微纳米机电系统

微纳机电系统

微/纳米科学与技术是当今集机械工程、仪器科学与技术、光学工程、生物医学工程与微电子工程所产生的新兴、边缘、交叉前沿学科技术。微/纳米系统技术是以微机电系统为研究核心，以纳米机电系统为深入发展方向，并涉及相关微型化技术的国家战略高新技术。微机电系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS ) 和纳机电系统(Nano Electro Mechanical System, NEMS )是微米/纳米技术的重要组成部分，逐渐形成一个新的技术领域。MEMS已经在产业化道路上发展，NEMS还处于基础研究阶段。

一、引言

从微小化和集成化的角度，MEMS (或称微系统)指可批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统。而NEMS(或称纳系统) 是90年代末提出来的一个新概念，是继MEMS 后在系统特征尺寸和效应上具有纳米技术特点的一类超小型机电一体的系统，一般指特征尺寸在亚纳米到数百纳米，以纳米级结构所产生的新效应(量子效应、接口效应和纳米尺度效应) 为工作特征的器件和系统。

二、纳米系统的意义、应用前景

微纳系统的意义应用前景由于微/纳机电系统是一门新兴的交叉和边缘学科，学科还处于技术发展阶段，在国内外尚未形成绝对的学科和技术优势；微/纳米技术还是一项支撑技术，它对应用背景有较强的依赖性，目前它的主要应用领域在惯导器件、军事侦察、通信和生物医学领域，以及微型飞机和纳米卫星等产品上。

2.1 .重要的理论意义和深远的社会影响

微/纳米系统技术是与其它广泛学科具有互动作用的重要的综合技术，涉及学科领域广泛。微/纳米系统技术是认识和改造微观世界的高新技术，微/纳米系统是结构集成化、功能智能化的产物。微/纳米系统表现出的智能化程度高、实现的功能趋于多样化。例如，微机电系统不仅涉及到微电子学、微机械学、微光学、微动力学、微流体学、微热力学、材料学、物理学、化学和生物学等广泛学科领域，而且会涉及从材料、设计、制造、控制、能源直到测试、集成、封装等一系列的技术环节。

微/纳米系统技术的发展以之为基础，反过来也将带动相关学科和技术的发展。世界上著名的大学，如美国麻省工学院、加州大学伯克利分校、卡麦基隆大学，以及圣地亚国家实验室等无不把发展微/纳米技术作为重要的研究方面。我国一些著名大学尽管研究方向侧重不一，但也无一例外地重点发展微/纳米技术，实现学科群跨越式发展。

2.2 巨大的经济效益巨大的经济效益

微机电系统在美、欧、日等发达国家已经形成了一个新兴产业，仅美国微机电系统2005年的商业产值预计可达650亿美元。以控制汽车安全气囊展开的微加速度计为例，估计未来几年内，由分立组件构成的传统加速度计将全部被微加速度计所代替。传统加速度计的单件成本超过50美元，而基于MEMS技术的同类微加速度计的单件成本仅为5到10美元。相比之下，微加速度计更小、更轻、更可靠，功能更趋于完善。

2.3 国防建设的要求国防建设的要求

现代军事装备正朝着微型化、集成化、高精度方向发展，微机电系统充分适应了这一趋势，特别是在活动空间狭小，操作精度要求高，功能高度集成的航空航天等领域有广阔的应用潜力。微型飞机( UA V)在未来战争中日益显示出特殊地位，成为最具发展潜力的现代作战武器之一；利用微机械数组进行机翼流体状态检测，并通过微致动来实现宏观飞行控制有望改变传统飞机的模式，并改善其机动性能；微型喷射技术可以有效地实现导弹、卫星等航空航天飞行器的飞行姿态控制和调整。在领海内布撒微型传感器形成动态监测网络系统，可以监测敌船活动。在核研究领域，核材料的用量和配比必须精确把握，微量泵、微型传感器等可发挥重要作用，还可用MEMS技术制作引信和开关等。

纳米技术的发展也将带动军事技术的变革。世界各主要军事大国相继制定了名目繁多的军用纳米技术开发计划。美国开发纳米技术的经费中有一半左右来自国防部系统。与传统武器相比，纳米武器具有许多不同的特点与超常性能武器装备系统超微型化、高度智能化；以神经系统为主要打击目标。成本低、体积小，可大量使用。

2.4 应用前景应用前景应用前景应用前景

自80年代末美国首先出现直径为100μm的静电微电机以来，微机电系统研究迅猛发展，各种微驱动器、微传感器、微控制器以及微机器人相继问世，且各种机构趋于高度集成，形成相对完备的微机电系统，整个系统的尺寸缩小到几毫米甚至几百微米。微机电系统在国防、工业、航空航天、生物医学、精密仪表、通信、汽车、环保、生物工程和自动化等领域具有广阔应用前景。具体应用类型有:

1) 生物医学领域: 在此领域内已开发出对细胞进行操作的许多微机械, 如微对象的操作台、微夹钳等。还可利用植入式机器人对人体内脏和血管进行送药、诊断和手术等操作。以分子自组装为基础制造的生物分子器件是一种完全抛弃以硅半导体为基础的电子器件。将一种蛋白质选作生物芯片，利用蛋白质可制成各种生物分子器件，如开关器件、逻辑电路、存储器、传感器以及蛋白质集成电路等。美国密歇根韦思大学医学院生物分子信息小组，利用细菌视紫红质（简称BR蛋白质）和发光染料分子研制具有电子功能的蛋白质分子集成膜，这是一种可使分子周围的势场得到控制的新型逻辑元件。美国锡拉丘兹大学也利用BR蛋白质研制模拟人脑联想能力的中心网络和联想式存储装置。

