单片集成mems技术
mems制造工艺及技术
MEMS制造工艺及技术的深度解析一、引言微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，简称MEMS）是一种将微型机械结构与电子元件集成在同一芯片上的技术。
由于其体积小、功耗低、性能高等特点，MEMS技术已被广泛应用于各种领域，如汽车、医疗、消费电子、通信等。
本文将详细介绍MEMS的制造工艺及技术，以帮助读者更深入地了解这一领域。
二、MEMS制造工艺1. 硅片准备MEMS制造通常开始于一片硅片。
根据所需的设备特性，可以选择不同晶向、电阻率和厚度的硅片。
硅片的质量对最终设备的性能有着至关重要的影响。
2. 沉积沉积是制造MEMS设备的一个关键步骤。
它涉及到在硅片上添加各种材料，如多晶硅、氮化硅、氧化铝等。
这些材料可以用于形成机械结构、电路元件或牺牲层。
沉积方法有多种，包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）和电镀等。
3. 光刻光刻是一种利用光敏材料和模板来转移图案到硅片上的技术。
通过光刻，我们可以在硅片上形成复杂的机械结构和电路图案。
光刻的精度和分辨率对最终设备的性能有着重要影响。
4. 刻蚀刻蚀是一种通过化学或物理方法来去除硅片上未被光刻胶保护的部分的技术。
它可以用来形成机械结构、电路元件或通孔。
刻蚀方法有湿法刻蚀和干法刻蚀两种。
湿法刻蚀使用化学溶液来去除材料，而干法刻蚀则使用等离子体或反应离子刻蚀（RIE）来去除材料。
5. 键合与封装键合是将两个或多个硅片通过化学键连接在一起的过程。
它可以用于制造多层MEMS设备或将MEMS设备与电路芯片集成在一起。
封装是将MEMS设备封装在一个保护壳内以防止环境对其造成损害的过程。
封装材料可以是陶瓷、塑料或金属。
三、MEMS制造技术挑战与发展趋势1. 尺寸效应与可靠性问题随着MEMS设备的尺寸不断减小，尺寸效应和可靠性问题日益突出。
例如，微小的机械结构可能因热膨胀系数不匹配或残余应力而导致失效。
为了解决这些问题，研究人员正在开发新型材料和制造工艺以提高MEMS设备的可靠性。
MEMS技术的原理与应用
MEMS技术的原理与应用什么是MEMS技术？MEMS技术（Micro-Electro-Mechanical Systems，微电子机械系统）是一项结合微电子技术和微机械技术的科学技术。
它将微尺度的电子部件、机械部件和传感器等集成在一起，形成一种具有微小尺寸、高度集成度和多功能特性的系统。
MEMS技术在各个领域具有广泛的应用，如汽车、医疗、工业和消费电子等。
MEMS技术的原理MEMS技术的原理基于微电子制造技术，主要包括以下步骤：1.设计阶段：设计师根据实际需求设计MEMS器件的结构和功能。
在这个阶段，需要考虑到器件的制造工艺和使用环境等因素。
2.制造工艺：采用光刻、薄膜沉积、电镀和离子刻蚀等微电子制造工艺，将设计好的MEMS器件图形转移到硅片上。
3.制造步骤：包括前端制造和后端封装。
前端制造步骤主要包括硅片的清洗、氧化、掩模制作、加工、薄膜沉积和刻蚀等过程。
后端封装步骤主要包括器件的封装、焊接和电气测试等。
4.器件测试：通过芯片测试设备对制造好的MEMS器件进行测试，确保其功能和性能得到满足。
5.性能验证：将MEMS器件安装到应用设备中进行系统级别的性能验证，确保其在实际应用中能够正常工作。
MEMS技术的应用领域MEMS技术在各个领域都有广泛的应用，以下是其中几个典型的应用领域：1. 汽车行业•借助MEMS技术，汽车厂商可以实现汽车安全、驾驶辅助和信息娱乐等多方面的创新。
例如，借助MEMS传感器，汽车可以实现稳定控制、空气质量监测和智能停车等功能。
•MEMS传感器还可以帮助汽车实现智能制动和悬挂控制，提高行车安全性和稳定性。
2. 医疗行业•MEMS技术在医疗行业的应用非常广泛，例如使用MEMS传感器监测患者的生理参数，用于实时监测和诊断。
•MEMS能够制造出微小且高灵敏度的传感器和执行器，可用于药物输送和手术器械等医疗设备中。
