微光机电系统-课件
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光机电系统及应用25页PPT
– 外光电效应的条件——“红限”
E hf A0 mv02 / 2f A0 / h Nhomakorabea10
(2) 光电导型(光敏电阻、光导管)
• 半导体材料在光的作用下，电阻率发生变化的现象 称为光导效应
• 结构与原理
无光照时,半导体材料载流子 极少,电阻很高(暗电阻), 电 路中无电流流过；
I
有光照时,半导体中载流子剧 增,电阻极剧下降(亮电阻),电 路中有对应的电流产生.
8
• 特点：
– 光子探测器响应速度快，可以达到ns级； – 对红外光的波长具有选择性； – 入射光的频率必须大于材料的“红限”； – 光子探测器工作环境要求较严格
• 类型：
– 光电发射型(光电管、光电倍增管) – 光电导型(光敏电阻) – 光电结型(光敏二极管、光敏晶体管) – 光生伏特型(光电池)
NP
I
+ uA -
E
13
(4) 光生伏特型(光电池)
• 光生伏特效应
– 某些半导体材料受光照时在一定方向产生电动势 – 具有光生伏特效应的器件被称为光电池
• 材料：
– 硅(红外)、硒(可见光)
• 结构：
– 由N型半导体(或金属)与P型半导体组成的PN结
14
• 硅光电池(太阳能电池)
– N型单晶硅片+P型薄层+电极PN结; – N中电子向P中扩散， P中空穴向N中扩散;
光电管
外光电效应
光电倍增管
光电传感器
内光电效应
光敏器件
光生伏特器件
2.光电传感器结构
• 系统构成
– 光源＋光路＋光电器件＋信号调理电路
• 测量原理
– 被测量光学量光电器件电量 电流、电压，或电导率
《微机电系统》PPT课件
2> Commonly used MEMS materials
Category
Material
Property or application
Metal
Au,Al,Cu,Ni,Cr
Conductor
Silicon
Structure, semiconductor
Poly-crystalline silicon Semicondu
1) Thermal oxidation
2) --growSiniOg 2 on Si
3) Dry oxidatioSn:iO2Si2O <1150°C,
4hr>
S 2 iH 2 O （ g ） S2 i 2 O 2H
4) Wet oxidation:
5)
<
800°C~1200°C > d
o.44d Si
3> Sputtering --A momentum-exchange process <not heating> --Low temperature process --We can sputter anything onto substrate
7> Semiconductor Devices Understanding of how the basic devices used ICs operate is useful, because it provides some understanding of the objectives we have for IC technology. The most commonly used IC devices are: 1> PN Diodes 2> Bipolar Junction Transistors 3> MOS Transistors
《微机电系统概论》课件
表面微加工技术
表面微加工技术包括物理沉积、化学沉积、电 化学沉积等多种方法，这些方法能够制造出具
有优异性能的薄膜材料。
表面微加工技术的优点在于它可以制造出大面积、高 精度和低成本的微纳器件，因此在微机电系统中得到
了广泛应用。
表面微加工技术是一种制造微机电系统的技术 ，它通过在衬底表面上的薄膜上进行加工，制 造出各种微结构和功能器件。
01
微机电系统的未来 展望
微纳融合技术
总结词
微纳融合技术是微机电系统未来的重 要发展方向，它将微纳尺度下的器件 、电路和系统进行融合，实现更小尺 寸、更高性能的集成。
详细描述
随着微纳技术的不断发展，将微电子 和纳电子进行融合，可以进一步缩小 器件尺寸，提高集成度，降低能耗， 为未来的智能化和微型化提供有力支 持。
