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PAGE15PAGE46附录A译文微电子机械系统在机械工程的课程发展1.引言微电子机械系统(MEMS)在机械工程与应用力学部门的课程发展是密歇根大学的一个课程结构,兼顾学习机电工程课程和机械工程系的学生并建议课程从本科学习和博士水平的学生中进行。显然,从学生的反应看,他们所感兴趣的课程,在新兴技术方面,如基于MEMS更多课程和在MEMS的面积应大量开展。MEMS的未来课程发展是一个新的MEMS课程,这也是本科层次的学生在工程学院学习的课程。微电子机械系统(MEMS)是一个新兴的领域,它利用IC(集成电路),或精密机械加工制造微型传感器。研究者在电气工程中开创了这个方面的研究的历史还可以追溯到70年代初。近年来,MEMS的研究还侧重于机械问题,如固体力学,流体力学,热学,动力系统和微观尺度的控制。作为一个结果,更多的机械工程师,曾参与在MEMS研究过。机械工程师为MEMS的运动做的研究,是符合要求的21世纪工程师的研究方向。这些措施包括很多方面的知识:强大的基本知识,例如在数学,物理和工程科学和手把手的设计和实验经验。快速增长的MEMS也对研究者提出了很大的挑战,尤其在教育方面。以前,课程MEMS的发展已在电器工程方面及课程发展方面提前了很多,但在机械工程方面已经落后。但是,是什么性质的微机电系统,需要整合不同学科,如电器,机械,化学,生物等。事实上,今天的许多机器和过程是机电性质的,而且应用领域很广泛多样。因此,任何课程开发MEMS的要求都来自电气工程和机械工程等。教育发展的动机是需要有一个系统的MEMS的教育课程,把学生培养为机械工程师。目前,学生在机械工程学习中已逐步接触微电子以及微机电系统相关的研究。例如,密歇根大学已确知有一个非常重要的MEMS研究计划。但是,世界上只有一个MEMS的博士学位,虽然在无论本科还是入门级研究生课程MEMS中EECS通信部门的集成传感器和传感系统这些方面都进行了很深入的研究。2.介绍本文主要介绍了在美国密西根大学的机械工程与应用力学系中MEMS的课程发展。其课程基金的现在主要目标是正在努力把MEMS的研究成果转化为课程跨学科领域发展的重点方向,还要缩短开发MEMS的研究周期。MEMS课程的发展,在机械工程上,是把基础课程和课程结构的本质结合起来,而且无论在机械还是电气工程部门,都需要引进新型的MEMS课程。现行的课程结构,以在密歇根大学获得通过的学位为例,这些课程是在顺序上是从本科一年级到博士水平分开设置的。常规的基本课程如机械工程等的设计与制造,材料和固体力学,流体与热科学,动态系统和控制已纳入本课程当中。这些课程都是重要的知识领域,机械工程专业学生应掌握各种MEMS的应用。在另一方面,基本的电工课程内,在MEMS研究上,他们提供了不可缺少的知识。这些都是在电气工程中的电机系的根基。以电路分析与半导体器件的理论为理论背景,在集成电路与电路分析实验室和固态器件实验室实践经验的半导体进行制造和测试。在美国密西根大学,这种课程结构的设计,基于目前的课程,出现了两个新的课程“MEMS器件”和“先进MEMS”,它们都处于正在制定的过程中。此外,与MEMS的研究相结合的课程结构与设计相互作用的几门课程都在研究范围之列。这是至高无上的国家顶尖学府在MEMS研究中发挥的领导作用,在大学本科和研究生水平基础上,建立这个教育课程和传播知识的教育,增强在国内和国际的竞争力。根据新的课程,2000年成立的“机械工程与应用力学系”,在美国密西根大学,学生须至少需128个单位总数的课程学分才能毕业。其中,83个单位从固定课程中所修得,其他16个单位是选修人文/社会科学的,而其余的单位可以从其他选修科目。微程序已推荐27个单位的课程,作为选修技术从meam和EECS通信部门。这些课程涵盖了广泛的知识,将有助于MEMS的研究。在另一方面,他们填补了大部分的技术选修,并给予非常具体的指引,就何时和哪些课程学生有兴趣,在MEMS可以及时采取的行动。3.两个新的MEMS课程MEMS的课程发展的这些课程是紧密联系在一起的。MEMS研究在机电工程学科中,是专为高级本科生和研究生准备的。它的研究,还需要一个入门级的MEMS指导。当然,在机械工程学系,以及在其他部门,也可以让学生有兴趣在MEMS上进行研究。此前,只在美国密西根大学开设了一个博士级培训班EECS通信部门,它注重综合传感器和传感系统。入门级MEMS的教程程有着强烈的需求,不仅为机械工程系的学生而且还为来自其他部门学生。这门课程的目的是要引入MEMS的研究,以努力培养MEMS的研究员职。课程结构作为面向设计的人,也没有先决条件的,高级班需要研究生水平级别的知识;初级级别需求学过两个课程,包括与me382me360。两种IC加工及微细加工技术,属于平行这个阶层所表现出的细节。读完这个课程中,学生将对集成电路和微电子机械系统进程有一个基本的了解。其主要课程其中包括分析,设计,仿真和制造MEMS的介绍。第一部分的课程侧重于集成电路制作过程,包括薄膜沉积,光刻和蚀刻。第二部分的课程涉及微细加工工序,包括表面,散装微细加工,LIGA技术等。该课程包括每周三小时的讲座,功课和文件阅读。其中中期和最后一个项目主要部件的过程如下:1)基本集成电路制造技术;2)基本微细加工技术;3)计算机辅助设计工具MEMS设计;4)每周上网读;5)Cronos数据库[9]作为一个设计项目;6)每周读报纸。每周互联网和报纸阅读组成部分的课程,让学生了解外面的演讲和最新资料,可以发现从阶级网页[10]上更新的内容。此外,要求学生总结互联网和报纸阅读周期,并作出简短的介绍在上课期间。一学期内在每个招生班每个学生进行三至四次短期技术演示。此外,让学生自行设计微电子器件采用标准的微细加工工艺。制造主要是在北卡罗来纳州做多用户进程的MEMS的Cronos数据库公司。学生使用的IC设计软件,如KIC、majic、ledit等。总体面积为1000mm是平均分配给每一位学生的。教导员将集合所有学生设计并放进一个1厘米乘1厘米的面积,然后送到的铸造厂。