微机电系统 题目整理

1、1、 MEMS的概念？列举三种以上MEMS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

2、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

3、，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

4、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

5、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，

6、还可借助于其他手段，如超声、热压及激光等技术进行键合。5、 介绍薄膜技术及用途？薄膜是指存在于衬底上的一层厚度一般为零点几个纳米到数十微米的薄层材料。薄膜材料种类很多，根据不同使用目的可以是金属，半导体硅、锗，绝缘体玻璃，陶瓷等。从导电性考虑，可以是余属、半导体、绝缘体或超导体；从结构考虑，可以是单晶、多晶、非品或超晶格材料；从化学组成来考虑可以是单质、化合物或无机材料、有机材料等。制备薄膜的方法很多，归纳起来有如下几种：(1)气相方法制膜，包括化学气相淀积(CVD，Chemical Vapor Deposition)，加热、光或等离子体CVD，和物理气相淀积(PVD)，如真空蒸发、溅射镀膜、

7、离子镀膜、分子束外延、离于注入成膜等；(2)液相方法制膜，包括化学镀、电镀、浸喷涂等；(3)其它方法制膜，包括喷涂、涂敷、压延、印刷、挤出等等。微机械中的薄膜制备技术主要是物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)，包括热化学气相沉积，离子辅助沉积、等离子喷涂、离子镀以及激光物理气相沉积和激光化学气相沉积。采用金刚石、陶瓷、超导材料以及各种半导体材料生成的薄膜具有独特的物理、化学和光、机、电等性能。薄膜的厚度可以小至微米或纳米级，若将不同的基片材料与相应的膜系结合起来可构成微传感等功能复杂的微机械器件。目前，多种薄膜材料已经被用于微机械传感器，包括高质量的绝缘体(二氧化硅、氯化硅等)，导体

8、(如铝)，半导体(如硅)等。通常，CVD膜具有低的耗散应力好的再生力，因而应用较为普遍。其它一些金属、压电材料和热电材料等也可用于微传感器。6、 LIGA和UV-LIGA的概念，二者有何不同？LIGA是德文的制版术Lithographie，电铸成形Galvanoformung和注塑Abformung的缩写。LIGA技术所胜任的几何结构不受材料特性和结晶方向的限制，可以制造由各种金属材料如镍、铜、金、镍钴合金以及塑料、玻璃、陶瓷等材料制成的微机械。因此，较硅材料的加工技术有了一个很大的飞跃。LIGA技术可以制造具有很大纵横比的平面图形复杂的三维结构。纵向尺寸可达数百微米，最小横向尺寸为1um。尺

9、寸精度达亚微米级，而且有很高的垂直度，平行度和重复精度。但其设备投资很大。LIGA技术包括以下3个工艺过程：1. 深层同步辐射X射线光刻；2. 电铸成形；3. 注塑。UV-LIGA利用常规的紫外光光刻。UV-LIGA技术采用紫外厚胶光刻、微电铸和微复制工艺进行金属和塑料的微加工7、 如何实现微细电火花加工，对加工材料有何限制？电火花加工又称放电加工，是一种直接利用电能和热能进行加工的工艺，电火花加工过程中，工具和工件并不接触，而是靠工具和工件之间不断的脉冲性的火花放电，产生局部、瞬时高温把金属材料逐次微量蚀除下。电火花加工指在绝缘的工作液中通过工具电极和工件间脉冲火花放电产生的瞬时局部高温来熔

10、化和气化去除金属的。加工过程中工具与工件间没有宏观的切削力，只要精密地控制单个脉冲放电能量并配合精密微量进给就可实现极微细的金属材料的去除，可加工微细轴、孔、窄缝、平面以及曲面等。条件：必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给和调节装置；火花放电必须是瞬时的脉冲性放电；火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行。材料：适合于难切削材料的加工。8、 如何实现微细电化学加工，对加工材料有何限制？ 导电的工作液中水离解为氢离子和氢氧根离子，工件作为阳极，其表面的金属原子成为金属正离子溶入电解液而被逐层地电解下来，随后即与电解液中的氢氧根离子

11、发生反应形成金属氢氧化物沉淀，而工件阴极并不损耗，加工过程中工具与工件间也不存在宏观的切削力，只要精细地控制电流密度和电解部位，就可实现纳米级精度的电解加工，而且表面不会加工应力。常用于镜面抛光、精密减薄以及一些需要无应力加工的场合。9、 如何实现微细激光加工，对加工材料有何限制？ 由激光发生器将高能量密度的激光进一步聚焦后照射到工件表面，光能被吸收瞬时转化为热能。根据能量密度的高低，可实现打孔、精密切割、加工精微防伪标志等。10、 何谓封装，MEMS中的封装与传感器的封装有何不同？微系统封装技术是指将若干个功能芯片，辅以必要的配件和装配平台，按照系统最右的原则集成、组合、构建成应用产品的相关