3. 工业行业•MEMS技术在工业自动化方面的应用十分重要，例如MEMS传感器可以监测温度、压力、湿度和流量等参数，用于实现自动化控制。
MEMS的原理及应用
MEMS的原理及应用前言微机电系统（Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS）是一种将微米尺度的机械元件和微电子元件集成在一起的技术。
它结合了机械学、电子学和计算机科学等领域的知识，广泛应用于各个领域。
本文将介绍MEMS的原理及其在不同领域的应用。
MEMS的原理MEMS的核心原理是利用微米尺度的机械结构来感知和操控物理量。
这些微米尺度的结构通常由硅或其他材料制成，并且与电子元件集成在一起。
MEMS器件利用微机械结构的运动或变形来实现各种功能。
下面是一些常见的MEMS原理：1.微加工技术：MEMS器件通常是通过光刻和微加工技术制作的。
这些技术允许制造出微米级别的机械结构和电子元件。
2.机械传感器：MEMS器件中最常见的一类是机械传感器，用于感知物理量如压力、加速度、温度等。
典型的机械传感器包括压力传感器、加速度传感器和陀螺仪等。
3.微操控器件：除了传感器，MEMS还包括微操控器件，用于操控物理量如运动、振动等。
例如，微镜头用于手机的自动对焦功能就是一种微操控器件。
4.集成电子元件：最重要的一点是，MEMS器件通常与集成电子元件一起工作。
传感器通过电子元件将感知到的物理量转化为电信号，而操控器件则接收电信号并操控相应的物理量。
这种集成使得MEMS器件具有高度的智能化和自动化能力。
MEMS的应用MEMS技术在各个领域都有广泛的应用。
下面列举了几个典型的应用领域：1. 电子设备•手机：MEMS技术使得手机具备了更多的功能，如自动对焦摄像头、陀螺仪和加速度传感器等。
•智能手表：智能手表中的MEMS技术可以实现计步器、心率监测和气压计等功能。
•耳机：MEMS技术可以用于制作微型麦克风和降噪器，提高音质和通话质量。
2. 医疗领域•生物传感器：MEMS技术可以用于制作微型生物传感器，实现疾病的早期诊断和监测。
•药物传递系统：利用MEMS技术，可以制作微型药物传递系统，实现精确的药物控制和释放。
MEMS技术
MEMS技术MEMS是英文Micro Electro Mechanical systems的缩写，即微电子机械系统。
微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术（micro/nanotechnology）基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。
它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。
这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。
它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。
微电子机械系统（MEMS）是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术，该技术将对未来人类生活产生革命性的影响。
它涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科。
对微电子机械系统(MEMS)的研究主要包括理论基础研究、制造工艺研究及应用研究三类。
理论研究主要是研究微尺寸效应、微磨擦、微构件的机械效应以及微机械、微传感器、微执行器等的设计原理和控制研究等；制造工艺研究包括微材料性能、微加工工艺技术、微器件的集成和装配以及微测量技术等；应用研究主要是将所研究的成果，如微型电机、微型阀、微型传感器以及各种专用微型机械投入实用。
易懂的MEMS与难懂的MEMS概括起来讲，MEMS就是基于微加工技术的产品与技术的总称，而微加工技术的基础则是半导体制造技术。
因此从宏观上讲，业界期望在半导体产品的延长线上开展产品的大批量生产业务。
