasesintotheT=0isinstantbeforediffusionFort=0,C=C0at0xFort>0,C=Csatx=0,C=C0atx=六．擴散系擴散系數(shù)與溫度有DD0exp(k)0填隙擴散物質(zhì)：如HeH2O2AuNaNiCuFe替位擴散物質(zhì)：如BAsPSb，E3～4eV七．幾種常見雜質(zhì)擴散的濃度分的擴散稱為恒定表面源其擴散后雜質(zhì)濃度分布為余誤差函數(shù)分其擴散后雜質(zhì)濃度分布為高斯函數(shù)分預擴散（或預淀積）主擴散（或淀積）：溫度實際雜質(zhì)分布(偏離理一般橫向擴散(0.75～0.85)*Xj(Xj縱向擴散雜質(zhì)濃度對擴散系數(shù)的影其中Di0Di＋Di－Di2－分別表示中性、正一價、負一價、負發(fā)射氧化增強擴散及晶向作八.常見擴散方九.工藝控制和質(zhì)量檢一.工藝控 間：進舟出舟自動化,試二.質(zhì)量檢擴散工藝質(zhì)量結(jié)深4塊電阻測三、質(zhì)量1：表面合金點；表面黑點或白霧；表面凸起物；表面氧化層顏色不一致；硅片表面滑移線或硅片彎曲；硅片表面劃傷，邊3．薄層電阻偏差光刻膠的類型-正光刻膠：顯影過程中，未區(qū)域保持不變，-負光刻膠：顯影過程中，區(qū)域保持不變，未正光刻膠分辨率高，目前用得最多負光刻膠分辨率低，適用于加工線寬≥3微米的線條。但價格便光烘烤->顯影->，顯二．晶片

三．預烘烤四．旋轉(zhuǎn)涂膠（Spin邊緣光刻膠的堆積也可采用光照的方法解五．軟烘（Soft 六．對準 （AlignmentandIC及光電子器件制造過程中最關(guān)鍵的工藝很具 性的技設(shè)備的 利用紫外光作光源進行光刻的幾種方接觸式光刻（Contact接近式光刻（Proximity投影式光刻（Projection步步進式 機已成為非常普遍采用的工具。

七．后烘烤（PostExposure主要通過抗反射劑法，因此后烘烤工藝在許多場比軟烘的溫度高一些（90~100℃）。八．顯影 九．硬烘（Hard一○．自動光刻系統(tǒng)納米中心 刻蝕實驗結(jié)設(shè)計線寬實際刻蝕60s,深度

刻蝕120s,深度

深寬比：72：1，L/S:

無寬度 技術(shù)（SingleJBX6300FS；HSQFox16400nm

JBX6300FS；100KV；HSQFox1290nm20nm寬格

20nm點30nm寬格

5nm寬格濕法刻蝕（腐蝕腐蝕的應濕法刻蝕：利用液態(tài)化學試劑或溶液通過化學反干法刻蝕：主要指利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體濕法腐蝕的基本步 氣泡的發(fā)生不能被預測，這個問題變得尤為嚴重。因

20:1SiO26HFH2SiF62HNH4FNH3SiHNO36HFH2SiF6HNO2H2HSi3N4Si3N44H3PO4Si3PO444NH3濕法腐蝕的各向同 光刻面雙臺濕法腐蝕的各向異 對<100>晶向硅表面進行各向異性腐蝕，可產(chǎn)確的V型槽結(jié)構(gòu)，槽的側(cè)（111）面與（100）表面的夾角為54.7度。如果窗形窗口足較短，則形成U如果用<110〉晶向的硅片，則產(chǎn)生基本上是直壁的槽，側(cè)壁為（111）濕法腐蝕的CourtesyofD.Jaeggi,SwissFederalInstituteofTechnology,Zurich,Switzerland.高選擇

濕法腐蝕速度的優(yōu)操作較方便，不需要昂貴的設(shè)操作時間短，產(chǎn)量目 制作光電子器件大量采用的方濕法腐蝕的缺各向同性的截不能制作特征尺寸小于3微米的形化學成具有一定的干法刻蝕：主要指利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體等離子刻蝕(smaEtching)：利用放電產(chǎn)生的游離反應離子刻蝕(ReactiveIonEtching，簡稱為RIE)：11.2.3.3. 濕法腐蝕與腐蝕速

