微机电系统功能材料、微机械制造技术概述

第二章 微机电系统功能材料MEMS 常用材料■ 半导体材料：硅及其化合物等。■ 电致伸缩材料：压电陶瓷、氧化锌、石英等。■ 磁致伸缩材料：镍铁合金等。■ 形状记忆材料：镍钛合金等。■其它：特殊功能聚合物、复合材料及人工构造薄膜材料、电流变液或磁流变液材料、纳米相材料等。■ 选用依据及实例：具体设计时，应根据微型元器件的功能，选用能获取系统性能的材料。例如、对于起制动作用的器件，应选用压电陶瓷、石英、镍钛记忆合金等材料；用做器件和衬底的绝缘层，则可选用硅的氧化层 或等。硅及其化合物材料■ 1 、单晶硅；■ 2 、多晶硅；■ 3 、硅－蓝宝石；■ 4 、化合物半导体材料；■ 5 、 SiC 薄膜材料。导体、半导体及绝缘体■ 导体：电阻率■ 半导体：电阻率■ 绝缘体：电阻率常用材料的电阻率硅材料特性■1 、硅在集成电子线路和微电子器件生产中有着广泛的应用，主要是利用硅的机械特性和电学特性。■2 、特殊的晶体结构使其具有各项异性，通过掺杂获得的 p 型硅和 n 型硅具有不同的导电性能和机械性能。■3 、储量丰富，成本低；材质的内含杂质极少，易于提纯，纯型硅的杂质含量可降至十亿分之一，因而本身的内耗少，力学性能稳定。■ 4 、硅材料质量轻，密度是不锈钢的 1 ／3.5 。■ 5 、弯曲强度高，为不锈钢的 3.5 倍。■6 、硅的熔点高（ 1400 ），约为铝的两倍，高熔点使其具有良好的高温稳定性。■ 7 、硅的热膨胀系数比钢小 8 倍，比铝小 10倍。■ 8 、具有很好的导热性，是不锈钢的 5 倍。■9 、机械品质因数可高达，硅没有机械迟滞性能，是理想的传感器和致动器材料。■10 、与微电子集成电路工艺兼容，易与微机械和微电子线路集成；便于实现批量化生产。硅的晶体结构■对于硅的原子，硅的晶格几何结构并不均匀，但是硅基本上是面心立方体晶胞。典型的面心立方单位晶胞如图所示。■一个硅的单位晶胞有 18 个原子，其中 8个原子在角部， 6 个原子在面上， 4 个原子在内部。硅晶胞的主平面■ 前平面（ 100 ）、对角面（ 110 ）、倾斜面（ 111 ）■ 三个主平面（晶面）上的硅原子硅材料的各向异性■（ 111 ）平面上相邻原子间的晶格距离最短，使该平面的原子间的吸引力大于其它两个平面。同时，该平面包含单位晶胞面心的四个原子的三个，因此，该平面晶体生长最慢，刻蚀等加工过程进行的也最慢。单晶硅的生产■ 生产单晶硅盘或“硅片”的步骤如下：...