2) 流体控制领域: 利用微型阀、微型泵进行流量元素分析、微流量测量和控制。

3) 信息仪器领域: 利用扫描隧道显微镜STM可将1M b it 的信息储存在一平方微米的芯片上, 另外, 微磁头、微打印头可以完成信息的输入、输出及传递工作。

4) 航空航天领域: 利用微型传感器和微型仪器，监测石油输送情况。微型卫星和小卫星在此领域也完成了许多情报搜集工作。

5) 微机器人: 微机器人是微系统最典型的应用。在许多特殊场合, 在人难以接近或不能接近的空间中，微机器人完成人的工作, 如狭小空间中的机器人、电缆维修机器人等。在工业制造领域，微型机器人可以适应精密微细操作，尤其在电子元器件的制造方面。美国迈特公司的研究人员最近设计出一种用于组装纳米制造系统的微型机器人，这种机器人的长度约为5mm。研究人员称，假设能利用纳米制造技术使这种机器人的体积不断缩小，其最终的体积不会超过灰尘的微

粒。日本三菱公司也开发了一种微型工业机器人，该机器人采用了5节闭式连杆机构，实现手臂的轻量化与高刚性，其动作速度及精度完全可以赶上专用机器人。往复上下方向25mm，水平方向100mm的拾取动作，所需时间缩短到0．28s。另外，通过采用闭式连杆机构与高刚性减速机，实现了比以往机器人高10％的位置重复精度（±5nm），可适用于精密微细操作。

我国在微型机器人的研制方面也取得了可喜的成绩。据媒体报道，由哈尔滨工业大学研制的这种机器人，其操作精度达到了纳米级，可以应用于分子生物学基因操作，能够对细胞和染色体进行“手术”，并能在微电子、精密加工等精度要求较高的领域一显身手。此外，天津大学在国家863高技术计划的支持下，也研制成功了微型操作机器人，可以用于对微米级的细胞、胚胎、染色体实施操作。中国农业科学院已利用这种机器人成功实行了对植物细胞染色体的切割操作，一些医学科研部门正在利用它进行转基因实验。

纳米技术自20世纪90年代以来取得了飞速发展。目前，科学研究的前沿已经深人到单原子的探测和操纵中，制作具有特殊功能的人造分子和纳米器件已成为可能。近几年来，随着人们生活水平和对健康要求的不断提高，纳米科技发展的一个显著变化就是倾向于在生物及医学方面的应用，比如生物分子超灵敏检测、癌症早期诊断和治疗、药物的运输和缓式释放等。美国朗讯科技公司和英国牛津大学的科学家已经制造出一种可以开合的纳米镊，用它钳起分子或原子并组合起来以制造纳米机械。

三.微纳机电系统国内外发展趋势

国际上微机电系统技术发展崛起于20世纪80年代末期，我国自20世纪90年代初便组织有关高校和研究所开始跟踪研究。美国国会已把微机电系统的研究作为21世纪重点发展的学科之一，美国国家基金会也拨巨资开始了微机电系统的研究，日本通产省自20世纪90年代开始正式启动了微机械研究计划。欧共体国家也在尤里卡计划中将微机电系统作为一个重要的研究内容，并在法、德两国组织实施。在我国，微机电系统的研究已经得到国家科技部、国家自然科学基金委员会、总装备部及国防科工委等国家部委及地方部门的重视。

与其它学科的发展相比，我国微机电系统研究的起步时间与工业发达国家相距不远，但由于我国微电子领域以及基础学科的基础较弱，随着微机电系统逐步走向产业化，我国与国际先进水平的差距在迅速拉大。近来，随着微机电系统展现的诱人前景，以及作为一项国家战略高新技术的明确定位，各有关部门在制订中长期发展规划时均将其作为重点发展的领域。

纳米技术的应用前景和深远影响也迫使各国致力于在纳米研究领域占有一席之地。从2000年10月1日起美国实施国家纳米技术规划，称“纳米技术将领导下一次工业革命”，并把其作为美国政府当前科技研究与开发的第一优先计划。2000年7月，美国国家科学技术委员会宜布实施纳米技术创新工程，2001年度用于纳米技术研究的专款约为5亿美元。日本及西方各发达国家也制定相关计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中。德国也把纳米技术列为新世纪科研创新的战略领域。我国政府对纳米技术也很重视，国际上纳米研究刚起步时，我国就紧跟国际水平，在科技部、国家自然科学基金委员会、教育部和中国科学院、国防科工委等有关部委支持下，先后在“攀登”计划、国家重大基础研究项目、基金委重大项目、科学院创新工程等项目立项，并在资金上对纳米研究给予支持。目前，我国已对纳米技术和纳米材料中的许多重大问题

开展了广泛深入研究，取得了显著成效，提高了中国在纳米技术研究中的地位。

纳米机电系统是纳米技术的核心技术之一。它是微机电系统向更为微观领域的发展，是用纳米技术由微观向宏观构造系统的技术。原子、分子操纵、纳米加工、分子自组装等新技术的突破为纳米机电系统的设计、制作和装配提供了技术基础。纳米机电系统的研究、发展将推动纳米技术的进步和在军事与国民经济中的应用水平。

2000年前后，NEMS随着纳米技术的飞速发展已经初见端倪，相对于MEMS 来说，NEMS具有更小的体积和更高的谐振频率及质量因子，在军事侦察、生物医疗等领域有着较好的应用前景。

纳米机电系统技术可应用在纳米信息系统和纳米攻击系统上。纳米信息系统是指以纳米技术为核心的信息传输、存储、处理和传感系统，包括微型间谍飞行器、袖珍遥控飞机、“间谍草”、高性能敌我识别器、报警传感器和纳米卫星等。纳米攻击系统是运用纳米技术制造的微型智能攻击武器，主要用于微机器人电子失能系统、昆虫平台、“蚂蚁雄兵”、“机器虫”；纳米技术应用于军用灵巧蒙皮的研制，可变革传统的飞行器和水下航行器的功能结构，大大提高其隐身等性能，并有望实现智能行进系统。

近期，纳机电系统的发展主要应集中在：纳米机电系统与纳米机械；生物医学纳米技术(Biomedical Nano-technology)，微/纳米尺度流体力学特性纳米机械、分子动力学以及分子装配技术，纳米尺度结构与力学行为。纳米微机电系统(Nano-MEMS)乃至纳米机电系统(NEMS)实现方法及技术典型纳米信息系统和纳米攻击系统原理与实现技术等。

四.展望展望展望展望

微米纳米技术是一门新兴的、多学科交叉的研究领域，汇集了电子、机械、材料、制造、检测，以及物理、化学和生物等不同学科新生长出来的微小和微观领域的科学技术群体，是科学技术创新思维的结果，极富挑战性。对微米纳米技术要采用创新的研究方法、多学科的综合集成、运用先进的检测和工艺手段以及不同的制造范例。在实际工作中要重视微米纳米技术相互之间的关联性，把微米纳米技术工作紧密结合起来开展，这有利于创新、有利于赢得机遇。同时研究设计工作必须与制造技术紧密相联系，这有利于微米纳米技术的结合，有利于它们相相作用.