01
微机电系统的应用 实例
微型飞行器
总结词
微型飞行器是微机电系统的重要应用之 一，具有体积小、重量轻、灵活性高等 特点。
VS
详细描述
微型飞行器可以在狭小空间内进行飞行和 侦查，广泛应用于军事侦察、环境监测、 灾难救援等领域。其制造需要精密的微加 工技术和先进的控制算法，以确保稳定性 和精度。
微型机器人
总结词
微型机器人是微机电系统的另一重要应用，具有高效、精准、灵活等优点。
详细描述
微型机器人可以执行各种复杂任务，如医疗手术、工业制造、环境治理等。通 过微机电系统技术，可以实现微型机器人的小型化、智能化和自主化，提高工 作效率和精度。
微型医疗器械
总结词
微型医疗器械是微机电系统在医疗领域的应用，具有体积小、操作简便、创伤小 等优点。
自组装和自修复技术
总结词
自组装和自修复技术是实现微机电系统自主适应环境变化的重要手段，通过自组装和自修复，微机电系统能够更 好地适应复杂环境，提高稳定性和可靠性。
《微机电系统动力学》课件
微机电系统的振动测试技术
微机电系统振动测试技术概述：微机 电系统振动测试技术是用来监测微机 电系统中振动的状态和变化情况的一 种技术。通过使用这种技术，可以了 解微机电系统中振动的特性和规律， 评估系统的性能和稳定性，为系统的 优化和控制提供依据。
微机电系统振动测试设备的组成：微 机电系统振动测试设备包括传感器、 信号处理系统和记录设备等部分。传 感器用于监测微机电系统的振动状态 ，信号处理系统对传感器输出的信号 进行处理和分析，记录设备用于记录 和处理结果的分析和展示。
微机电系统振动测试技术的应用：微 机电系统振动测试技术的应用范围很 广，可以用于各种不同类型的微机电 系统的测试和评估。例如，在微机械 陀螺仪中，可以使用这种技术来监测 陀螺仪的振动状态和稳定性，为陀螺 仪的优化和控制提供依据。在微机械 加速度计中，可以使用这种技术来监 测加速度计的动态特性和稳定性，提 高加速度计的性能和精度。
微机电系统中振动的分类
微机电系统中的振动可以分为多种类型，如线性振动、非线 性振动、随机振动等。不同类型的振动具有不同的特性，对 系统性能的影响也不同。
微机电系统的振动控制方法
主动控制方法
被动控制方法
主动控制方法是通过向微机电系统施 加控制力来抑制振动的方法。这种方 法需要使用传感器监测系统的振动状 态，并将监测到的信号反馈给控制器 ，控制器根据反馈信号产生控制力， 抑制系统的振动。主动控制方法具有 较好的控制效果，但需要使用复杂的 控制系统和传感器。
航空航天工程
在航空航天工程领域，微机电系统可用于微型卫星、无人机、飞行 器控制等，提高航空航天器的性能和安全性。
智能制造与自动化
在智能制造与自动化领域，微机电系统可用于微型机器人、自动化生 产线、智能传感器等，提高生产效率和产品质量。
微光机电系统PPT课件
3liga技术技术liga技术是用同步辐射技术是用同步辐射x光源进行光源进行x射线深层光刻微电铸和微复制射线深层光刻微电铸和微复制用三种工艺来用三种工艺来加工三维微结构加工三维微结构liga就是这三种工艺的德文缩写就是这三种工艺的德文缩写实例光开关实例微光传感器微执行机构红外探测器微光开关微机械光纤耦合器栅状光阀成像系统数字微镜器件与数字光路处理器总结memsisiedumemshtm总结moems在控制领域的影响
9
微型化带来的“特殊”理论问题
• 目前，MOEMS基础理论的研究还远远不能满足 人们的需要，成为整个微光机电系统进一步发展 的瓶颈。
• 微型化的构件所产生的效应使其具有自身独特的 性能，导致在各个相关的科学领域都产生了新的 问题。
• MOEMS微小尺寸和微小空间内，许多宏观状态 的物理量都发生了变化，异于传统机械的特点： 呈现了特有的规律和尺寸效应。
微光机电系统
高爽| 蒋秀珍 0704102
微光机电系统
• 微光机电系统： • Micro-Optical-Electro-Mechanical-System，
MOEMS for short.
• 微光学、微电子和微机械相结合而产生的一种新型的微光学结构系 统
2
微机电系统
• 微机电系统Micro-Electro-MechanicalSystem ,MEMS for short.