这一点和半导体业务一样容易制订开发蓝图，对半导体厂商和业界分析师来说很容易理解。
另一方面，假如把MEMS技术看作基础性微加工及各种集成技术的集大成，那么我们就能够将它视为现实世界中所有领域现有产品的超小型化，以及由此综合而成的系统化手段。
由此来讲，可以说存在着大量具有潜在应用前景的产品。
mems典型工艺流程
mems典型工艺流程MEMS（微机电系统）是一种的技术，将微机电技术与集成电路技术相结合，制造出微小尺寸的机械系统和传感器。
在MEMS的制造过程中，需要经过一系列的工艺流程。
下面将介绍一般MEMS的典型工艺流程。
首先，MEMS的工艺流程通常从硅片的制备开始。
通常采用的是单晶硅片，其表面经过化学洗涤和高温氧化处理，以去除杂质和形成氧化硅层作为基底。
接下来是光刻工艺。
这一步骤通过将光刻胶涂覆在硅片上，然后使用特定的光掩膜进行照射，从而在光刻胶上形成需要的图案。
通过光刻工艺，可以制造出细小的结构和器件形状。
然后是刻蚀工艺。
刻蚀工艺使用化学或物理方法，将不需要的硅片或氧化层材料进行去除。
根据需要，可以采用湿法刻蚀或干法刻蚀。
刻蚀后，可以得到所需的MEMS结构和通道。
接下来是薄膜沉积工艺。
薄膜沉积工艺是将需要的材料沉积到硅片表面，以形成薄膜层。
这种工艺可以用于制造电极、传感器和阻尼材料等。
根据需要，可以采用热氧化、电镀或化学气相沉积等方法进行薄膜沉积。
然后是光刻和刻蚀重复多次的步骤。
这是因为MEMS设备通常需要复杂的结构，需要多次重复进行光刻和刻蚀，以形成所需的形状和结构。
这一步骤可能需要多次光刻胶涂覆、暴露和刻蚀，以实现所需的器件形状和功能。
最后是封装工艺。
封装工艺将制造好的MEMS器件封装到适当的壳体中，保护器件免受外界环境的干扰。
封装工艺可根据具体情况选择不同的方法，例如焊接、粘接或压接等。
总的来说，MEMS的典型工艺流程包括硅片制备、光刻、刻蚀、薄膜沉积、光刻和刻蚀重复多次以及封装。
通过这些工艺步骤，可以制造出各种微小尺寸的MEMS结构和传感器。
MEMS的制造工艺流程非常复杂，需要对微纳米材料和工艺参数进行精确控制和处理。
这些MEMS器件在航天、汽车、医疗和消费电子等领域具有广泛的应用前景。
mems技术3篇
mems技术第一篇：mems技术的发展与应用MEMS技术是指微型机电系统（Micro Electro Mechanical Systems）技术，即微型化的机械和电子元件集成在一起形成的系统。
该技术呈现出体积小、质量轻、功耗低、成本低、可靠性高、快速响应等优点，已经被广泛应用于数字信号处理、通信、医疗、航空航天等领域。
MEMS技术的发展可以追溯到20世纪60年代。
最初，MEMS技术主要应用于传感器领域，特别是压力和加速度传感器。
到了20世纪80年代，随着微电子技术的发展，MEMS技术得以进一步发展，并开始在生产中进行广泛应用。
MEMS技术的应用领域相当广泛，对于制药和生命科学应用来说，MEMS技术可以用于制定特定的生物反应器、可穿戴医疗设备和便携式医疗器械；在汽车制造领域，MEMS技术被应用于空气流量计、车速传感器、制动系统和车辆稳定控制系统；在航空航天领域，MEMS技术被广泛应用于姿态控制、导航、卫星通信和测量和检验系统等。
总的来说，MEMS技术的发展极大地推动了科技进步，让我们在各个领域的应用中都得到了非常大的便利。
相信在不久的将来，MEMS技术的应用领域会更加广泛。
第二篇：mems传感器的原理与应用MEMS传感器指的是采用MEMS技术生产的传感器，常用于测量物理量。
其原理是利用微型机械系统制造技术制造出来的结构，实现了对物理量的转换。
由于采用这种技术制造，MEMS传感器可以实现微型化和集成化，同时具有准确、灵敏度高、响应速度快、功率消耗低等优点。
MEMS传感器的应用非常广泛。
它们可以用于测量加速度、压力、温度、重力、光强度等物理量，并将数据变换成电信号输出。
MEMS传感器已经被广泛应用于航空航天、汽车制造、制造业、医疗设备、安全和控制等领域。
例如，在汽车行业中，MEMS传感器可以测量车速、制动压力、空气温度等数据，并控制车辆的稳定性；在医疗设备方面，MEMS传感器能够测量体温、心率、呼吸频率等生命体征信号，帮助医生确定病情。