微机电系统

微机电系统复习资料第一章绪论一、MEMS：特征尺寸在1um~1mm范围内的机械叫做微型机械。三个特征：微型化（主要体现在体积、重量、耗能、惯性），集成化（体现在将不同功能、敏感、执行元素集成在一起），可批量生产（特征尺寸、孔腔、沟道、悬臂梁）。二、代表性器件：数字胃镜（DMD），喷墨打印机的喷头（销量最高），微静电电机，机械陀螺仪（用于导航）。三、与微电子产业相比的特征：1、三维可动装置2、多功能（生物、化学、电能……）、涉及的材料多4、封装和自组装工艺5、生产工艺和制造技术（制造技术主要有体微加工技术、表面微加工技术和LIGA，其中LIGA上课没讲）第二章一、微型化的标度：表面积/体积比，主要考虑其比值缩小带来的影响，主要体现在表面力、摩擦力占的主导作用。二、应力（单位是Pa,压强）、应变弹性模量=应力/应变梁发生最大弯曲处：扰度、粘附数测量：1，几何特征（大小）：光学显微镜（光学），台阶仪（机械），扫描电子显微镜（SEM，电学） 2，表面形貌：探针技术（机械探针和光学探针）， SEM，原子力显微镜（AFM） 3，应力和应变的测量：1），硅片弯曲，传统的，测整个硅片，精度低，不可以测弹性模量2），X射线衍射法（XRD），拉曼光谱法，测量简单，设备昂贵，精度低3）加载变形和谐振频率法，光路复

杂、精度高、可以测弹性模量第三章工作原理和敏感材料一、压阻敏感（应变系数，变阻器）常见压阻材料（三类）：金属应变器（受温度影响小），单晶硅（涉及掺杂），多晶硅（应变系数小于单晶硅，衬底多）二、压电效应：定义：在机械压力作用下会产生电荷和电压起因：晶体中离子电荷的位移变化引起的极化代表性材料：石英，钛酸钡（BaTiO3），PET 机电耦合性系数：三、热敏感：喷墨头，热电偶（测温，自供电，不需外接电源），串联形成热电堆（用于测温），热电阻器（用作加热装置），两种加热材料：铂（金属材料），多晶硅（半导体材料）四、静电敏感（代表器件：微静电电机）静电敏感相比于与静电执行的优点： 1，结构简单，只需两个导电表面2，功耗低，依赖于电压差而非电流3.，响应快，转换速度由充放电时间决定。充放电时间—— 平板电容，叉指电容（IDT）第四章一、掺杂两种工艺：扩散：固溶度——掺杂物在材料中不改变其晶体结构的最大浓度离子注入：加速离子穿入硅片，晶格碰撞，随机过程二、等离子体（由电子、离子、带电粒子组成，对外呈中性）特征：高密度产生条件：真空三种应用： 1）制备方面：辅助不同工艺，沉积材料 2）掺杂：辅助不同工艺对基底材料掺杂 3）刻蚀、微加工或移除基底材料三、材料：1）衬底材料：硅——机械性能、高温稳定，用110面晶向，较易加工石英——透光性好，耐高温

纳米光电子技术的发展及应用

纳米光电子技术的发展及应用摘要:纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学和现代技术结合的产物,由纳米技术而产生一些先进交叉学科技术，本文主要讲述的纳米光电子技术就是纳米技术与光电技术的结合的一个实例，随着纳米技术的不断成熟和光电子技术的不断发展，两者的结合而产生的纳米光电子器件也在不断的发展,其应用也在不断扩大。关键词：纳米技术纳米光电子技术纳米光电子器件应用一、前言纳米材料与技术是20世纪80年代末才逐步发展起来的前沿性，交叉性的学科领域，为21世纪三大高新科技之一。而如今，纳米技术给各行各业带来了崭新的活力甚至变革性的发展，该性能的纳米产品也已经走进我们的日常生活，成为公众视线中的焦点。[2 纳米技术的概念由已故美国著名物理学家理查德。费因曼提出，而不同领域对纳米技术的看法大相径庭，就目前发展现状而言大体分为三种：第一种，是美国科学家德雷克斯勒博士提出的分子纳米技术。而根据这一概念，可以制造出任何种类的分子结构；第二种概念把纳

米技术定位为微加工技术的极限，也就是通过纳米技术精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术；第三种概念是从生物角度出发而提出的，而在生物细胞和生物膜内就存在纳米级的结构二、纳米技术及其发展史 1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括：纳米级测量技术：纳米级表层物理力学性能的检测技术：纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。其中纳米技术主要为以下四个方面 1、纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。 2、纳米动力学：主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等. 3、纳米生物学和纳米药物学：如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分

微机电系统作业

研究生课程考试成绩单（试卷封面）院系电子科学与工程学院专业微电子学与固体电子学学生姓名李艳学号121225 课程名称微电子机械系统授课时间2014年3月至2014年4 月周学时 2 学分 2 简要评语考核论题[微电子机械系统] 作业总评成绩（含平时成绩）备注任课教师签名：日期：注：1. 以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表，综合考试可不填。“简要评语”栏缺填无效。 2. 任课教师填写后与试卷一起送院系研究生秘书处。 3. 学位课总评成绩以百分制计分。