一个典型的一流的设计布局还包括很多的研究项目,是由导师带领的科研小组完成的。约需10个星期,Cronos数据库公司完成制造,同时一个学期正式结束。然而,学生最后还可以参加审查其微观下光学显微镜和测试其显微。4.试样制备MEMS的疲劳与断裂考验课程第一,一类项目梳子形状谐振[11]利用的面积仅约300米乘300米。另一类项目以束型微蠕变试验在微观尺度。调查结果刊登在固态传感器和执行器会议[12]上。第二,当然就是所谓的“先进的MEMS”,为研究生,这当然是出于需要进行培训的,MEMS工程师会手把手的教其加工和检测。除定期讲座外,详细先进的MEMS专题手型实验室,将纳入这个过程。目前,只有极少数人掌握各类MEMS的课程。其主要原因是缺乏一个合适的,较为微细的设施。重点大学一般都指定洁净的实验室在电工帮助下妥善调节设备,这些实验室可用于这个新的课程。本课程将主要针对研究生,有兴趣的研究生可在MEMS会上得到介绍。其主要有3个部分,在开始的时间里,包括课题,先进的和新开发的微机械手的MEMS加工实验室与MEMS测试实验室。在接下来的时间里,对于MEMS会议,最近的研究成果将被作为专题。最后MEMS的项目包括设计,工艺,测试,装配MEMS器件是意料中事,虽然这些专题可能随着时间改变。主要部件(包括例子),有以下几种:1)专题MEMS器件。例子:先进memsdevices包括微型陀螺[13],微过滤器的信号处理[14],集成电路加工微米[15],微型optoelectromechanical装置,顾型微芯片和其它有趣的新的微型传感器和执行器。2)专题MEMS制造。例子:先进制造议题包括激光微细加工,光电化学蚀刻,干工序,尖叫进程hexsil的过程和其他新开发的进程。3)MEMS工艺实验室。例子:MEMS工艺实验室包括各种散装微细加工和表面微加工工艺。面具过程中的微压力传感器提出的标准MEMS工艺来进行,由学生团体(两名学生在每一组)在上课。4)MEMS测试实验室。包括基本训练,在使用探针站光谱测量微梳形谐振器[11],微型压力传感器实验表征[22],而微加速度测量资格。测试装置,可以随时准备用各种铸造服务,以及装置在MEMS的第一课堂,把引进来MEMS或者MEMS工艺实验室,用于在这个阶层。学生修满进行MEMS的独立研究,在课程结束时,可以选择以采取进一步相关类别(如eecs623在特定领域的集成传感器和传感系统,美国密西根大学)。当然作者实验讲授了第一期培训班“引言MEMS”机械工程与应用力学系,在美国密西根大学的春季学期开始,各个部门吸引了一流的学生,其他50%,MEMS30%,和EE20%从生物工程和化学工程,回应学生们都非常积极。5.官方反馈密歇根州立大学显示:1)学生提交论文有助于强化主题,并给出很好的训练,在正式发言中。2)项目与课程(实时),是非常有益的。3)课程内容非常有趣,以尖端技术介绍。4)以上课程,在这方面应提供与单位,一学期的第一部分,下学期第二部分,第三学期第三部分等。5)我们想有一些其他的课程。6)其他学科学生投入,更深入地报道了微观力学随着原则静电磁性和其他驱动机制,更多的讨论,各种MEMS器件的例子,其用途引进更多的MEMS结构简单,我们要学习和修改。这些评估和评估是有价值的反馈,由学生和老师来改善这个课程的内容,深度和有效性。此外,学生的意见清楚地表明,更多的MEMS相关课程,应给予他们同时享受这些课程。以此类推,由于机械工程与应用力学系,在美国密西根大学已正式列入本课程为553meam在正规课程。该EECS通信部还列出该课程的学生在主修电路和微系统。在这一过程中一直在稳步增加招生,从15万(97)22万(1998),而进一步上升至34万(1999年)的学生来自meam,EECS通信车,美国运通,国际兽疫局,BME专业部门等。未来发展前途的MEMS的课程发展态势良好,不仅在机械工程学系,但另外,在工程学院。几所大学都积极MEMS的研究计画是在开发过程中这样一种MEMS课程的工学院等市政-伯克利,密西根大学,麻省理工学院,加州大学洛杉矶分校和伊利诺伊大学芝加哥。其中一个关键的因素,一直是讨论的是一个新的本科层次,本科MEMS的全过程。最理想的是,这个课程将开放给学生都有不同的背景,来自不同部门。本课程可涵盖工程学原理在微尺度如工程力学(固体,流体动力学)工程物理(机电法,电磁学,物理),洗牙法,材料,基本设计及制造Microsystems等。主要缺点为这个基本的方向是缺乏一部好教材细节常识在微细Microsystems等。6.结论MEMS的课程,为机械工程系学生已经一起提出两个新的研究生水平,MEMS的课程。介绍MEMS的过程中一直任教于机械工程与应用力学系,在美国密西根大学从1997年至1999年。显然,从学生的反应,更基于MEMS的培训课程。此外,它是国家和国际发展趋势,MEMS的课程应该从本科和新的MEMS的本科课程应该加以开发。文献[1] K.E.Peterson,“Siliconasamechanicalmaterial,”Proc.IEEE,vol.70,no.5,pp.420–457,1982.[2] L.Linetal.,Ed.,Proc.Microelectromech.Syst.Symposia,1998ASMEInt.Mech.Eng.Congr.ExpositionAnaheim,CA,1998,vol.DSC-66.[3] K.Pister,EngineeringEducationDesigninanAdaptiveSystem.Washington,DC:Nat.Academy,1995.[4] “Editorial—Newchallengesforengineeringeducation,”IEEETrans.Educ.,vol.37,pp.119–121,May1994.[5] F.A.Kulacki,“Theeducationofmechanicalengineersforthe21stcentury,”JSMEInt.J.,ser.A,vol.39,no.4,pp.467–478,1996.