研究内容
• 目前（2008），微光机电系统的研究内容主要 有：
– 光通信用波分复用器、光开关、显示器、微型光谱仪、 光学连接器、可调波长滤波器，微光扫描器、微、微 干涉仪、微可变焦透镜、微外腔激光器、斩波器微镜 阵列、透镜阵列、光学探测器、集成光学系统、光学 编码器等。
8
9
微型化带来的“特殊”理论问题
• 目前，MOEMS基础理论的研究还远远不能满足 人们的需要，成为整个微光机电系统进一步发展 的瓶颈。
• 微型化的构件所产生的效应使其具有自身独特的 性能，导致在各个相关的科学领域都产生了新的 问题。
• MOEMS微小尺寸和微小空间内，许多宏观状态 的物理量都发生了变化，异于传统机械的特点： 呈现了特有的规律和尺寸效应。
微光机电系统
高爽| 蒋秀珍 0704102
微光机电系统
• 微光机电系统： • Micro-Optical-Electro-Mechanical-System，
MOEMS for short.
• 微光学、微电子和微机械相结合而产生的一种新型的微光学结构系 统
2
微机电系统
• 微机电系统Micro-Electro-MechanicalSystem ,MEMS for short.
研究内容
• 目前（2008），微光机电系统的研究内容主要 有：
– 光通信用波分复用器、光开关、显示器、微型光谱仪、 光学连接器、可调波长滤波器，微光扫描器、微、微 干涉仪、微可变焦透镜、微外腔激光器、斩波器微镜 阵列、透镜阵列、光学探测器、集成光学系统、光学 编码器等。
8
精品课件-机电一体化导论第10章 微机电系统技术
23
图10.6 微流量化学分析系统原理结构 24
• 10.5.4 在信息科学方面的应用 • 信息本身没有质量和尺寸，但信息存储、交换、操作及传输
过程中外接的微型化、低功率的MEMS器件却是不可或缺的基 础件，如计算机系统中的微机械存储器、激光扫描器、磁盘 和磁头及打印头等，它们不仅具备信息交换和存储的能力， 同时也有助于改进信息的敏感度及显示的密度和品质。 • 射频(RF)MEMS器件，包括RF微机械开关、微机械谐振器、微 机械可调电容器、微机械电感器和滤波器、微机械天线以及 雷达系统用的RF器件等
5
• 人们泛称的是微机械电子系统（Microelectro-mechanical Systems，MEMS）。它是以微传感器、微执行器以及驱动和 控制电路为基本元器件组成的、自动性能高的、可以活动和 控制的、机电合一的微机械装置。其基本特点是体积小、质 量轻、功耗低。
• 传统（宏观）机械的最小构成单元通常是毫米量级，而微机 械的最小零件尺寸要下降3～6个数量级，即进入到微米和纳 米的尺度范畴。
19
• 微机电系统也推动了无人驾驶 微 型 飞 机 的 实 现 。 图 l0.4 给 出 的是利用微、纳米制造技术制 造出来的微型飞机样机。可以 放在手掌上的这种微型飞机的 翼展仅有 15 cm，靠体积仅有 纽扣大小（直径<1cm）的涡轮 喷气发动机或微型马达来驱动, 这种微型飞机可用于常规军用 侦察机监观不到的巷道和阴山 背地的地方侦察，搜集情报。
8
• 10.2.2 微机电系统分类 • （1）传感MEMS技术是指用微电子微机械加工出来的、用敏
感元件如电容、压电、压阻、热电耦、谐振、隧道电流等来 感受转换电信号的器件和系统。它包括速度、压力、湿度、 加速度、气体、磁、光、声、生物、化学等各种传感器, 按 种类分主要有: 面阵触觉传感器、谐振力敏感传感器、微型 加速度传感器、真空微电子传感器等。 • （2）生物MEMS技术是用MEMS技术制造的化学/生物微型分析 和检测芯片或仪器, 有一种在衬底上制造出的微型驱动泵、 微控制阀、通道网络、样品处理器、混合池、计量、增扩器、 反应器、分离器以及检测器等元器件并集成为多功能芯片。
图10.6 微流量化学分析系统原理结构 24
• 10.5.4 在信息科学方面的应用 • 信息本身没有质量和尺寸，但信息存储、交换、操作及传输
过程中外接的微型化、低功率的MEMS器件却是不可或缺的基 础件，如计算机系统中的微机械存储器、激光扫描器、磁盘 和磁头及打印头等，它们不仅具备信息交换和存储的能力， 同时也有助于改进信息的敏感度及显示的密度和品质。 • 射频(RF)MEMS器件，包括RF微机械开关、微机械谐振器、微 机械可调电容器、微机械电感器和滤波器、微机械天线以及 雷达系统用的RF器件等