MEMS技术
MEMS技术
三、MEMS微传感器的研究现状与发展方向
MEMS未来的发展趋势为微细化、集成化、多元化与产业化四方面。
1．微机械压力传感器
分类：压阻式和电容式两类。 结构：圆形、方形、矩形、E形等多种结构。
发展方向:
1）智能化
2）低量程
3）拓宽温度范围
4）开发谐振式微机械压力传感器
2．微加速度传感器
分类：压阻式、电容式、力平衡式和谐振式。
第二轮商业化出现在20世纪90年代，主要围绕着PC和信息技术的 兴起。
第三轮商业化可以说出现于世纪之交，微光学器件通过全光开关及 相关机器而成为光纤通信的补充。
目前MEMS产业呈现的新趋势是产品应用的扩展，其开始向工业、 医疗、测试仪器等新领域扩张。推动第四轮商业化的其他应用包括一 些面向射频无源元件、在硅片上制作的音频、生物和神经元探针，以 及所谓的“片上实验室”，生化药品开发系统和微型药品输送系统的 静态和移动器件。
图4-14 微气敏传感器
MEMS技术
6．微机械温度传感器
微机械传感器与传统的传感器相比，具有体积小、重量轻的特 点，其固有热容量仅为10-8～10-15J/K，使其在温度测量方面具 有传统温度传感器不可比拟的优势。
物联网
MEMS技术
图4-13 质量流量传感器
MEMS技术
5．微气敏传感器
气敏传感器的工作原理是声表面波器件的波速和频率会随外界环 境的变化而发生漂移。气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表 面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气 体相互作用（化学作用、生物作用或物理吸附），使得气敏薄膜的 膜层质量和导电率发生变化，引起 压电晶体的声表面波频发生 漂移；气体浓度不同，膜层 质量和导电率变化程度亦 不同，即引起声表面 波频率的变化也不 同。通过测量声表 面波频率的变化就 可以准确地反映气 体浓度的变化。
对mems的认识
对mems的认识
MEMS（微电子机械系统）是指微观尺度上的机械、电子、光学、磁
学等多学科技术的集成体系。
MEMS技术的主要特点是具有尺寸小、
重量轻、功耗低、响应速度快、集成性强的优点。
目前，MEMS技术
已经得到广泛应用，包括加速度计、姿态传感器、压力传感器、物理
传感器、生物传感器等领域。
MEMS技术在传感器领域具有广泛的应用，作为一种非常重要的无源
传感器，其应用领域十分广泛。
MEMS传感器适用于各种环境，其应
用领域包括汽车电子、医疗电子、工业控制和无线通讯等领域。
与传
统的机械传感器相比，MEMS传感器不仅能够提供更高的灵敏度，还
可以在体积小、功耗低的情况下提供可靠的数据。
MEMS技术不仅仅适用于传感器领域，在微型化系统方面也有广泛的
应用。
MEMS设备可以用来制作微型电机、马达、音响、光学元件等，可以广泛应用于通信、消费电子、医疗、环境保护和能源等领域。
此外，MEMS技术还可以用于微型机器人和仿生学方面的研究。
MEMS技术的发展还面临着许多挑战。
例如，MEMS制造过程中需要使用非常高的技术，如深刻的蚀刻和微影技术，这些技术需要非常高
的制造工艺。
此外，MEMS制造中的质量控制也是一个重要的挑战。
MEMS制造过程中的质量控制需要非常高的精度和工艺，并且需要实现高效率的生产。
总之，MEMS技术是一项十分重要的技术，具有极高的潜力。
在未来的发展中，随着技术的不断进步和应用领域的不断扩大，MEMS技术的应用将更加广泛。
随着MEMS技术的发展，我们将看到更多更强大的MEMS设备的出现。
MEMS技术及其应用(整理版)
机械类
微传感器
磁学类 化学类
力学 力矩 速度
加速度
位置
流量 角速度(陀螺)
气体成分
湿度
生物类 PH值 .
离子浓度
26
微执行器 马达 齿轮 开关 扬声器
微结构器件 薄膜 探针 弹簧 微梁
微腔 沟道 锥体 微轴
微光学器件 微镜阵列
微光扫描器
微斩光器 光编码器 微光阀
微干涉仪 微光开关 微透镜
.
