第1、2章习题及参考答案
1．MEMS的设计涉及那些学科？简述MEMS的设计方法及特点。
MEMS综合了机、电、磁、光、声、热、液、气、生物、化学与多种学科而构成了一门独立的交叉学科。它研究多种学科各自的特征参量相互之间的耦合关系，应用这些物理联系和耦合关系去分析和解决MEMS设计与制造中的问题。
MEMS研究多种学科各自的特征参量相互之间的耦合关系，应用这些物理联系和耦合关系去分析和解决MEMS设计与制造中的问题。因此，在MEMS的设计中必须考虑系统设计方法，信息流程设计方法，建立统一物理特征参量设计方法。
1.MEMS设计与制造的研究和分析，MEMS产品分成系统，子系统、元件（元素）
三个层次。2.信息流程是指MEMS产品中各种信息或物理量传递的次序关系，这种传递关系是以程序形式表达的。3.建立统一的物理特征参量，应该对所需设计对象涉及的各种物理特征参量都相对参照于同一概念的物理特征参量,即相对于系统能量变化而确定。
这样系统内各子系统和元件（元素）的物理特征都可以用相同的物理特征参量描述。
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。
工程系统设计通常有:
1.K.J法。K.J法是由底向上处理大量数据之间关系的一种假设。
K．J法思路步骤：
（1）标签制作：收集有关问题的所有事实和信息，并且在单个标签上或者纸片上书写每个事实。
（2）标签归类：对所有的标签进行分组，并仔细阅读。相同属性的标签归在一起，不同属性的个别标签（孤独的狼）放在后面。对每一组标签给定合适的名称，并把
它放在面上。在更高的水平上重复以及处理孤狼。重复上述迭代过程，以及归类
的类型数少于10个。
（3）范围制作：在恰当的空间图样内，仔细布阵最后确定的标签组，给出标签组结构总的了解，用符号描述标签组之间的关系。对纸上图表进行转移排列，以同样的
做法处理布阵子标签组。
（4）说明：用简短动词说明，构筑问题的一般情况，依据简图的事实内容，试图用文字表达、描述简图，并仔细区别个性说明。当解释问题的结构时，解答问题的观
点要进行说明。
2. NM法。NM法是在自然式日常生活中寻找比拟法创造和开发新技术观点，应用到不
同的问题型式中。
NM法的四种技术：
（1）NM法的A型式和S型式，联合外观上不相关的量创造观点。A型式（面积）：空间的联合，如“球“加”笔“为钢笔尖。而“鸡蛋”和“玻璃杯”的联合创造出
一种新型鸡蛋包装。S型式（连续的）；时间的联合，当制作电影或卡通片时，用
来创造惊奇的战果。
（2）NM法的T型式（用3种问题型式的求解，创造许多类比。
问题类比（QA）：“以一个实例：创造出许多类比；
问题背景（QB）：“如何制造“，参考类比进行制造；
问题概念（QC）：“任何的提示“，为解决问题取得提示。
（3）NM法的H型式，实行一个类比，完全可产生一个好的答案。同样问题可用作创造类比和观点的提示。
问题开发（QD）：用联合许多问题概念开发观点。
接触问题的设计用一个类比显示，当在显微镜下注意到电子接触点时，接触表面
看起来象泥坑。从类比得到启示，用离开接触面之间的距离解决，即变为点接触。
（4）NM法的D型式：在上述3种技术中，所应用的方法是为了发现而不是发明。而这种方法是从上述3种技术相抵触的数据中取得假设。为了类比，可以看做是一
种收集有争议的数据，从中得到启发，探索问题的解决。
3. KEY-NEEDS法，中文称为关键需要法。关键需要法是一种创造与使用者需要一致的
新产品概念的工具。
关键需要法的技术步骤
（1）KW步骤：构筑关键词，根据市场的需要，用动词或者副词描述调查的范围。
（2）P步骤：发现问题，选择适合每个关键词组的问题，关键词涉及内容可以是宽的或者是窄的，但是每个关键词所对应的问题范围是有限的。
（3）R步骤：建议原因，对每个问题建议解决问题的方案。
（4）T步骤：建议原因，对每个问题建议解决的方案。每个原因都能够转换成正面的和负面的陈述，被用于观点产生的基础。例如：T1：“好天气留在家里。”T2“好
