微系统与纳米技术

绪论1：纳米技术是制造和应用具有纳米量级的功能结构的技术，这些功能结构至少在一个方向的几何尺寸小于100nm。

2：微纳米技术包括集成电路技术，微系统技术和纳米技术；而微纳米加工技术可获得微纳米尺度的功能结构和器件。

3：平面集成加工是微纳米加工技术的基础，其基本思想是将微纳米机构通过逐层叠加的方式筑在平面衬底材料上。

（类似于3d打印机？）4：微纳米加工技术由三个部分组成：薄膜沉积，图形成像（必不可少），图形转移。

如果加工材料不是衬底本身材料需进行薄膜沉积，成像材料的图形需转化为沉积材料的图形时需进行图形转移。

（衬底材料，成像材料，沉积材料的区别和联系）5：图形成像工艺可分为三种类型：平面图形化工艺，探针图形化工艺，模型图形化工艺。

平面图形化工艺的核心是平行成像特性，其主流的方法是光学曝光即“光刻“技术；探针图形化工艺是一种逐点扫描成像技术，探针既有固态的也有非固态的，由于其逐点扫描，故其成像速度远低于平行成像方法；模型图形化工艺是利用微纳米尺寸的模具复制出相应的微纳米结构，典型工艺是纳米压印技术，还包括模压和模铸技术。

6：微米加工和纳米加工的主要区别体现在被加工结构的尺度上，一般以100nm 作为分界点。

光学曝光技术1：光学曝光方式和原理可分为掩模对准式曝光和投影式曝光。

其中，掩模对准式曝光又可分为接触式曝光和邻近式曝光，投影式曝光又可分为1∶1投影和缩小投影（一般为1∶4和1∶5）。

接触式曝光可分为硬接触和软接触。

其特点是：图形保真度高，图形质量高，但由于掩模与光刻胶直接接触，掩模会受到损伤，使得掩模的使用寿命较低。

采用邻近式曝光可以克服以上的缺点，提高掩模寿命，但由于间隙的存在，使得曝光的分辨率低，均匀性差。

掩模间隙与图形保真度之间的关系W=k√其中w为模糊区的宽度。

掩模对准式曝光机基本组成包括：光源（通常为汞灯），掩模架，硅片台。

适用范围：掩模对准式曝光已不再适用于大规模集成电路的生产，但却广泛应用于小批量，科研性质的以及分辨率要求不高的微细加工中。

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。

精密测试技术论文纳米测试技术在微电子中的应用姓名：杜翠翠学号：04091055班级：04091102引言纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术。

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（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物。

纳米技术兴起于20世纪80年代，随着它的逐步发展和完善，人类将必然在认识和改造自然方面进入一个前所未有的新阶段关键词：纳米技术，传感器，测试计量，存储技术一、课题研究背景微/纳米技术作为当前发展最迅速，研究广泛、投入最多的科学技术之一，被认为是当前科技发展的重要前沿。

在该科技中，微/纳米的超精密测量技术是代表性的研究领域，也是微/纳米科技得以发展的前提和基础。

在微/纳测量领域，基础问题包括纳米计量、纳米测量系统理论与设计、微观形貌测量等方面，主要研究问题和方向为：基于扫描电子显微镜的精密纳米计量、微纳坐标测量机（分子测量机）、基于干涉的非接触微观形貌测量、基于原子晶格作刻度的X 射线干涉测量及其与光学干涉仪的组合原理、纳米测量系统设计理论和微纳尺寸测量条件的研究等。

涉及的重要工程测量问题有：面向MEMS 和MOEMS 的微尺度测量、面向22 nm～45 nm极大规模集成电路制造的测量等。

无论是集成电路技术，还是微系统技术或纳米技术，其共同的特征是功能结构的尺寸在微米或纳米范围，因此可以统称为微纳米技术。

微纳米技术依赖于微纳米尺度的功能结构与器件。

实现功能结构微纳米化的基础是先进的微纳米加工技术。

在过去50年中，正是微纳米加工技术的发展促进了集成电路的发展，导致集成电路的集成度以每18个月翻一番的速度提高。

现代微纳米加工技术已经能够将上亿只晶体管做在方寸大小的芯片上。

除了集成电路芯片中的晶体管越做越小，微纳米加工技术还可以将普通机械齿轮传动系统微缩到肉眼无法观察的尺寸（如下图2.1所示）。

纳米加工技术1 前言人类每一次加工和制造技术的发展，都带来工业和社会文明的进步，将加工精度从微米级提高到纳米级，使人类对自然的认识和改造深入到了一个更新的层次。

全球范围内正在为建立适应纳米尺度的新的加工技术展开竞争，这些技术的突破将对相关产业带来一场深刻的革命，由此获得的经济价值将是难以估量的。

纳米是长度的计量单位，为1米的百万分之一。

纳米技术是一门在0.1纳米-100纳米空间尺度内操纵原子和分子，对材料进行加工，制造出具有特定功能的产品，或对某物质进行研究，掌握其原子和分子的运动规律和特性的崭新高技术学科。

