电科专业--微电子机械系统 第一章 总论
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微机电系统制造工艺史微机电系统(Micro Electro-Me-chanical Systems,MEMS)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。
微机电系统是微米大小的机械系统,其中也包括不同形状的三维平板印刷产生的系统。
这些系统的大小一般在微米到毫米之间。
在这个大小范围中日常的物理经验往往不适用。
比如由于微机电系统的面积对体积比比一般日常生活中的机械系统要大得多,其表面现象如静电、润湿等比体积现象如惯性或热容量等要重要。
它们一般是由类似于生产半导体的技术如表面微加工、体型微加工等技术制造的。
其中包括更改的硅加工方法如压延、电镀、湿蚀刻、干蚀刻、电火花加工等等。
①微机电系统制造发展历程:19世纪照相制版;1951年显像管遮蔽屏(美国RCA公司)(光学应用);1952年表面微加工专利2749598(美);1954年压阻效应;1962年晶体的异向腐蚀;1963年半导体压力计(日本丰田中央研究所);1967年振动门晶体管(美国Westinghouse公司)(牺牲层腐蚀);1968年阳极键合(美国Mallory公司);1969年基于掺杂浓度的腐蚀;1970年硅微电极(斯坦福大学);1973年内窥镜用硅压力传感器(斯坦福大学);1974年集成气相质谱仪(斯坦福大学);1979年集成压力传感器(密西根大学);1982年LIGA工艺(德国原子力研究所);1986年硅反馈式加速度计(瑞士CSEM);1986年集成流量控制器(日本东北大学);1987年微齿轮等(美国加州大学伯克利分校,贝尔研究所);1987年微静电微马达(加州大学伯克利分校,Yu-Chong Tai,Long-Sheng Fan)。
发展阶段:硅微传感器阶段:1963年日本丰田研究中心制作出硅微压力传感器。
第一章电子系统设计概论信息的电子化处理在科学技术的发展中占有重要的地位,在各学科的研究与应用开发中,电子信息处理都是不可缺少的基本手段。
由于电子技术的不断发展,现代电子系统所采用的技术越来越先进,功能越来越强、结构越来越复杂。
因而对电子系统的设计人员提出了更高的要求。
作为一个高素质的设计人员应具备扎实的基础知识和开阔的思路,具有发现问题、提出问题、解决问题的能力。
本章从系统设计的角度,提出了设计现代电子系统需解决的几个问题,讲述的要点为:现代电子系统的特征电子系统的构成与实现电子系统的设计方法与设计流程系统设计人员应具备的素质1.1 概述1.1.1问题的提出人类已进入了信息时代,信息在科学技术的发展中占有重要的地位。
由于电子技术和计算机技术的发展,使信息的电子化处理成为可能。
在各学科的研究与应用开发中,电子信息处理是不可缺少的基本手段。
各种信号(振动、压力、温度、湿度、光、生物电、气体浓度等)都可转换为电信号,并利用电子信息科学的方法对其进行处理。
由于电子技术的迅速发展,电子系统的应用领域日益扩大,除了传统的应用领域,如工业自动控制、通信系统、计算机系统、电子测量系统外,医疗电子、信息家电、汽车电子等已成为新的经济增长点。
这些应用系统在功能与结构上具有高度的综合性、层次性和复杂性。
设计高性能、高可靠性的电子系统已成为电子设计人员必须掌握的一门技术,而在设计的过程中,如何缩短设计周期、降低设计成本已成为衡量设计人员能力的标准之一。
电子系统指由电子元件或部件组成的,能产生、传输、处理电信号及信息的系统。
电子系统的设计可从基本的电子电路、信息处理方法与技术以及设计方法三个方面考虑。
在电子系统的方案制定之后,必须采用具体的电路和器件实施方案,电路与器件是构成系统的基本要素,基本电路与器件包括了模拟电路、数字电路以及微控制器。
电子信息科学与技术、集成电路技术、计算机技术的迅速发展,模拟电子向数字电子、固定的数字硬件向可编程的数字硬件转移,使数字器件及微控制器更受到人们的重视,并导致电子信息系统的实现方法有了重大进展,可编程逻辑器件、数字信号处理芯片、嵌入式处理器等新的器件构成系统的方法正逐步取代由分立元件、单元电路组合成信息系统的方法。
微机电系统工程专业认识介绍微机电系统工程(Microelectromechanical Systems Engineering,简称MEMS)是一门涉及微纳技术、机械工程和电子工程的交叉学科。
通过微纳加工技术,它将微型传感器、微型执行机构和微型电子电路集成在一起,实现微米级或纳米级尺寸的器件和系统。
本文将介绍微机电系统工程的发展背景、应用领域、专业课程和前景。
发展背景微机电系统工程源于20世纪70年代的芯片工艺技术。
随着半导体技术的发展,研究人员开始尝试将机械结构集成到芯片上,从而实现微小化、低成本和高性能的传感器和执行机构。
随着纳米技术的兴起,微机电系统工程发展迅速,并在多个领域得到广泛应用。
应用领域微机电系统工程在许多领域都有广泛的应用。
其中包括: - 生物医学领域:用于生物标记、药物传递、体内监测等。
- 无线通信领域:用于振荡器、滤波器、天线等。
- 汽车工业:用于汽车传感器、气囊系统、刹车系统等。
- 空间探索:用于微型卫星、航天器等。
- 环境监测:用于气象仪器、空气质量监测等。
专业课程微机电系统工程作为一门交叉学科,其专业课程包括: - 微电子学基础:介绍半导体材料与器件的基本原理和制造工艺。
- 机械工程基础:包括力学、热力学、流体力学等基础知识。
- 微机电系统设计:介绍微机电系统的设计原理和方法。
- 微纳加工技术:介绍微纳加工工艺和设备。
- 传感器与执行机构:介绍各种传感器和执行机构的原理和应用。
- 信号处理与控制:介绍信号处理和控制技术在微机电系统中的应用。
前景随着智能化设备的普及和技术的不断进步,微机电系统工程的应用前景非常广阔。
微机电系统的小尺寸、低功耗和高性能使其在物联网、智能家居、医疗健康等领域有着广泛应用的潜力。
此外,随着纳米技术的发展,微机电系统的尺寸将进一步缩小,功能将进一步增强,所能应用的领域也将进一步扩展。
结论微机电系统工程是一门融合了微纳技术、机械工程和电子工程的交叉学科。