MEMS用含能薄膜研究现状及进展
MEMS用含能薄膜研究现状及进展_王述剑
关键词： 材料科学； 含能材料； 微机电系统（ m icro -electro -m echanical system s，M EM S） ； 火工品
中图分类号： TJ55
文献标识码： A
DOI： 10 ． 3969 / j． issn． 1006 -9941 ． 2012 ． 02 ． 021
1 引言
北京理工大学、南京理工大学等几家单位在此方 面也进 行 了 探 索 和 研 究。北 京 理 工 大 学 王 广 海 等 人［17］利用磁控溅射法制备了一个中间带有 V 字形缺 口的金属薄膜桥，进行了安全电流、抗静电实验，并通 过红外热成像技术对桥区的温度分布进行了测量，结 果表明金属薄膜桥有良好的抗静电性能、点火性能和 机械性能，缺口处电流密度最高，热量最为集中。为了 提高金属薄膜桥的点火能力及可靠性，王丽玲［18］利用 磁控溅射法交替沉积制备出了硼和钛多层含能薄膜， 单层厚度分别为 230 nm 和 250 nm ，通过高速记录仪
MEMS 火工技术是利用微机电系统制造技术将微 电子系统、机械系统及含能材料集成，使其有功能化的 MEMS 火工器件［3］。由于 MEMS 器件较小，大多数科 研工作者考虑将含能材料制备成薄膜的形式将其集成 到 MEMS 器件中，然而由于含能材料在高温下的热不 稳定性，因此存在着含能薄膜的制备工艺与 MEMS 制 造技术兼容性的问题［4］。目前能够运用于 MEMS 的含 能薄膜主要包括金属复合含能薄膜桥、含能半导体桥以 及纳米多孔硅 / 氧化剂薄膜。本研究将从上述三个方面 对 MEMS 用含能薄膜的研究现状进行分析和讨论。
2． 1 金属复合含能薄膜桥 金属复合含能薄膜桥是面对日益复杂的电磁环境
并随着薄膜技术发展而出现的一类新型火工元件，该 含能薄膜桥在外界电能的刺激作用下，不但能够发生 电热效应，并且在电热效应作用下，桥膜上的物质发生 化学反应或金属晶格能发生变化，释放出能量。由于 能够把该类薄膜桥上的含能材料控制在纳米级范围 内，因此该薄膜桥具有较短的点火反应时间和较高的 能量输出强度。与此同时，由于其使用微电子制造工 艺，能与 M EM S 制造技术有良好的兼容性。正是由于 上述优点，近年来众多研究者对 Al / 金属、Al / 金属氧 化物复合含能薄膜进行了较为广泛的研究。
MEMS传感器现状及应用
MEMS传感器现状及应用王淑华(中国电子科技集团公司第十三研究所,石家庄050051)摘要:M EM S传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。
首先,简单介绍了M EMS传感器的分类和典型应用。
其次,对M EM S压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEM S传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。
介绍MEM S压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。
最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEM S传感器的发展趋势进行了展望。
关键词:微电子机械系统(M EM S);传感器;加速度计;陀螺仪;压力传感器中图分类号:TH703文献标识码:A文章编号:1671-4776(2011)08-0516-07Current Status and Applications of MEMS SensorsWang Shuhua(T he13th Resear ch I ns titute,CE T C,S hij iaz huang050051,China)Abstract:MEMS sensors feature great varieties,rapid development and w ide applications.Firstly, the catego ries and ty pical applicatio ns of M EM S sensor s are introduced briefly.T hen three typ-i cal M EMS sensors,i1e.the pressure sensor,acceler ometer and g yrosco pe ar e