[6] P.J.Hesketh,J.G.Boyd,M.J.McNallan,andG.J.Maclay,“CurriculumdevelopmentinMEMS,”Electrochem.Soc.Interface,vol.6,no.1,pp.48–51,Springissue1997.[7] C.Liu,“IntegrationofaMEMSeducationcurriculumwithinterdisciplinaryresearch,”inProc.1997BiennialUniv./Government/Ind.Micro-electron.Symp.,1997,pp.137–140.[8] “MEAMundergraduateprogramrequirements,”MechanicalEngineeringandAppliedMechanicsDepartment,theUniversityofMichigan,AnnArbor,MI,/dept/meam/ASO/undergrad/advising.[9] 27709D.Koester,R.Majedevan,A.Shishkoff,andK.Marcus,“Multi-userMEMSprocesses(MUMPS)introductionanddesignrules,rev.4,”MCNCMEMSTechnologyApplicationsCenter,ResearchTrianglePark,NC,July1996.[10] L.Lin,UniversityofCaliforniaatBerkeley,MechanicalEngineeringDepartment,/~lwlin/me219/lwlin.me219.html.[11] W.C.Tang,C.T.-C.Nguyen,andR.T.Howe,“Laterallydrivenpolysiliconresonantmicrostructures,”SensorsandActuators,vol.A20,pp.25–32,1989.[12] K.S.Teh,L.Lin,andM.Chiao,“Thecreepbehaviorofpolysiliconmicrostructure,”in10thInt.Conf.Solid-StateSensorsActuators,Transducer’s99,Tech.Dig.,Sendai,Japan,June1999,pp.508–511.[13] J.Geen,“Apathtolowcostgyroscope,”inTech.Dige.Solid-StateSensorsandActuatorsWorkshop,HiltonHeadIsland,SC,1998,pp.51–54.[14] L.Lin,R.T.Howe,andA.P.Pisano,“Microelectromechanicalfiltersforsignalprocessingapplications,”IEEE/ASMEJ.Microelectromech.Syst.,vol.7,pp.286–294,1998.[15] L.LinandA.P.Pisano,“Siliconprocessedmicroneedles,”IEEE/ASMEJ.Microelectromech.Syst.,vol.8,pp.78–84,Mar.1999.附录BCurriculumDevelopmentinMicroelectromechanicalSystemsinMechanicalEngineeringAbstract—Curriculumdevelopmentinmicroelectromechanicalsystems(MEMS)intheMechanicalEngineeringandAppliedMechanics(MEAM)DepartmentattheUniversityofMichiganispresented.Acoursecurriculumstructurethatintegratesbothmechanicalandelectricalengineeringcoursesisproposedformechanicalengineeringstudents.TheproposedcurriculumstartsfromundergraduatestudyandfinishesatthePh.D.level.Twonewgraduate-levelMEMScoursesareproposed:“IntroductiontoMEMS”forseniorundergraduatestudentsandentry-levelgraduatestudentsand“AdvancedMEMS”forgraduatestudents.ThefirstcoursehasbeenexperimentallytaughtattheUniversityofMichiganforthreeyearsandtheclassassessmentsaresummarizedandanalyzedinthispaper.ItisclearfromthestudentresponsesthattheyareinterestedintakingcoursesinemergingtechnologiessuchasMEMSandmorecoursesintheMEMSareashouldbeoffered.FutureMEMScurriculumdevelopmentandanewMEMScourseforundergraduate-levelstudentsinthecollegeofengineeringarediscussed.IndexTerms—Curriculum,microelectromechanicalsystems(MEMS,mechanicalengineering,microelectromechanicalsystems,microsystem.I.INTRODUCTIONMICROELECTROMECHANICALsystems(MEMS)isanemergingfieldthatutilizesIC(IntegratedCircuit)orprecisionmechanicalmachiningtofabricatemicrosensorsandmicroactuators[1].ResearchersinelectricalengineeringhavepioneeredtheMEMSresearchthatdatesbacktotheearly1970s.Inrecentyears,MEMSresearchhasalsofocusedonmechanicalissuessuchassolidmechanics,fluidics,andthermalsciences,dynamicsystemsandcontrolatthemicroscale[2].Asaresult,moremechanicalengineershaveparticipatedinMEMSresearch.ThemovementofmechanicalengineersintoMEMSresearchisinlinewiththedemandsof21stcenturyengineers[3]–[5].Theseincludeversatility;strongfundamentalknowledgeinmathematics,andthephysicalandengineeringsciences;andhands-ondesignandlaboratoryexperience.TherapidgrowthofMEMSalsopresentsabigchallengeineducation.Previously,MEMScurriculumdevelopmenthasbeenproposedbyelectricalengineers[6],[7]andthecurriculumdevelopmentinthemechanicalengineeringsidehaslaggedbehind.However,thenatureofMEMSrequirestheintegrationofdifferentdisciplinessuchaselectrical,mechanical,chemical,biological,etc.Infact,manyoftoday’smachinesandprocessesManuscriptreceivedNovember17,2000.ThisworkwassupportedbytheNSF-CAREERAward,ECS-0096098,wherethefoundationoftheMEMScurriculumdevelopmentwasproposed.TheauthoriswiththeDepartmentofMechanicalEngineering,UniversityofCalifornia,Berkeley,CA94720–1740USA(e-mail:lwlin@).PublisherItemIdentifierS0018-9359(01)01257-2.areofanelectromechanicalnaturewhiletheapplicationareasarebroadanddiversified.Therefore,anycurriculumdevelopmentinMEMSrequirescontributionsfrombothelectricalengineeringandmechanicalengineering.TheproposededucationdevelopmentismotivatedbytheneedforasystematicMEMSeducationalcurriculumformechanicalengineers.Currently,studentsinmechanicalengineeringhavelittleexposuretomicroelectronicsorMEMS-relatedresearch.Forexample,theUniversityofMichiganhasbeenknowntohaveaverystrongMEMSresearchprogram.However,therewasonlyonePh.D.levelMEMScourseintheareaofintegratedsensorsandsensingsystemsintheEECSdepartment.Bothundergraduateorentry-levelgraduateMEMScoursesaremissing.ThispaperpresentsMEMScurriculumdevelopmentintheMechanicalEngineeringandAppliedMechanicsDepartmentattheUniversityofMichigan.Theprimaryobjectivesofthepresenteffortaretointegratecross-disciplinaryareas;toincorporateMEMSresearchresultsintothecurriculumdevelopment;andtoshortenthetimerequiredtodevelopaMEMSresearcher.II.CURRICULUMSTRUCTURETheessenceofthiscurriculumdevelopmentinmechanicalengineeringistointegratebasiccoursesinboththemechanicalandelectricalengineeringdepartmentsandtointroducenewMEMScourses