27
MEMS制造工艺
技术基础：设计、工艺加工(高深宽比多层微结构)、微装配工艺、 微系统的测量等。
应用研究：如何应用这些MEMS系统也是一门非常重要的学问。人 们不仅要开发各种制造MEMS的技术，更重要的是如何将MEMS器件 用于实际系统，并从中受益。
.
25
MEMS器件根据其特性分成微传感器、微执行 器、微结构器件、微机械光学器件等。
.
18
OMOM智能胶囊消化道内窥镜系统（简称“胶囊内镜”）
金山科技集团研制的胶囊内镜
“胶囊内镜”是集图像处理、信息通讯、光电工程、 生物医学等多学科技术为一体的典型的微机电系统 （MEMS）高科技产品，由智能胶囊、图像记录仪、 手持无线监视仪、影像分析处理软件等组成。
图象记录仪
工作时间：8小时左右
.
13
国外MEMS 技术在引信中的应用
MEMS 技术在精确打击弹药引信中的应用
美国FMU2159/ B 硬目标侵彻灵巧引信及加速度计
.
14
MEMS 技术在灵巧弹药引信中的应用
采用MEMS 技术的弹道修正引信
装有弹道修正引信的MK64 制导炮弹
.
15
MEMS 技术在轻武器面杀伤弹药引信中的应用
微机电MEMS技术
微机电MEMS技术随着科技的不断发展，微机电系统（MEMS）技术已经成为了现代科技领域中的一个热点话题。
MEMS技术是一种集成化的技术，它将微型机械结构、电子元件和集成电路等技术融合在一起，形成了一种新型的微型系统。
这种系统的特点是小型化、高集成度、低功耗和低成本等，因此在各个领域都有着广泛的应用。
MEMS技术的发展历程MEMS技术的发展可以追溯到上世纪60年代初期，当时美国贝尔实验室的研究人员发现，可以将晶体管等微型电子元件集成在一起，形成一种新型的微型系统。
这种系统可以实现自动化控制，从而解决了传统机械系统中存在的一些问题。
自此，MEMS技术开始逐渐发展壮大，不断被应用于各个领域。
在20世纪80年代，MEMS技术进一步得到了发展。
当时，研究人员发现，可以将微型机械结构与电子元件融合在一起，形成一种新型的微型系统，称之为微机电系统（MEMS）。
这种系统可以实现微型机械结构的自动化控制，从而实现各种功能。
MEMS技术的发展在20世纪90年代得到了进一步加强，得到了广泛的应用。
MEMS技术的应用领域MEMS技术在各个领域都有着广泛的应用。
其中，最为典型的应用领域是传感器和执行器。
传感器是一种能够将物理量转化为电信号的设备，而执行器则是一种能够将电信号转化为物理量的设备。
这两种设备都是微机电系统的核心组成部分，它们可以实现各种自动化控制功能。
MEMS技术在医疗领域也有着广泛的应用。
例如，可以利用MEMS 技术制造出微型探针，用于检测人体内部的病变情况。
此外，MEMS技术还可以制造出微型药物输送系统，将药物直接输送到患者的病变部位，从而实现更加精准的治疗。
MEMS技术在航空航天领域也有着广泛的应用。
例如，可以利用MEMS技术制造出微型惯性导航系统，用于飞行器的自动导航。
此外，MEMS技术还可以制造出微型加速度计和陀螺仪等设备，用于飞行器的姿态控制和定位。
MEMS技术在汽车领域也有着广泛的应用。
例如，可以利用MEMS 技术制造出微型气体传感器，用于检测汽车尾气的排放情况。
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集成电路专业学年论文论文题目：单片集成mems技术学院：电子工程学院年级：2008级专业：集成电路设计与集成系统姓名：殷晓雪学号：20083399指导教师：窦雁巍2011年7月8日摘要微机电系统(MEMS)是在微电子技术的基础上兴起的一个多学科交叉的前沿领域,集约了当今科学技术发展的许多尖端成果,在汽车电子、航空航天、信息通讯、生物医学、自动控制、国防军工等领域应用前景广阔。
该文介绍了微机电系统发展的背景与基础理论研究,介绍了单片集成MEMS技术相对传统混合(hybrid)方法的优势;分析了单片集成MEMS技术实现的难点,给出了目前与CMOS工艺兼容的多种单片集成MEMS的技术特点、工艺流程；详细阐述了目前各种post-CMOS技术。
同时,提出一种与标准IC 工艺兼容的MEMS单片集成新方法——后微机械技术，研究了与之相关的关犍技术，PECVD淀积SiC保护电路技术及多孔硅牲层技术。
最后，给出单片集成MEMS技术未来的发展趋势。
