电子科技大学 MEMS课件第一章总结

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电子科大微机电系统（MEMS）概论课件第一章.

电⼦科⼤微机电系统（MEMS）概论课件第⼀章.MEMS & Microsystems—Design andManufacture机械电⼦⼯程学院研究⽣专业课程教材刘晓明,朱钟淦著.《微机电系统设计与制造》国防⼯业出版社,2006参考书籍[美] 徐泰然著,王晓浩等译. MEMS和微系统-设计与制造. 机械⼯业出版社,2003[德]W.Menz著,王春海等译. 微系统技术. 化学⼯业出版社,2003[美]Michael Quirk & Julian Serda著,韩郑⽣等译.半导体制造技术. 电⼦⼯业出版社,2003课程安排课时——40 学时上课安排——第1周-第11周周⼆/ 7-8节,B 208周四/ 3-4节,B 201考试⽅式——闭卷考分⽐例——期末考试60%不设中期考试平时讨论、⼤作业与出勤40%授课内容ü微机电系统(MEMS概论(2 hoursüMEMS的理论基础知识(6 hours ü集成电路基本制造技术(8 hoursüMEMS的制造技术(6 hoursü微传感器(8 hoursü微执⾏器(6 hoursüMEMS的封装与检测(4 hours概论第⼀章微机电系统(MEMS 概论内容提要üMEMS 的基本概念,与宏观机电系统的对⽐特征üMEMS 技术的发展过程与⼤致技术现状üMEMS 典型产品的应⽤⼀、MEMS 的形成与发展1、MEMS 的形成基础机械电⼦学——机械学、电⼦学、计算机技术交叉MEMS ——机/电/磁/光/声/热/液/⽓/⽣/化等多学科交叉学科交叉的产物MEMS传热学⼒学电/磁学光学化学⽣物学量⼦⼒学声学流体⼀、MEMS的形成与发展1、MEMS的形成基础与机械电⼦学的关系基本组成相同不是简单的提升定⼦转⼦扭矩传递齿轮LIGA⼯艺⽣成的微马达MEMS系统框图MEMS的组成要素:微型传感器、微执⾏器、信号处理控制电路、通信系统、微电⼦电源2、MEMS的特点MEMS的定义America——它是由电⼦和机械元件组成的集成微器件、微系统,它是采⽤与集成电路(IC兼容的⼯艺制造的,可批量⽣产。

MEMS讲稿

-- American Heritage Dictionary, 4th ed., 2000
Definition of Technology （2）
Technology is a broad concept that deals with an animal species' usage and knowledge of tools and crafts, and how it affects an animal species' ability to control and adapt to its environment.
刘刚

第七章微机电系统简介第八章同步辐射光刻及LGA技术第九章生物芯片制备技术；
教学方法
授课方法：
教：以讲课为主，实验为辅，抛砖引玉。学：以课堂教材为线索，自行调研文献，扩展、深化认识。
考核方法：1.实验报告。
2.调研报告（书面总结，大会汇报），
教学
材：老师讲稿（ppt）。参考各种文献。时：40
definition of MEMS(2)
Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS) is the technology of the very small, yet not within the realm of Molecular nanotechnology. /wiki/MEMS Micro Electrical Mechanical systems. Devices which use microfabrication methods to develop moving parts linked to electrical components for detection and actuation micro Micro Electro Mechanical System – A microscopic device with both electrical and mechanical functionality, which is manufactured in a batch process. ... .au/resources/glossary.htm Microelectromechanical systems are devices and machines fabricated using techniques generally used in microelectronics, often to integrate mechanical or hydraulic functions etc. with electrical functions. /~tg/publications/ecology/eolss/ node2.html②来自③课程目的（响应）

