微纳系统及其最新应用
MEMS系统及其封装技术的研究报告
微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS）是以微细加工技术为基础，将微传感器、微执行器和电子线路、微能源等有机组合在一起的微机电器件、装置、或系统。微机电既可以根据电路信号的指令控制执行元件，实现机械驱动，也可以利用传感器探测或接受外部信号。传感器将转换后的信号经电路处理后，再由执行器转换为机械信号，完成命令的执行。可以说，MEMS技术是一种获取、处理和执行操作的集成技术，它是一种多学科交叉的前沿性领域，几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，例如电子、机械、材料和能源。但是，由于对MEMS封装的认识一直落后于MEMS器件的研究，封装已成为妨碍MEMS商业化的主要技术瓶颈。
一、MEMS系统的特点、存在的问题
与常规机电系统相比，MEMS系统的主要优点包括：系统微型化，MEMS器件体积小，精度高、重量轻，尺寸精度可达到纳米量级；制造材料性能稳定，MEMS的主要材料是硅；批量生产成本低；能耗低，灵敏度和工作效率高；集成化程度高等。
但是，按照摩尔定律的预测，在不断追求电子元器件的高集成度、高密度的同时，MEMS 系统也存在一些问题，例如尺寸效应；材料性能主要是对于MEMS硅衬底上的薄膜的机械性能和电性能的分析；黏附问题；静电力问题；摩擦问题；检测问题；薄膜应力以及表面粗糙度问题。
二、MEMS封装
MEMS封装的分类方式有两种：一种是按封装材料分，可分为金属封装、陶瓷封装和塑料封装；另一种是按密封特性分，可分为气密封装和非气密性封装。通常金属封装和陶瓷封装为气密封装，而塑料封装为非气密封装。
1.MEMS封装的自身特性包括以下几点：
1）专用性
MEMS中通常都有一些可动部分或悬空结构，如硅等空腔、梁、沟、槽、膜片甚至是流体部件。
2）复杂性
由于多数MEMS封装外壳的负责性，对芯片纯化、封装保护提出了特殊要求。某些MEMS 的封装及其技术比MEMS还新颖，不仅技术难度大，而且对封装环境的洁净度要求更高。
3）空间性
为给MEMS可活动部分提供足够的可动空间，需在外壳上进行刻蚀，或留有一定的槽型及其他形状的空间。
4）保护性
在晶片上制成的MEMS，在完成封装之前，始终对环境的影响极其敏感。MEMS封装的各操作工序（划片、烧结、互联、密封等），需要采用特殊的处理方法，提供相应的保护措施。
5）可靠性
6）经济性
2.几种重要的 MEMS封装技术
MEMS封装经过多年的发展，出现了一些比较完善的封装技术和封装形式，比如键合技术、倒装芯片技术、多芯片封装技术以及3D封装等。
1）键和技术
键合技术是MEMS中最为关键、最具挑战性的技术，由于MEMS器件包含多种立体结构和多种材料层，MEMS元件的键合要比微电子元件困难得多。键合技术分为引线键合和表面键合两种。其中引线键合的作用是从核心元件引人和导出电连接。根据键合时所用能量
的不同，可分为热压键合、楔-楔超声键合和热声键合几种形式。引线键合要求引线具有足够的抗冲击和振动的能力，并且不会引起短路，常用的引线有金丝和铝丝。而表面键合是实现MEMS封装的基本技术，可以用来进行密封、微结构的粘结和固定，以及产生新的MEMS 微结构．表面键合包括阳极键合和硅熔融键合、低温表面键合等。目前，硅-玻璃键合和硅一硅键合是两种主要的表面键合形式。其中的硅熔融键合（典型例子为硅—硅键合）不需要中间层，硅圆片直接键合用于SOI（硅绝缘技术）器件和压力传感器，简化了器件的操作。
2）倒装芯片封装技术
倒装芯片技术比引线键合技术更为先进，具有很大的发展潜力，已成为MEMS封装技术中很有吸引力的选择。倒装芯片封装技术是将芯片的有源面面向基座的粘贴封装技术，为芯片和基座之间提供了最短的互连路径。
3）多芯片封装技术
多芯片封装是为适应现代电子系统短小轻薄、高速、高性能、高可靠性和低成本的发展方向发展起来的。
它具有的优点有：
缩短了封装延迟时间，易于实现模块高速化；提高了封装的可靠性和封装密度；节省了封装材料和成本，减小模块的封装尺寸和重量；芯片具有良好的散热环境。
多芯片封装已成为MEMS封装的另一发展趋势，将传感、控制和有陶瓷基板有高芯片密度的印制电路板。
三、MEMS的主要应用
目前，MEMS主要应用于以下领域。
1.汽车工业
汽车工业已经成为MEMS的主要用户，尤其是智能汽车的发展，将同MEMS密不可分。各种各样的传感器被用于环境和道路的检测，微执行器则按要求完成各项动作。概括来说，MEMS在汽车工业中主要应用在安全、动力系统、舒适和诊断方面。
2.家用电器
手提电脑、手机、便捷式媒体播放器和移动终端设备内的硬盘驱动器坠落保护功能，是MEMS运动传感器在消费电子市场具有重要意义的应用之一。
3.航空航天
航空航天领域是MEMS技术的主要应用领域。微型飞行器（MAV）因尺寸小、巡航范围大、飞行时间长和能够自主飞行，被认为是未来战场的重要侦查和攻击武器。
此外，MEMS技术还大量应用于生物医学、通信以及军事领域，它的应用前景是明朗的，挑战也是巨大的。
四、参考文献
【1】田文超.电子封装、微机电与微系统.西安：西安电子科技大学出版社，2012 【2】Ken Gilleo. MEMS/MOEMS Packaging.北京：化学工业出版社，2008
聚合物微纳制造技术现状及展望
聚合物微纳制造技术现状及展望 目录 聚合物微纳制造技术现状及展望 (1) 1、微纳系统的意义、应用前景 (1) 2、微纳机电系统国内外研究现状和发展趋势 (3) 3. 聚合物微纳制造技术研究现状 (9) 4. 展望 (11) 微/纳米科学与技术是当今集机械工程、仪器科学与技术、光学工程、生物医学工程与微电子工程所产生的新兴、边缘、交叉前沿学科技术。微/纳米系统技术是以微机电系统为研究核心，以纳米机电系统为深入发展方向，并涉及相关微型化技术的国家战略高新技术[1]。微机电系统(Micro Electro Mechani cal System, MEMS ) 和纳机电系统(Nano Electro Mechanical System, NEMS )是微米/纳米技术的重要组成部分，逐渐形成一个新的技术领域。MEMS已经在产业化道路上发展，NEMS还处于基础研究阶段[2]。 