关键词微机电系统；单片集成；CMOS兼容；微机械加工；多孔硅AbstractMicro electromechanical system (MEMS) , developed on the basis of micro electronics, is a scientific research frontier of multi disciplines and assimilates the most advanced achievements in current research and development. MEMS extends into various fields with wide application prospects, such as auto motive electronics, aeronautics and astronautics, information communication, biomedicine, auto control and defense industry, etal. This paper introduces the back ground of MEMS development and it s basic theory research. The advantages of monolithic integrated MEMS technology over traditional hybrid method are introduced, and the difficulties of implementing monolithic integrated MEMS are analyzed. The characteristics and process of many CMOS-compatible monolithic integrated MEMS technologies are presented, especially, the current post CMOS technologies are detailed. At the same time, proposed a standard IC process compatible MEMS monolithic integration of new methods after the micro-mechanical technology to study the relationship bullock related technology, PECVD deposition of SiC porous silicon technology and circuit protection layer technology offerings, and had porous silicon sacrificial layer technology, experimental study, and achieved satisfactory result.At last a forecast is given for their future trends.Key wordsMEMS( micro electro mechanical system); monolithic integration; CMOS compatible; Micro Mechanical Machining; Porous silicon目录摘要 (I)Abstract (II)前言 (1)第一章微机电系统基础理论研究 (2)第二章单片集成MEMS技术的优势和面临的挑战 (3)第三章单片集成MEMS的主要技术现状 (5)3.1 淀积新的结构材料作MEMS结构的集成技术 (5)3.1.1 多晶硅作为结构层的集成表面微细加工技术 (5)3.1.2 以其他材料作结构层集成表面微细加工技术 (5)3.2 以原CMOS结构层作MEMS结构的集成技术 (6)3.2.1 牺牲铝的未加工技术 (6)3.2.2 单晶体硅活化蚀刻和金属化法 (6)3.2.3 大纵横比的CMOS-MEMS工艺 (7)3.2.4 体加工CMOS-MEMS工艺 (7)第四章最新MEMS单片集成方法的研究 (9)4.1 开放式MEMS制造方式 (9)4.2 基于微机械的多孔硅技术 (9)第五章发展趋势 (11)结论 (12)参考文献 (13)前言近几十年来,微机械技术和微电子技术相融合形成一个新兴的技术领域微机电系统(MEMS)。
MEMS借助体系小,质量轻,能耗低,集成度高和智能化等技术优势, 目前已应用和可预见的应用领域包括汽车电子、航空航天、信息通讯、生物医学、自动控制、国防军工等,并集约了当今科学技术的许多最新成果。
MEMS技术源于20世纪80年代中后期的美国和日本,已有20余年的发展历程。
