微纳制造技术作业

问题：1、微机械制造材料大致分为几类而常用的制造微机电产品的材料有哪些，MEMS装置为何大多选用硅材料制造

2、纳米材料与常规的材料相比，有哪些优点

答：1、（1）微机械制造材料大致分为结构材料、功能材料和智能材料三大类。

（2）常用的制造微机电产品的材料有：

a，结构材料：是以力学性能为基础，具有一定强度，对物理或化学性能也有一定要求，一般用于构造微机械器件结构机体的材料，如硅晶体。

b，功能材料：指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。如压电材料、光敏材料等。

c，智能材料：一般具备传感、致动和控制3个基本要素。如形状记忆合金、磁/电致伸缩材料、导电聚合物、电流变/磁流变材料等。

（3）由于硅材料具有众多优点，所以MEMS装置大多选用硅材料制造。

其优点如下：??

①优异的机械特性：在集成电路和微电子器件生产中，主要利用硅的电学特性；在微机械结构中，则

是利用其机械特性。或者同时利用其机?械特性和电学特性，即具有机电合一的特性，便于实现机电器件的集?成化。?

②储量丰富，成本低。硅是地壳中含量最多的元素之一，自然界的硅元素通常以氧化物如石英（sio2）

的形式存在，使用时要提纯处理，通?常加工成为单晶形式（立方晶体，各向异性材料）?

③便于批量生产微机械结构和微机电元件。硅材料的制造工艺与基层电路工艺有很好的兼容性，便于

微型化、集成化和批量生产。硅的微细?加工技术比较成熟，且加工精度高，容易生成绝缘薄膜。?

④具有多种传感特性，如压电阻效应、霍尔效应。?

⑤纯净的单晶硅呈浅灰色，略具有金属性质。可以抛光加工，属于硬脆材料，热传导率较大，对温度

敏感。

2、纳米材料内部粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。对纳米体

材料，可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。

①“更轻”是指借助于纳米材料和技术，可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体

积，使其更轻盈。第一台计算机需要三间房子来存放，正是借助与微米级的半导体制造技术，才实现了其小型化，并普及了计算机。无论从能量和资源利用来看，这种“小型化”的效益都是十分惊人的。

②“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。

③“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。纳米材料中的基本颗粒的微小尺寸效应，致使材料中的结构颗粒或原子团大多数是不存在位错的，这减少了材料的内部缺陷，在宏观上表现出异乎寻常的特性，常规的陶瓷材料脆而易碎，变成纳米相形式后就有了塑性，发生较大形变也不会裂成许多碎片，且可进行切削加工。原因是纳米级晶粒间不存在位错，相互之间滑动起来容易引起形变。