微機(jī)電系統(tǒng) 題目整理.doc

1、 MEMS的概念？列舉三種以上MEMS產(chǎn)品及應(yīng)用？微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS：Micro Electro-Mechanical System)指微型化的器件或器件組合，把電子功能與機(jī)械的、光學(xué)的或其他的功能相結(jié)臺的綜合集成系統(tǒng)，采用微型結(jié)構(gòu)(包括集成微電子、微傳感器和微執(zhí)行器；這里“微”是相對于宏觀而言)，使之能在極小的空間內(nèi)達(dá)到智能化的功效。微機(jī)電系統(tǒng)主要特點在于：(1)能在極小的空間里實現(xiàn)多種功能；(2)可靠性好、重量小且能耗低；(3)可以實現(xiàn)低成本大批量生產(chǎn)。主要應(yīng)用領(lǐng)域、產(chǎn)品：壓力傳感器、慣性傳感器、流體控制、數(shù)據(jù)存儲、顯示芯片、生物芯片、微型冷卻器、硅材油墨噴嘴、通信等。2、 何謂尺度效應(yīng)？在MEMS設(shè)計中，如何利用尺度效應(yīng)？當(dāng)構(gòu)件縮小到定尺寸范圍時將會出現(xiàn)尺寸效應(yīng)，即尺寸的減小將引起響應(yīng)頻率、加速度特性以及單位體積功率等系列性能的變化。構(gòu)件特征尺寸L與動力學(xué)特性關(guān)系如表所示。不同性質(zhì)的作用力與尺寸的依賴關(guān)系不同，從而在微觀研究中所占比重有所不同。例如，電磁力與尺寸是L2，L3，L4的關(guān)系，冪次較高，從而相對影響鉸??；而靜電力與尺寸是L0，L-2的關(guān)系，冪次較低，影響程度較大。3、 濕法刻蝕和干法刻蝕的概念及其在MEMS中的應(yīng)用？刻蝕就其形式來說可分為有掩膜刻蝕和無掩膜刻蝕，無掩膜刻蝕較少使用。有掩膜刻蝕又可分為濕法刻蝕和干法刻蝕。濕法刻蝕一般用化學(xué)方法，這種方法刻蝕效率高，成本低，但是其刻蝕精度不高，公害產(chǎn)重(用大量的化學(xué)試劑)。干法刻蝕種類很多，有濺射刻蝕、離于銑、反應(yīng)離子刻蝕和等離子刻蝕等。干法刻蝕中包括了化學(xué)反應(yīng)和物理效應(yīng)，因此其刻蝕精度較高，且適用于各種材料，包括半導(dǎo)體、導(dǎo)體和絕緣材料?？涛g分為濕法到蝕和干法刻蝕。它是獨(dú)立于光刻的重要的一類微細(xì)加工技術(shù)，但刻蝕技術(shù)經(jīng)常需要曝光技術(shù)形成特定的抗蝕劑膜，而光刻之后一般也要靠刻蝕得到基體上的微細(xì)圖形或結(jié)構(gòu)，所以刻蝕技術(shù)經(jīng)常與光刻技術(shù)配對出現(xiàn)。經(jīng)常采用的化學(xué)異向刻蝕方法又稱為濕法刻蝕，它具有獨(dú)持的橫向欠刻蝕特性，可以使材料刻蝕速度依賴于晶體取向的特點得以充分發(fā)揮。干法刻蝕是指利用一些高能束進(jìn)行刻蝕。以往的硅微細(xì)加工多采用濕法刻蝕。4、 鍵合的概念，有幾種形式？有何用途？一個微型機(jī)電系統(tǒng)集微傳感器、驅(qū)動器及處理器于一體，是一個復(fù)雜的智能微系統(tǒng)。其制造工藝，有硅表面微加工工藝、硅的體微加工工藝、硅微電子工藝以及非硅材料的微加工工藝。因此，如果把一個微機(jī)電系統(tǒng)建筑于同一硅基片上，那它首先不能克服微系統(tǒng)需用硅及作硅材料多樣性上的矛盾；其次它無法解決微傳感器、微處理器以及微驅(qū)動器集成于同一基片結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的矛盾；最后，在同一基片上無法解決硅表面及體微加工、非硅材料微加工工藝相容性上的矛盾。如果將整個微機(jī)電系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)、材料及微加工工藝的不同，分別在不同基片上執(zhí)行微加工工藝，然后將兩片或多片基片在超精密裝配設(shè)備上對準(zhǔn)，并通過鍵合手段，把它們連接成一完整的微系統(tǒng)，這是獲得低成本、高合格率及質(zhì)量可靠的微系統(tǒng)的唯一途徑。