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• 人们泛称的是微机械电子系统（Microelectro-mechanical Systems，MEMS）。它是以微传感器、微执行器以及驱动和 控制电路为基本元器件组成的、自动性能高的、可以活动和 控制的、机电合一的微机械装置。其基本特点是体积小、质 量轻、功耗低。
• 传统（宏观）机械的最小构成单元通常是毫米量级，而微机 械的最小零件尺寸要下降3～6个数量级，即进入到微米和纳 米的尺度范畴。
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• 微机电系统也推动了无人驾驶 微 型 飞 机 的 实 现 。 图 l0.4 给 出 的是利用微、纳米制造技术制 造出来的微型飞机样机。可以 放在手掌上的这种微型飞机的 翼展仅有 15 cm，靠体积仅有 纽扣大小（直径<1cm）的涡轮 喷气发动机或微型马达来驱动, 这种微型飞机可用于常规军用 侦察机监观不到的巷道和阴山 背地的地方侦察，搜集情报。
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• 10.2.2 微机电系统分类 • （1）传感MEMS技术是指用微电子微机械加工出来的、用敏
感元件如电容、压电、压阻、热电耦、谐振、隧道电流等来 感受转换电信号的器件和系统。它包括速度、压力、湿度、 加速度、气体、磁、光、声、生物、化学等各种传感器, 按 种类分主要有: 面阵触觉传感器、谐振力敏感传感器、微型 加速度传感器、真空微电子传感器等。 • （2）生物MEMS技术是用MEMS技术制造的化学/生物微型分析 和检测芯片或仪器, 有一种在衬底上制造出的微型驱动泵、 微控制阀、通道网络、样品处理器、混合池、计量、增扩器、 反应器、分离器以及检测器等元器件并集成为多功能芯片。
《微机电系统概论》PPT课件讲课讲稿
主要实用化成果：
Park公司开发研制出用于扫描隧道显微镜（STM）和原 子力显微镜（AFM）的微型传感器；Texas公司开发出 用于彩色图像投影显示的数字镜面器件（DMD）；AD 公司开发研制的加速度计，管芯尺寸为1.5mm*1.5mm， 量程达 50g，灵敏度为15mv/g等。
国外的发展现状（2）
当尺寸小到微米或亚微米量级时，会产生微尺寸效 应。它的影响将反映到诸如结构材料、设计理论、制 造方法、在微小范围内各种能量的相关作用及测量技 术等许多方面。也就是说，工程上常用的尺寸缩放法 不适用于由微尺寸元器件组成的微装置；因而，传统 的设计理论、方法及一些物理定律不能完全套用，许 多理念需要更新和重新建立，必须从新的构思出发去 探索微机械由于尺寸效应形成的一些特殊现象和规律。
第一部分
微机电系统概论
（微机电系统的起源、国内外发展现状及应用）
简介
机械与机电系统；宏观机电系统与微机电系统
微机电系统：
它是以微传感器、微执行器以及驱动和控制电路为基本 元器件组成的、可以活动和控制的、机电合一的微机械 装置。
特点：
1、学科交叉（力学、机械、电学、光学、电磁学、生 物、化学等学科）2、微型化、集成化和智能化；3、 低成本批量化；4、应用广泛（军民两用）5、高新技 术。
用它进行的操作是极其微细的，有的操作已经到了单个 细胞乃至分子范筹；有的微型敏感元件能敏感到单个原 子，能进行原子量级的探测。如此细微的工作状况，用 肉眼是不能分辨的，必须借助显微术或专用仪器来观察 和控制。
微机电系统的发展状况 微机械电子系统，即微机械技术，是20世纪80年代后 期国际上兴起的一项高技术。它以集成电路技术、表面 加工技术和纳米精加工技术为基础，具有极大的学科交 叉性，微机电系统的设计与制造涉及到设计、材料、制 造、测试、控制、能源以及连接等相关技术。与传统机 械系统相比，除在尺度上很小外，它还是一种高度智能 化和高度集成化的系统。微机电系统的研究是制造技术 上的一场革命，在21世纪的机械发展过程中将占有主导 地位。 微机械技术将是一项新兴的产业，会优先在生物、医 疗、航空、航天、电子产品、过程控制及测试技术等领 域获得广泛的应用。
Park公司开发研制出用于扫描隧道显微镜（STM）和原 子力显微镜（AFM）的微型传感器；Texas公司开发出 用于彩色图像投影显示的数字镜面器件（DMD）；AD 公司开发研制的加速度计，管芯尺寸为1.5mm*1.5mm， 量程达 50g，灵敏度为15mv/g等。