MEMS技术导论

应用
MEMS在工业、信息和通信、国防、航空航天、航海、医疗和物生工程、农业、环境和家庭服务等领域有着潜在的巨大应用前景。 MEMS的应用领域中领先的有：汽车、医疗和环境；
◆ Optical
MEMS ◆ RF MEMS ◆ Data Storage ◆ Bio. ◆ Power MEMS ◆ MEMS for Consumer Electronics ◆ MEMS In Space ◆ MEMS for Nano.
数字信号处理器
模拟信号处理器
执行器信息其它
感测量通讯/接口单元
控制量
光/电/磁
以微电子技术为基础，融合了硅微加工、LIGA技术和精密机械加工等多种微加工技术 •半导体加工工艺发展起来的硅表面加工和体加工的硅微细加工。 •八十年代中期以后利用X射线光刻、电铸、及注塑的LIGA（德文Lithograph Galvanformung und Abformug简写）技术诞生， •利用紫外光刻的准LIGA加工、微细电火花加工（EDM）、超声波加工、等离子体加工、激光加工、离子束加工、电子束加工、立体光刻成形等。MEMS的封装技术也很重要。传统的精密机械加工技术在制造微小型机械方面仍有很大潜力。
Courtesy: Sandia national laboratory
•2000年底/：MEMSSi宣布研制成功与标准 CMOS兼容的加速度计
• 系统研究阶段 • 20世纪90年代末，开始微型飞行器、微型卫星、微型机器人等研究。
目前MEMS器件市场应用
• • • • • • • 微喷嘴－－喷墨打印头加速度计－－汽车安全气囊传感器压力传感器微型控制阀微型磁强计生物芯片光开关

微机电系统MEMS的学习 ppt课件

先加工机械结构，再加工电路
几种重要的MEMS器件
微机电系统MEMS的学习
惯性MEMS器件
➢ 加速度计 ➢ 陀螺 ➢ 压力传感器
光学MEMS器件
➢ 微光开关 ➢ 微光学平台
微执行器
➢ 微喷 ➢ 微马达
生物MEMS器件其它
微机电系统MEMS的学习
加速度计
➢压阻式加速度计 ➢电容式加速度计 ➢压电式加速度计
微机电系统MEMS的学习
美国喷气推进实验室(JPL)展示的采用MEMS技术的电阻电热式微推进器样机(固体升华方式)。微推进器由推进剂出贮箱、微阀、微过滤器、微型喷口等组成，微型喷口利用MEMS技术中的体硅工艺制作。其性能目标为：比冲 50 ～ 75s ，推力 0.5mN，功率 <2W/mN，质量为几克，大小为1cm2。
微机电系统MEMS的学习
新概念的微型双组元火箭发动机结构图
组成: 由5到6片芯片叠在一起，内有混合燃烧室、喷口喷管、两个泵和两个阀以及冷却管道的多器件集成系统。用液态氧和乙醇作燃料
性能：能产生15N 的推力，推力重量比达 1500:1，是大火箭推进器的10~100倍，反映了微系统的潜力
微机电系统MEMS的学习三种加速度计的特性比较
技术指标阻抗
电负载影响尺寸
电容式高
非常大大
压电式高大小
压阻式低小
中等
温度范围线形度误差
直流响应交流响应有无阻尼
灵敏度冲击造成的零位漂移旋转或无需校准功能
电路复杂程度成本
交叉轴敏感度
非常宽
宽
中等
高
中等
低
有

电子科技大学MEMS课件第一章总结

电⼦科技⼤学MEMS课件第⼀章总结曾经有⼈问1996年化学Nobel奖获得者-Rice⼤学的Richard Smalley，如果重新开始，最希望从事什么领域的研究⼯作，他不假思索的提出⼀个预⾔性的概念：Lilliputian ⼯程."We're talking about the miniaturization of everything you can imagine," Smalley said. "Eventually, we will be designing tiny devices so that every atom is there for a particular reason.”1.1概念的提出碳纳⽶管研制，直径约为500nm，能够在电压驱动下转动。

电动机的旋转叶⽚是⼀⽚⾦叶，长度不到300nm，叶⽚安装在⼀根由多层碳纳⽶管做成的转轴上。

2003年世界⼗⼤科技进展:纳⽶电动机2004年世界⼗⼤科技进展:分⼦马达通过光或电的驱动，使分⼦围绕⼀个轴旋转，能够停⽌或暂停。

这⼀成果将使纳⽶级“分⼦机械”能够在⼀些较⼤机械⽆法应⽤的⼯业和外科⼿术中⼤显⾝⼿.2005年世界⼗⼤科技进展:找到控制单分⼦⾏动的⽅法利⽤特种显微镜仪器，让⼀个分⼦做出各种动作。