illustrated in de-tail,including the subdiv ision,current technical capability and perfo rmance index,latest resear ch pro gress,products and their applications.Besides that,the research status of the MEM S pr es-sur e sensor using new m aterials for the extreme enviro nm ent at ho me and abro ad is presented. Finally,developm ent trends of M EM S sensors ar e predicted in term s o f new materials,pro ces-sing and assembling technolog y.Key words:micr oelectr omechanical system(M EM S);sensor;accelerom eter;gyr oscope;pr es-sur e sensorDOI:10.3969/j.issn.1671-4776.2011.08.008EEACC:25750引言MEM S传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器,是M EMS器件的一个重要分支。
微晶硅薄膜电池的发展现状及制备技术研究
微晶硅薄膜电池的发展现状及制备技术研究作者：程华赵新明来源：《科技资讯》2016年第33期摘要：微晶硅薄膜能够克服非晶硅与多晶硅不足，在光照条件下性能稳定，禁带宽度较低，具有良好的光电转化效率，因此微晶硅薄膜电池是一种非常具有发展前景的薄膜电池。
该文综述了微晶硅薄膜电池的发展过程，总结了微晶硅薄膜的制备方法，并根据国内外研究成果，分析了提高微晶硅薄膜转化效率的技术发展方向。
关键词：微晶硅薄膜发展现状制备技术中图分类号：O469 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）11（c）-0038-021 微晶硅薄膜电池的发展过程实际上，在太阳能电池中，很薄的半导体膜就能够满足吸收太阳光能量的需要。
以硅材料为例，在太阳光谱峰值500～600 nm附近，吸收系数值为100/cm数量级，而非晶硅对太阳光具有强烈的吸收能力，从原理上讲只需要厚度为0.5～1 μm的硅膜，就能够实现对绝大部分能量的吸收。
因此，为了降低制备块体硅太阳能电池的成本，人们先后研制出了非晶硅以及多晶硅薄膜电池。
但是随着研究的逐渐深入，人们发现非晶硅薄膜电池的转化效率较低，且存在光致衰退效应，多晶硅薄膜的晶粒尺寸要达到100 μm以上时才具有良好的性能，而大晶粒、转化效率高的高质量多晶硅薄膜的生产工艺比较复杂。
基于这种情况，人们开始了微晶硅薄膜电池的研究。
其实，微晶硅薄膜早在1968年就首次由Veprek和Marecek采用CVD方法沉积出来了，但是很长一段时间微晶硅薄膜并没有得到重视。
直到1993年，IMT团队（瑞士）研究发现，利用微晶硅作为p-i-n电池的i层（本征层）时，可以有效提高太阳能电池的效率；1994年，Yamamoto小组和Meier小组都通过研究得出结论：当薄膜具有微晶组织时，也具有良好的性能。
这一研究成果，促进了各国科研人员对微晶硅薄膜电池的研究。
1998年，Yamamoto等人研制出了转换效率较高的微晶硅薄膜电池，其本征效率达10.7%，且表观效率达10.1%。
mems压电薄膜
mems压电薄膜标题：mems压电薄膜技术应用及发展前景分析引言MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）压电薄膜技术是一种结合了微机电系统和压电效应的新型技术，应用于传感器、执行器、声波滤波器等领域。
随着科技的发展和应用需求的增加，mems压电薄膜技术的应用也日益广泛。
本文将从mems压电薄膜技术的基本原理、应用领域以及发展前景等方面进行分析。
一、mems压电薄膜的基本原理1.压电效应压电效应是指一些材料在受到外力的作用下会产生电荷分布不均，从而产生电场的现象。
压电材料是利用这种效应来实现机械位移和电信号转换的材料，其具有优良的压电性能。
2. mems压电薄膜mems压电薄膜是指利用MEMS技术制备的压电材料薄膜，其具有微型化、高灵敏度和高性能等特点。