天气最好不留在家里”。每个原因写两个解答提示在卡片上。
（5）I步骤：产生产品的观点，满足基本需要，提示调查方面的主题，抽出5-6张转变原因为解答提示的卡片，并且讨论与主题有关的卡片的随机组合，提出新的提示，
为商业产品建议观点。在联组2-3个观点后，即可描述出可被想向的图象。
（6）C步骤：形成概念，选择被引起注意的概念并形成概念。
4. Kepener—Tregoe法，Kepener—Tregoe法是确立问题，分析和做出判定的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。由于有些未知原因，偏离正规化的问题，用这种方法能使问题得到解决。
Kepener—Tregoe法的要点：
(1) 确立问题的模式和解决的方法：什么？为什么？那些？前提是什么？等等发现有必
要的信息。
（2）有意识地区别思考范围的不同，用分析，评价，选择等方法，一步一步的接近结果。（3）针对确定的对象，促进对象的评价和判定。
5. 朱钟淦—捤谷诚方法，该方法是针对机械电子产品系统设计时应用，包括4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。
在系统设计开始时，首先应该确定系统的主功能以及目的功能，其次确定系统的功能结构。系统的功能结构是一个抽象的模型，其有三个组成部分：变换、传输、存储。
其中变换功能是把被描述为物质、能量、信息的三种输入形式经转变为另一种输出形式，，MEMS是一个效应结构，这个结构可引起目的功能与效应之间的因果关系，阶段的转移，系统功能的实现取决于系统所处的阶段，从一个阶段到另个阶段来描述变化的状态。在实现功能的方法确定之前，必须慎重考虑层次功能和模型，注意不能将有的功能划为低层次功能，最后需要考虑功能的合成。
3．什么是接口设计？接口设计包含那些方面？
接口设计是十分重要的，一般接口分为硬接口和软接口，还应考虑微观与宏观接口设计。
硬接口: 以硬件形式完成子系统，功能模块之间的物质，信息，能量的输入与输出的变
换，传输。按其作用可分为零接口，主动接口，被动接口，智能接口。
软接口：应用软件实现接口功能。
微观与宏观接口设计，其任务是要求微观与宏观之间定量地传输物质，能量，信息。设计这种传输需要传输元器件，连接技术和联结设计。
4． 微传感器布阵设计方法主要思路是什么？如何应用回归理论和正交设计方法进行阵列
布阵设计？
微传感器布阵设计方法主要思路是考虑平面上多个微传感器如何布阵的问题。应用数理统计理论，在芯片平面上，设计多个传感器，能提高传感器的可靠度，有效地采集实验数据。 在进行微传感器阵列的布阵设计时，首先通过建立的数学模型，对被测物理量的影响因素进行分析，其次通过试验获得有效数据，最后提出正确的布阵方案。如何正确地进行实验。用最小的次数，获得最好的结果。这需要对试验模式进行正交试验设计。正交试验设计不仅对布阵设计有用，对所有需要试验研究的问题同样是很重要的工具。虽然目前计算机的仿真试验已经十分方便，但是在MEMS 设计中，以宏观试验代替微观实验还是必不可少的
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？
MEMS 产品将尽可能地减少MEMS 产品的结构尺寸，但是随着尺度的缩小将会带来很多物理后果。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，物体行为可以由物理定律所决定，这种尺度规律包括刚体动力学、静电和电磁力等；第二种尺度规律考虑到系统的尺寸和材料特性。所依据的尺度效应对几何结构学、刚体动力学、静电力、电学、流体力学以及热传递中的物理量进行分析，并以量纲作为分析工具。
体积和表面积是在MEMS 产品设计中经常涉及的两个物理量对于一个实心长方体如图
2．２４所示，长方体有3边，a>b>c,其体积v=abc,表面积s=2?(ab+bc+ac)如果l 代表一
个固体的线性尺度，那么体积3V l ∝，表面积2S l ∝，则；
1S l V -=