.ThecurrentcoursestructureattheUniversityofMichiganisadoptedasanexampleandtheoverallMEMScoursecurriculumisshowninFig.1.ThesecoursesarelistedinachronologicalmannerfromfreshmantoPh.D.levels.Conventionalandfundamentalcoursesinmechanicalengineeringsuchasdesignandmanufacturing,materialsandsolidmechanics,fluidsandthermalsciences,dynamicsystemsandcontrolhavebeenincludedinthiscurriculum.TheseareimportantareasofknowledgethatthemechanicalengineeringstudentshouldobtainforvariousMEMSapplications.Ontheotherhand,fundamentalelectricalengineeringcoursesareincludedbecausetheyofferindispensableknowledgeinMEMSresearch.TheseareElectricalEngineeringIforbasicfoundationsinelectricalengineering;CircuitAnalysisandSemiconductorDeviceTheoryforthetheoreticalbackgroundinintegratedcircuits;andCircuitAnalysisLabandSolid-StateDeviceLabforpracticalexperienceinsemiconductormanufacturingandtesting.ThiscoursestructureisdesignedandbasedonthecurrentcoursesofferedattheUniversityofMichigan.Inadditiontotheseexistingcourses,thetwonewcoursesasillustratedintheshadedareas,“IntroductiontoMEMS”and“AdvancedMEMS,”aretobedeveloped.Furthermore,MEMSresearchisintegratedwiththecoursestructurewithdesignedinteractionsbetweenseveralcourses.Itisparamountforthenation’sleadinguniversitiesinMEMSresearchtotakealeadershippositioninbuildingupthiseducationalcurriculumanddisseminatingtheknowledgethrougheducationatboththeundergraduateandgraduatelevelnationallyandinternationally.TheMEMScurriculumforundergraduatestudentsisproposedinTableI.Accordingtothenew“Curriculum2000”setupbytheMechanicalEngineeringandAppliedMechanicsdepartmentattheUniversityofMichigan[8],studentshavetotakeatleast128unitsoftotalcoursecreditsinordertograduate.Amongthem,83unitsarefromfixedcoursesasspecifiedbytheMEAMdepartment(withsignsinTableI),16otherunitsareelectivesfromhumanities/socialscienceandtherestoftheunitscanbetakenfromotherelectives.TheMEMSprogramhasrecommended27unitsofcoursesastechnicalelectivesfromtheMEAMandEECSdepartments.Thesecoursescoverawide-rangeknowledgethatwillbeusefulforMEMSresearch.Ontheotherhand,theyfillupmostofthetechnicalelectivesandgiveveryspecificguidelinesonwhenandwhatarethecoursesstudentswhoareinterestedinMEMScantake.III.NEWCOURSEDEVELOPMENTTwonewMEMScoursesareproposedtocompletethecoursestructure.ThedevelopmentofthesecoursesiscloselylinkedwiththeMEMSresearchinbothElectricalandMechanicalEngineeringdisciplines.A.IntroductiontoMEMSThiscourseisdesignedforsenior-undergraduateandgraduatestudents.ItismotivatedbytheneedforanentrylevelMEMScourseintheMechanicalEngineeringDepartmentaswellasinotherdepartmentsforstudentswhoareinterestedinMEMSresearch.Previously,onlyonePh.D.