mems压电薄膜的制备过程包括压电材料的选择、薄膜制备、微加工和封装等步骤。
二、mems压电薄膜技术的应用领域1.传感器mems压电薄膜技术在传感器领域有着广泛的应用，尤其是在压力传感器、加速度传感器和声波传感器等方面。
mems压电薄膜传感器具有微型化、高灵敏度和低成本等特点，广泛应用于医疗、汽车、航空航天等领域。
2.执行器mems压电薄膜技术也被应用于执行器领域，例如微型压电马达、微型压电阀等。
这些执行器具有快速响应、高精度和低能耗等特点，广泛应用于微型机器人、微流体控制和生物医学设备等领域。
3.声波滤波器mems压电薄膜技术在声波滤波器领域也有着重要的应用，例如微型声表面波滤波器（MEMS SAW Filter）和微型压电声波滤波器（MEMSBAW Filter）。
这些滤波器具有微型化、频率稳定和高品质因数等特点，广泛应用于通信、无线电和雷达等领域。
三、mems压电薄膜技术的发展前景1.技术发展mems压电薄膜技术将通过类似于集成电路工艺的微加工技术实现更高的集成度和更小尺寸的器件，从而实现微型化、多功能化和系统集成化。
MEMS中的薄膜制造技术
1 引言自从1857 年Faraday 第一次观察到薄膜淀积的现象到现在，薄膜制造技术得到广泛的应用，从最早应用在玩具和纺织行业，到现在无所不在的集成电路，薄膜制备技术几乎渗透到我们日常生活的每个角落，据统计仅薄膜设备一项，全球每年的销售额可以达到数百亿美元，而应用这些薄膜设备制造的产品销售额要在100 倍以上，不但应用广泛，薄膜淀积的技术也飞速进步，发展了很多种类，IC 制造行业每 5 年就会更新一次设备，这其中有大量薄膜制备设备，薄膜淀积的面积从最初©50mm (2英寸)到©300mm (12 英寸)，薄膜厚度从零点几个纳米到几个毫米，可见薄膜制备技术一直在飞速的进步，相应的理论研究非常深入和广泛，从经典的热力学理论到建立在原子级观测的成核理论，几乎涉及到薄膜科学的每个方面，MEMS 中的平面工艺可以说是薄膜淀积技术和光刻、刻蚀技术的组合，掩蔽层、牺牲层、LIGA 技术中的电镀都离不开薄膜制备技术。
MEMS 中使用的薄膜制备可分为如下 4 类：( 1 )真空薄膜制备技术，主要包括：Physical Vapor Deposition (PVD) -原子直接通过气相从源到达衬底的表面，PVD 和Chemi cal Vapor Deposition ( CVD ) -- 通过化学反应在衬底上形成薄膜；( 2)热氧化法； ( 3)水溶液薄膜淀积即所谓的电镀技术--plating ；( 4)物理淀积( spin －on 、sol －gel )，可以看出MEMS 中的薄膜制造技术，除了电镀技术都来自于传统的IC 制造工艺。
2 讨论2.1 真空薄膜淀积理论的研究概况从薄膜淀积的现象被发现到现在，对薄膜淀积理论的研究一直在进行，其根本目的就是能够预言反应的过程，对实验提供指导，研究的范围涉及到薄膜淀积过程的各个层面，从宏观热力、动力学研究到建立在原子级观察基础上的微观动力学的研究，基本思想都是以热力学理论、反应动力学理论、表面物理理论、以及量子力学为基础。
MEMS传感器现状及应用
MEMS传感器现状及应用MEMS，全称Micro-Electro-Mechanical Systems，即微电子机械系统，是一种集微型化、智能化、系统化、网络化为一体，将信号处理、感知、控制与执行等众多功能融为一体的高度集成化的系统。
而MEMS 传感器，作为MEMS技术的重要应用领域，正逐渐在各个行业中发挥出越来越重要的作用。
近年来，随着科技的进步，MEMS传感器的发展取得了长足的进步。
在技术层面，MEMS传感器的设计、制造和封装技术已经越来越成熟，这使得更多的行业可以应用MEMS传感器。
在应用领域方面，MEMS传感器的应用已经渗透到各个行业，包括汽车、医疗、消费电子、通信等。
在汽车领域，MEMS传感器主要用于车辆的安全与控制系统，如ESP （电子稳定系统）、ABS（制动防抱死系统）等；在医疗领域，MEMS 传感器可以实现精细操作，如药物投放、细胞操作等；在消费电子领域，MEMS传感器可以用于实现手机的运动检测、电子罗盘等功能；在通信领域，MEMS传感器则可以实现无线通信中的信号调制和解调等功能。
以医疗领域为例，MEMS传感器的应用为医疗诊断和治疗带来了革新。
例如，在药物输送方面，利用MEMS技术可以制造出微型的药物存储罐和药物释放装置。