6． 什么是微观力学？其基本假设是什么？
微观力学在尺度上是微米量级的甚至更小要研究晶体结构对于一般的晶体结构，可以将原子、离子视为分离点，这些点构成点阵,所应用的力学。
基本假设是
（1） 材料性质与材料变形假设
MEMS 中使用的材料结构为单晶体，在进行微观力学分析时，作为纯的单晶体，不考虑其内部的点缺陷，线缺陷和面缺陷的分布，晶体受损可能性的尺度在5610~10--m 范围。
（2） 几何模型
立方的格点分布可以看作面心立方（简称FCC ）面心立方结构位置矩阵A 与金刚石晶格结构的位置矩阵B 之间的关系为：()AI A A B 4/1+⊕=
（3） 晶格点上的作用力
每个晶格点上作用有5个力：惯性力F 是外力，晶格点上的原子与相邻的四个原子之间的四个相互作用力
（4） 空间节点铰接桁架结构模型
根据材料变形的假设，晶格结构可以考虑成为空间节点铰接桁架结构，不计共价键夹角角度的改变。图2.23表示一个惯用元胞的几何结构，中间的连接表示两个结点之间的连接杆。由于结点上原子的自身重量远小于外力。结点可以被看作无质量的连接点，共价键考虑为可伸缩的杆件。
（5）边界条件
应考虑所分析的惯用元胞的晶面与总体坐标系的基础面接触的关系。如果基础面是固定的，那么在外力作用下这些晶面上所有的位移为零。另外，在晶面符合外界边界条件的同时，还需满足晶体内与晶面之间的关系。
7．简述如何应用ANASYS和NASTRAN程序进行变形分析。
ANSYS软件采用不同单元类型及特性来处理不同的物理效应，每一种单元都具有独特的属性，如材料性质、边界条件、分析选项、载荷、耦合、约束条件等。结构分析可确定实际工作中的参数，如应力、拉力、位移、结构的固有频率、模态等。
NASTRAN求解结构在与时间无关，或时间效果可忽略的静力载荷（如集中/分布静力，温度载荷、强制位移、惯性力等）作用下的响应，并得出所需节点位移、节点力、约束（反）力、单元内力、单元应力和应变能等；材料模式包括各向同性、正交各向异性、各向异性、随温度变化的材料；各种载荷和工况的组合，包括点、线和面载荷、热载荷、强迫位移、各种载荷的加权组合。可进行具有惯性释放的静力分析，无约束自由结构在静力载荷和加速度作用下产生的准静态响应。
8．MEMS中如何应用CAD技术。
（1）MEMS技术涉及微电子、微机械、微动力学、微流体力学、微热力学、材料学、物理学、化学和生物学等等。这些作用域相互作用，共同构成了完整的MEMS并实现确定的功能，多能量域的耦合问题是MEMS的CAD最需要解决的，也是最难解决的问题。
（2）MEMS的CAD必须提供自动生成三维模型的工具，具有结构仿真器。
（3）MEMS的制造过程不会改变结构的几何参数，但会影响材料的性质，而材料性质的改变又会影响结构的电子和机械特性。因此MEMS的CAD必须建立相应的材料特性数据库。根据工艺流程自动将材料的特性引入到三维几何模型中。
（4）MEMS的器件不仅是复杂的三维结构，各种能量域相互耦合、计算中需要进行内部的量化，而且要考虑结构外部各种物理场，如电场、磁场、流场的耦合分析，这些计算量大，耗时。因此要求MEMS的CAD具有快速、有效的算法作为分析计算的基础。
使用MEMS的CAD的过程：通过对工艺及结构的直接描述，由结构仿真器生成三维几何模型，然后从材料数据库中提取元件的材料特性，将其引入几何模型中，生成完整的三维模型，并对此三维模型进行多能量域的分析。
基于Galerkin法分析微梁的动态响应 一、课题研究背景 1.MEMS的概念 MEMS是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System)的英文缩写，是指将微结构的传感技术、致动技术和微电子控制技术集成于一体，形成同时具有“传感－计算(控制)－执行”功能的智能微型装置或微型系统[1]。 随着技术的兴起和发展，MEMS已成为继微电子技术之后在微尺度研究领域中的又一次革命。MEMS通过力、电、磁等能量的转换来实现自身的特有功能，涉及多种物理场的互相耦合，因此它是一个多能量域耦合作用的极其复杂的系统。 