从微小化和集成化的角度，MEMS (或称微系统)指可批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统。而NEMS(或称纳系统) 是90 年代末提出来的一个新概念，是继MEMS 后在系统特征尺寸和效应上具有纳米技术特点的一类超小型机电一体的系统，一般指特征尺寸在亚纳米到数百纳米，以纳米级结构所产生的新效应(量子效应、接口效应和纳米尺度效应) 为工作特征的器件和系统。图1给出了MEMS 和NEMS 的特征尺度、机电系统的尺度与相应的理论问题[2]。 图1 MEMS 和NEMS 的特征尺度、机电系统的尺度与相应的理论问题 1、微纳系统的意义、应用前景 由于微/纳机电系统是一门新兴的交叉和边缘学科，学科还处于技术发展阶段，在国内外尚未形成绝对的学科和技术优势；微/纳米技术还是一项支撑技术，它对应用背景有较强的依赖性，目前它的主要应用领域在惯导器件、军事侦察、通信和生物医学领域，以及微型飞机和纳米卫星等产品上。 （1）重要的理论意义和深远的社会影响
微纳结构光学及应用
王楠 1032011322017 光学工程 微纳光学结构及应用 摘要：微纳光学结构技术是指通过在材料中引入微纳光学结构，实现新型光学功能器件。其中表面等离子体光学、人工负折射率材料、隐身结构，都是通过引入微纳结构控制光的衍射和传播，从而实现新的光学性能。从这个角度来讲，微纳光学结构的设计和制造是微纳光学发展的共性关键技术问题，微纳光学是新型光电子产业的重要发展方向。 关键字：微纳光学；纳米制造；微纳光学产业； Abstract：Micro-nano optical structure technology refers to through the introduction of micro-nano optical structure in the material, implement new optical functional devices. The surface plasmon optics, artificial negative refractive index materials, stealth structure, through the introduction of micro-nano structure control of light diffraction and transmission, so as to realize the new optical performance. From this perspective, micro-nano optical structure design and manufacture is the universal key technical problems in the development of micro-nano optics, micro-nano optics is a new important development direction of optoelectronic industry. Key words : micro-nano optics; nanofabrication; micro-nano optical industry 1微纳光学技术的多种应用 1）加工新型光栅 借助于大规模集成电路工艺技术，可以加工出新型的光栅。光栅是个实用性很强的基本光学器件，在23ARTICLE | 论文激光与光电子学进展2009.10光谱仪、光通信波分复用器件、激光聚变工程、光谱分析等领域中大量使用。传统的表面光栅不论是机械刻画光栅，还是全息光栅，其表面的光栅结构是很薄的。明胶或光折变体全息光栅的光栅厚度较厚，由于制造工艺的一致性、温度稳定性和长期稳定性问题，在实际应用时仍然有限制。 2）制作深刻蚀亚波长光栅 采用激光全息、光刻工艺和半导体干法刻蚀工艺可以加工出深刻蚀亚波长光栅。
分会场十三微纳米光子学
分会场十三：微纳米光子学 主席：吴一辉（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所） 李铁（中国科学院上海微系统与信息技术研究所） 特邀报告1：半导体太赫兹光频梳 黎华，中国科学院上海微系统与信息技术研究所，博士生导师，研究 员。2009年博士毕业于中国科学院上海微系统与信息技术研究所， 然后分别在德国慕尼黑工业大学、日本东京大学、法国巴黎七大材料 与量子现象实验室开展博士后研究工作，2015年回国工作，2016年 获得中国科学院“百人计划”A类择优支持。主要研究方向为太赫兹 量子级联激光器及其光频梳、锁模激光器、太赫兹成像及高分辨光谱 技术等。在Advanced Science、Optica、Applied Physics Letters、Optics Express等期刊上发表50余篇论文，曾获“2015中国中国电子学会优秀科技工作者”，“上海市自然科学二等奖”（排名第三）、德国“洪堡”学者奖学金、日本JSPS奖学金等。担任科技部973计划课题负责人、国家自然科学基金面上项目（2项）负责人、KJW 项目（2项）负责人等。 报告摘要： 太赫兹（THz）波（频率范围：0.1-10 THz; 1 THz=1012 Hz）位于红外光和微波之间，在国防安全、生物医疗、空间等领域具有潜在应用。由于缺乏高效THz辐射源和探测器，THz波还没有被完全认知，所以其被称为THz间隙（“terahertz gap”）。在1-5 THz 频率范围内，基于半导体电泵浦的光子学器件THz量子级联激光器（quantum cascade laser, QCL）在输出功率和效率方面比电子学和差频器件高，是关键的THz辐射源器件。本报告主要介绍我们在高性能THz核心器件以及半导体光频梳方面的研究进展。在高性能核心器件方面，我们突破分子束外延生长和半导体工艺技术，研制出高功率（1.2 W）、低发散角（2.4°）、宽频率范围THz QCL器件并实现THz高速探测和多色成像。基于高性能半导体THz QCL器件，成功实现THz QCL光频梳以及双光梳。克服传统THz光谱仪在测量时间和光谱分辨率方面的缺陷，开发出基于THz QCL双光梳的紧凑型高分辨实时光谱检测系统，为将来实现新一代THz光谱仪奠定基础。
微纳光子学