使用化學試 產(chǎn) 什么是等離子體 （電子）構(gòu)成。因此等離子體呈類中性（quasineutrality）定義電離率：η=ne/(ne+nn)。對于多數(shù)等離子體，電離率不1% 些二次電子向相反的方向加速沖向陽極，同時二次電子從電場獲得動能，并在氣體內(nèi)的運動過程中與氣體分子碰撞產(chǎn)生出的裂解：裂解：e*ABAB原子離子化：e*AAe分子離子化：e*ABABe原子激發(fā)：e*AA*分子激發(fā)：e*ABAB* MOEMSMOEMS傳感1 3.1概 3.2微 件(加速度計、陀螺 3.3微壓力傳感2概3 /微系 MOEMS器5 微傳感

MOEMS器微執(zhí)行光編等6MOEMS器 7重要的MOEMS 壓力傳感 溫度傳感 生物傳感8微 9 分MEMSMOEMSMEMSMOEMS圖 對2020年陀螺技術(shù)的預圖 對2020年加速度計技術(shù)的預MEMS加速度加速度計的用

防撞氣囊、高g加速度計性能指標要 測量范 分辨率和噪 非線 頻帶寬 零位穩(wěn)定 標度因子穩(wěn)定 交軸敏感加速度計的原x-x-x-x-微機電加速度計 壓阻式加速度 電容式加速度 隧道效應式加速度 諧振式加速度 壓電式加速度Piezoresistive 硅薄膜層——擴散工藝形成半導體壓敏電阻——外加力或壓阻式傳感器基R——電阻值；ΔR——電阻值的變化ρ——電阻率；Δρ——電阻率的變化Piezoresistive壓阻式加速度計利用質(zhì)量塊把加速度的變化通過ICSensor 易于獲得較大的質(zhì)量塊和高g Capacitive 敏感原理：利用可變 傳感器 器件是由可動電極和固定極構(gòu)成的可變電容 改變電容C的方法——不同的電容式微傳感改變兩極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù) 一般常用間隙變化

采用差動電容結(jié)構(gòu)可大大減小傳感器輸出非線性，提高傳感器性Capacitive 利用質(zhì)量塊把加速度的變化轉(zhuǎn)換成電容極間極距的變化，一般采用差分制作 表面工藝加速度計制作簡便、成本低、適合于與電路集，但難于實現(xiàn)高g AD公司生產(chǎn)的加速度計 IntegratedSOIMEMSinertialsensor,Lemkinetal.,速度方向平行于襯底(in-nemicroaccelerometer) unneling敏感原理：探針電極與檢測電極間施加一個偏置電壓，當面電子云就有可能，在兩者之間施加一個微小電壓，隧道電流的基斯坦福大學制作的隧道效應加速度計5～1.5KHz, Resonant諧振式微型加速度實例-（vibratingbeam 司(Kearfott)、 RockWell以及霍尼威爾(Honeywell)公司等。測量范圍為士70g，偏置穩(wěn)定性(長期)小于4mg，標度因數(shù)穩(wěn)定性(長期)小于450ppm，分辨率為石英振梁加速度計表國外VBA的研發(fā)機構(gòu)和相應的產(chǎn)品匯總時研發(fā)產(chǎn)品特Sundstrand公±70g，標度因數(shù)70Hz/g，標度因數(shù)穩(wěn)定性Sundstrand公分辨率2×10-7g，可測量地球重力場的亞微g變Kearfott公高“g”±800g，偏置穩(wěn)定性2μg，標度因數(shù)穩(wěn)定性Honeywell公±70g，偏置穩(wěn)定性<4mg，標度因數(shù)穩(wěn)定性<450ppm，分辨±100g0010p±100g，分辨率100μg，一體單片差動結(jié)Hyogo大高強度懸梁可降低偏軸靈敏度，抗4000g加速度沖GaPO4新材料的高達970℃的溫度穩(wěn)定性，QBerkeley可在600℃下抗64,000g總體13132 分體式單質(zhì)塊結(jié)諧振器以推方式工有限元方法真設(shè)

質(zhì)量塊體 XY切

切型切角為hbLzhbLzx0 0℃x(b(b(a(c)模態(tài) (d)模態(tài)Ⅰ0lⅠ0l ⅢⅢ仿真分析——

壓電敏 電磁感應敏 熱效

5.其

的位移；a(t)為輸入加速度。質(zhì)量塊m相對于殼體的位移與機座的加速度可以通過測量質(zhì)量塊的位移變化來測量振動的加力平衡加速度方案 懸臂的機械設(shè)計和阻方式