因此，鍵合技術(shù)成為微機(jī)電系統(tǒng)制作過程中的重要微加工工藝之一，它是微系統(tǒng)組封裝技術(shù)的重要組成部分。 鍵合技術(shù)主要可分為硅熔融鍵合（SFB）和靜電鍵合兩種。按界面的材料性質(zhì)，鍵合工藝總體上可分為兩大范疇，即硅硅基片的直接鍵合和硅硅基片的間接鍵合，后者又可擴(kuò)展到硅非硅材料或非硅材料之間的鍵合。對于硅硅間接鍵合，按鍵合界面沉積的材料不同，其鍵合機(jī)制也不同，如沉積的是玻璃膜，按不同的玻璃性質(zhì)，可以進(jìn)行陽極鍵合或低溫熔融鍵合；如果沉積的是金膜(或錫膜)，則進(jìn)行共晶鍵合；用環(huán)氧或聚酰亞胺進(jìn)行直接粘合。此外，還可借助于其他手段，如超聲、熱壓及激光等技術(shù)進(jìn)行鍵合。5、 介紹薄膜技術(shù)及用途？薄膜是指存在于襯底上的一層厚度一般為零點幾個納米到數(shù)十微米的薄層材料。薄膜材料種類很多，根據(jù)不同使用目的可以是金屬，半導(dǎo)體硅、鍺，絕緣體玻璃，陶瓷等。從導(dǎo)電性考慮，可以是余屬、半導(dǎo)體、絕緣體或超導(dǎo)體；從結(jié)構(gòu)考慮，可以是單晶、多晶、非品或超晶格材料；從化學(xué)組成來考慮可以是單質(zhì)、化合物或無機(jī)材料、有機(jī)材料等。制備薄膜的方法很多，歸納起來有如下幾種：(1)氣相方法制膜，包括化學(xué)氣相淀積(CVD，Chemical Vapor Deposition)，加熱、光或等離子體CVD，和物理氣相淀積(PVD)，如真空蒸發(fā)、濺射鍍膜、離子鍍膜、分子束外延、離于注入成膜等；(2)液相方法制膜，包括化學(xué)鍍、電鍍、浸噴涂等；(3)其它方法制膜，包括噴涂、涂敷、壓延、印刷、擠出等等。微機(jī)械中的薄膜制備技術(shù)主要是物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)，包括熱化學(xué)氣相沉積，離子輔助沉積、等離子噴涂、離子鍍以及激光物理氣相沉積和激光化學(xué)氣相沉積。采用金剛石、陶瓷、超導(dǎo)材料以及各種半導(dǎo)體材料生成的薄膜具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和光、機(jī)、電等性能。薄膜的厚度可以小至微米或納米級，若將不同的基片材料與相應(yīng)的膜系結(jié)合起來可構(gòu)成微傳感等功能復(fù)雜的微機(jī)械器件。目前，多種薄膜材料已經(jīng)被用于微機(jī)械傳感器，包括高質(zhì)量的絕緣體(二氧化硅、氯化硅等)，導(dǎo)體(如鋁)，半導(dǎo)體(如硅)等。通常，CVD膜具有低的耗散應(yīng)力好的再生力，因而應(yīng)用較為普遍。其它一些金屬、壓電材料和熱電材料等也可用于微傳感器。6、 LIGA和UV-LIGA的概念，二者有何不同？LIGA是德文的制版術(shù)Lithographie，電鑄成形Galvanoformung和注塑Abformung的縮寫。LIGA技術(shù)所勝任的幾何結(jié)構(gòu)不受材料特性和結(jié)晶方向的限制，可以制造由各種金屬材料如鎳、銅、金、鎳鈷合金以及塑料、玻璃、陶瓷等材料制成的微機(jī)械。因此，較硅材料的加工技術(shù)有了一個很大的飛躍。LIGA技術(shù)可以制造具有很大縱橫比的平面圖形復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。縱向尺寸可達(dá)數(shù)百微米，最小橫向尺寸為1um。尺寸精度達(dá)亞微米級，而且有很高的垂直度，平行度和重復(fù)精度。但其設(shè)備投資很大。LIGA技術(shù)包括以下3個工藝過程：1. 深層同步輻射X射線光刻；2. 電鑄成形；3. 注塑。UV-LIGA利用常規(guī)的紫外光光刻。