12、工程技术。微系统封装技术包括微电子封装技术、光电子封装技术、射频封装技术、MEMS封装技术和多功能系统集成封装等多个方面的封装技术。微电子封装的功能是对芯片和引线等内部结构提供支持和保护，使之不受外部环境的干扰和腐蚀破坏。芯片与外界是通过管脚实现电信号交互的。其封装技术与制作工业相对独立，具有统一的封装形式。而对于MEMS封装来说，除了要具备以上功能以外，封装还需要给器件提供必要的工作环境，大部分MEMS器件都包含有可活动的元件，在封装时必须留有活动空间。此外，MEMS器件由于其空间拓展到三维，不同器件制作工业也多种多样，封装技术还必须与相应的制作工业兼容。基本MEMS封装过程需要满足一下条件

13、：1） 电子的、光学的和机械的有机连接；2） 机械的支承；3） 热管理；4） 寿命周期和产品的可靠性。 微传感器集成与封装：1） 如何充分保护传感元件，同时又保持和外界联系；2） 怎样减少作用在传感元件上的机械压力所造成的偏差和漂移；3） 怎样校准灵敏度和偏移量。11、 何谓光刻，光源波长对曝光的影响？光刻是一种图形转移技术。光刻分两部分，首先是用辐照方法将掩膜版上的图形转移到光敏材料上(光刻胶)，然后用光刻胶作为掩膜通过刻蚀工艺将光刻胶上的图形转换到其他薄膜材料或者基片上形成结构件。刻蚀可用湿法刻蚀和干法刻蚀。光刻(Photolithography)也称照相平版印刷(术)，它源于微电子的集成

14、电路制造，是在微机械制造领域应用较早并仍被广泛采用且不断发展的一类微细加工方法。光刻是加工制作半导体结构或器件和集成电路微图形结构的关键工艺技术，其原理与印刷技术中的照相制版相似：在硅等基体材料上涂覆光致抗蚀剂(或称为光刻胶)，然后利用极限分辨率极高的能量束来通过掩模对光致蚀层进行曝光(或称光刻)。经显影后，在抗蚀剂层上获得了与掩模图形相同的极微细的几何图形，再利用刻蚀等方法，在工件材料上制造出微型结构。曝光技术可以从曝光能量束、掩模处于不同空间位置等来分类考察。一、 不同能量束的曝光技术：从能量束角度看，目前微机械光刻采用的主要技术有电子束曝光技术、离了束曝光技术、x射线曝光技术、远紫外曝光

15、技术和紫外准分子激光曝光技术等。其中，离子束曝光技术具有最高的分辨率，电子束曝光代表了最成熟的亚微米级曝光技术、紫外准分子激光曝光技术则具合最佳的经济性，是近年来发展极快且实用性较强的曝光技术，己在大批量生产中处于主导地位。光的波长缩短，因此，可以获得更高分辨率的光刻线条。二、 掩模处于不同空间位置的曝光方法：1. 接触式曝光和非接触式曝光；2. 投影式曝光12、 何谓半波长效应？13、 何谓刻蚀自中止技术？体硅腐蚀的自停止技术是硅微机械加工技术中的关键技术之一。硅腐蚀的自停止技术主要利用了不同晶格取向的硅和掺杂浓度的不同使硅在不同的腐蚀液中表现出不同的腐蚀性能。这个方法是在等离子刻蚀系统中，

16、循序重复刻蚀和聚合物沉积步骤。聚合物沉积步骤会在硅导孔侧壁上形成防护膜，防止侧向刻蚀。14、 PN结是如何制造的？ 一块单晶半导体中 ，一部分掺有受主杂质是P型半导体，另一部分掺有施主杂质是N型半导体时 ，P 型半导体和N型半导体的交界面附近的过渡区称。PN结有同质结和异质结两种。用同一种半导体材料制成的 PN 结叫同质结 ，由禁带宽度不同的两种半导体材料制成的PN结叫异质结。制造PN结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。制造异质结通常采用外延生长法。如果在硅或锗等半导体材料中加入微量的硼、铟、镓或铝等三价元素，就变成以空穴导电为主的半导体，即P型半导体。在P型半导体中，空穴(带正电)叫多数载流子;电子(带负电)叫少数