MEMS作业答案

1.解释微系统技术与微电子技术的差异建议列表格进行比较，优先写标红部分。

2.比较MEMS封装与IC封装的不同3.介绍BioMEMS的分类及其典型结构的工作原理1）用于识别和测量生物物质的生物传感器2）生物仪器及外科手术工具3）生物测试诊断系统典型结构：生物医学传感器工作原理：生物物质可与传感器内部的某些元素化学反应释放出某些元素，这些元素可以改变传感器中的电流模式。

参考例图（根据时间决定画不画）：生物传感器工作原理：基于待检测分析物与生物分子(如酶、抗体或其他形式的蛋白等)的相互作用。

参考例图（根据时间决定画不画）：4.介绍微型电动机的工作原理，介绍微型加速度计的典型配置及其工作原理1）微型电动机的工作原理：A A'BB'CC'D'D介电材料运动方向可动电极W W+W/3W W如图所示，对A组电极施加电压，在电场的作用下，A与A’发生相对运动，使得A与A’对齐，但引起了B与B’的错位；接着给B组电极施加电压，B与B’发生相对运动，使得B与B’对齐，但引起了C与C’的错位；继续给C组电极施加电压，C与C’发生相对运动，使得C与C’对齐，但引起了D与D’的错位。

如此反复，可动电极就能想着一个方向不断运动。

电极间错开的距离越短，电极数越多，运动就越平稳。

除了直线电动机，还可以通过类似的方法做出旋转电动机。

2）微型加速计的典型配置及工作原理典型配置：质量振子、弹簧和阻尼器工作原理：器件加速运动时，使得基体和弹簧同时加速运动，质量振子为了平衡，也需要弹簧提供一惯性力，从而使得弹簧拉伸（压缩）。

通过测量弹簧力的大小，或弹簧引起的变形的大小，或由质量振子和固定基体组成的电容器电容的大小，来测量加速度的大小。

阻尼器的作用是减弱弹簧的简谐运动，使质量振子快速稳定，从而快速获得测量值。

MEMS中常用的加速度计有悬梁式加速度计和平衡力式加速度计。

悬梁式加速度计中，悬臂梁充当弹簧，质量块为质量振子，腔内流体充当阻尼器，通过测量悬臂梁上的压敏电阻值计算加速度。

mems期末试题及答案【正文】MEMS期末试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列关于MEMS的说法正确的是：A. MEMS是一种电子器件B. MEMS只能用于传感器领域C. MEMS是一种微纳技术D. MEMS无法用于生物医学应用领域答案：C2. MEMS技术的主要特点是：A. 小尺寸B. 低成本C. 高效能D. 非可靠性答案：A、B、C3. MEMS是以下哪些学科的交叉融合？A. 机械工程B. 电子工程C. 材料科学D. 生物医学答案：A、B、C4. 压电效应被广泛应用于MEMS的领域是：A. 加速度计B. 血压计C. 光学元件D. 微机械臂答案：A5. 以下哪种测量原理常用于MEMS传感器？A. 磁敏效应B. 光电效应C. 压电效应D. 热敏效应答案：A、B、C、D6. MEMS器件中常用的制造工艺是：A. 电子束光刻B. 离子刻蚀C. 激光切割D. 干法腐蚀答案：A、B、D7. MEMS的应用范围包括以下哪些领域？A. 生物医学B. 人工智能C. 科学研究D. 工业制造答案：A、C、D8. MEMS技术对现代社会的影响主要体现在：A. 提高生产效率B. 创造新的应用领域C. 降低成本D. 减少环境污染答案：A、B、C9. MEMS器件的最小尺寸可以达到：A. 0.1mmB. 0.01mmC. 0.001mmD. 0.0001mm答案：C10. MEMS技术的发展趋势是：A. 更高的集成度B. 更小的尺寸C. 更低的功耗D. 更高的可靠性答案：A、B、C、D二、简答题（每题10分，共40分）1. 什么是MEMS技术？请简要介绍其基本原理。

答案：MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems），即微电子机械系统，是一种以微纳制造技术为基础，通过集成电路制造技术和微机械工艺制造微米尺度的机械结构和器件的技术。

其基本原理是通过微纳加工的方法，将微机械结构和电子、光电器件集成在一起，实现机械与电子的合一。

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。

08’MEMS复习题1.MEMS的概念，MEMS产品应用。

MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是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形结合的综合集成系统，采用微型结构（集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源），使之能在极小的空间内达到智能化的功效。

MEMS 是Micro Electro Mechanincal System 的缩写，即微机电系统，专指外形轮廓尺寸在毫米级以下，构成它的机械零件和半导体元器件尺寸在微米至纳米级，可对声、光、热、磁、压力、运动等自然信息进行感知、识别、控制和处理的微型机电装置。