1. 习题1.9 A：查找至少来自两家公司的两种压力传感器的产品性能表。根据1.3.2节所列的传感器性能标准，总结这两种产品的性能。至少从转换原理、灵敏度、动态范围、噪声、销售价格及功耗等方面进行比较。 B：比较至少来自两家独立公司的两种压力传感器（或者其他传感器）。上网搜索这两家公司的两种主要专利，并对专利的保护内容和授权日期进行对比，写一份两页的总结。（提示：可以在下列免费网站搜索，如US Patent、Trademark Office Web、Google patent或者在线专利搜索网站）。答：A：美国飞思卡尔公司的MPX5010压力传感器与德国JUMO公司的MIDAS C18 SW –OEM压力传感器比较如下： MPX5010 MIDAS C18 SW –OEM 型号性能转换原理压电材料三氧化二铝陶瓷薄膜灵敏度450mV/kPa 动态范围75kPa压力差 1.6—100bar相对压力最大误差 5.0% 1.6bar 销售价格约65元功耗≤0.05W ≤0.6W 前者为集成传感器体积较小，功耗较低；后者为机械式的传感器，体积和功耗都较大。两者的应用领域也不同。 B：专利一：

MEMS微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems)

MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写。MEMS 是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统，它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，目前MEMS加工技术还被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域，从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。 MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。 MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，就象近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。大多数工业观察家预测，未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增加率约为18%，因此对对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。 MEMS是一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域，相对于传统的机械，它们的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，甚至仅仅为几个微米，其厚度就更加微小。采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。采用与集成电路（IC）类似的生成技术，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺，进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。沿着系统及产品小型化、智能化、集成化的发展方向，可以预见：MEMS会给人类社会带来另一次技术革命，它将对21世纪的科学技术、生产方式和人类生产质量产生深远影响，是关系到国家科技发展、国防安全和经济繁荣的一项关键技术。制造商正在不断完善手持式装置，提供体积更小而功能更多的产品。但矛盾之处在于，随着技术的改进，价格往往也会出现飙升，所以这就导致一个问题：制造商不得不面对相互矛盾的要求——在让产品功能超群的同时降低其成本。解决这一难题的方法之一是采用微机电系统，更流行的说法是MEMS，它使得制造商能将一件产品的所有功能集成到单个芯片上。MEMS对消费电子产品的终极影响不仅包括成本的降低、而且也包括在不牺牲性能的情况下实现尺寸

纳米材料用在哪方面

纳米技术是新世纪一项重要的技术，为多个行业带来了深远影响。纳米技术包含几个方面：纳米电子学，纳米生物学，纳米药物学，纳米动力学，以及纳米材料。其中，纳米材料主要集中在纳米功能性材料的生产，性能的检测。其独特性使它应用很广，那么，纳米材料用在哪方面呢 1、特殊性能材料的生产材料科学领域无疑会是纳米材料的重要应用领域。高熔点材料的烧结纳米材料的小尺寸效应（即体积效应）使得其在低温下烧结就可获得质地优异的烧结体（如SiC、WC、BC等），且不用添加剂仍能保持其良好的性能。另一方面，由于纳米材料具有烧结温度低、流动性大、渗透力强、烧结收缩大等烧结特性，所以它又可作为烧结过程的活化剂使用，以加快烧结过程、缩短烧结时间、降低烧结温度。例如普通钨粉需在3 000℃高温时烧结，而当掺入%%的纳米镍粉后，烧结成形温度可降低到1200℃-1311℃。复合材料的烧结由于不同材料的熔点和相变温度各不相同，所以把它们烧结成复合材料是比较困难的。纳米材料的小尺寸效应和表面效应，不仅使其熔点降低，且相变温度也降低了，从而在低温下就能进行固相反应，获得烧结性能好的复合材料。纳米陶瓷材料的制备通常的陶瓷是借助于高温高压使各种颗粒融合在一起制成的。由于纳米材料粒径非常小、熔点低、相变温度低，故在低温低压下就可用它们作原料生产出质地致密、性能优异的纳米陶瓷。纳米陶瓷具有塑性强、硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨的性能，它还具有高磁化率、高矫顽力、低饱和磁矩、低磁耗以及光吸收效应，这些都将成为材料开拓应用的一个崭新领域，并将会对高技术和新材料的开发产生重要作用。 2、生物医学中的纳米技术应用从蛋白质、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范围，从而纳米结构也

微机电系统及纳米技术大作业--微型光栅

微机电系统及纳米技术大作业题目：微型光栅目录摘要 (2)

关键词 (3) 引言 (3) 衍射光栅 (4) 衍射光栅概念 (4) 传统衍射光栅的技术发展 (4) 硅光栅技术（） (5) 硅光栅的加工制作方法 (5) 硅光栅的体硅制作工艺 (6) 硅光栅的表面硅制作工艺 (6) 硅光栅的应用 (7) MEMS微型可编程光栅（） (8) 可编程光栅结构原理 (8) 微型可编程光栅的工艺 (9) 微型可编程光栅的发展现状 (10) 总结 (11) 参考文献 (12) 摘要基于光栅技术的光谱分析在物理、化学、天文、生物、冶金学及其他分析领域起着重要的作用。随着科学技术的发展，对光栅技术提出了更高的要求，对新型光栅的研究也受到更加广泛的重视。

随着硅微加工技术的迅速发展，带动了微电子科学的进步，计算机及其它各种电子产品已成为人类不可缺少的工具。与微电子产品相兼容的集成化、微型化的产品为传统的仪器及设备打开了新的应用空间，因而出现了微机械、微光学等在技术上与硅微加工工艺相兼容的新学科。而光栅在微观上的周期性，硅作为晶体材料结构上的特殊性及其加工工艺的兼容性，使人们开始尝试在硅基材料上制作光栅的可能性。1975年W．Tang和S．Wang首次在论文中报道了利用硅加工技术制作光栅m，从此硅光栅被应用在许多不同的领域。 MEMS技术的出现与发展提供了能根据实际情况实时改变结构参数的光栅，即MEMS微型可编程光栅。这种光栅通过静电驱动的方式实现对光栅的结构单元，微变形梁的编程控制。MEMS微型可编程光栅不仅扩展了光栅在传统领域发挥巨大作用，同时促进其在光通讯等领域的广泛应用。因此，对MEMS微型可编程光栅的研究具有重要的研究意义。本文对硅光栅和MEMS可编程光栅进行了简单的介绍，主要包括其工作原理及结构组成，加工方法，工艺流程及其中的关键工艺，最后简单说明了微型光栅的应用领域、实际应用情况及可能的应用前景。关键词微机电系统，硅光栅，微型可编程光栅引言光谱是各个波长光波的有序排列。而光谱分析学则是研究各种物质光谱的产生及其同物质之间的相互作用的学科。一直以来，基于衍射光栅的光谱分析技术在物理研究中一直占有重要地位。特别是近年来随着科学技术的发展，光栅光谱技术在天文、生物、化学、冶金学及其他分析领域起着越来越重要的作用：物理学研究方面，光栅光谱分析仪可用于验证量子力学的氢原子光谱采集实验；天文