使⽤⾦属探针，刺激联苯分⼦的不同部位，还可以使其产⽣不同的电⼦反应。

2006年世界⼗⼤科技进展:最⼩发电机问世纳⽶发电机。

它可以收集机械能，⽐如⼈体运动、肌⾁收缩、⾎液流动等所产⽣的能量；震动能，⽐如声波和超声波产⽣的能量；流体能量，⽐如体液流动、⾎液流动和动脉收缩产⽣的能量，并将这些能量转化为电能提供给纳⽶器件。

这是⼀个结构特殊的分⼦，它也有四个“轮⼦”，当接收到电流时就向前“⾏驶”，不过，它“⾏驶”的距离要以纳⽶来计算这种分⼦“电动车”将来可⽤于许多微观领域，⽐如把微量药物送达⼈体所需要的地点。

不过研究⼈员表⽰，这还有很长路要⾛，因为本次实验是在零下200多摄⽒度的低温和⾼度真空环境中完成的，如何在常规环境下也能让分⼦“电动车”⼯作是⾸先要解决的问题。

电子科技大学半导体物理学课件——半导体中的电子状态

先修课程：
《统计物理》，《固体物理》；
后续课程：
《晶体管原理》, 《功率半导体器件》,《半导体器件物理》
1
半导体中电子的状态，能带
半导体中杂质和缺陷能级
载流子的统计分布
MIS结构
半导体性能
金属/半导体的接触
非平衡载流子
半导体的导电性
目录
第一章半导体中电子状态第二章半导体中杂质和缺陷能级第三章半导体中载流子的统计分布第四章半导体的导电性第五章非平衡载流子第七章金属和半导体的接触第八章半导体表面与MIS结构
半导体物理
电子科技大学微电子与固体电子学院
罗小蓉
课程任务
阐述半导体的主要性质和半导体物理的基础理论，掌握半导体的基本测量技术和基本原理，以适应后续专业课程的学习。
《半导体物理》是专业基础课和学位课，三大核心课程之一
课程任务
《半导体物理学》: 揭示半导体主要性质，探讨半导体在热平衡态和非平衡态下所发生的物理过程、规律以及相关应用，通过实验加深对半导体物理理论的理解，掌握半导体的测量技术和基本原理，以适应后续专业课程的学习和将来工作的需要。
教学计划和要求
1、理论教学(60学时) 每章完成课后作业，平时成绩评判标准之一
2、实验教学(8学时) 认真完成实验，写出实验报告，获得实验分。 3、课程设计(4学时)
教材：
《半导体物理学》(第7版)刘恩科等国防工业出版社
参考资料：
《半导体物理学》上册叶良修编；《半导体物理学》顾祖毅编；《Physics of Semiconductor Devices》施敏.
3、能带中电子的导电作用
2、绝缘体、半导体、导体能带示意图

第一章 MEMS 概论

Detail View of MEMS Mirror Edge prior to Final Polish of Mirror Surface
2012-03-22 42
微型镍鋅电池
微型太阳能电池阵列
2012-03-22 43
Section of High Performance MEMS Post Actuator.
特征尺寸: • 0.1-100nm: 纳米(nano)技术。 • 100nm-1mm: MEMS。 • >1mm: 宏观。如果一个器件被称为MEMS器件，则该器件不论是 x、y，还是z方向，至少要有一个部件具有 0.1um~1mm范围内的特征尺寸。
2012-03-22 19
2012-03-22
第一讲 MEMS/NMES概论
MEMS 技术
秦玉香 qinyuxiang@
课程主要内容：
第一章第二章第三章第四章第五章第六章

MEMS 概论 MEMS 材料 MEMS工艺技术 MEMS微执行器 MEMS微传感器纳米技术与纳米加工
第一章 MEMS概论
2012-03-22
3
1.1 MEMS的基本概念及其特点

目前，国外已经研发出的MEMS微机械结构部件有阀门、弹簧、喷嘴、齿轮，连接器、散热器、硅静电电机，马达及各种传感器如加速度计、惯性测量组合等等，其中硅微压力传感器、微加速度计、陀螺、和微阀等已成为商品，具有和传统产品竞争的能力。 MEMS被认为是微电子技术的又一次革命， MEMS技术的目标是把信息获取、处理和执行一体化地集成在一起，使之成为真2-03-22
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信息处理单元
MEMS及相关领域