国外的发展现状（2）
当尺寸小到微米或亚微米量级时，会产生微尺寸效 应。它的影响将反映到诸如结构材料、设计理论、制 造方法、在微小范围内各种能量的相关作用及测量技 术等许多方面。也就是说，工程上常用的尺寸缩放法 不适用于由微尺寸元器件组成的微装置；因而，传统 的设计理论、方法及一些物理定律不能完全套用，许 多理念需要更新和重新建立，必须从新的构思出发去 探索微机械由于尺寸效应形成的一些特殊现象和规律。
第一部分
微机电系统概论
（微机电系统的起源、国内外发展现状及应用）
简介
机械与机电系统；宏观机电系统与微机电系统
微机电系统：
它是以微传感器、微执行器以及驱动和控制电路为基本 元器件组成的、可以活动和控制的、机电合一的微机械 装置。
特点：
1、学科交叉（力学、机械、电学、光学、电磁学、生 物、化学等学科）2、微型化、集成化和智能化；3、 低成本批量化；4、应用广泛（军民两用）5、高新技 术。
用它进行的操作是极其微细的，有的操作已经到了单个 细胞乃至分子范筹；有的微型敏感元件能敏感到单个原 子，能进行原子量级的探测。如此细微的工作状况，用 肉眼是不能分辨的，必须借助显微术或专用仪器来观察 和控制。
微机电系统的发展状况 微机械电子系统，即微机械技术，是20世纪80年代后 期国际上兴起的一项高技术。它以集成电路技术、表面 加工技术和纳米精加工技术为基础，具有极大的学科交 叉性，微机电系统的设计与制造涉及到设计、材料、制 造、测试、控制、能源以及连接等相关技术。与传统机 械系统相比，除在尺度上很小外，它还是一种高度智能 化和高度集成化的系统。微机电系统的研究是制造技术 上的一场革命，在21世纪的机械发展过程中将占有主导 地位。 微机械技术将是一项新兴的产业，会优先在生物、医 疗、航空、航天、电子产品、过程控制及测试技术等领 域获得广泛的应用。
《微机电系统》PPT课件 (2)
grams, AFOSR support basic research in materials and MEMS research, DARPA creates MUMPS foundry services with MCNC in 1993, NIST supports commercial foundries for CMOS and MEMS; ➢ In our country, “micron/nanometer manufacture technology national key laboratory” was founded in 1996; ➢ In 1992, Chris Pister (UCLA) creates first micromachined hinge, it’s features open possibilities for pseudo-3D structures and assembly; ➢ In 1992, MCNC starts the Multi User MEMS Process (MUMPS);
➢ In 1969, Westinghouse creates the “Resonant Gate FET” based on new microelectronics fabrication techniques;
➢ In 1970s, Bulk-etched silicon wafers used as pressure sensors;
Definition:
MEMS is the integration of electrical elements, mechanical elements, sensor, actuators on a common silicon substrate through micro fabrication technology. These system can sense, control and actuate on the micro scale, and function individually or in Saernrsoaryssgattohergeinnfeorramtateioenfffreocm ttsheoennvmiraocnrmeontsctharloeug.h