当药物释放装置接收到信号后，可以通过微型泵或微型阀门控制药物的释放量，实现药物的精确输送。
同时，在诊断方面，MEMS传感器也可以用于生化分析。
例如，血糖、胆固醇等生化指标可以通过MEMS传感器进行检测。
通过集成的电路和微型化的生物识别元件，可以实现血糖、胆固醇等生化指标的实时监测。
随着科技的不断发展，对MEMS传感器的性能和功能要求也将越来越高。
未来，MEMS传感器将更加注重智能化、微型化、集成化和网络化的发展。
智能化方面，MEMS传感器将更加注重人工智能的应用。
通过集成化的数据处理和算法，可以使MEMS传感器具有更强的数据处理和分析能力，实现更加精准的测量和更高性能的控制。
mems 压电薄膜
mems 压电薄膜
（最新版）
目录
1.介绍 MEMS 压电薄膜
2.探讨 MEMS 压电薄膜的特性和应用
3.分析 MEMS 压电薄膜的优势和局限性
4.总结 MEMS 压电薄膜的未来发展前景
正文
MEMS（微机电系统）压电薄膜是一种具有重要应用价值的微电子器件，它是通过微电子工艺制程制造出来的一种能将机械应变转化为电能的薄膜。
MEMS 压电薄膜主要由压电材料、电极和绝缘层等构成，具有体积小、重量轻、响应速度快等特点，广泛应用于传感器、能量收集、超声波器件等领域。
MEMS 压电薄膜的特性主要表现在其能够将机械应变转化为电能，这
种特性使得 MEMS 压电薄膜在许多应用领域具有显著的优势。
例如，在传感器领域，MEMS 压电薄膜可以实现对物体的各种物理量的高精度测量；
在能量收集领域，MEMS 压电薄膜可以有效地将环境中的机械能转化为电能，为微电子设备提供稳定的能源；在超声波器件领域，MEMS 压电薄膜
可以实现高性能的超声波信号的产生和接收。
尽管 MEMS 压电薄膜具有许多优势，但是它也存在一些局限性。
例如，MEMS 压电薄膜的制造工艺较为复杂，需要通过微电子工艺制程进行制造，这使得其制造成本较高；此外，MEMS 压电薄膜的性能也受到许多因素的
影响，例如材料的选择、薄膜的厚度等，这使得其性能的优化较为困难。
总的来说，MEMS 压电薄膜是一种具有重要应用价值的微电子器件，
它通过将机械应变转化为电能，为许多应用领域提供了高性能的解决方案。
纳米硅薄膜的最新进展及其应用前景
它具 单晶 压力灵敏系 （ １ ）， 在３０ 以 有比 硅和多晶 硅更高的 数 Ｋ ３ 且 ００ 下温度 －０ Ｃ
范围 便于使用半导体平面工艺。 薄膜具有较好的热稳定性。 （） 用于研制量子功能器件 ２ 利用纳米硅薄膜的量子隧穿特性，有可能实现在室沮范围工作的爱子功能器 件。如单电子开关， 量子逻辑电 量子振荡魏 路等。
（９ ） ８ ； １９
１５ ８
１ ； 何宇充；科技导报 １ 期 ２ （９８）。 ０ ９ ） ２ ２ １９
何宇亮， 达， 娟； 体学 卷４ ２ （９５ ； 邵 马晓 丰导 报６ 期４０ １８）
３４ ４
（） ６
使用纳米硅薄膜材料进行相关的器件预研是大家所关心的问题。如何利用已发现的 ｎ－ ｃ Ｓ： ｉ Ｈ膜中所呈现出来的低维量子特征实现在接近室温范围工作的半导体量子功能器件一直 是作者所为乙 题，并认为有实现的可能性。由于ｎ－ｉ Ｈ 的问 ｃＳ： 薄膜是使用常规的ＰＣＤ ＥＶ 薄膜 沉积法制成的，它随后的主要工艺程序也都与半导体平面技术相容。所以 一旦能实现，它对 促进纳米电 子学的发展是会有成效的。另外，以 硅基纳米材料为基础［ 包括ＳＣ ＳＮ 的室 ｉ， 等〕 ｉ 温可见发光已能发射出较为稳定的蓝、 绿光， 深受学术界瞩目 这对促进硅基材料的 ， 光、电 一体化提供了希望 ‘ ”。 已知， 在硅器件和集成电路中 （．）常使用多晶硅薄膜 （ＣＳ）为发射极材料，其一 Ｉ Ｃ Ｐ－ｉ 大优点是可提高载流子的注入效率。随后又有人发现 ‘ 对多晶 ＴＩ器件进行后氢处理， ９ ） 硅 Ｆ 器件的特性有明显的改善。这是由 于含氢的多晶 硅薄膜 （ＣＳ： 氢原子填补晶 Ｐ－ｉ Ｈ ）， 粒间界 中 大盘的缺陷态， 从而使晶间势垒 Ｖ明 ｂ 显降低使电导率提高三个数量级， 大大地提高了多晶 硅薄膜的质笼 （ 。 ９ 这是后氢处 ） 理改善 ＴＰ器件性能的物理基础。纳米硅薄膜中 Ｆ 本身就含有 （０１） 左右的氢。如前所述， １－５ ％ ．纳米 硅薄膜还具有其它优点。从而使我们意识到将纳米硅 薄膜用作硅器件和集成电路中发射极材料，定会具有意想不到的新颖特色。 这也是目 前作者 正在进行的另一工作。 根据纳米硅薄膜所具有的 特殊结构和新颖物性， 我们认为它有可能在下列诸方面具有应 用前景 ｎ ０： （） 灵敏的微传感器 １