更高靈敏度和動120dB動態(tài)范多工作范穩(wěn)定性要求非常MOEMS加速度引 MOEMS-基于光學（微光學）檢測-利用微米/納米加工-所實現(xiàn)的測量加速度的微 MOEMS加速度計技術(shù)-抗電磁干擾能力強，可在一些惡劣環(huán)境-靈敏度-微型化、規(guī)?；鶰OEMS加速MOEMSMOEMS加速度光纖光纖/波導加速度光纖光柵加速光閘光閘效原雙光多光 雙光MOEMS加速波導間距：24μm波導間距：24μm 2323MOEMS加速基于光閘效應的光纖加速度23、檢 簡MOEMS加速基于光閘效應的光纖加速度動態(tài)范圍40dBMOEMS加速基 原理的光纖加速度FP 式加速度MOEMS加速 光纖加速基于FP腔結(jié)構(gòu)的MOEMS加速FP結(jié)構(gòu),高FP結(jié)構(gòu),高靈敏基于FP腔結(jié)構(gòu)的MOEMS加速表面微機械加工工體硅微機械加工工DRIE或在KOH雙路F- MOEMS加速度計的研質(zhì)量 電容動極 電容極板(上 支撐 極板F-P(F-P(單單模光硅基光光光檢慣光檢慣

差差放大

系統(tǒng)方案設(shè)雙路F- MOEMS加速度計的研H質(zhì)H量 hh h h 仿真分析結(jié)MOEMS加速MOEMS加速

表1主要研究內(nèi)機成果時最小可探測信號為1mg/Hz1996測的信號達到1mg/Hz199820032003/p20042004設(shè)計與仿真計光纖光柵設(shè)計與仿真計光纖光柵加速度1:1:1傳感寬帶ASE檢測電路光纖光柵加速度計的方案驗方案驗證基于光纖光柵的MOEMS難點難點實現(xiàn)光 微梁主懸臂 質(zhì)量 邊傳感頭結(jié)構(gòu)示意基于微米光柵的MOEMS加速Sandia國 和喬治亞理工學院研的微米光柵加速度計（40ng SiliconAudio公司研制的3軸微米光柵加速度計20ng Hz基于微米光柵的MOEMS加速度計的微米光柵敏感頭微米光柵加速度計樣機及測試曲基于納米光柵的MOEMS加速1.1.5.5.2323縫縫縫4.橫向變形

Sandia國的納米光柵加速基于納米光柵的MOEMS加速度計工作原理FIB(聚焦離子束)/SEM加納米光FIB(聚焦離子束)/SEM加雙束系雙束系原位探測-加工觀察同加工精度高-最小線寬無掩膜加工-直接偏轉(zhuǎn)實SolidWorks納米光柵的研847nm847nmFIB/SEM加工納米光柵工藝流 納米光柵實物MEMS陀微型陀螺的應 汽車：防抱 國防 制導、飛機 的姿控導 工業(yè)：機器人測 家電：玩具、航 IT：虛擬現(xiàn)微型陀螺Micro基本工作原理：通過驅(qū)動質(zhì)量塊在一方向原 振動陀螺的基 微型振動陀螺例 微型振動陀螺例光刻，RIE刻蝕Liftoff圖形化金硅-玻璃靜電鍵硅片減薄（體硅腐蝕或結(jié)構(gòu)光刻，深刻蝕釋微型振動陀螺例加州大學伯克利分校研制的Z微光機電MOEMSMOEMS陀螺Mωω（a）系統(tǒng)靜 （b）系統(tǒng)旋SagnacL為光纖環(huán)長度，D為平均C為光速閉環(huán)式光纖陀螺原理諧振式陀螺基本

0MOEMSMOEMS 基于波的MOEMS陀波 波 型研究機研究機成時波式法國的CEA-原理樣機：1°/s，動態(tài)范圍1997Litton2003波諧振Northrop樣機：10°/h，稱為微型光學陀1991年年開始研究東京大方案研1999Inlisence公2000Honeywell方案研究，理論精度2000Arizana州立大方案研究，理論精度2003方案研究，理論精度200520081式MOEMS陀耗為0.03dB/cm，靈敏度為0.085o/s，理論線性范圍為±3000o/sNorthrop公司的微型光學陀東京大學的基于二氧化硅平面路的單片集成諧振式微

Honeywell公司諧振式微光學陀螺的結(jié)構(gòu)原理意大利2005 新型集成光學陀螺諧振式MOEMS陀2003年Arizana州立大 度為2.8o/h，積分時間170o/h CharlesStark 光學元器件集成在一 MOEMS微鏡件的MOEMS微鏡式陀螺已經(jīng)成為新的研研究機成時微式20011999微諧振2000Honeywell2007MOEMS微鏡型

阿拉巴馬大學多反射集成光學陀MOEMS微鏡型 諧MOEMS微鏡型理論精度：腔邊長＝20mm時為腔邊長＝50mm時為

北航波導型MOEMS陀R耦合器R耦合器耦合器RRRRT ff02

RT

exp(2f)