微纳光子学主要研究在微纳尺度下光与物质相互作用的规律及其光的产生、传输、调控、探测和传感等方面的应用。微纳光子学亚波长器件能有效提高光子集成度，有望像电子芯片一样把光子器件集成到尺寸很小的单一光芯片上。纳米表面等离子体学是一新兴微纳光子学领域，主要研究金属纳米结构中光与物质的相互作用。它具有尺寸小，速度快和克服传统衍射极限等特点，有望实现电子学和光子学在纳米尺度上的完美联姻，将为新一代的光电技术开创新的平台。金属-介质-金属F-P腔是最基本的纳米等离子体波导结构，具有良好的局域场增强和共振滤波特性，是制作纳米滤波器、波分复用器、光开关、激光器等微纳光器件的基础。但由于纳米等离子体结构中金属腔的固有损耗和能量反射，F-P腔在波分复用器应用中透射效率往往较低，这给实际应用带来不利。 最近，科研人员提出了一种提高表面等离子体F-P腔波分复用器透射效率的双腔逆向干涉相消法。该方法能有效避免腔的能量反射，使入射光能完全从通道端口出射，极大增强了透射效率。此设计方法还能有效的抑制噪声光的反馈。同时，科研人员利用耦合模方法验证了这种设计方法的可行性。这种波分复用器相比目前报道的基于F-P单腔共振滤波的波分复用器的透射效率提高了50%以上。相关的成果于2011年6月20日发表在Optics Express上，论文题目为：Enhancement of transmission efficiency of nanoplasmonic wavelength demultiplexer based on channel drop filters and reflection nanocavities。 “新兴光器件及集成技术专题报告会”上发布《纳米光子学对光子技术更新换代的重要作用》精彩演讲。报告摘要;从上世纪70年代开始，光子学进入微光子学阶段，经过40年的研究，现在已经比较成熟。以半导体激光器为重点的研究已经逐渐转向对激光控制问题的研究和激光应用的研究。同时，光子技术已经进入光电子技术阶段，其特点是研究开发以电控光、光电混合的器件和系统。光电子技术已经逐步占领了电子技术原有的阵地。它的应用领域已经扩大到人类社会生活的各方面，如光通信与光网，平板显示、半导体照明、光盘存储、数码相机等。光电子产业迅速发展壮大起来。在经济发达国家，光电子产业的总产值已经可以与电子产业相比，甚至超过电子产业。近十年来，国际学术界开始大力发展纳光子学及其技术，使光电子技术与纳米技术相结合，对现有光电子技术进行升级改造。 与国际上科技发达的国家相比，目前我国微纳光子学的研究还不算落后，这从我国在微纳光子学领域发表的论文数量和投稿的杂志级别就可看出。但是我国的光子学研究论文大部分是理论方面的，大多数是跟踪国外的。由于国内缺乏先进的科学实验平台，特别是缺乏制备微纳光子学材料和器件的工艺条件，实验方面的论文比较少（除了少数与国外合作研究的论文），创新的思想无法得到实验验证。微光子学方面的情况尚且如此，在纳光子学方面，由于对仪器、设备、工艺和技术的要求更高，与国外的差距正在加大。 在光电子技术方面，由于国际经济的全球化和我国的改革开放形势，吸引跨国公司将制造、加工基地向我国转移。21世纪初光电子企业的大公司纷纷落户我国。而且大量资金投向我国沿海经济发达地区（如广东、上海和京津地区），建立起一大批中外合资或独资企业。但是这些外国企业或技术人员，控制着产业的高端技术，对我国实行技术垄断，使我国的光电子技术至今还处于“下游”，成为外向加工企业。大多数光电子企业采用这样的生产模式：购买国外的芯片进行器件封装，或者购买国外的器件进行系统组装。目前我国光电子企业严重缺乏核心技术和自主知识产权，无法抵御国际经济危机，面临着很大的风险。 为了加快我国的微纳光子学与相关光子技术的发展，我国应该集中投入一部分资金，凝聚一批高水平研究人才，在某些光电子企业集中的地区，依托光子学研究有实力的单位，采用先进的管理模式，建设我
微电子的发展以及在医学上的应用
微电子技术发展趋势展望以及在医学中的应用 摘要： 电子技术是现代电子信息技术的直接基础。微电子技术的发展大大方便了人们的生活。它主要应用于生活中的各类电子产品，微电子技术的发展对电子产品的消费市场也产生了深远的影响。本文主要介绍了对微电子技术的认识、发展趋势以及微电子技术在医学中的应用。引言： 一、微电子技术的认识、发展历史以及在社会发展中所起的作用 1、微电子技术的认识 微电子技术，顾名思义就是微型的电子电路。它是随着集成电路,尤其是超大规模集成电路而发展起来的一门新的技术。 微电子技术是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的,其核心是集成电路,即通过一定的加工工艺,将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件,按照一定的电路互联,采用微细加工工艺,集成在一块半导体单晶片(如硅和砷化镓) 上,并封装在一个外壳内,执行特定电路或系统功能。与传统电子技术相比,其主要特征是器件和电路的微小型化。它把电路系统设计和制造工艺精密结合起来,适合进行大规模的批量生产,因而成本低,可靠性高。它的特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快，微电子技术对信息时代具有巨大的影响。它包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术,是微电子学中的各项工艺技术的总和。 2、发展历史 微电子技术是十九世纪末,二十世纪初开始发展起来的新兴技术,它在二十世纪迅速发展,成为近代科技的一门重要学科。它的发展史其实就是集成电路的发展史。1904 年,英国科学家弗莱明发明了第一个电子管——二极管，不就美国科学家发明了三极管。电子管的发明,使得电子技术高速发展起来。它被广泛应用于各个领域。1947 年贝尔实验室制成了世界上第一个晶体管。体积微小的晶体管使集成电路的出现有了可能。之后,美国得克萨斯仪器公司的基比尔按其思路,于1958 年制成了第一个集成电路的模型,1959 年德州仪器公司宣布发明集成电路。至此集成电路便诞生了。集成电路发明后,其发展非常迅速,其制作工艺不断进步,规模不断扩大。至今集成电路的集成度已提高了500 万倍,特征尺寸缩小200 倍,单个器件成本下降100 万倍。 3、微电子技术的应用 微电子技术广泛应用于民用、军方、航空等多个方面。