2.MEMS的特点 一般地说MEMS具有以下几个非约束性的特征： （1）MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。尺寸在毫米到微米范围之内，区别于一般宏(Macro)，即传统的、大于1cm 尺度的“机械”，并非进入物理上的微观层次。（2）以硅为主要材料，机械电器性能优良：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似于铝，热传导率接近钼和钨。基于(但不限于)硅微加工技术制造。 （3）批量生产大大降低了MEMS 产品成本。用硅微加工工艺在一片硅片上同时可制造出成百上千个微型机电装置或完整的MEMS，批
量生产使性能价格比比之传统“机械”制造技术大幅度地提高。（4）集成化。可以把不同功能、不同敏感方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能器件集成在一起，形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件集成在一起可制造成可靠性、稳定性很高的MEMS。 3.MEMS的研究领域 作为一门交叉学科，MEMS的研究和开发更是为了在微观领域探索新原理、开发新功能、制造新器件。由于MEMS具有体系小、重量轻、能耗低、集成度高和智能化程度高等一系列优点，MEMS的研究领域不仅与微电子学密切相关，而且还广泛涉及到机械、材料、光学、流体、化学、热学、声学、磁学、自动控制、仿真学等学科，技术影响遍及包括各种传感器件、医疗、生物芯片、通信、机器人、能源、武器、航空航天等领域[2-5]，所以MEMS技术是一门多学科的综合技术。 MEMS的研究包括理论基础、技术基础和应用与开发研究。MEMS 理论基础研究主要包括由于尺寸的微小型化、结构材料以及加工方法的不同带来的一些新的理论问题。结构尺寸效应和微小型化理论，如:力的尺寸效应、微结构表面效应、微观摩擦机理、热传导、误差效应和微构件材料性能等等。尺寸减小到一定程度，有些宏观物理量甚至要重新定义，随着尺寸减小，需要进一步研究微结构力学、微动力学、微液体力学、微磨擦学、微电子学、微光学和微生物学等。 4.MEMS的应用
《微机电机械系统》 学习心得 众所周知，21世纪是一个信息经济时代。为适应时代的发展，作为一名当代大学生，所受的社会压力将比任何时候的大学生都要来得沉重，因此在校期间，我们必须尽可能的利用好学习时间，尽可能地学习更多的知识和能力，学会创新求变，以适应社会的需要。 毕竟，不管将来是要从事什么样的相关行业，都需要掌握较为全面的电子知识，因为小到计算机的组装维修，大到器件的设计与制造，知道的更多更全面，那么对于自己以后找工作以及参加工作帮助就越大。在知识经济时代，没有一个用人单位会傻到和知识作对。 基于这样对社会现状的认识，让我积极、认真地对于学习微机电机械系统有了较为良好的心理基础。而我在第一次接触电子就觉得很新鲜，觉得很奇妙，但随着需求的变化，自己对电子接触的不断深入，认识越来越深，特别是进到大学，专业要求学习电路分析，模拟电路，数字电路，微机电机械系统等等之类。 通过学习微机电机械系统，我了解到：微机电系统是一种先进的制造技术平台。它是以半导体制造技术为基础发展起来的。MEMS技术采用了半导体技术中的光刻、腐蚀、薄膜等一系列的现有技术和材料，因此从制造技术本身来讲，MEMS中基本的制造技术是成熟的。但MEMS更侧重于超精密机械加工，并要涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。它的学科面也扩大到微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理学的各分支。 微机电系统是微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米级，自八十年代中后期崛起以来发展极其迅速，被认为是继微电子之后又一个对国民经济和军事具有重大影响的技术领域，将成为21世纪新的国民经济增长点和提高军事能力的重要技术途径。 微机电系统的优点是：体积小、重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉等优点。、性能稳定等。微机电系统的出现和发展是科学创新思维的结果，使微观尺度制造技术的演进与革命。微机电系统是当前交叉学科的重要研究领域，涉及电子工程、材料工程、机械工程、信息工程等多项科学技术工程，将是未来国民经济和军事科研领域的新增长点。