纳米技术还是一门多学科交叉的横断学科，它是在现代物理学、化学和先进工程技术相结合的基础上诞生的，是一门与高技术紧密结合的新型科学技术。

纳米技术是当今世界研究和开发的热点，其中包括纳米级加工和纳米级测量技术—原子和分子的去除、搬迁和重组，微型、超精密机械和机电系统等等。

2 纳米加工的几种具体应用2.1 纳米级器件STM探针针尖的原子对准并接近试件表面的某原子时，会产生隧道电流，电子将通过这相对的两原子成为导通状态；通过电场又可使这隧道电流截止，这就是一个原子级的电子开关。

原子级的开关可以实现单个电子通过隧道的控制。

1993年日本日立公司的Y. Wada提出制作原子继电器的设想，即在一维原子链中嵌人开关原子，可用于和它垂直的原子链作栅，通过电场使开关原子进人或退出原子链，使控制的原子链呈导通或截止状态。

这种原子继电器实际上具备了某种晶体管的功能。

电子被限制在点状结构，称为量子点。

日本富士通公司已在实验室中用有机聚合物制造量子线和量子点，利用聚合物分子内传导原子的固定位置来精确组装量子器件。

2.2 微型机械和微型机电系统自从微电子技术问世以来，人们不断追求缩小并完善各种机械、仪器、控制系统，对它们的微型化不断提出更新更高的要求。

纳米加工技术的出现使微型机械和微型机电系统进入了一个广阔的崭新领域。

集成的微型机电系统日本仍称为微型机械(Micromachine)，美国则称为微型机电系统(MicroElectro Mechanical Systems—MEMS)，在欧洲称为微系统(Microsystems)。

绪论微米纳米技术是指研究尺度在微米纳米范围的技术，包括系统、器件及相应的材料与加工技术。

特点：1．多数微米纳米系统、器件会保持宏观基本性质，这就为大型器件和系统微小型化提供了空间，而微小型化会带来占用空间、能量消耗、材料耗费、应用范围等方面的巨大好处2．一些微米纳米尺度的系统、器件、材料具有宏观不具备的一些特殊性质，产生前所未有的新功能3．在微米纳米尺度上的科学研究还进行得很少，已有研究一般都停留在现象上，有关加工、操作和理论上的研究涉及较少4．理论有别于宏观理论和微观理论，为科学研究留下较大空间5．加工方式特殊6．交叉性和渗透性强7．应用广泛MEMS是将热、光、磁、化学、生物等结构和器件通过微电子工艺及其他微加工工艺加工到芯片上，并通过与电路的集成乃至相互之间的集成组成复杂的微型系统。

特点：1．微小结构。

体积小重量轻2．智能化3．交叉性与渗透性4．具备集成电路的一些特点，如批量化、低成本等纳米技术的分类：纳米电子学、纳米材料、纳米结构、NEMS纳机电系统、纳米操作和纳米制造、纳米结构的检测与表征。

当把微机电系统的特征尺寸缩小到100纳米以下变成了纳机电系统，其特点是尺寸更小、质量更小、更灵敏精确、更低功耗，可用于精密测量，机械结构更高的固有频率，但噪声大，加工难度大。

对社会的影响：新型材料、生物与医学、能源、环境、国土安区和反恐、科学发展微纳米技术的应用微纳力学传感器包括微惯性、压力传感器、应变力传感器、触觉传感器、微麦克风等。

压力传感器把压力转换成电信号输出的传感器，分为绝对压力传感器和差压传感器。

压力传感器应用早且广泛，是目前MEMS最大的市场之一，早期用于汽车发动机的进气管绝对压力（MAP）测量，另一个重要的应用是检测轮胎压力,其他的应用包括血压计、工业控制、环境监测等方面。