现在人类生产的电子产品几乎都应用到了微电子技术。可以这么说微电子技术改变了我们的生活方式。 微电子技术对电子产品的消费市场也产生了深远的影响。价廉、可靠、体积小、重量轻的微电子产品，使电子产品面貌一新；微电子技术产品和微处理器不再是专门用于科学仪器世界的贵族，而落户于各式各样的普及型产品之中，进人普通百姓家。例如电子玩具、游戏机、学习机及其他家用电器产品等。就连汽车这种传统的机械产品也渗透进了微电子技术，采用微电子技术的电子引擎监控系统。汽车安全防盗系统、出租车的计价器等已得到广泛应用，现代汽车上有时甚至要有十几个到几十个微处理器。现代的广播电视系统更是使微电子技术大有用武之地的领域，集成电路代替了彩色电视机中大部分分立元件组成的功能电路，使电视机电路简捷清楚，维修方便，价格低廉。由于采用微电子技术的数字调谐技术，使电视机可以对多达100个频道任选，而且大大提高了声音、图像的保真度。 总之，微电子技术已经渗透到诸如现代通信、计算机技术、医疗卫生、环境工程在源、交通、自动化生产等各个方面，成为一种既代表国家现代化水平又与人民生活息息相关的高新技术。 4、发展趋势
微纳练习题解答
一、 1.套准精度的定义,套准容差的定义。大约关键尺寸的多少是套准容差？ 套准精度是测量对准系统把版图套准到硅片上图形的能力。套准容差描述要形成图形层和前层的最大相对位移,一般，套准容差大约是关键尺寸的三分之一。 2.信息微系统的特点是什么？ 低成本，能耗低，体积小，重量轻，高可靠性和批量生产，可集成并实现复杂功能。 3.微加工技术是由什么技术发展而来的，又不完全同于这种技术。独特的微加工技术包括哪些？ （1）微电子加工技术；（2）表面微制造、体硅微制造和LIGA工艺。4.微电子的发展规律为摩尔定律，其主要内容是什么? 集成电路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小√2倍 5.单晶、多晶和非晶的特点各是什么？ 单晶：几乎所有的原子都占据着安排良好的规则的位置，即晶格位置；非晶：原子不具有长程有序，其中的化学键，键长和方向在一定的范围内变化； 多晶：是彼此间随机取向的小单晶的聚集体，在工艺过程中，小单晶的晶胞大小和取向会时常发生变化，有时在电路工作期间也发生变化 6.半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质；当受外界光和热作用时，半导体的导电能力明显变化；在纯半导体中掺杂可以使半导体的
导电能力发生数量级的变化。 7.标准RCA清洗工艺有几个步骤，各步主要用来去除哪些物质? SPM清洗:有机物 APM清洗:颗粒和少量有机物 DHF清洗:氧化膜 HPM清洗:金属离子 8.磁控溅射镀膜工艺中，加磁场的主要目的是什么？ 将电子约束在靶材料表面附近，延长其在等离子体中运动的轨迹，提高与气体分子碰撞和电离的几率 9.谐衍射光学元件的优点是什么？ 高衍射效率、优良的色散功能、减小微细加工的难度、独特的光学功能10.描述曝光波长与图像分辨率的关系，提高图像分辨率，有哪些方法？ （1） NA = 2 r0/D, 数值孔径；K1是工艺因子：0.6～0.8 （2）减小波长和K1，增加数值孔径 氧气在强电场作用下电离产生的活性氧，使光刻胶氧化而成为可挥发的CO2、H2O 及其他气体而被带走；目的是去除光刻后残留的聚合物11.什么是等离子体去胶，去胶机的目的是什么？ 通过控制F/C的比例，形成聚合物，在侧壁上生成抗腐蚀膜 12.硅槽干法刻蚀过程中侧壁是如何被保护而不被横向刻蚀的？
微电子机械系统(MEMS)技术在军工和民生的应用及发展前景
微电子机械系统（MEMS）技术在军工和民生的应用及发展趋势 引言 微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical Systems,简称MEMS）是20世纪80年代末在成熟的微电子设计和加工技术的基础上发展起来的一种新兴技术，它是以微电子、微机械及材料科学为基础，研究设计制造具有特定功能的微型装置。它结合了机械可动结构和大规模、低成本、微电子加工的优点，在微小尺度上实现与外界电、热、光、声、磁等信号的相互作用。微电子机械系统通常指特征尺度大于1nm小于1μm，结合电子和机械部件并集成了IC工艺的装置。MEMS在航空、航天、军事、汽车、生物医学、环境监控等人们所接触到的几乎所有领域都有十分广阔的应用前景，它是未来国防领域及国民生活领域的关键技术和支撑技术。 MEMS的突出特点有： 1．微型化：MEMS硬件不仅体积小而且重量轻，耗能低，惯性小，谐振频率高。 2．以硅为主要材料，机械电器性能较好；硅的强度、硬度和弹性模量与铁相当，密度类似铝，热传导接近钨。 3．多样化：MEMS含有数字和总线接口，具有在网络中应用的条件，便于与PC系统集成。 4．集成化：可以把不同功能，不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成在一起，或形成微传感器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系 统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的MEMS。 5．多学科交叉：MEMS技术集成了电子信息，机械制造，材料与自动控制，物理，化学等诸多学科，并应用了当今许多高科技成果。 MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，MEMS工艺已经应用于军民生活中。本文就它在国防和民用领域的应用作一介绍，并分析它未来的发展前景。 一、MEMS技术在军事设备中的应用状况 众所周知，最尖端的科技总是先应用于国防，MEMS也一样，军事领域是它应用最早的领域之一。这很大程度上推动了MEMS技术的飞速发展。当前，MEMS 技术在军事上的应用被世界各个国家所重视。美国国防部高级研究计划局（DARPA）把MEMS技术确认为美国急需发展的新兴技术，并资助了大量MEMS项目，大力 发展小型惯性测量装置、微全分析系统、RF传感器、网格传感器、无人值守传感 器等项目，应用于单兵携带、战场实时监测、毒气以及细菌检测、武器安全、保险 和引信、弹道修正、子母弹开仓控制、超低功率无线通信信号处理、高密度低功耗 的数据存储器件、敌我识别系统等方面。MEMS在军用设备中的应用日渐广泛和深 入。 1.1MEMS技术对武器平台的优化 在海上武器应用方面，MEMS引信保险和引爆装置已成功用于潜艇鱼雷对抗武器上。引信保险和引爆装置的工作包括三个独立步骤:发射鱼雷后解除 炸药保险，引爆（引信）和防止在不正确的时间爆炸（保险）。使用镀有金属 层的硅结合巧妙的封装技术，MEMS引爆装置要比传统装置小一个数量级， 可安装在6.25英寸的鱼雷上，这是其他技术很难办到的。 在陆地应用方面，包括灵活而且坚固的爆破装置、发射装置和其他使用MEMS 惯性制导系统的武器平台。MEMS加速度计能承受火炮发射时产生接近10.5g 的冲击力，可以为制导导弹提供一种经济的制导系统，同时使导弹的可靠性