微机电系统（MEMS）主要特点在于：（1）体积小、精度高、质量轻;(2)性能稳定、可靠性高；（3）能耗低，灵敏度和工作效率高；（4）多功能及智能化;（5）可以实现低成本大批量生产。

民用：MEMS对航空、航天、兵器、水下、汽车、信息、环境、生物工程、医疗等领域的发展正在产生重大影响，将使许多工业产品发生质的变化和飞跃。

军用：精确化、轻量化、低能耗是武器装备的主要发展趋势，这些特点均需以微型化为基础。

微型化的单元部件广泛应用于飞行器的导航和制导系统、通信设备、大气数据计算机、发动机监测与控制、“智能蒙皮”结构和灵巧武器中。

由硅微机械振动陀螺和硅加速度计构成的MEMS惯性测量装置已用于近程导弹，并显著提高导弹的精确打击能力。

微型化技术在武器装备上的另一个重要发展是微小型武器，如微型飞行器、微小型水下无人潜水器、微小型机器人和微小型侦察传感器等。

具体应用：打印机喷嘴——用于打印机；微加速度计和角速度计——应用于汽车安全气囊；微加工压力传感器——用于进气管绝对压力传感器；由硅微振动陀螺和硅加速度计构成的MEMS惯性测量装置——用于军品中的近程导弹。

2.湿法刻蚀和干法刻蚀的概念，两者异同点以及在MEMS中的应用。

《MEMS和微系统——设计与制造》第一章MEMS和微系统概论第一部分：多项选择1．当前MEMS产品最大的市场份额属于。

(1)微流体；(2)微传感器；(3)微加速度计2．MEMS器件的尺寸范围是。

(1)从1μm到1mm；(2)从1nm到1μm；(3)从1mm到1cm3．1nm是。

(1)10-6m，(2)10-9m，(3)10-12m。

4．当我们说一个器件在中等尺度的时候，意思是说这个器件的尺寸范围是。

(1)1pm到1mm；(2)1nm到1μm；(3)1mm到1cm5．微系统的起源可以回溯到的发明。

(1)晶体管；(2)集成电路；(3)硅压力传感器6．一个现代集成电路可能包含个晶体管和电容。

(1)100,000；(2)1,000,000；(3)10,000,0007．计算机的小型化可能主要是由于的发明。

(1)更好的存储系统；(2)用晶体管代替真空管；(3)集成电路8．通常，微系统包括个部件。

(1)1；(2)2；(3)39．通常用在汽车气囊展开系统中的传感器是。

(1)压力传感器；(2)惯性传感器；(3)化学传感器。

10．“芯片上的实验室”意思是。

(1)在芯片上表演实验；(2)在芯片上集成微传感器和致动器；(3)在芯片上集成微系统和微电子电路11．现代微加工技术的起源是。

(1)晶体管的发明；(2)集成电路的发明；(3)微加工技术的发明12．第一次非常重要的小型化出现于。

(1)集成电路；(2)台式计算机；(3)移动电话13．单词“微加工"第一次公开出现是在。

(1)20世纪70年代；(2)20世纪80年代；(3)20世纪90年代14．单词“LIGA"是指。

(1)微制造工艺；(2)微加工工艺；(3)材料处理工艺15．典型的单个超大规模集成电路芯片可以包括个晶体管。

(1)100万；(2)1000万；(3)1亿16．集成电路的发展始于。

(1)20世纪60年代；(2)20世纪70年代；(3)20世纪50年代17．第一个数字计算机ENIAC是在开发的。

半导体物理与器件1. 什么叫集成电路？写出集成电路发展的五个时代及晶体管的数量？(15分).集成电路：将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能。

小规模时代（SSI）,元件数2-50；中规模时代（MSI），元件数30-5000；大规模时代（ISI）, 元件数5000-10万；超大规模时代（visi），10万-100万；甚大规模，大于100万。

2. 写出IC 制造的５个步骤？(15分)（1）硅片制备（Wafer preparation）：晶体生长，滚圆、切片、抛光。

（2）硅片制造（Wafer fabrication）：清洗、成膜、光刻、刻蚀、掺杂。

（3）硅片测试/拣选（Wafer test/sort）：测试、拣选每个芯片。

（4）装配与封装（Assembly and packaging）：沿着划片槽切割成芯片、压焊和包封。

（5）终测（Final test）：电学和环境测试。

3. 写出半导体产业发展方向？什么是摩尔定律？(15分)发展方向：①提高芯片性能②提高芯片可靠性③降低成本摩尔定律：硅集成电路按照4年为一代，每代的芯片集成度要翻两番、工艺线宽约缩小30%， IC 工作速度提高1.5倍等发展规律发展。

4. 什么是特征尺寸CD？(10分).硅片上的最小特征尺寸称为 CD，CD 常用于衡量工艺难易的标志。

5. 什么是More moore定律和More than Moore定律？(10分) “More Moore”：是指继续遵循Moore定律，芯片特征尺寸不断缩小（Scaling down），以满足处理器和内存对增加性能/容量和降低价格的要求。