UV-LIGA技術(shù)采用紫外厚膠光刻、微電鑄和微復(fù)制工藝進(jìn)行金屬和塑料的微加工7、 如何實現(xiàn)微細(xì)電火花加工，對加工材料有何限制？電火花加工又稱放電加工，是一種直接利用電能和熱能進(jìn)行加工的工藝，電火花加工過程中，工具和工件并不接觸，而是靠工具和工件之間不斷的脈沖性的火花放電，產(chǎn)生局部、瞬時高溫把金屬材料逐次微量蝕除下。電火花加工指在絕緣的工作液中通過工具電極和工件間脈沖火花放電產(chǎn)生的瞬時局部高溫來熔化和氣化去除金屬的。加工過程中工具與工件間沒有宏觀的切削力，只要精密地控制單個脈沖放電能量并配合精密微量進(jìn)給就可實現(xiàn)極微細(xì)的金屬材料的去除，可加工微細(xì)軸、孔、窄縫、平面以及曲面等。條件：必須使工具電極和工件被加工表面之間經(jīng)常保持一定的放電間隙，火花加工過程中必須具有工具電極的自動進(jìn)給和調(diào)節(jié)裝置；火花放電必須是瞬時的脈沖性放電；火花放電必須在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行。材料：適合于難切削材料的加工。8、 如何實現(xiàn)微細(xì)電化學(xué)加工，對加工材料有何限制？ 導(dǎo)電的工作液中水離解為氫離子和氫氧根離子，工件作為陽極，其表面的金屬原子成為金屬正離子溶入電解液而被逐層地電解下來，隨后即與電解液中的氫氧根離子發(fā)生反應(yīng)形成金屬氫氧化物沉淀，而工件陰極并不損耗，加工過程中工具與工件間也不存在宏觀的切削力，只要精細(xì)地控制電流密度和電解部位，就可實現(xiàn)納米級精度的電解加工，而且表面不會加工應(yīng)力。常用于鏡面拋光、精密減薄以及一些需要無應(yīng)力加工的場合。9、 如何實現(xiàn)微細(xì)激光加工，對加工材料有何限制？ 由激光發(fā)生器將高能量密度的激光進(jìn)一步聚焦后照射到工件表面，光能被吸收瞬時轉(zhuǎn)化為熱能。根據(jù)能量密度的高低，可實現(xiàn)打孔、精密切割、加工精微防偽標(biāo)志等。10、 何謂封裝，MEMS中的封裝與傳感器的封裝有何不同？微系統(tǒng)封裝技術(shù)是指將若干個功能芯片，輔以必要的配件和裝配平臺，按照系統(tǒng)最右的原則集成、組合、構(gòu)建成應(yīng)用產(chǎn)品的相關(guān)工程技術(shù)。微系統(tǒng)封裝技術(shù)包括微電子封裝技術(shù)、光電子封裝技術(shù)、射頻封裝技術(shù)、MEMS封裝技術(shù)和多功能系統(tǒng)集成封裝等多個方面的封裝技術(shù)。微電子封裝的功能是對芯片和引線等內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供支持和保護(hù)，使之不受外部環(huán)境的干擾和腐蝕破壞。芯片與外界是通過管腳實現(xiàn)電信號交互的。其封裝技術(shù)與制作工業(yè)相對獨(dú)立，具有統(tǒng)一的封裝形式。而對于MEMS封裝來說，除了要具備以上功能以外，封裝還需要給器件提供必要的工作環(huán)境，大部分MEMS器件都包含有可活動的元件，在封裝時必須留有活動空間。此外，MEMS器件由于其空間拓展到三維，不同器件制作工業(yè)也多種多樣，封裝技術(shù)還必須與相應(yīng)的制作工業(yè)兼容?；綧EMS封裝過程需要滿足一下條件：1） 電子的、光學(xué)的和機(jī)械的有機(jī)連接；2） 機(jī)械的支承；3） 熱管理；4） 壽命周期和產(chǎn)品的可靠性。 微傳感器集成與封裝：1） 如何充分保護(hù)傳感元件，同時又保持和外界聯(lián)系；2） 怎樣減少作用在傳感元件上的機(jī)械壓力所造成的偏差和漂移；3） 怎樣校準(zhǔn)靈敏度和偏移量。11、 何謂光刻，光源波長對曝光的影響？光刻是一種圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)。