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：
1、何谓MEMS，Sensors，Actuators，Transducers. MEMS通常指的是特征尺度大于1μm、小于1mm，结合了电子和机械部件，并用IC 集成工艺加工的装置。它是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域，并集约了当今科学技术的许多新兴成果。 Sensors是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 Actuators是自动化技术工具中接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。 执行器也是控制系统正向通路中直接改变操纵变量的仪表，由执行机构和调节机构组成。 Transducers是将信源发出的信息按一定的目的进行变换。 微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）是一种先进的制造技术平台。 微机电系统基本上是指尺寸在几厘米以下乃至更小的小型装置，是一个独立的智能系统，主要由传感器、作动器（执行器）和微能源三大部分组成。 传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 执行器是自动控制系统中的执行机构和控制阀组合体。它在自动控制系统中的作用是接受来自调节器发出的信号，以其在工艺管路的位置和特性，调节工艺介质的流量，从而将被控数控制在生产过程所要求的范围内。 转换器（converter）是指将一种信号转换成另一种信号的装置。信号是信息存在的形式或载体。在自动化仪表设备和自动控制系统中，常将一种信号转换成另一种与标准量或参考量比较后的信号，以便将两类仪表联接起来，因此，转换器常常是两个仪表（或装置）间的中间环节。 详细介绍： 一、（micro-electromechanicalsystem—MEMS）微机电系统基本上是指尺寸在几 厘米以下乃至更小的小型装置，是一个独立的智能系统，主要由传感器、作动器（执行器）和微能源三大部分组成。微机电系统涉及物理学、化学、光学、医学、电子工程、材料工程、机械工程、信息工程及生物工程等多种学科和工程技术，为系统生物技术的合成生物学与微流控技术等领域开拓了广阔的用途。微机电系统在国民经济和军事系统方面将有着广泛的应用前景。主要民用领域是医学、电子和航空航天系统。美国已研制成功用于汽车防撞和节油的微机电系统加速度表和传感器，可提高汽车的安全性，节油10%。仅此一项美国国防部系统每年就可节约几十亿美元的汽油费。微机电系统在航空航天系统的应用可大大节省费用，提高系统的灵活性，并将导致航空航天系统的变革。
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
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
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