微机电系统题目整理

1、M E M S的概念？列举三种以上M E M S产品及应用？微机电系统(MEMS：Micro Electro-Mechanical System)指微型化的器件或器件组合，把电子功能与机械的、光学的或其他的功能相结台的综合集成系统，采用微型结构(包括集成微电子、微传感器和微执行器；这里“微”是相对于宏观而言)，使之能在极小的空间内达到智能化的功效。微机电系统主要特点在于：(1)能在极小的空间里实现多种功能；(2)可靠性好、重量小且能耗低； (3)可以实现低成本大批量生产。主要应用领域、产品：压力传感器、惯性传感器、流体控制、数据存储、显示芯片、生物芯片、微型冷却器、硅材油墨喷嘴、通信等。 2、何谓尺度效应？在MEMS设计中，如何利用尺度效应？当构件缩小到—定尺寸范围时将会出现尺寸效应，即尺寸的减小将引起响应频率、加速度特性以及单位体积功率等—系列性能的变化。构件特征尺寸L与动力学特性关系如表所示。不同性质的作用力与尺寸的依赖关系不同，从而在微观研究中所占比重有所不同。例如，电磁力与尺寸是L2，L3，L4的关系，幂次较高，从而相对影响铰小；而静电力与尺寸是L0，L-2的关系，幂次较低，影响程度较大。 3、湿法刻蚀和干法刻蚀的概念及其在MEMS中的应用？刻蚀就其形式来说可分为有掩膜刻蚀和无掩膜刻蚀，无掩膜刻蚀较少使用。有掩膜刻蚀又可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀一般用化学方法，这种方法刻蚀效率高，成本低，但是其刻蚀精度不高，公害产重(用大量的化学试剂)。干法刻蚀种类很多，有溅射刻蚀、离于铣、反应离子刻蚀和等离子刻蚀等。干法刻蚀中包括了化学反应和物理效应，因此其刻蚀精度较高，且适用于各种材料，包括半导体、导体和绝缘材料。刻蚀分为湿法到蚀和干法刻蚀。它是独立于光刻的重要的一类微细加工技术，但刻蚀技术经常需要曝光技术形成特定的抗蚀剂膜，而光刻之后一般也要靠刻蚀得到基体上的微细图形或结构，所以刻蚀技术经常与光刻技术配对出现。经常采用的化学异向刻蚀方法又称为湿法刻蚀，它具有独持的横向欠刻蚀特性，可以使材料刻蚀速度依赖于晶体取向的特点得以充分发挥。干法刻蚀是指利用一些高能束进行刻蚀。以往的硅微细加工多采用湿法刻蚀。 4、键合的概念，有几种形式？有何用途？一个微型机电系统集微传感器、驱动器及处理器于一体，是一个复杂的智能微系统。其制造工艺，有硅表面微加工工艺、硅的体微加工工艺、硅微电子工艺以及非硅材料的微加工工艺。因此，如果把一个微机电系统建筑于同一硅基片上，那它首先不能克服微系统需用硅及作硅材料多样性上的矛盾；其次它无法解决微传感器、微处理器以及微驱动器集成于同一基片结构复杂性的矛盾；最后，在同一基片上无法解决硅表面及体微加工、非硅材料微加工工艺相容性上的矛盾。如果将整个微机电系统按结构、材料及微加工工艺的不同，分别在不同基片上执行微加工工艺，然后将两片或多片基片在超精密装配设备上对准，并通过键合手段，把它们连接成一完整的微系统，这是获得低成本、高合格率及质量可靠的微系统的唯一途径。因此，键合技术成为微机电系统制作过程中的重要微加工工艺之一，它是微系统组封装技术的重要组成部分。键合技术主要可分为硅熔融键合（SFB）和静电键合两种。按界面的材料性质，键合工艺总体上可分为两大范畴，即硅／硅基片的直接键合和硅／硅基片的间接键合，后者又可扩展到硅／非硅材料或非硅材料之间的键合。对于硅／硅间接键合，按键合界面沉积的材料不同，其键合机制也不同，如沉积的是玻璃膜，按不同的玻璃性质，可以进行阳极键合或低温熔融键合；如果沉积的是金膜(或锡膜)，则进行共晶键合；用环氧或聚酰亚胺进行直接粘合。此外，还可借助于其他手段，如超声、热压及激光等技术进行键合。

纳米科技与纳米技术

纳米技术 1510700224 韦甜甜纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术，也称毫微技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。 1981年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。利用纳米技术将氙原子排成IBM纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。在我国，纳米技术早已融入到大众的生活了，包括很多涂料、纤维材料、燃料、高分子合成和纺织品加工处理技术等等。其实纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米技术内容 1、纳米材料当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，像铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。为什么磁畴变成单磁畴，磁性要比原来提高1000倍呢？这是因为，磁畴中的单个原子排列的并不是很规则，而单原子中间是一个原子核，外则是电子绕其旋转的电子，这是形成磁性的原因。但是，变成单磁畴后，单个原子排列的很规则，对外显示了强大磁性。这一特性，主要用于制造微特电机。如果将技术发展到一定的时候，用于制造磁悬浮，可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。 2、纳米动力学主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等.