MEMS技术是多学科交叉的新兴领域，融合微电子与精密机械加工技术，利用三维加工技术制造微米或纳米尺度的零件、部件或集光机电于一体，完成一定功能的复杂微细系统，是实现“片上系统”的发展方向。

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曾经有人问1996年化学Nobel奖获得者-Rice大学的Richard Smalley，如果重新开始，最希望从事什么领域的研究工作，他不假思索的提出一个预言性的概念：Lilliputian 工程.
"We're talking about the miniaturization of everything you can imagine," Smalley said. "Eventually, we will be designing tiny devices so that every atom is there for a particular reason.”
1.1概念的提出
碳纳米管研制，直径约为500nm，能够在电压驱动下转动。

电动机的旋转叶片是一片金叶，长度不到300nm，叶片安装在一根由多层碳纳米管做成的转轴上。

2003年世界十大科技进展:纳米电动机
2004年世界十大科技进展:分子马达通过光或电的驱动，使分子围绕一个轴旋转，能够停止或暂停。

这一成果将使纳米级“分子机械”能够在一些较大机械无法应用的工业和外科手术中大显身手.2005年世界十大科技进展:找到控制单分子行动的方法利用特种显微镜仪器，让一个分子做出各种动作。

使用金属探针，刺激联苯分子的不同部位，还可以使其产生不同的电子反应。

2006年世界十大科技进展:最小发电机问世
纳米发电机。

它可以收集机械
能，比如人体运动、肌肉收缩、血
液流动等所产生的能量；震动能，
比如声波和超声波产生的能量；流
体能量，比如体液流动、血液流动
和动脉收缩产生的能量，并将这些
能量转化为电能提供给纳米器件。

这是一个结构特殊的分子，它也有四个“轮子”，当接收到电流时就向前“行驶”，不过，它“行驶”的距离要以纳米来计算
这种分子“电动车”将来可用于许多微观领域，比如把微量药物送达人体所需要的地点。

不过研究人员表示，这还有很长路要走，因为本次实验是在零下200多摄氏度的低温和高度真空环境中完成的，如何在常规环境下也能让分子“电动车”工作是首先要解决的问题。

了具有放大作用的晶体管
（3）微电子的发展
•1962年Wanlass、C. T. Sah——CMOS技术
•1967年Kahng、S. Sze ——非挥发存储器
•1968年Dennard——单晶体管DRAM
•1971年Intel公司微处理器——计算机的心脏
第一个CPU：4004Pentium III CPU芯片
2009年,IBM的科学家首次拍摄
了单个并五苯分子结构的照
片，并五苯分子结构呈矩形，
是一种有机化合物，由22个碳
原子和14个氢原子组成，并五
苯碳环之间的间隙非常狭小，
只有0.14纳米，除了要用到最
为先进的原子力显微镜，对单
个分子观测拍照还必须在零下
268摄氏度的真空环境中进行。

型静电马达成功, MEMS进入新纪元
MEMS的主要特点
器件微型化、集成化、尺寸达到纳米量级
功能多样化、智能化：可将硅基光电传感器、力学传感器、温度传感器、信号处理集成，提高信噪比、灵敏度、响应速度、提高智能化程度
TI的数字光学处理器DLP 蚂蚁腿上的微齿轮微型车床
硅微马达器硅微惯性传感器
光开关微电源
微型机器人
微型卫星
美国提出的硅固态卫星的概念图，这个卫星除了蓄
清华一号
电池外，全由硅片构成，直径仅15cm
电子昆虫的飞行
电子昆虫
电子昆虫传
回的图片
机器鸟装备了小型电子装备军队在危险地区执行任务
Electrode pattern made on a 1mm diameter Si ball, Esashi,2001
Nano-heater probe array (32×32)
(D.W.Lee et.al., J. of Microelectromechanical Systems, 11, 3 (2002), 215-219)
微加工的现状与发展趋势
微加工的现状
用于压力传感器进行歧
燃料泵压力和燃料喷射
汽车发动机和动力
系统的传感器
（3）未来细分市场
•微流体器件(生物MEMS, 化学传感器, 微喷嘴…) 将在未来MEMS市场中占据主导地位•RF MEMS(µ-通讯) 将获得大的发展
Peking University
Jiaotong University。