0 2

4An 波導結(jié)構(gòu)

（1） 硅基二氧化硅波導加工示探測器探測器諧振腔結(jié)3425

仿真分析結(jié)諧振腔的衍射損，陀螺的極限靈敏度為4.71°/h諧振清晰度加工鍍膜深反應離子刻蝕法+濕法腐1、采用硅的反應離子刻蝕技術(shù)(deep-RIE)刻蝕出硅諧振深反應離子刻蝕法+濕法腐深反應離子刻蝕法+濕法腐 LIGA—LithographieGalvanoformung 、微電鑄、微鑄塑LIGA工藝主要需要功率強大的回 2003年，大阪的Harima研發(fā)中心，大阪研發(fā)的BC：電

E：鑄襯底掩膜 金屬鑄 。 反射率可達98.6%。DBR（DistributedBraggreflector）是分布式λ/4λ

φn1< ）/SiO2（n=1.45）層，在1550nm波長2004年，郵電大學的BinChen等介紹2004MEMSSesorsadctatorsaboratr的MaditaDatta等介紹了由兩個制作在光波導表面的DB反射鏡面構(gòu)成的微諧振腔。DBIP空氣對，其反射率可達到99500。加工垂鍍膜3.3微壓力傳感MEMS發(fā)展的歷 年表面微加工專 (美 豐 集成流量控制器 學 微型壓力傳感器有利用各種工作原理的如：壓阻、電容、場發(fā)射和光纖Total2002volumewas127millionscomponentsfora1.1B$壓力傳感器用在 A:Specialcrown B:Sidewall mentofhysteresis C:Specialbead D:Tirepressuremonitoring informsdriverofpressurelosstoandtimelytirerepair. Systeminstallationanduseis Michelinhasapprovedseveralsystemstogiveyouachoice.

Source:如何實現(xiàn)壓力傳PiezoresistivePressure壓阻式壓力傳感器基本原理：將作用于薄膜的被測壓力，壓阻式微型壓力傳感器利用半導體材料的壓阻效應，即材壓阻式壓力傳感帶有壓敏電阻的硅膜作為彈性體的壓力傳感器（62年 G因E—楊氏模量 －泊松比，一般為例 缺點：溫度漂移大，需溫度補償CapacitivePressure 電容式傳感器基 兩電極間的初始電容為受壓時的電容變化與電極的位移有以下關(guān)系其中C0—初始電容值d—初始極板間距ε—極板間介質(zhì)的介電常S—極板面 電容式微型壓力傳感器的特 優(yōu)點：穩(wěn)定性好、 集成微型壓力傳感 單個傳感器尺 陣列數(shù) 整 的尺寸，包括周的電路部opticalfibrepressure強度調(diào)制光纖壓力傳感 微彎通過檢測光功率的變化間接檢測透射型光纖壓力傳感特點:敏度高和線性度都很反射型光纖壓力傳感 結(jié)構(gòu)簡單、成本低、精度 壓力傳感SiO2(0.4silicon( Novelmaterial:SOI

CrosssectionviewofthesensorDeepRIEfabricatedfromSOIwaferANSYSsimulation仿當半徑為50μm，厚度為3μm時，靈敏度為0.1417×10-3nm/Pa當半徑為50μm，厚度為3μm時，固有頻率為5.1605×106Multi-MOEMSpressureSensor Otherparametersneedto DesignandFabricationT2fibrebundlecomesT2spacingthicknessT1(diaphragmthickness

T2needstobethickenoughsothemechanicalstructureisstable,yetitneedstobethinenoughtoallowthefibretobeclosetothediaphragm

fencing

G1andG2(50um)needtobebigenoughtomakesurethatthediaphragmsdonotmechanicallycoupledwitheachother,yetthemneedtobesmallenoughthatthewholestructureiscompact

Sealed lasersourcePressuresensor

封裝和測試方 表壓壓力傳感器的封裝結(jié)構(gòu) 硅橡膠軟性懸浮封 Motorola例ICSensor公司的壓力傳感器，量程:1Psi-250Psi(1Psi≈Delco壓力傳感器的1.2.ECE2.3.25um3.M44.12um5.獲得5.6.100mm61006.7.19958.2003Delco壓力傳感器的