微机电系统工程专业开设课程设置,课程内容学什么微机电系统工程专业开设课程设置,课程内 容学什么 微机电系统工程专业在光、机、电技术一体化方面的优势和研究成果为微机电系统技术方面的研究和发展打下了坚实的基础。本系在微纳米和微机电系统如微泵、微传感器、微加速度计等一系列微器件的设计、制造、工艺、测试以及基础理论等方面进行了深入的研究,其它的研究领域还有:微陀螺和微惯导系统、微光学器件、微测量技术、小飞机、小卫星和微米卫星、纳米摩擦学以及光盘机读写头微型机构等。 微机电系统工程专业专业培养，微机电系统工程专业培养目标 微机电系统工程专业是以机、电技术,尤其是微机械为基础的,综合多种学科领域技术的新型交叉学科。主要培养从事微机电系统工程方面的设计制造，生产运行科技开发和技术经济管理方面的人才。 微机电系统工程专业培养要求 微机电系统工程专业学生主要学习微机电系统工程的基本知识、基础理论和研究方法;了解微机电系统工程发展方向;具有从事实际工作的基本能力。 微机电系统工程专业知识技能 1.掌握微机电系统工程的基本知识和基本理论; 2.了解微机电系统工程的发展方向; 3.掌握微机电系统工程基础理论和研究方法; 4.具有实际工作的基本能力; 5.熟练掌握一门外国语，具有交流沟通的能力;
6.具有一定的归纳、整理、分析、设计、撰写论文的基本能力、进行学术交流的能力、较强的创新意识和创新精神。[1] 微机电系统工程专业主干课程，微机电系统工程专业理论课程 微机电工程材料、微机电器件与系统、微机械学、微纳米测量与测试技术、微细加工技术、现代传感技术、精密工程制造基础和光存储技术等。 微机电系统工程专业实践教学 包括主要课程实习、设计(毕业论文)等。
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
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。
《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。
微机电系统工程专业大学生职业生涯规划范文 微机电系统工程专业是以机、电技术，尤其是微机械为基础的，综合多种学科领域技术的新型交叉学科。主要培养从事微机电系统工程方面的设计制造，生产运行?科技开发 和技术经济管理方面的。本科毕业后能从事微机电系统工程方面的设计制造、生产运行、科技开发和技术经济管理方面工作。 一、引言 古人曾说:：“人生天地间，若白驹过隙，忽然而已。”而在这短短的几十年的时间里，我们将怎样的去规划自己的人生，从而使我们的人生变得更加的精彩呢?其实很简单，这 就需要我们从现在开始就做好职业生涯的规划。 还未来到大学时，曾以为大学是一个没有老师的喋喋不休、没有学习的压力、可以自由的支配时间的地方。可是，当我怀揣着梦想和希望来到大学之后，才发现大学并不是想象中的那么的自由、那么的轻松。想反，在大学里，我们需要付出更多的努力，才能成为一名合格的当代大学生。在大学里，我们不仅仅要学好专业知识，而且我们还要博览群书，了解各方面的知识。同时，我们还得锻炼其他方面的能力，比如交际能力、沟通能力、组织能力等等，只有不断的完善自己，才能在今后的逐渐增加的就业竞争压力中生存，才会有一个精彩而又充满挑战的人生。而完善自我、追逐梦想的过程却不是盲目的，这就需要我们有一个好的职业生涯规划。 二、自我评估 和大多数普通的大学生一样，我也是一个平凡的大学生，没有太大的值得一提的特长，也没有能够吸引无数眼球的相貌，更没有让人佩服惊叹的骄人成就，我只是一名平凡而又普通的大学生。 可是，我也有着我自己的性格特点。我是一个崇尚和谐善意、情感多样，热情、友好、体贴、有着强烈情绪的人。而且，我对周围的人和事物观察得相当透彻，能够洞察现在和将来。，能够随时都能发现事物的深层含义和价值，并能看到他人看不到的事物之间的内在联系。同时，我也是一个有活力、待人宽厚、有同情心、有风度、喜欢让人高兴的人。只要有可能，我就会适应他人的需要和期望。不仅如此，我还是一个富于丰富的想象力和灵感的人，也善于创新和寻找新的方法。而且，我也有着强烈的自信和谨慎的态度，善于与人和谐相处，结交各种各样的人，也善于为他人着想，在团体中有着非常好的人际关系。 但是，我也许多方面的不足。比如说，在公共场合发表讲话的时候会感到紧张甚至忘记自己想要说的话，而且我的随机应变的能力也非常的欠缺，不善于应变突发事件。而且，遇事不够冷静，容易冲动，做事缺少毅力，容易半途而废。