微纳测试
第一章 1、微纳米材料的三个特性是什么? 答：微尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应。 2、微纳测试的研究内容是什么，并解释其内涵 答：圆片级测试、管芯级测试和器件级测试。 MEMS圆片级测试主要解决MEMS在工艺线上制造过程中微结构与设计的符合性、微结构之间以及不同批次圆片间的一致性与重复性问题； 管芯级测试主要解决封装前微器件的成品率的测试问题； 器件级测试有两个方面的目的：其一是检测封装的质量，进行微器件的综合性能测试；另一方面则是考核微器件的可靠性，给出可靠性指标。 3、微纳测试方法有哪两大类 答：接触式测试与非接触式测试。 4、微纳测试仪器有哪几类 答：光学、电子学、探针等。 5、微纳测试的特点 答：被测量的尺度小，一般在微纳米量级；以非接触测量为主要手段。 第二章 1、试述光学法在微纳测量技术中的意义（同自动调焦法优点） 答：由于是非接触测量，因而对被测表面不造成破坏，可测量十分敏感或柔软的表面；测量速度高，能扫描整个被测表面的三维形貌，且能测量十分复杂的表面结构；用这种方法制成的测量仪器可用在制造加工过程中实现自动化测量。 2、可见光的波长范围 答：400~760nm 3、凸透镜成像的5种形式 答：形式1：当物距大于2倍焦距时，则像距在1倍焦距和2倍焦距之间，成倒立、缩小的实像。此时像距小于物距，像比物小，物像异侧。应用：照相机、摄像机。 形式2：当物距等于2倍焦距时，则像距也在2倍焦距，成倒立、等大的实像。此时物距等于像距，像与物大小相等，物像异侧。 形式3：当物距小于2倍焦距、大于1倍焦距时，则像距大于2倍焦距，成倒立、放大的实像。此时像距大于物距，像比物大，物像异侧。应用：投影仪、幻灯机、电影放映机。 形式4：当物距等于1倍焦距时，则不成像，成平行光射出。 形式5：当物距小于1倍焦距时，则成正立、放大的虚像。此时像距大于物距，像比物大，物像同侧。应用：放大镜。 4、几何光学的成像原理、波动光学的成像原理 答：几何光学成像原理：在均匀介质中，光线直线传播；光的反射定律；光的折射定律；光程可逆性原理。 波动光学成像原理：光的干涉；光的衍射；光的偏振。 5、显微镜与望远镜的异同点 答：显微镜与望远镜的相同点：（1）都是先成实像，后成虚像（2）他们的目镜都相当于放大镜成正立放大虚像。
清华大学微纳电子系课程
微电子与纳电子学系 00260011 晶体管的发明和信息时代的诞生 1学分 16学时 The Invention of Transistors and the Birth of Information Age 晶体管的发明，是二十世纪最重要的科技进步。晶体管及以晶体管核心的集成电路是现代信息社会的基础，对社会的进步起着无以伦比的作用。晶体管的发明，源于19世纪末20世纪初物理学、电子学以及相关技术科学的迅速成熟。晶体管的发明造就了一大批物理学家、工程师。晶体管的发明，也随之产生了许多著名的研究机构与重要的公司，如贝尔实验室、仙童公司、Intel等都与晶体管的发明密切相关。“以铜为鉴，可正衣寇；以古为鉴，可知兴替；以人为鉴，可明得失”。晶体管发明作为现代科技史上的重大事件发生过鲜为人知的重要经验和教训，涉及科研管理、人才和科学方法等诸多方面，可以从成功和失败两个方面为后人提供十分重要的借鉴与启示。本课程试图从晶体管的发明到信息社会的诞生，探讨技术革命和创新的方向，为大学低年级学生将来从事科学研究建立正确的思想观。所讨论的课题包括，科学预见和准确选题的重要性、科学研究的方法、放手研究的政策、知人善任和合理配备专业人才等。 00260051 固体量子计算器件简介 1学分 16学时 Introduction to solid-state quantum computing devices 作为量子力学和信息学的交叉，量子信息学是最近二十多年迅速发展起来的新兴学科，量子信息处理技术能够完成许多经典信息技术无法实现的任务。比如，一旦基于量子信息学的量子计算机得以实现，其在几分钟内就可解决数字计算机几千年才能解决的问题，那么用它就可及时地破解基于某些数学问题复杂性假定之上的传统保密通信的密钥，从而对建立于经典保密系统行业的信息安全构成根本性的威胁。这种新兴技术的实现可以直接地应用于国防，政治，经济和日常生活。本课程在此大的学术背景下展开，主要介绍最有希望成为量子比特的固体量子相干器件的基本原理和目前的研究状况，以及如何用这些器件实现量子计算。 00260061 量子信息处理的超导实现 1学分 16学时 Quantum information process and its implemention with superconducting devices 基于半导体集成电路的经典信息处理技术已渗透到我们生活的各个方面，信息处理器件，例如个人电脑和手机，为我们生活质量的提高提供了强有力的技术支持。但是经典信息处理技术的继续发展面临着技术上的瓶颈，其性能很难在现有技术路线上继续提高。一种新型的完全基于量子力学原理的量子信息处理技术，有望提高信息处理的效率并解决一些经典信息处理技术无法解决的问题。量子信息处理技术的成功实施，将为我们提供绝对保密的量子通信技术和高效的量子计算机。本课程将学习量子信息处理的基本原理；超导材料的基本特性以及利用超导器件实现量子信息处理的原理与方法。通过文献调研和小组讨论等方式了解利用超导器件实现量子信息处理的最新进展和面临的挑战，探讨可能的解决方案。 00260071 智能传感在社会生活中的应用 1学分 16学时 Smart Sensing in Social Activities 智能传感已经深入到社会生活的每个领域，深刻地影响着我们的社会组织方式和行为方式。本课程采用视频、图片等多媒体方式，以活泼生动地方式，向具有不同专业背景的学生深入浅出地讲述智能传感器及其在社会和生活中的应用。例如，在文化与智能传感器章节中，结合大家熟知的电影形象《指环王》中的“咕噜”，介绍智能运动传感器在电影制作中的应用；结合《机械战警》中的形象，介绍脑机接口传感器在脑神经科学研究及帕金森症等疾病治疗中的应用。在传感器与智能交通章节中，介绍汽车中种类繁多的传感器对未来无人驾驶汽车的作用。在传感器与智能家居章节中，介绍iphone手机中集成的多种传感器，及其功能扩展。在传感器与现代国防章节中，结合南斯拉夫亚炸馆事件，介绍控制炸弹穿透多层建筑后再爆炸的