纳米技术的应用与前景

纳米技术的应用与前景纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理

(整理)微机电课后作业

小组成员:郑晨晨刘心纪辉强方璐刘超朱剑锋 2011.05.31 第二章 1.MEMS的设计涉及哪些学科？简述MEMS的设计方法及特点。答：MEMS的设计涉及到系统设计、微传感器设计、微执行器设计、接口设计和能量供给的设计。 3种设计方法：（1）从系统功能设计开始，展开到系统设计。在进行系统设计时，将元件及功能模块作为一个黑盒子，只对其影响特性进行分析。（2）从系统设计展开到子系统、元器件设计。对于系统优化设计应该由系统设计转向子系统、元器件设计。首先确定系统应该完成的功能、技术条件；其次是确定功能模块的功能要求、技术条件；最后确定元器件的技术条件。（3）中间相遇法(Meet-in-the-Middle)。它利用宏观模块，对于元件简化模型进行分析，只要模型能描述不同物理状态中的特性，就能够在系统中进行合理的仿真。 2.工程系统设计通常有几种方法？其主要思路是什么？试举例说明。答：通常有五种方法：J．Kawasaki法简称KJ法。KJ法是由底向上处理大量数据之间关系的一种假设，对于复杂问题进行分析，使用这种方法，可以使问题得到满意的解决。它还可以应用来处理其他类

型的问题，这种问题可以是个别的群体，单一的或者连续的；M.Nakayama法简称NM法。NM法是在自然是日常生活中寻找比拟法创造和开发新技术观点，应用到不同的问题模式中。NM法是根据人脑功能的一种假设，在Nakayama的“人脑计算机模型（HBC）”中描述。这种方法试图解释当问题如理性思考，存在僵局，情感思考，演绎和引导等解决的时候，人类思想行为的模式；Key-Needs法，中文称为关键需要法，它是一种创造与使用者需要一致的新产品概念的工具。这种方法用列出日常生活的需要，以及不被满足原因的描述，用于产品观点的发明。关键需要法是实用主义，具有需要分析和概念评估技术的扩展。为了消费者取得好感，而且不受限制，关键需要法几乎不是根据人类需要的任何理论或者寻找任何概念，而是从实际经验中得到；Kepener-Tregoe法分析问题、解决分析、位能问题分析和位置评价的4种技术结合。它的目的在于应用标准模式一步一步处理的方法，进行工业合理化管理。朱钟淦-捤谷城方法，是针对机械电子产品系统设计时应用，包括四个步骤：产品功能分析；为实施各模块的功能，选择可实施的方案；多种方案的综合评价，优化设计；产品芯片设计。 5,在MEMS产品中如何应用尺度效应进行设计?其根据是什么?对于一阶尺度,如表面-体积尺度变化规律是什么? 通常,尺度的变化规律遵循着两个方面.第一种规律是严格依据物体的尺寸,如几何结构的尺度,物体行为可以有物理规律所决定,这种尺度

《微机电系统基础》3-16、3-19、11-4

习题3-16 一根细长的硅梁受到纵向张应力的作用。力的大小为1mN ，横截面积为20um*1um 。纵向的杨氏模量为120GPa 。求出梁的相对伸长量（百分比）。如果硅的断裂应变为0.3%，那么要加多大力梁才会断裂？答：伸长量 l EA Fl l 00042.010 *1*10*20*10*12010*16693 ===?--- 相对伸长量 %042.0%100*=?=l l δ 极限力 mN EA F 2.710*1*10*20*10*120*%3.0669max ===--δ 习题3-19 求出下面所示悬臂梁的惯性矩。材料是单晶硅。悬臂梁纵向的杨氏模量为140GPa 。答：惯性矩 4193 66310*07.112 )10*40(*10*2012m wt I ---== 习题11-4

下面是北京大学微系统所给出的MEMS标准工艺，以一个MEMS中最主要的结构——梁为例介绍MEMS表面加工工艺的具体流程。 1.硅片准备 2.热氧生长二氧化硅(SiO2)作为绝缘层 3.LPCVD淀积氮化硅(Si3N4)作为绝缘及抗蚀层 4.LPCVD淀积多晶硅1(POLY1)作为底电极 5.多晶硅掺杂及退火 6.光刻及腐蚀POLY1，图形转移得到POLY1图形 7.LPCVD磷硅玻璃(PSG)作为牺牲层 8.光刻及腐蚀PSG，图形转移得到BUMP图形 9.光刻及腐蚀PSG形成锚区 10.LPCVD淀积多晶硅2(POLY2)作为结构层 11.多晶硅掺杂及退火 12.光刻及腐蚀POLY2，图形转移得到POLY2结构层图形 13.溅射铝金属(Al)层 14.光刻及腐蚀铝层，图形转移得到金属层图形 15.释放得到活动的结构

新型纳米载药体系研究

2015年教育部推荐项目公示材料（自然奖、自然奖-直报类） 1、项目名称：新型纳米载药体系研究 2、推荐奖种：高等学校自然科学奖 3、推荐单位:东南大学 4、项目简介:纳米载药体系的研究和应用，不仅能显著提高疾病治疗效果和提高人类的健康水平，还能显著降低医疗成本，也是各国政府大力推进的新技术。但目前纳米载药领域也还有着很多的问题没有解决，发现和研究高效低毒的纳米载药体系并加以应用，是材料、药物和医学界共同努力和追求的目标。基于此，本项目团队着重研究基于氧化石墨烯、牛血清白蛋白和壳聚糖纳米粒子的纳米载药系统的构建和潜在应用研究，取得了如下主要创新成果： 1、基于氧化石墨烯的新型纳米载药体系的研究：化疗是目前治疗癌症最有效的方法之一。但化疗的效果往往不够理想，主要原因在于化疗给药的靶向性差,毒副作用严重，而且长期使用容易产生耐药性。针对以上问题，我们通过化学修饰新型二维纳米材料氧化石墨烯，首次实现了抗癌药物阿霉素和喜树碱的可控联合载药和生物靶向递送，其在体外实验中表现出比单一载药更高的抗肿瘤效应，利用聚乙烯亚胺功能化石墨烯，联合递送具有靶向肿瘤抗凋亡蛋白

