MEMS和微系统概述VIP免费

MEMS和微系统概述工学院机械系张晓蕾目录一．MEMS的定义及组成二．MEMS的发展史三．MEMS的特点四．典型MEMS器件及应用一尺之锤，日取其半，万事不绝。——庄子：天下篇（公元前571年至公元前471年之间）《西游记》中孙悟空变成小虫钻进铁扇公主的肚子里美国科幻电影《惊异大奇航》中在人血管中前进的微型舰艇多年的期盼发生在20世纪90年代的故事如胆结石手术、心脏搭桥手术、肿瘤切除手术等。能够减轻病人的痛苦。1.微创手术腹腔插入腹腔镜、手术工具、摄像头等监视器遥控操作发生在20世纪90年代的故事气囊加速度传感器：感受振动信号，避免强烈冲击对驾驶员造成伤害。发生在20世纪90年代的故事2.汽车中气囊发生在20世纪90年代的故事发生在20世纪90年代的故事3.微型摄像系统背着微型摄像系统的蟑螂微型摄像机在地震废墟中传回图形信号一、MEMS的定义及组成MEMS（MicroElectro-MachanicalSystem,微机电系统)是20世纪末发展起来的一门新兴的前沿学科，它是在微电子二维表面加工技术的基础上发展起来的，以硅、玻璃、有机材料以及金属材料的三维加工技术为基础，结合功能材料及薄膜化制备工艺，把微型传感单元、执行单元、微能源以及微电子电路集成在一个芯片上的具有传感、执行和数据处理功能的微型系统。MEMS（MicroElectro-MachanicalSystem,微机电系统)是20世纪末发展起来的一门新兴的前沿学科，它是在微电子二维表面加工技术的基础上发展起来的，以硅、玻璃、有机材料以及金属材料的三维加工技术为基础，结合功能材料及薄膜化制备工艺，把微型传感单元、执行单元、微能源以及微电子电路集成在一个芯片上的具有传感、执行和数据处理功能的微型系统。1.MEMS的定义一、MEMS的定义及组成美国：微型机电系统(Microelectro-mechanicalSystem,MEMS)日本：微机械(Micro-machine)欧洲：微系统(Micro-system)我们把这些通称为微机电系统(MEMS)美国：微型机电系统(Microelectro-mechanicalSystem,MEMS)日本：微机械(Micro-machine)欧洲：微系统(Micro-system)我们把这些通称为微机电系统(MEMS)2.MEMS的三大流派小型(mini-)机械(1mm~10mm)微型(micro-)机械(1μm~1mm)纳米(nano-)机械(1nm~1μm)小型(mini-)机械(1mm~10mm)微型(micro-)机械(1μm~1mm)纳米(nano-)机械(1nm~1μm)1μm=10-6m（微米）、1nm=10-9m（纳米）1um~100μm为微米尺度100nm~1μm为亚微米尺度1nm~100nm为纳米尺度小于1nm为原子团簇1μm=10-6m（微米）、1nm=10-9m（纳米）1um~100μm为微米尺度100nm~1μm为亚微米尺度1nm~100nm为纳米尺度小于1nm为原子团簇一、MEMS的定义及组成3.微型机械尺寸范围（按特征尺寸）微型机械三、MEMS组成三、MEMS组成MEMS是微电子同微机械的结合，如果把微电子电路比作人的大脑，微机械比作人的五官（传感器）和手脚（执行器），两者的紧密结合，就是一个功能齐全而强大的微系统。4.MEMS的组成一、MEMS的定义及组成机械部分传感执行控制部分电子学MEMS控制部分微电子学传统的机械电子系统传统的机械电子系统IC工艺发展后的机械电子系统IC工艺发展后的机械电子系统机械系统和传感系统缩小后与控制系统平衡的MEMS机械系统和传感系统缩小后与控制系统平衡的MEMS4.MEMS的组成一、MEMS的定义及组成二、微机电发展史“如果有一天可以按照人们的意志安排一个个原子，那将会产生什么样的奇迹呢？”“如果有一天可以按照人们的意志安排一个个原子，那将会产生什么样的奇迹呢？”19591959年年量子物理学家理查德·费曼在加州理工学院演讲推荐书：《别逗了，费曼先生：怪才历险记》1.追溯（1）起始点（20世纪50年代末、60年代初）集成电路（IC）技术出现，实现在微米尺度上规模制作电子元器件和电路。重要研究成果：1954年：史密斯发现了压阻效应。1958年：人们用单晶硅制作了半导体应变片，其灵敏度是金属应变片的数十倍。1962年：第一个硅压力传感器问世。二、微机电发展史2.三十年的积累（20世纪50年代末到20世纪80年代末）（2）萌芽阶段（20世纪60年代中期到20世纪80年代）开展了一些有关MEMS的零散研究：①硅各向异性腐蚀技术用于在平面硅衬底上加工三维结构。②利用集成电路的加工技术制造...