微电子技术在医学中的应用
微电子技术在医学中的应用 随着科技的迅速发展，和医疗水平息息相关的电子技术应用也越来越广泛。微电子技术的发展大大方便了人们的生活，随着微电子技术的发展，生物医学也在快速的发展，微电子技术过去在医学中的主要是应用于各类医疗器械的集成电路，在未来主要是生物芯片。生物芯片技术在医学、生命科学、药业、农业、环境科学等凡与生命活动有关的领域中均具有重大的应用前景。微电子技术与生物医学之间有着非常紧密的联系。 生物医学电子学是由微电子学、生物和医学等多学科交叉的边缘科学，为使得生物医学领域的研究方式更加精确和科学，所以将电子学用于生物医学领域。在生物医学与电子学交叉作用部分中最活跃、最前沿、作用力最大的一项关键技术就是微电子技术。特别是随着集成电路集成度的提高和超大规模集成电路的发展，元件尺寸达到分子级，进入了分子电子学时代，用有机化合物低分子、高分子和生物分子作芯片，它们具有识别、采集、记忆、放大、开关、传导等功能，更大大促进了医学电子学的发展。 以下将主要从生物医学传感器、植入式电子系统、生物芯片这三个方面结合当前国际上最新进展来介绍两者之间的关系与发展。 一、生物医学传感器 生物医学传感器是连接生物医学和电子学的桥梁。它的作用是把人体中和生物体包含的生命现象、性质、状态、成分和变量等生理信息转化为与之有确定函数关系的电子信息。生物医学传感器技术是生物医学电子学中一项关键的技术，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。因为生物传感器专一、灵敏、响应快等特点，为基础医学研究及临床诊断提供了一种快速简便的新型方法，在临床医学中发挥着越来越大的作用，意义极为重大。 常见的生物医学传感器主要可分为以下几种：电阻式传感器，电感式传感器，电容式传感器，压电式传感器，热电式传感器，光电传感器以及生物传感器等。 医学领域的生物传感器发挥着越来越大的作用。在临床医学中，酶电极是最早研制且应用最多的一种传感器。利用具有不同生物特性的微生物代替酶，可制成微生物传感器，广泛应用于：药物分析、肿瘤监测、血糖分析等。 生物医学传感器相较于传统医疗方式具有以下特点： 1、生物传感器采用固定化生物活性物质作催化剂，价值昂贵的试剂可以重复多次使用，克服了过去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点。因此，这一技成本低，在连续使用时，每例测定仅需要几分钱人民币，术在很大程度上减轻病患医疗费用上的负担。
微纳光学结构及应用
1引言微纳光学主要指微纳米尺度的光学效应，以及利用微纳米尺度的光学效应开发出的光学器件、系统及装置。微纳光学不仅是光电子产业的重要发展方向之一，也是目前光学领域的前沿研究方向。微纳光学的发展是由大规模集成电路工艺水平的进步所推动的。早在20世纪50年代，德国著名教授A.W.Lohmann [1]就考虑到利用光栅的整体相移技术对光场相位编码，以实现对光波的人工控制。1964年夏季，A.W.Lohmann 教授指导大学生Byron ，利用IBM 当时先进的制版设备演示了世界上第一张计算机全息图。随后的衍射光学进展都可以看作是人为地控制或改变光的波前，从这个意义上说，这个工作具有革命性的意义。随着半导体工艺技术的进步，微米尺度的任意线 宽都可以加工出来。由此，达曼提出一种新型的微光学分束器件，后人叫做达曼光栅[2]。达曼光栅通过任意线宽的二值相位调制，将一束激光分成多束等强度的激光。其制作充分利用了微电子工艺技术，是一个典 型的微光学器件[3]。 达曼光栅一般能产生一维或者二维矩阵的光强分布。周常河等[4]提出了圆环达曼光栅，也就是不同半径的圆孔相位调制，实现多级等光强的圆环分布。我们知道，圆孔的傅里叶变换是贝塞尔函数，而矩形的傅里叶变换是SINC 函数，因此，虽然达曼光栅和圆环达曼光栅的物理本质一样，但是其数学处理却不相同[5]。随着制造技术水平的进步，出现了一些纳米光学领域的新概念：光子晶体（Photonic Crystal ）[6]、 表面微纳光学结构及应用 Micro-&Nano-Optical Structures and Applications 摘要简短回顾微纳光学的几个重要研究方向，包括光子晶体、表面等离子体光学、奇异材料、负折射、隐身以及 亚波长光栅等。微纳光学不仅成为当前科学的热点研究领域，更重要的是，微纳光学是新型光电子产业的 发展方向，在光通信、光存储、激光核聚变工程、激光武器、太阳能利用、半导体激光、光学防伪技术等诸多 领域，起到了不可替代的作用。 关键词微纳光学；纳米制造；微纳光学产业 Abstract Important areas of micro -and nano -optics are introduced,which include photonics crystal, plasmonics,metamaterials,negative -index materials,cloaking,subwavelength gratings and others. Micro -and nano -optics is not only the hot subject of the current scientific research,and more importantly,it reflects the new direction of the optoelectronics industry,which will be widely used in optical communications,optical storage,laser fusion facility,laser weapon,utilization of solar energy, semiconductor laser,optical anti-faking and others areas. Key words micro-&nano-optics;nanofabrication;micro-&nano-optical industry 中图分类号TN25doi ： 10.3788/LOP20094610.0022