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MEMS用含能薄膜研究现状及进展
摘要
金属复合含能薄膜桥、含能半导体桥及纳米多孔硅/氧化剂复合薄膜制作工艺与微机电系统( micro-electro-mechanical systems，MEMS)器件制备技术具有良好的兼容性，在此基础上阐述了上述三种薄膜材料的制备方法及输出特性，认为MEMS火工装置为火工技术的发展提供了一个重要的研究方向。
关键词: 材料科学；含能材料；微机电系统( micro-electro-mechanical systems，MEMS)；火工品
引言
目前能够运用MEMS的含能薄膜主要包括金属复合含能薄膜桥、含能半导体桥以及纳米多孔硅/氧化剂薄膜。
金属复合含能薄膜桥
该含能薄膜桥在外界电能的刺激作用下，不但能够发生电热效应，并且在电热效应作用下，桥膜上的物质发生化学反应或金属晶格能发生变化，释放出能量。
由于能够把该类薄膜桥上的含能材料控制在纳米级范围内，因此该薄膜桥具有较短的点火反应时间和较高的能量输出强度。
在Al/金属复合含能薄膜研究方面，由于Al/Ni金属复合含能薄膜具有燃烧和爆炸性能，能够发生自蔓延反应，同时又具有优良的导电、导热性能，且其形成的金属间化合物具有较高的熔点、较低的密度和抗氧化等特性，因此该材料有可能成为一类新型的含能桥膜材料。
Al/Ni纳米含能薄膜材料亚稳态金属反应，发现薄膜在高压强大电流作用下100 ns内将电能转化为速度为飞片的动能，并且作者对反应后附着在玻璃板上的飞片进行了观察，认为该类含能薄膜材料具有较高的能量输出强度，能有效地使下一火工元件作用。
通过磁控溅射的方法将Al/CuO沉积到硅基底上形成多层纳米薄膜，为防止不同材料内部扩散，硅片在整个工艺过程中处于冷却状态。
该点火器燃烧时伴随有强烈的亮光，表明该类含能薄膜材料燃烧时温度较高，能够有效地点燃或起爆下一级器件。
北京理工大学王广海等人利用磁控溅射法制备了一个中间带有V字形缺口的金属薄膜桥，进行了安全电流、抗静电实验，并通过红外热成像技术对桥区的温度分布进行了测量，结果表明金属薄膜桥有良好的抗静电性能、点火性能和机械性能，缺口处电流密度最高，热量最为集中。
为了提高金属薄膜桥的点火能力及可靠性，王丽玲利用磁控溅射法交替沉积制备出了硼和钛多层含能薄膜，单层厚度分别为230 nm和250 nm，通过高速记录仪记录了薄膜桥的点火过程，其火花溅射距离可达到30mm左右。
胡艳、杨洋等人则对Al/CuO进行了研究，发现所制备的复合含能薄膜具有明显的分层结构，Al膜和CuO膜由均匀的纳米晶粒组成，薄膜桥通电后Al与CuO之间发生了氧化还原反应，与Al膜相比，其电流脉冲持续时间增长。
金属薄膜桥具有高能量输出强度及较短的点火延迟时间，金属薄膜桥是非常具有潜力的点火器件。
含能半导体桥
半导体桥( semiconductor bridge，SCB)是指利用微电子技术制造的，用半导体膜（或金属-半导体复合膜）做的发火元件，其具有体积小、发火能量低、安全性好、作用时间短等
优点。
作为含能薄膜的半导体桥只有反应式半导体桥。
反应式半导体桥增加了可反应的化学物质，使得该桥具有较强的能量输出，点火可靠性大大提高。
该桥采用微电子制作工艺在金属半导体复合桥上沉积Zr、Hf、Al和CuO、FeO、MnO或B-Ti、Zr-Ti等复合膜，通过复合膜的反应热或晶格热来提高半导体桥的点火能力。
由于半导体桥增加了可反应的物质，靠金属及氧化物之间铝热反应或晶格热放出大量的热和火花，使得该桥点火可靠性大大增加。
含能半导体桥降低了发火能量且具有较高的不发火裕度，增强了其安全性。
国内目前关于半导体桥的制备主要集中在多晶硅半导体桥，
纳米多孔硅/氧化剂复合含能薄膜
多孔硅( porous Silicon，PSi)作为一种多孔物质，其具有海绵状疏松的结构和微纳米级的通道，因此具有较强的吸附作用。
将浓硝酸滴加到多孔硅表面，发生剧烈的爆炸反应，多孔硅/氧化剂复合含能材料的爆炸性能。
多孔硅是一种活性极高的材料，其基于硅氧放热反应产生的能量的潜力大大高于普通的碳基炸药。
对于多孔硅/氧化剂复合薄膜在外界刺激作用下释放能量时存在着一个最佳孔径，并以多孔硅/Gd（NO）为例，计算出其最佳孔径为3．4 nm。
利用电化学腐蚀的方法制备出了多孔硅，以NaClO4为氧化剂，填充到多孔硅中，认为多孔硅空隙结构发达、吸附能力强，从而有利于其原位装药使氧化剂富集。