微型惯性传感器包括加速度计和陀螺，是利用物体的惯性来测量物体运动情况的一类传感器。

加速度计稳态条件下即已知质量块的位移就可以知道外界的加速度。

微机电系统及纳米技术大作业题目：微型压力传感器微型压力传感器摘要：MEMS压力传感器是微系统世界里第一个出现的MEMS器件，该项技术已相当成熟，在当今的现代化产业中，压力传感器扮演了很重要的角色。

由于MEMS压力传感器具有高性能、低成本和小尺寸等优点，被广泛地应用于汽车电子、工业控制、消费电子、航天航空和医疗领域等。

MEMS压力传感器在每个领域中都在寻找新应用，例如：汽车领域的汽缸压力感测、医疗领域的循环正气压仪（CPAPM）、消费电子领域的智能手机（三星Galaxy S3的室内导航）和平板电脑。

虽然所有这些新兴应用处于起步阶段，但是前途不可限量。

关键字：MEMS，压力传感器1.发展历程1824年，正是由于瑞典化学家发现了硅，才为今天的电子工业革命奠定了材料基础。

在1947年，Bell实验室利用半导体禇研制的第一个晶体管又为半导体产业奠定了基石。

现如今，短短60年时间，微电子技术已成为了我们生活中不可或缺一部分。

这其中，MEMS即微机电系统经过四十多年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。

它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，MEMS技术也正在不动声色地改变着我们生活方式。

喷墨打印机的喷墨头，智能手机的旋转感应，数码相机的防抖系统等等全部引入了MEMS技术。

现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志，而半导体传感器的发展可以分为四个阶段：（1）发明阶段（1945 - 1960年）：这个阶段主要是以 1947年双极性晶体管的发明为标志。

此后，半导体材料的这一特性得到较广泛应用。

史密斯（C.S. Smith）于1945年发现了硅与锗的压阻效应，即当有外力作用于半导体材料时，其电阻将明显发生变化。

依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上，即将力信号转化为电信号进行测量。

此阶段最小尺寸大约为 1cm。

（2）技术发展阶段（1960 - 1970年）：随着硅扩散技术的发展，技术人员在硅的晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上，然后在背面加工成凹形，形成较薄的硅弹性膜片，称为硅杯。

微机电系统及纳米技术大作业题目：MEMS motor摘要：本文以微电机驱动方式为线索介绍静电型微电机、电磁型微电机、压电式微电机、形状记忆合金微电机和磁致伸缩型微电机的工作原理，结构组成以及应用前景。

关键字：微电机微机电系统微机械WORD中静电型微电机0 引言现代微电机的发展与新材料技术、微电子技术、微加工技术都息息相关，也正是由于这些包括MEMS等高科技的迅速发展，为微电机的开发和拓展注入了活力。

本文介绍了包括静电微电机、电磁型微电机、压电式微电机、形状记忆合金微电机和磁致伸缩型微电机的工作原理，结构组成以及应用前景。

1 微电机种类1.1 静电型微电机微电子技术的巨大成功在许多领域引发了一场微小型化革命，以加工为纳米结构和系统为目的微米/纳米技术在此背景下应运而生。

自1987年加州大学伯克利分校科学家研制首台静电微电机以来，微电机随着加工工艺、方法的突破取得长足发展。

静电微电机因其与IC(integrate circuit)兼容、转速高、易于控制等诸多优点成为研究重点。

静电微电机技术主体有五个方面，设计建模和仿真、加工制造、应用，如图1。

图1静电微电机包括顶驱动电机、测驱动电机、摆动电机、中心电机、法兰盘电机、线性步进电机、超声电机、双定子轴向驱动可变电容电机、外转子电机、电感应电机、快门电机等。

图2为纳米电机。

图21.1.1 设计MEMS中静电微电机的设计不同于传统电机系统的设计，主要区别是MEMS 的设计需要集成相关的制造和加工工艺新型静电感应微电机的设计，其转子上所加载的负荷主要来自于电机气隙与轴承间产生的粘滞曳力，这些驱动器的加工过程还不能与IC完全兼容。

1.1.2 建模和仿真为了加快和提高MEMS设计，研究者开发出多种建模和仿真工具用于多能域、多学科交叉系统的建模和仿真，如VHDL-AMS可用于微电机的系统建模，Spice 和Saber可用于静电学仿真，ANSYS可用于多能域（机械、热和静电等）系统仿真。

微系统技术：颠覆未来作战的前沿技术！微系统是以微纳尺度理论为支撑，以微纳制造及工艺等为基础，不断融入微机械、微电子、微光学、微能源、微流动等各种技术，具有微感知、微处理、微控制、微传输、微对抗等功能，并通过功能模块的集成，实现单一或多类用途的综合性前沿技术。