微纳结构三维形貌高精度测试系统
第37卷第1期 光电工程V ol.37, No.1 2010年1月Opto-Electronic Engineering Jan, 2010 文章编号：1003-501X(2010)01-0019-06 微/纳结构三维形貌高精度测试系统 谢勇君1,2,3，史铁林2,3，刘世元2 ( 1. 暨南大学电气自动化研究所，广东珠海 519070； 2. 华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，武汉 430074； 3. 武汉光电国家实验室(筹) 光电材料与微纳制造研究部，武汉 430074 ) 摘要：为实现微/纳结构三维形貌的高精度测量，提出利用显微干涉技术和偏振技术相结合的方法来研制微/纳结构三维形貌亚纳米级精度测试系统。首先，利用五步相移干涉技术采集5幅带有π/2相移增量的干涉条纹图。然后，通过Hariharan五步相移算法得到包裹相位图。最后，利用分割线相位去包裹算法和相位高度关系转换得到微/纳结构三维形貌。在测试过程中通过偏振片产生强度可调的线偏振光，再由1/2波片改变偏振光在分光镜中的分光比，补偿参考镜与试件的反射性能差异，可得到亮度适中且对比度高的干涉条纹图，从而有利于实现微/纳结构三维形貌的高精度测量。系统的轮廓算术平均偏差R a的重复测量精度可达0.06 nm，最大示值误差不到±1%，示值变动性不到0.5%。通过对标准多刻线样板、硅微麦克风膜和硅微陀螺仪折叠梁的三维形貌测量验证了系统的有效性和实用性。 关键词：微/纳结构；显微干涉；偏振技术；三维形貌 中图分类号：TH741.8 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-501X.2010.01.04 Measurement System for 3D Profile of Micro/Nano Structures with High Resolution XIE Yong-jun1,2,3，SHI Tie-lin2,3，LIU Shi-yuan2 ( 1. Institute of Electric Automatization, Jinan University, Zhuhai 519070, Guangdong Province, China; 2. State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment and Technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China; 3. Division of Optoelectronic Materials & Micro-Nano Manufacture, Wuhan National Laboratory for Opto-electronics, Wuhan 430074, China ) Abstract: In order to test 3D profile of micro/nano structures with high resolution, a measurement system was developed based on microscopic interferometry and polarization technique. First, five interferograms with π/2-phase increase were acquired by five-step phase-shift interferometry. Then wrapped phase maps were calculated with Hariharan five-step-phase-shift algorithm. Finally, 3D profile of micro/nano structure could be gotten with branch-cut unwrapping algorithm and the phase-height formula. A polarizer provided a polarization beam and adjusted its illumination power. The polarized beam was parceled into two perpendicular directions by a polarization-beam splitter, and the intensities proportion of the two beams could be adjusted by rotating a 1/2-waveplate making it possible to compensate the differences of the reflectances between the sample and the reference mirror. This arrangement allowed that the interferograms had the advantages of high contrast and optimum intensity, and this was useful to increase system 收稿日期：2009-07-13；收到修改稿日期：2009-09-03 基金项目：国家自然科学基金重点项目(50535030); 国家自然科学基金(50775090); 新世纪优秀人才支持计划(NCET-06-0639); 国家博士后科学基金(20070410930); 广东省自然科学基金博士研究启动项目(9451063201002281); 广东高校优秀青年创新人才 培育项目(LYM08019)；广西制造系统与先进制造技术重点实验室开放课题基金; 暨南大学青年基金项目(51208027). 作者简介：谢勇君(1977-)，女(汉族)，广西全州人。讲师，博士，主要研究工作是精密测控技术。E-mail:xyj919@https://www.360docs.net/doc/57436332.html,。