➢ In 1969, Westinghouse creates the “Resonant Gate FET” based on new microelectronics fabrication techniques;
➢ In 1970s, Bulk-etched silicon wafers used as pressure sensors;
Definition:
MEMS is the integration of electrical elements, mechanical elements, sensor, actuators on a common silicon substrate through micro fabrication technology. These system can sense, control and actuate on the micro scale, and function individually or in Saernrsoaryssgattohergeinnfeorramtateioenfffreocm ttsheoennvmiraocnrmeontsctharloeug.h
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– 光通信用波分复用器、光开关、显示器、微型光谱仪、 光学连接器、可调波长滤波器，微光扫描器、微、微 干涉仪、微可变焦透镜、微外腔激光器、斩波器微镜 阵列、透镜阵列、光学探测器、集成光学系统、光学 编码器等。
现阶段MOEMS研究的主要问题
微型化带来的“特殊”理论问题
• 目前，MOEMS基础理论的研究还远远不能满足 人们的需要，成为整个微光机电系统进一步发展 的瓶颈。
惯性力
L4
电磁力
L3
粘性力
L2
弹性力
L2
表面张力
L1
静电力
L0
尺寸效应
尺寸效应
• 1几何结构学中的尺寸效应 ：
– 表面积和体积比的变化，介质不连续性突出
• 2部分力的尺寸效应
– 各种作用力的相对重要性变化，介质连续的宏观概念 不成立，要对力学理论修正。
• 3流体力学中的尺寸效应 • 4热传递中的尺寸效应
• MEMS应用领域不断拓宽。目前，MEMS发展的 一个屏障:
• 输出力矩小
– 而光系统无需力矩输出，由于通过微机电系统技术实 现了可动结构，使得微机电系统技术与微光学相结合 而形成的微光机电系统（MOEMS）受到人们更大的 关注
微光机电系统
MEMS器件非常适合应用于光学领域：
研究内容
• 目前（200• 微型化的构件所产生的效应使其具有自身独特的 性能，导致在各个相关的科学领域都产生了新的 问题。
• MOEMS微小尺寸和微小空间内，许多宏观状态 的物理量都发生了变化，异于传统机械的特点： 呈现了特有的规律和尺寸效应。
尺寸效应
• 指的是当物体尺寸L改变时，种种物理量比例于
• L n 而变化的现象。
• 当系统或器件的尺寸缩小到微观领域时，与尺寸L高次方成 比例的惯性力（ L4）、电磁力（ L3）等的作用相对减小，而 与尺寸L低次方成比例的粘性力（ L2）、弹性力（ L2）、表 面张力（ L1）、静电力（ L0）等的作用相对增强，同时表面 积与体积的比值增大，热传导、化学反应显著加快和表面摩 擦显著增加。
1热流密度相当大, 107W/ m2 2热惯性小 L3
微光机电系统的制造技术
• 微光机电系统的制造技术（2001.3）
• 1体微加工技术
• 硅的体微加工技术,在MOEMS中广泛
• 用于刻蚀光纤对准用的V型槽、深腔、硅弹簧等结构。硅的体微加工技术的关键技术 是硅的刻蚀,它主要包括干法和湿法两种刻蚀。硅的湿法刻蚀又可分为各向同性刻蚀 和各向异性的刻蚀
实例 光开关
实例 微光传感器微执行机构
• 红外探测器 • 微光开关 • 微机械光纤耦合器 • 栅状光阀成像系统 • 数字微镜器件与数字 光路处理器
总结
.mems.htm
谢
谢
观
看
微光机电系统
微光机电系统
• 微光机电系统：
• Micro-Optical-Electro-Mechanical-System， MOEMS for short.
• 微光学、微电子和微机械相结合而产生的一种新型的微光学结构系 统
微机电系统
• 微机电系统Micro-Electro-MechanicalSystem ,MEMS for short.