在过去的20年中,CMOS技术已成为集成电路主要制造工艺,制造成本下降的同时,成品率和产量也得到很大提高,COMS工艺将继续以增加集成度和减小特制尺寸向前发展。
当今,CMOS集成工艺不仅被利用在集成电路设计上,而且,也被利用在很多微传感器和微执行器上,这样可以把微传感器与集成电路集成在一起,构成功能强大的智能传感器。
随着微传感应用范围的不断扩大,对传感器的要求也越来越高,对未来微传感器的主要要求是:微型化和集成化;低功耗和低成本;高精度和长寿命，多功能和智能化。
硅微机械和集成电路的一体化集成,可以满足上述要求。
但是目前，半导体微传感器研究中亟待解决以下几个方面问题：传感器测量范围的拓宽；传感器性能的提高，一是完善传感器的结构和制作工艺，二是研究新机理、采用新材料、制作新结构；实现MEMS器件的单片集成，目前,集成传感器的产品多数采用混合集成,单片集成的比例很小。
而实现单片集成是实现传感器智能化的关键,特别是单片集成MEMS传感器技术也是当今片上系统芯片能否实现的关键技术之一。
可见,对各种单片集成MEMS技术难点进行分析以及给出目前已有的各种单片集成MEMS技术是非常必要的，研究新的与标准IC工艺兼容的MEMS单片集成方法也是非常有意义的。
第一章微机电系统基础理论研究微机电系统是由电子和机械组成的集成化器件或系统，采用与集成电路兼容的大批量处理工艺制造，尺寸在微米到毫米之间。
尤其是计算、传感与执行融合为一体，从而改变了感知和控制自然界的方式。
MEMS不同于传统机电系统,自身还有宏观物理学难以解释和预测的特定规律,诸如微构件力学性能、微摩擦机理、微流体力学、微传热学等基础理论研究仍然需要深入探索和关注。
对于某些微纳尺寸构件或系统,其微尺度效应与宏观现象差异很大,甚至发生质的变化,诸如力的尺寸效应、微结构表面效应、微观摩擦机理、热传导、误差效应和微构件力学性能等。
在微观领域,与物体特征尺寸成高次方的惯性力、电磁力作用会随着特征尺寸的减小而快速下降,与特征尺寸成低次方的黏性力、弹性力、静电力、范德华力等减小的速度会慢的多,比高次方的力相对增大;在许多情况下,重力和惯性力可忽略,表面力和静电引力成为对系统性能起主导影响作用的因素。
微构件相对运动时,表面摩擦力、润滑膜粘滞力表现突出;微观摩擦将取决于构件表面间的分子作用力,而不再是载荷压力,牛顿摩擦定律在此已不适用。
在微流体力学中,微管道中液体的输送机理和外在表现与Navier Stokes流体方程出现偏离,需要基于微流体动态测试平台进行修正。
在微尺度传热学中,微槽、微孔、微管等微器件内部的传质传热特性亦与宏观传热有很大差异[1]。
目前,MEMS基础理论研究已取得一些研究进展,并开发出一些测试仪器或系统对微尺度理论体系进行完善,但尚不系统化,有待于进一步对微结构学、微动力学、微流体力学、微摩擦学、微热力学、微电子学、微光学、微生物学等进行研究。
第二章单片集成MEMS技术的优势和面临的挑战实现MEMS和CMOS共同工作是分别制造MEMS传感器和CMOS集成电路,然后,从各自的晶片切开,固定在一个共同的衬底上,并且,连线键合,这样就实现两者的集成,这就是所谓的混合(hybrid)方法。
这种方法不会产生MEMS制造过程对CMOS电路的污染,同时,两者生产过程互不干扰。
但是,由于信号经过键合点和引线,导致在高频应用时,信号传输质量下降,并且,开发两套生产线增加了产品的成本。
为了解决一些性能问题,并降低制造成本,提出把MEMS部分做在和CMOS电路同一块衬底上,也就是产生了与CMOS工艺兼容单片集成MEMS技术或叫CMOS-MEMS技术。
这种方法相对混合方法总的来说有如下优势:第一,性能能得到很大的提高,因为寄生电容和串扰现象可以显著减小;第二,混合方法需要复杂的封装技术以减小传感器接口的影响,而单片集成方法需要的封装技术相对简单,所以,降低传感器成本;第三,单片集成传感器技术也是阵列传感器的需要,是克服阵列传感器与外围译码电路互连瓶颈的一种有效方法;第四,开发单片集成MEMS产品比开发混合MEMS产品所需的时间短,而且,开发成本低。
单片集成MEMS技术根据MEMS器件部分与CMOS电路部分加工顺序不同可以分为前CMOS(pre-CMOS)、混合CMOS(intermediate-CMOS)及后CMOS(post-CMOS)集成方法。
post-CMOS方法是在加工完CMOS电路的硅片上,通过一些附加MEMS微细加工技术以实现单片集成MEMS系统,目前,单片集成MEMS技术主要以这种方法为主[2]。
post-CMOS方法主要问题是MEMS加工工艺温度会对前面的CMOS电路性能产生影响,更为严重的是后面高温MEMS加工工艺温度与前面CMOS工艺金属化不兼容。