光刻分兩部分，首先是用輻照方法將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到光敏材料上(光刻膠)，然后用光刻膠作為掩膜通過刻蝕工藝將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)換到其他薄膜材料或者基片上形成結(jié)構(gòu)件。刻蝕可用濕法刻蝕和干法刻蝕。光刻(Photolithography)也稱照相平版印刷(術(shù))，它源于微電子的集成電路制造，是在微機(jī)械制造領(lǐng)域應(yīng)用較早并仍被廣泛采用且不斷發(fā)展的一類微細(xì)加工方法。光刻是加工制作半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或器件和集成電路微圖形結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵工藝技術(shù)，其原理與印刷技術(shù)中的照相制版相似：在硅等基體材料上涂覆光致抗蝕劑(或稱為光刻膠)，然后利用極限分辨率極高的能量束來通過掩模對光致蝕層進(jìn)行曝光(或稱光刻)。經(jīng)顯影后，在抗蝕劑層上獲得了與掩模圖形相同的極微細(xì)的幾何圖形，再利用刻蝕等方法，在工件材料上制造出微型結(jié)構(gòu)。曝光技術(shù)可以從曝光能量束、掩模處于不同空間位置等來分類考察。一、 不同能量束的曝光技術(shù)：從能量束角度看，目前微機(jī)械光刻采用的主要技術(shù)有電子束曝光技術(shù)、離了束曝光技術(shù)、x射線曝光技術(shù)、遠(yuǎn)紫外曝光技術(shù)和紫外準(zhǔn)分子激光曝光技術(shù)等。其中，離子束曝光技術(shù)具有最高的分辨率，電子束曝光代表了最成熟的亞微米級曝光技術(shù)、紫外準(zhǔn)分子激光曝光技術(shù)則具合最佳的經(jīng)濟(jì)性，是近年來發(fā)展極快且實用性較強(qiáng)的曝光技術(shù)，己在大批量生產(chǎn)中處于主導(dǎo)地位。光的波長縮短，因此，可以獲得更高分辨率的光刻線條。二、 掩模處于不同空間位置的曝光方法：1. 接觸式曝光和非接觸式曝光；2. 投影式曝光12、 何謂半波長效應(yīng)？13、 何謂刻蝕自中止技術(shù)？體硅腐蝕的自停止技術(shù)是硅微機(jī)械加工技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。硅腐蝕的自停止技術(shù)主要利用了不同晶格取向的硅和摻雜濃度的不同使硅在不同的腐蝕液中表現(xiàn)出不同的腐蝕性能。這個方法是在等離子刻蝕系統(tǒng)中，循序重復(fù)刻蝕和聚合物沉積步驟。聚合物沉積步驟會在硅導(dǎo)孔側(cè)壁上形成防護(hù)膜，防止側(cè)向刻蝕。14、 PN結(jié)是如何制造的？ 一塊單晶半導(dǎo)體中 ，一部分摻有受主雜質(zhì)是P型半導(dǎo)體，另一部分摻有施主雜質(zhì)是N型半導(dǎo)體時 ，P 型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界面附近的過渡區(qū)稱。PN結(jié)有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)兩種。用同一種半導(dǎo)體材料制成的 PN 結(jié)叫同質(zhì)結(jié) ，由禁帶寬度不同的兩種半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)叫異質(zhì)結(jié)。制造PN結(jié)的方法有合金法、擴(kuò)散法、離子注入法和外延生長法等。制造異質(zhì)結(jié)通常采用外延生長法。如果在硅或鍺等半導(dǎo)體材料中加入微量的硼、銦、鎵或鋁等三價元素，就變成以空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體，即P型半導(dǎo)體。在P型半導(dǎo)體中，空穴(帶正電)叫多數(shù)載流子;電子(帶負(fù)電)叫少數(shù)