微系统是一项多学科交叉的新兴高新技术，在信息、生物、航天、军事等领域具有广泛的应用前景，对于国家保持技术领先优势具有重要意义。

1引发武器装备重大变革与传统装置相比，微系统由于将各种功能高度集成，因此具有微型化、成本低、性能高等优点，广泛应用于仪器测量、无线通信、军事国防、生物化学、能源环境等领域。

微系统技术正处于向大规模应用转化的关键阶段，由微器件技术制造的芯片已经在诸多领域得到应用，将对武器装备发展与作战影响深远。

微系统对于武器装备发展具有革命性的影响。

微系统技术将多种先进技术高度融合，将传统各自独立的信息获取、处理、命令执行等系统融为一体，能够促进武器装备微小型化和智能化，对于加速武器装备系统性能的全面提高，有效降低尺寸、重量与成本等具有革命性的影响。

例如，采用微系统技术制造的导弹加速度计和陀螺仪的价格仅为原来的1/50，采用微系统技术研制的芯片级原子钟将比传统原子钟体积缩小100倍；由美国国防高级研究计划局（DARPA）主持、霍尼韦尔公司研制的“T-鹰”微型无人机已在阿富汗战场得到了实战检验，其质量仅为9千克，可飞行50分钟。

微系统技术是DARPA近十年来大力发展的现代前沿技术，对美国保持其国防科技领先优势具有重要意义。

自1992年以来，DARPA微系统技术办公室已经对微处理器、微机电系统和光子元器件等微电子产品进行了预先战略投资，取得了显著成果。

近年来，DARPA微系统技术办公室先后组织实施了上百项与先进微系统技术密切关联的研究开发计划，所涉及的项目全面覆盖了先进电子元器件和集成电路发展的前沿领域，例如宽禁带半导体技术、先进微系统技术、电子和光子集成电路、焦点中心研究计划、自适应焦平面阵列、光纤激光器革命、太赫兹成像焦平面技术、微机电系统（MEMS）、微型同位素电源等几十项研究计划。

微流体和纳米技术在药物输送中的应用药物输送系统一直是研究的热点之一，因为传统的药物输送方法存在很多限制。

比如，药物的血浆浓度难以控制，而且药物在体内的分布不均匀，容易引起副作用。

为了解决这些问题，人们开始利用微流体和纳米技术来制造更高效、更精确的药物输送系统。

微流体技术是指在微米尺度下控制液体、气体或混合物的流动的技术。

因为微流体系统具有小尺寸、重量轻、流畅性好、可精确控制流动和反应的特点，所以被广泛应用于化学分析、生物分析、药物发现和药物输送等领域。

利用微流体技术制造药物输送系统可以实现很多有益的效果。

例如，微注射器可以将药物精确地输送到病灶处，同时避免让药物在体内散布；微泵可以精确地调节药物的流速，从而控制药物在体内的浓度；微孔板可以用来筛选药物分子，从而提高药物的纯度和药效。

总之，利用微流体技术可以制造出更加精确、高效、可控的药物输送系统，从而提高治疗效果，减少副作用。

而纳米技术是指控制纳米尺度下的物质的制备、处理和应用技术。

纳米技术因其具有小尺寸、高比表面积、量子限制效应、生物相容性等优点，被广泛应用于种种领域，包括药物输送。

利用纳米技术可制备出具有特定药物承载体积的纳米粒子，例如脂质体、聚合物、纳米管等。

这些药物载体具有特殊的力学、电学、光学和生物学性质，从而使得药物得以更安全、更准确地输送到目标部位。

在纳米药物输送系统中，药物被包裹在纳米粒子中，其体积和表面性质都可以被调节，从而达到精准、高效、无副作用的药物运输效果。

例如，利用纳米粒子包裹化疗药物可以增强药物的稳定性和溶解度，从而提高输送效果。

此外，纳米粒子也可以被利用作为多功能药物载体，因为它们能够稳定地承载药物并可以携带多种光学、热学、磁学或其他功能性物质。

但纳米药物输送系统也存在一些缺点。

例如，纳米粒子的合成和制备需要经过复杂的步骤和技术，成本较高；系统投入使用后，纳米药物传递的分布可能会受到微观的控制效果和材料的物理扰动，从而导致纳米粒子的聚集和输送不均匀。