Bcl-2的siRNA及阿霉素显著增强抗肿瘤效果。与此同时，通过系统比较和计算机模拟，发现将氧化石墨烯还原制备的还原氧化石墨烯可更高效率吸附单链核酸，并可将本来难以进入细胞的单链核酸有效递送至细胞内。 2、基于牛血清白蛋白的多功能纳米药物递送体系的研究：围绕药物靶向递送，我们也通过化学改性血清白蛋白这一体内常见蛋白质，构建了聚乙二醇化的血清白蛋白纳米粒子，该粒子对水不溶性药物具有较强的吸附能力，并可显著增强不溶性药物的溶解度，可用于构建靶向递送系统。改性后的牛血清白蛋白可溶于DMSO等有机溶剂，从而可利用这种改性的血清白蛋白直接修饰油溶性的无机纳米粒子，改善其水溶性，构建多功能纳米载药体系。 3、基于壳聚糖的纳米药物递送体系的研究：我们采用离子凝胶法制备了基于壳聚糖的微纳米颗粒，通过同轴静电纺丝制备“核-壳”结构的表面多孔的PLLA纤维支架，并携带药物实现功能化，阐明了药物释放规律及机理；采用“graft to”的方法，结合两性离子材料磺酸甜菜碱甲基丙烯酸甲酯(SBMA)的优良的抗蛋白质吸附性能和多巴胺(DOPA)衍生物邻苯二酚(catechnol)的粘附功能，对PLLA血管支架表面改性，大大改善了其生物相容性（见代表性论文6-7）；与此同时，为改善纳米药物递送系统存在的凝血等诸多问题，本研

010132024-《微机电系统》教学大纲

《微机电系统》课程教学大纲课程代码：010132024 课程英文名称：Micro-Electro-Mechanical Systems（MEMS）课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0 适用专业：机械设计制造及其自动化大纲编写（修订）时间：2010.7 一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标微机电系统是制造工程领域的最重要发展方向之一，也是高新技术发展的前沿技术。是20世纪末、21世纪初兴起的工程科学前沿，是当前一个十分活跃的研究领域。它被广泛应用于机械制造工程领域、信息工程领域、医学工程领域、武器装备领域和日常生活中高新技术产品制造领域等，因此，对从事制造工程领域的工程技术人员来说，学习和掌握该知识有着重要的意义。本课程的教学目标是，通过该课程的教学使学生了解制造工程领域技术的新发展，掌握一定的制造工程领域的最新知识，培养学生的微小机械的设计和制造能力，提高学生的创新思维意识。通过该课程的教学使学生掌握或了解微机电系统的相关基础知识，为后续工作中的技术水平的提高和发展奠定一定的基础。同时，将微机电系统领域的新理论、新方法、新技术等传授给学生。并使学生理解并掌握微机电系统领域理论体系及相关产品在实际中的应用情况。（二）知识、能力及技能方面的基本要求 1．掌握微机电系统的概念、技术范畴；了解微机电系统在国民经济中的地位和作用。 2. 掌握微机电系统的设计方法与理念。 3. 掌握典型微机电系统的制造技术方法的原理及关键问题，针对具体加工对象选择相应的方法。 4. 能适当选择微机电系统的测量技术方法，了解相应的原理。 5. 了解微机电系统的发展动态，以及在高新技术领域与国防领域的应用。（三）实施说明 1. 结合MEMS技术的发展和生产实际，更新教学内容，特别要注重微机电技术发展中新技术的应用。 2. 开展实际工程案例教学，充分利用多媒体等现代化教学手段。 3. 课堂教学要与教师科研实际相结合，培养学生的创新能力和解决工程实际问题的能力。（四）对先修课的要求先修课程为：机械制造技术基础理论、机械原理与设计理论、测试技术基础、机械控制工程基础等。（五）对习题课、实践环节的要求课外作业：以每个章节内容为单元，实行具有设计性的大作业制。（六）课程考核方式 1.考核方式：期末考核采用大作业、期末报告或论文形式考核。 2.考核目标：采用课堂的教学模式，加强学生实践能力和自学能力的培养，通过阶段性考核使学生掌握各个环节与阶段的知识，通过最终结业考核使学生系统地掌握或理解课程系统化知识体系。 3.成绩构成：出勤+平时大作业+期末考核，综合评定。

《机电一体化系统设计》复习题

《机电一体化系统设计》复习大纲第一章概论本章知识要点： 1. 机电一体化系统的基本概念：系统、机电一体化、机电一体化系统和系统的数学模型 2. 典型机电一体化系统的几种形式：机械关节伺服系统、数控机床、工业机器人、自动引导车、顺序控制系统、柔性制造系统、计算机集成制造系统、微机电系统 3. 典型机电一体化系统功能模块的构成：机械受控模块、测量模块、驱动模块、通信模块、微计算机模块、软件模块、接口模块 4. 典型机电一体化系统组成模块的作用 5. 机电一体化系统设计依据与评价标准 6. 机电一体化系统的设计过程第二章机械受控模块（重点章节）本章知识要点： 1. 齿轮的分类及选用 2. 齿轮系传动比最佳分配条件及最小等效转动惯量原则 3. 齿轮副间隙的消除方法 4. 滚珠丝杠螺母副的结构类型 5. 滚珠丝杠螺母副间隙的消除及预紧方法 6. 滚珠丝杠螺母副的支撑形式 7. 谐波齿轮减速器的工作原理及结构 8. 谐波齿轮的传动特点 9. 谐波齿轮传动速比的计算 10. 轴系的组成和分类，轴系的技术要求 11. 导轨的用途及分类 12. 滚动导轨的结构、工作原理 13. 数学模型的物理意义第三章测量模块（重点章节）本章知识要点： 1. 机械量传感器的分类 2. 传感器的性能指标（工作特性、静态特性和动态特性） 3. 传感器的性能要求和改善措施 4. 位移传感器（旋转变压器、感应同步器、增量式光电编码器、光栅）的结构和工作原理 5. 速度传感器（直流测速发电机、码盘式转速传感器）的结构和工作原理 6. 加速度传感器的分类及特点 7. 力、转矩和压力传感器的结构和特点 8. 霍尔式电流传感器工作原理和特性

纳米材料及其应用前景

纳米材料及其应用前景摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。关键词：纳米材料；功能；应用；一、纳米材料的基本特性所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。