微纳光学器件的研究进展
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/57436332.html, 微纳光学器件的研究进展 作者：田泽安白爱芳 来源：《贵州大学学报（自然科学版）》2018年第06期 文章编号1000-5269（2018）06-0020-07DOI：https://www.360docs.net/doc/57436332.html,ki.gdxbzrb.2018.06.03 摘要：工作在亚波长尺度的微纳光子学器件，具有良好的光子集成性和光学性能优势，广泛用于图像显示、遥感技术和传感应用等方面。根据国内外的研究进展，本文系统地介绍了各类微纳光学器件近十年以来的研究成果，简要阐述了基于特殊微纳结构的颜色滤光片、基于金属表面等离子体效应的滤光片、基于导模共振光栅滤光片、基于光栅结构的滤波偏振分束器和微纳结构宽波段吸收器等五种光子学器件的发展现状，提出有待进一步研究的问题，对未来的研究内容和发展方向进行了展望。 关键词：微纳结构;等离子体效应;导模共振光栅;光栅结构;颜色滤光片;宽波段吸收器;偏振分束器;吸收器 中图分类号：TN27;O438; 文献标识码： A 凡是对光波具有选择性的光学器件在可见光入射下，透射或反射光将呈现不同颜色，逻辑上这种光学器件过滤了白光的部分成分，因此本文称此类光学器件为颜色滤光片;尤其是红绿蓝三基色的颜色滤光片在显微系统和通信等方面广泛应用。随着微纳米制造技术的不断发展，彩色滤光片的研究已成为微纳光学领域的热点，目前，常用的颜色滤光片分为吸收型和干涉型两种。 吸收型颜色滤光片。早在1600年前，古罗马人使用金属离子吸收法，将金和银等金属掺杂到双层玻璃制备有色玻璃。在不同的入射角下，这种玻璃呈现不同的颜色。根据不同的掺杂材料（如金属，有机染料等）选择性吸收不同波长的入射光，呈现特定颜色的原理，使用现代工艺设计的颜色滤光片成本低，适合推广使用。但吸收型颜色滤光片的制备过程消耗大量的水电资源，对环境产生很大的污染;而且有机染料的化学性质容易发生变化，出现褪色现象，甚至颜色消失。 干涉型滤光片。利用干涉、衍射和散射产生的同频率多光束的干涉效应制备的颜色滤光片，寿命长、无污染、颜色稳定（在材料的尺寸和折射率不发生变化时，颜色不会发生变化），因而被广泛采用。但光程差依赖入射角，所产生的颜色会随入射角发生变化。由此，干涉型滤光片对入射角非常敏感，角度不敏感颜色滤光片成为研究的重点。 本文将总结近十多年來特殊微纳结构颜色滤光片、金属表面等离子体效应滤光片、导模共振光栅滤光片、光栅结构的滤波偏振分束器和微纳结构宽波段吸收器等微纳光学器件的研究成
微纳系统及其最新应用
MEMS系统及其封装技术的研究报告 微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS）是以微细加工技术为基础，将微传感器、微执行器和电子线路、微能源等有机组合在一起的微机电器件、装置、或系统。微机电既可以根据电路信号的指令控制执行元件，实现机械驱动，也可以利用传感器探测或接受外部信号。传感器将转换后的信号经电路处理后，再由执行器转换为机械信号，完成命令的执行。可以说，MEMS技术是一种获取、处理和执行操作的集成技术，它是一种多学科交叉的前沿性领域，几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，例如电子、机械、材料和能源。但是，由于对MEMS封装的认识一直落后于MEMS器件的研究，封装已成为妨碍MEMS商业化的主要技术瓶颈。 一、MEMS系统的特点、存在的问题 与常规机电系统相比，MEMS系统的主要优点包括：系统微型化，MEMS器件体积小，精度高、重量轻，尺寸精度可达到纳米量级；制造材料性能稳定，MEMS的主要材料是硅；批量生产成本低；能耗低，灵敏度和工作效率高；集成化程度高等。 但是，按照摩尔定律的预测，在不断追求电子元器件的高集成度、高密度的同时，MEMS 系统也存在一些问题，例如尺寸效应；材料性能主要是对于MEMS硅衬底上的薄膜的机械性能和电性能的分析；黏附问题；静电力问题；摩擦问题；检测问题；薄膜应力以及表面粗糙度问题。 二、MEMS封装 MEMS封装的分类方式有两种：一种是按封装材料分，可分为金属封装、陶瓷封装和塑料封装；另一种是按密封特性分，可分为气密封装和非气密性封装。通常金属封装和陶瓷封装为气密封装，而塑料封装为非气密封装。 1.MEMS封装的自身特性包括以下几点： 1）专用性 MEMS中通常都有一些可动部分或悬空结构，如硅等空腔、梁、沟、槽、膜片甚至是流体部件。 2）复杂性 由于多数MEMS封装外壳的负责性，对芯片纯化、封装保护提出了特殊要求。某些MEMS 的封装及其技术比MEMS还新颖，不仅技术难度大，而且对封装环境的洁净度要求更高。 3）空间性 为给MEMS可活动部分提供足够的可动空间，需在外壳上进行刻蚀，或留有一定的槽型及其他形状的空间。 4）保护性 在晶片上制成的MEMS，在完成封装之前，始终对环境的影响极其敏感。MEMS封装的各操作工序（划片、烧结、互联、密封等），需要采用特殊的处理方法，提供相应的保护措施。 5）可靠性 6）经济性 2.几种重要的 MEMS封装技术 MEMS封装经过多年的发展，出现了一些比较完善的封装技术和封装形式，比如键合技术、倒装芯片技术、多芯片封装技术以及3D封装等。 1）键和技术 键合技术是MEMS中最为关键、最具挑战性的技术，由于MEMS器件包含多种立体结构和多种材料层，MEMS元件的键合要比微电子元件困难得多。键合技术分为引线键合和表面键合两种。其中引线键合的作用是从核心元件引人和导出电连接。根据键合时所用能量