1977年開發(fā)壓力傳感器模塊 (( (( )) ))Motorola的絕對壓力(MAP)傳感器演 微加速度微加速度微陀微陀微傳感隧道電MOEMS器壓力MOEMS器壓力傳感執(zhí)行方微執(zhí)微執(zhí)行？力學執(zhí)行器————致動光學執(zhí)行熱執(zhí)磁執(zhí)3例4主要MOEMS微致動器的執(zhí)行方典型微致5致動器定義：（Micro致動6析、冷卻等方面。微閥——7致動方8Electrostatic利用電極間電荷的庫微型靜12.3.49實Pull-In梳齒結(jié)構(gòu)(CombCombDriveFailure推挽式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)雙向致利用靜電力驅(qū)動馬達，實現(xiàn)馬達的旋1987年，U.C.Berkeley采用表面犧牲層定子12個，轉(zhuǎn)子8靜電旋ScratchDriveActuator具有很好精度的步進直線微機械執(zhí)行結(jié)構(gòu)緊湊，驅(qū)動力較微微小垂直擋金屬SDA1)Appliedvoltagebends2)Whenreleased,SDAreturnstooriginalshape3)ReapplyingvoltagecausesSDAtomoveadistance‘dx’—— 靜電式微靜電式微開關(guān)的結(jié)靜電靜電式微開關(guān)電用驅(qū)動電壓較高，通常大于微夾靜電靜電驅(qū)動微光柵光閥(GLVGratingLight光光譜靜電微DigitialMicroMirrorDevices）,是TexasInstruments數(shù)字微鏡——DMD空間光調(diào)制器DMD空間光調(diào)制器掩模制作系靜電驅(qū)動的8×8光開長春光機所的靜電驅(qū)動的光開節(jié)點處進行全光信號交換 器件雙雙軸傾朗朗訊公司的已研1296×1296的光第二節(jié)電磁致動Magnetic旋轉(zhuǎn)電機（MEMS多層線圈直線電機（MEMS線圈陣列搬運器（MEMS磁體和結(jié)構(gòu)驅(qū)動膜變形（MEMS線圈和結(jié)構(gòu)振動式磁強計（MEMS線圈和結(jié)構(gòu)德國的電磁致動微型泵MagneticActuatorMagneticActuator微結(jié)構(gòu)通常采用電鍍技術(shù)優(yōu)微夾鉗——線圈通電產(chǎn)生的電磁場驅(qū)動電磁電磁驅(qū)動2×2光開加州理工學院的電磁驅(qū)動光開原理示加州理工學院的電磁驅(qū)動光開原理示意細菌大小的微型機器人面第三節(jié)壓電致動后電荷。值。壓電致動的主要形Alayerofpiezoelectricmaterialisdepositedonabeamorathinsiliconmembranes.壓電膜的形成濺溶膠凝膠東學的壓電堆致動微第四節(jié)熱致動Thermal熱膨脹式熱氣動式形 合加加流 ShapeMemory 形狀形狀形 合金（SMA）微夾微夾鉗外形尺寸勞倫斯-利弗莫爾國 勞倫斯-利弗莫爾國 的微夾夾鉗可以張開110微MOEMS典型致動方式的特點致動驅(qū)動行響應時可靠小很很很小大快好壓電小中快好疊層壓電片很很快好大大慢好雙金屬熱致動大大一好大大慢差形合金第五節(jié)光執(zhí)行例：功率10W的激光，作用力10-8N，，細胞和細胞融合（觸非破壞 1986年貝爾首次發(fā)明激光“鑷子”用光來實現(xiàn)對微粒非機械接觸的捕獲，不會對獲幾乎不干擾生物粒子周圍環(huán)境和它的正常生命活動，而且激光具有性，可以無損傷地穿過細胞膜操控光鑷對微粒的操控不是剛性的，可以在操作過程中實時測量微粒間的微小相互作用力，這時光鑷既是微機械手又是作用力的微探針，是生物微粒動力學特性的理想研究。 光熱驅(qū) 社，2007transducerssourcebook)，GregoryT.A.KOVACS（ 期JournalofJournalofMicromechanicsandSensorsandActuators 致動方

1形 合1 …2…2-34能帶、摻雜、PN 5.1MOEMS設(shè)計時需考慮的問5.2MOEMS設(shè)計流5.3MOEMS仿真及其軟5.4軟件使用介紹及設(shè)計實6 尺度上與常規(guī)的不同----尺度（寸）材料上與常規(guī)的不同---->材加工方法上與常規(guī)的不 MOEMS工7 狀態(tài)下呈現(xiàn)出特有的8 9與長度的尺度L相長L/10－>面L/10－>體L/10－>重L/10－>面積/體[L-L/10－>（L4）、電磁力（L3）等小，而與尺寸的低次方成比例的黏性（L2）、彈性力（Ｌ2）、表面張力（Ｌ同時表面積（L２）與體積（L3）的比值 熱傳遞中