MEMS作业

MEMS作业 1.叙述湿法腐蚀技术的主要工艺流程。湿法刻蚀：利用合适的化学试剂先将未被光刻胶覆盖的晶体部分氧化分解，然后通过化学反应使一种或多种氧化物或络合物溶解来达到去除目的，包括化学腐蚀和电化学腐蚀。 2.叙述干法腐蚀技术的主要工艺流程。干法刻蚀：利用辉光的方法产生带电离子以及具有高度化学活性的中性原子与自由基，用这些粒子和晶片进行反应达到光刻图形转移到晶片上的技术。包括离子溅射刻蚀，等离子反应刻蚀等。 3.叙述体硅和表面硅加工技术的机理与特点，各适用于什么场合？体硅加工工艺是指对硅衬底片进行加工，获得由衬底材料构成的有用部件的技术。体硅加工方法：湿法刻蚀、干法刻蚀、干湿混合刻蚀、LIGA技术及DEM技术。湿法刻蚀：将被腐蚀材料先氧化，然后由化学反应使其生成一种或多种氧化物再溶解。干法刻蚀：物理作用为主的离子溅射和化学反应为主的反应离子腐蚀兼有的反应溅射。过程：（1）腐蚀性气体粒子的产生；（2）粒子向衬底的传输；（3）衬底表面的腐蚀；（4）腐蚀反应物的排除。干湿混合刻蚀：制造波导等新的微结构装置。 LIGA技术：X光深度同步辐射光刻——电铸制模——注塑 DEM技术：由深层刻蚀工艺、微电铸工艺、微复制工艺三部分组成。可对金属、塑料、陶瓷等非硅材料进行高深宽比三维加工。体硅加工工艺：定义键合区——扩散掺杂——形成金属电极——硅/玻璃阳极键合——硅片减薄——ICP刻蚀面硅加工方法：薄膜制备的外延生长热氧化、化学沉积、物理沉积、光刻、溅射、电镀等。该技术能够用二氧化硅、多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃等加工三维较小尺寸的微器件。面硅加工工艺：下层电极——牺牲层——刻蚀支撑点——沉积多晶硅——刻蚀多晶硅——释放结构表面硅加工技术的关键是硅片表面结构层和牺牲层的制备和腐蚀，以硅薄膜作为机械结构。这种工艺可以利用与集成电路工艺兼容或相似的平面加工手段，但它的纵向加工尺寸往往受到限制（2-5um）。体硅未加工工艺是用湿法或干法腐蚀对硅片进行纵向加工的三维加工技术，但他与集成电路平面工艺兼容性不太好。 4.何为加法工艺？何为减法工艺？如何实现？加法工艺：薄膜生成技术在微机电器件的制作中，常采用蒸镀和淀积等方法，在硅衬底的表面上制作各种薄膜，并和硅衬底构成一个复合的整体。这些薄膜有多晶硅膜、氮化硅膜、二氧化硅膜、合金膜及金刚石膜等。

微纳机电系统

微纳机电系统一．引言微/纳米科学与技术是当今集机械工程、仪器科学与技术、光学工程、生物医学工程与微电子工程所产生的新兴、边缘、交叉前沿学科技术。微/纳米系统技术是以微机电系统为研究核心，以纳米机电系统为深入发展方向，并涉及相关微型化技术的国家战略高新技术。微机电系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS ) 和纳机电系统(Nano Electro Mechanical System, NEMS )是微米/纳米技术的重要组成部分，逐渐形成一个新的技术领域。MEMS已经在产业化道路上发展，NEMS还处于基础研究阶段。从微小化和集成化的角度，MEMS (或称微系统)指可批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统。而NEMS(或称纳系统) 是90年代末提出来的一个新概念，是继MEMS 后在系统特征尺寸和效应上具有纳米技术特点的一类超小型机电一体的系统，一般指特征尺寸在亚纳米到数百纳米，以纳米级结构所产生的新效应(量子效应、接口效应和纳米尺度效应) 为工作特征的器件和系统。二．微纳系统的意义、应用前景由于微/纳机电系统是一门新兴的交叉和边缘学科，学科还处于技术发展阶段，在国内外尚未形成绝对的学科和技术优势；微/纳米技术还是一项支撑技术，它对应用背景有较强的依赖性，目前它的主要应用领域在惯导器件、军事侦察、通信和生物医学领域，以及微型飞机和纳米卫星等产品上。 2.1.重要的理论意义和深远的社会影响微/纳米系统技术是与其它广泛学科具有互动作用的重要的综合技术，涉及学科领域广泛。微/纳米系统技术是认识和改造微观世界的高新技术，微/纳米系统是结构集成化、功能智能化的产物。微/纳米系统表现出的智能化程度高、实现的功能趋于多样化。例如，微机电系统不仅涉及到微电子学、微机械学、微光学、微动力学、微流体学、微热力学、材料学、物理学、化学和生物学等广泛学科领域，而且会涉及从材料、设计、制造、控制、能源直到测试、集成、封装等一系列的技术环节。微/纳米系统技术的发展以之为基础，反过来也将带动相关学科和技术的发展。世界上著名的大学，如美国麻省工学院、加州大学伯克利分校、卡麦基隆大学，以及圣地亚国家实验室等无不把发展微/纳米技术作为重要的研究方面。我国一些著名大学尽管研究方向侧重不一，但也无一例外地重点发展微/纳米技术，实现学科群跨越式发展。 2.2.巨大的经济效益微机电系统在美、欧、日等发达国家已经形成了一个新兴产业，仅美国微机电系统2005年的商业产值预计可达650亿美元。以控制汽车安全气囊展开的微加速度计为例，估计未来几年内，由分立组件构成的传统加速度计将全部被微加速度计所代替。传统加速度计的单件成本超过50美元，而基于MEMS技术的同类微加速度计的单件成本仅为5到10美元。相比之下，微加速度计更小、更轻、更可靠，功能更趋于完善。 2.3.国防建设的要求现代军事装备正朝着微型化、集成化、高精度方向发展，微机电系统充分适应了这一趋势，特别是在活动空间狭小，操作精度要求高，功能高度集成的航空航天等领域有广阔的应用潜力。微型飞机( UAV)在未来战争中日益显示出特殊地位，成为最具发展潜力的现代作战武器之一；利用微机械数组进行机翼流体状态检测，并通过微致动来实现宏观飞行控制有望改变传统飞机的模式，并改善其机动性能；微型喷射技术可以有效地实现导弹、卫星等航空