《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
微机电系统（MEMS）制造工艺史 微机电系统（MEMS）利用集成电路（IC）制造技术和微加工技术把微结构、微传感器、微执行器等制造在一块或多块芯片上的微型集成系统。具有微型化、集成化、智能化、成本低、性能高、可以大批量生产等优点。应用领域极为广泛，目前已成功地应用于汽车、电子和军事等行业。本文主要探讨MEMS的制造工艺史。 MEMS工艺的特点包括：硅为基本（衬底）材料；准平面加工；便于机电集成；便于批量生产；对设备和环境要求高（依靠设备和工具）。影响MEMS发展的三个关键因素主要是：产品设计和定位，材料制备以及加工工艺和设备。 MEMS的制作材料分为结构材料和功能材料，在结构材料里，使用得最多的有：①基底材料：硅、砷化镓、其他半导体材料。②薄膜材料：单晶硅、氮化硅、氧化硅。③金属材料：金、铝、其他金属。而功能材料，有：①高分子材料：聚酰亚胺、PMMA。②敏感材料：压阻、压电、热敏、光敏、其他。③致动材料：压电、形状记忆合金、磁性材料等。 MEMS的制造工艺是基本半导体工艺的，主要包括以下6个步骤： 1.掺杂与退火； 2.氧化, 表面薄膜技术； 3.光刻； 4.金属化：溅射与蒸发； 5.腐蚀； 6.净化与清洗。 接下来将详细介绍各个工艺流程： 1.掺杂：IC掺杂用于改变其物理性质，MEMS掺杂用于改变其化学性质，而掺杂的主要形式包括注入和扩散。扩散指在一定温度下杂质原子具有一定能量，
能够克服阻力进入半导体并在其中做缓慢的迁移运动。包括液态源扩散和固态源扩散。而离子注入是杂质原子经高能粒子轰击离子化后经电场加速轰击硅片表面，形成注入层。 退火的作用主要是将掺杂层纵向推进，结构释放后消除残余应力，包括热退火，激光退火以及电子退火。 2. 表面薄膜技术：氧化是硅与氧化剂反应生成二氧化硅的过程。化学气相淀积则是使用加热、等离子体和紫外线等各种能源，使气态物质经化学反应（热解或化学合成），形成固态物质淀积在衬底上。相对的蒸发和溅射为物理气相淀积。 3. 光刻：是用辐照方式形成图形的方法。是唯一不可缺少的工艺步骤，是一个复杂的工艺流程。工艺过程：备片?清洗?烘干?甩胶?前烘?对准?曝光?显影?坚膜?腐蚀工艺等?去胶。 光刻三要素包括：光刻胶、掩膜版和光刻机。 4.金属化：蒸发和溅射是制备金属结构层和电极的主要方法。是物理气相淀积的方法。蒸发工艺利用经过高压加速并聚焦的电子束，在真空中直接打到源表面，将源蒸发并淀积到衬底表面形成薄膜。溅射主要是惰性气体（Ar）在真空室中高电场作用下电离，产生的正离子被强电场加速形成高能离子流轰击溅射靶，靶（源）原子和分子离开固体表面，以高速溅射到阳极（硅片）上淀积形成薄膜。 5.腐蚀：选用适当的腐蚀剂，将掩膜层或衬底刻穿或减薄，以获得完整、清晰、准确的光刻图形或结构的技术。分为：干法等离子体腐蚀和湿法腐蚀湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀。优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低，但缺点是钻蚀严重、对图形的控制性较差。 6.清洗：除去器件制造过程中偶然引入的“表面玷污”杂质（来自加工过程或清洗），如颗粒、杂质膜、物理吸附或化学吸附等。清洗是一个必需的复杂的工艺过程。 当单独硅片上的工艺完成后，还有一些为最终实现具备设计功能的器件所做的后续工艺。主要是：键合、装配和封装。 封装步骤一般是：释放?划片?分离?分选?粘片?检验?键合引
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 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