它包括了两方面：从几何学角度指的是为了提高密度、性能和可靠性在晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸的继续缩小，以及与此关联的3D结构改善等非几何学工艺技术和新材料的运用来影响晶圆的电性能。

“More Than Moore”：指的是用各种方法给最终用户提供附加价值，不一定要缩小特征尺寸，如从系统组件级向3D 集成或精确的封装级(SiP)或芯片级(SoC)转移。

第一章2.MEMS器件的尺寸范围是 1。

10.“芯片上的实验室”是。

11.现代微加工技术的起源是 10。

14.单词“LIGA.”是指 8。

18.微系统部件的“深宽比”被定义为之比16。

二、简单题：3.微系统和微电子技术之间最明显的区别是什么？1210.根据你的学术和背景，描述你在这个多学科微系统技术中能扮演的角色。

第二章一、填空题14.形状记忆合金材料有如下特性 48、64。

15.压电驱动工作原理 49、64。

16.电极之间间隙减小，静电驱动力 50、64。

二、简答题3.简述微型压力传感器三种信号变换方法的原理。

最少各举出一个优点和一个缺点。

（39~44）4.微传感器、致动器和流体器件的主要作用。

（62）9.简述四种微器件常用的驱动技术。

每种技术至少举出一个优点和一个缺点。

（）第三章一、填空题31.电解液是电解工艺中传导电流的 81。

二、简答题5.确定在扩散工艺中实现掺杂砷、磷和硼时，硅基底的最佳温度。

以及在这些最佳温度下掺杂剂的溶解度。

7.确定在硅基底中掺杂剂所需要的时间，要求掺杂后深度2m μ处硅的电阻率为cm ∙Ω-310。

10.解释微流体流动中的毛细效应，为什么常规的机械泵不能驱动有毛细效应的小管道中的流体。

11.描述量子物理学在MEMS 和微系统设计中的角色。

第四章一、填空题4.从力学角度来看，最适合的微传感器薄片的几何形状为 。

6.微器件的固有频率是由它的 所决定的。

7.理论上微器件有 个固有频率。

8.对微器件中的几个或者所有固有频率的分析被称做 。

9.当激励力的频率 器件的任一固有频率时，该器件会发生共振。

10.在质量弹簧系统中缓冲器可以对系统起到 的作用。

15.在 的情况下，机械约束的微器件组件中将感应出热应力。

16.在由不同的材料制造的微器件中感应出热应力的原因是。

18.材料的蠕变在下变得严重。

24.微结构里的失效力学分析需要描述内部的应力状态。

26.有限元分析的第一步是。

28.用有限元分析应力的主要未知量是。

微机电系统参考答案1. 引言微机电系统（Microelectromechanical Systems，MEMS）是一种集成了微机电器件和微电子器件的系统。

它结合了微纳制造技术、微电子技术和传感器技术，可以在微米尺度上实现电机、传感器、执行器和电子控制器的集成。

本文将介绍微机电系统的基本原理、应用领域以及未来的发展方向。

2. 微机电系统的基本原理微机电系统的基本原理是利用微纳制造技术制作微尺度的机械和电子器件，并将它们集成到一块芯片上。

通过控制电信号，可以实现对微机电器件的操控和控制。

微机电系统的核心是微机电器件，它包括微机械部件和微电子部件。

微机械部件主要由微压力传感器、微加速度传感器、微惯性导航传感器等组成，它们可以实现对外界的感知和控制。

微电子部件主要由微处理器、存储器和通信接口组成，它们负责处理和传输数据。

微机电系统的工作原理是通过电信号来操控和控制微机电器件。

当外界有力信号作用于微机械部件时，微机械部件会产生微小的变形。

这个变形可以通过微电子部件进行检测和放大，最终转化为电信号。

3. 微机电系统的应用领域微机电系统在很多领域都有广泛的应用，包括医学、汽车、电子设备等。

3.1 医学领域在医学领域，微机电系统可以用于实现微创手术和诊断。

通过将微机电器件集成到手术工具中，可以实现对手术器械的精确操控和控制。

另外，微机电系统还可以实现对患者生理指标的监测和记录，用于疾病的诊断和治疗。

3.2 汽车领域在汽车领域，微机电系统可以用于实现汽车的智能控制和安全监测。

通过将微机电器件集成到汽车中，可以实现对汽车的运行状态和环境条件的监测和控制。

例如，通过加速度传感器可以实时监测汽车的加速度和姿态，从而实现对车辆的稳定控制。

3.3 电子设备领域在电子设备领域，微机电系统可以用于实现电子设备的小型化和功能增强。

通过将微机电器件集成到电子设备中，可以实现对设备的感知和控制。

例如，通过压力传感器可以实时监测设备的压力变化，从而实现对设备的自动调节和控制。