–
微机电系统
三大支撑技术
微机电系统
• LIGA:
– LIGA是德文Lithographie，Galanoformung和Abformung 三个词，即光刻、电铸和注塑。 LIGA工艺是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术， 主要包括X光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模复 制三个工艺步骤。
微光机电系统
– 以批量化的微电子技术为基础，通过各向异性腐蚀、各向同性腐蚀、牺牲层腐 蚀、键合等技术，制造出各种微机械结构，并使之与电路相集成，组成一个可 以完成信息获取、处理及执行功能的微系统。它将微型传感器、微型执行器、 信号处理和控制电路、接口电路、通信系统、电源融为一体
– MEMS的制作工艺利用了常规的IC(Integrated Circuit)制 作工艺把微型的电子系统和微型机械系统复合到微米， 甚至是纳米量级的尺寸刻度里面
• 2表面微机械加工技术
• 表面微机械加工技术是制造MOEMS器件的一项十分关键的微加工技术,常用这一技术 来加工微铰链、悬臂梁、隔膜以及空腔等结构。
• 3 LIGA技术
• LIGA技术是用同步辐射X光源进行X射线深层光刻、微电铸和微复制,用三种工艺来加 工三维微结构,LIGA就是这三种工艺的德文缩写
现阶段MOEMS研究的主要问题
微型化带来的“特殊”理论问题
• 目前，MOEMS基础理论的研究还远远不能满足 人们的需要，成为整个微光机电系统进一步发展 的瓶颈。
惯性力
L4
电磁力
L3
粘性力
L2
弹性力
L2
表面张力
L1
静电力
L0
尺寸效应
尺寸效应
• 1几何结构学中的尺寸效应 ：
– 表面积和体积比的变化，介质不连续性突出
• 2部分力的尺寸效应
– 各种作用力的相对重要性变化，介质连续的宏观概念 不成立，要对力学理论修正。
• 3流体力学中的尺寸效应 • 4热传递中的尺寸效应
• MEMS应用领域不断拓宽。目前，MEMS发展的 一个屏障:
• 输出力矩小
– 而光系统无需力矩输出，由于通过微机电系统技术实 现了可动结构，使得微机电系统技术与微光学相结合 而形成的微光机电系统（MOEMS）受到人们更大的 关注
微光机电系统
MEMS器件非常适合应用于光学领域：
研究内容
• 目前（200• 微型化的构件所产生的效应使其具有自身独特的 性能，导致在各个相关的科学领域都产生了新的 问题。
• MOEMS微小尺寸和微小空间内，许多宏观状态 的物理量都发生了变化，异于传统机械的特点： 呈现了特有的规律和尺寸效应。
尺寸效应
• 指的是当物体尺寸L改变时，种种物理量比例于
• L n 而变化的现象。
• 当系统或器件的尺寸缩小到微观领域时，与尺寸L高次方成 比例的惯性力（ L4）、电磁力（ L3）等的作用相对减小，而 与尺寸L低次方成比例的粘性力（ L2）、弹性力（ L2）、表 面张力（ L1）、静电力（ L0）等的作用相对增强，同时表面 积与体积的比值增大，热传导、化学反应显著加快和表面摩 擦显著增加。
1热流密度相当大, 107W/ m2 2热惯性小 L3
微光机电系统的制造技术
• 微光机电系统的制造技术（2001.3）
• 1体微加工技术
• 硅的体微加工技术,在MOEMS中广泛
• 用于刻蚀光纤对准用的V型槽、深腔、硅弹簧等结构。硅的体微加工技术的关键技术 是硅的刻蚀,它主要包括干法和湿法两种刻蚀。硅的湿法刻蚀又可分为各向同性刻蚀 和各向异性的刻蚀
实例 光开关
实例 微光传感器微执行机构
• 红外探测器 • 微光开关 • 微机械光纤耦合器 • 栅状光阀成像系统 • 数字微镜器件与数字 光路处理器
总结
.mems.htm
谢
谢
观
看
微光机电系统
微光机电系统
• 微光机电系统：
• Micro-Optical-Electro-Mechanical-System， MOEMS for short.
• 微光学、微电子和微机械相结合而产生的一种新型的微光学结构系 统
微机电系统
• 微机电系统Micro-Electro-MechanicalSystem ,MEMS for short.
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微机电系统
三大支撑技术
微机电系统
• LIGA:
– LIGA是德文Lithographie，Galanoformung和Abformung 三个词，即光刻、电铸和注塑。 LIGA工艺是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术， 主要包括X光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模复 制三个工艺步骤。
微光机电系统
– 以批量化的微电子技术为基础，通过各向异性腐蚀、各向同性腐蚀、牺牲层腐 蚀、键合等技术，制造出各种微机械结构，并使之与电路相集成，组成一个可 以完成信息获取、处理及执行功能的微系统。它将微型传感器、微型执行器、 信号处理和控制电路、接口电路、通信系统、电源融为一体
– MEMS的制作工艺利用了常规的IC(Integrated Circuit)制 作工艺把微型的电子系统和微型机械系统复合到微米， 甚至是纳米量级的尺寸刻度里面
• 2表面微机械加工技术
• 表面微机械加工技术是制造MOEMS器件的一项十分关键的微加工技术,常用这一技术 来加工微铰链、悬臂梁、隔膜以及空腔等结构。
• 3 LIGA技术
• LIGA技术是用同步辐射X光源进行X射线深层光刻、微电铸和微复制,用三种工艺来加 工三维微结构,LIGA就是这三种工艺的德文缩写