-levelcoursewasofferedattheEECSdepartmentattheUniversityofMichigananditfocusedonintegratedsensorsandsensingsystems.Thereisastrongdemandforanentry-levelMEMScoursenotonlyforthestudentsfromthemechanicalengineeringdepartmentbutalsoforstudentsfromotherdepartments.Therefore,theobjectiveofthiscourseistointroduceMEMSresearchinanefforttotrainMEMSresearchersattheentry-level.Thecourseisstructuredasadesign-orientedoneandnoprerequisiteisrequiredforsenior/graduatestudentswhohavetheknowledgeofjunior-levelMEcourses,includingME382andME360.BothICfabricationandmicromachiningtechnologiesarecoveredinparallelinthisclassasshowninthedetailsofweeklytopicsaslistedinTableII.Afterfinishingthiscourse,studentsareexpectedtohaveabasicunderstandingofICandMEMSprocesses.Technologiesincludinganalysis,design,simulationandmanufacturingofMEMSareintroduced.ThefirstpartofthecoursefocusesonICfabricationprocessesincludingthinfilmdeposition,lithographyandetching.Thesecondpartofthecoursedealswithmicromachiningprocessesincludingsurface-,bulk-micromachining,LIGAandothers.Thiscourseconsistsofweekly,three-hourlectures;homework;paperreading;onemidtermandonefinalproject.Themajorcomponentsofthecourseareasfollows:1)basicICfabricationtechnologies;2)basicmicromachiningtechnologies;3)CADlayouttoolsforMEMSdesign;4)weeklyinternetreadings;5)CronosMUMP’s[9]asadesignproject;6)weeklypaperreadings.TABLEIMEMSPROGRAMINMECHANICALENGINEERINGWeeklyinternetandpaperreadingsareintegralpartsofthecourseforstudentstogainknowledgeoutsideofthelecturesandtheup-to-dateinformationcanbefoundfromtheclasshome[10].Inaddition,studentsareaskedtosummarizetheinternetandpaperreadingsperiodicallyandtomakeshortpresentationsduringtheclass.Dependingontheenrollmentoftheclass,eachstudentmakesaboutthreetofourtimesofshorttechnicalpresentationsduringonesemester.Furthermore,studentsdesigntheirownmicrodevicesbyusingthestandardmicromachiningprocess.Themanufacturingprocessistobedoneviaafoundryservice,MUMP’s(Multi-UserMEMSProcesses)byCronosInc.,NorthCarolina.StudentsuseIClayoutsoftwaresuchasCADENCE,KIC,MAGIC,LEDIT,orotherstodrawtheirmicrostructures.Anareaof1000mmisallocatedtoeachstudent.Theinstructorwillassembleallthestudentdesignsandputthemintoa1cm1cmareaandsendthefiletothefoundry.AtypicalclassdesignlayoutisshowninFig.2thatalsoincludesmanyoftheresearchprojectsfromtheinstructor’sresearchgroup.IttakesabouttenweeksforCronosInc.tofinishthemanufacturingprocesswhenthesemesterhasalreadyended.However,studentsareinvitedtoexaminetheirmicrostructuresunderanopticalmicroscopeandthetestingoftheirmicrostructurescanbearranged.Forexample,Fig.3showsafabricatedspecimenforMEMSfatigueandfracturetestsfromoneoftheclassprojects.Thecombshaperesonator[11]usesanareaofonlyabout300m300m.Fig.4isanotherclassprojectwithabeam-shapedmicrostructureforthecreeptestinginthemicroscale.Theresultswerepublishedinasolid-statesensorsandactuatorconference[12].AdesignlayoutexamplefromtheMEMSclassprojects.Thetotalareais1cm1cmanditcanaccommodate100designprojectswithindividualareaof1000m1000m.Afabricated,fatiguetest-structureunderSEM(ScanningElectronMicroscope)asanexamplefromtheMEMSclass.Theoverallsizeis300m300m.Fig.4.Abeamshapemicrostructureforthecharacterizationofcreepbehaviorofpolysiliconinthemicroscale.ThesideofthebeamisB.AdvancedMEMSThesecondcourseiscalled“AdvancedMEMS”forgraduatestudents.ThiscourseismotivatedbytheneedfortrainingMEMSengineersinhands-onprocessingandtesting.InadditiontotheregularlecturesthatdetailtheadvancedMEMStopics,hands-ontypelaboratorieswillbeincorporatedintothiscourse.Currently,thereareveryfewhands-ontypesofMEMScourses.Theprimaryreasonisthelackofasuitablefacilityformicrofabrication.Majoruniversitiesgenerallyhavedesignatedteachingclean-roomlaboratoriesintheElectricalEngineeringDepartment.Withpropercoordination,theselaboratoriescanbeutilizedforthisnewcourse.ThiscoursewilltargetgraduatestudentswhoareinterestedinMEMSresearchsuchthatadvancedmaterialsinMEMSwillbeintroduced.Therearethreepartsinthiscourse,includingtopicsinadvancedandnewlydevelopedMEMS,hands-onMEMSprocessinglaboratory,andMEMStestinglaboratory.ThemostrecentresearchresultsfromMEMSconferenceswillbeintroducedasspecialtopicsinthiscourse.AfinalMEMSprojectincludingdesign,processandtestingofafabricatedMEMSdeviceisexpected.Althoughthesespecialtopicsmaychangeovertime,themajorcomponentsofthecourse,includingexamples,arethefollowing.1) SpecialtopicsinMEMSdevices.ExamplesoftheadvancedMEMSdevicesincludemicrogyroscope[13],microelectromechanicalfiltersforsignalprocessing[14],IC-processedmicroneedles[15],microoptoelectromechanicaldevice,lab-on-a-chipdevicesandotherinterestingnewmicrosensorsandactuators.2) SpecialtopicsinMEMSfabrication.Examplesoftheadvancedfabricationtopicsincludelasermicro-machining,photoelectrochemicaletching,DRIEprocesses,theSCREAMprocess,theHEXSILprocessandothernewlydevelopedprocesses.3) MEMSprocesslaboratory.ExamplesofMEMSprocesslaboratoryincludevariousbulk-micromachiningandsurface-micromachiningprocesses.Asix-maskprocessformicromachinedpressuresensorisproposedasthestandardMEMSprocesstobeconductedbystudentgroups(twostudentsineachgroup)duringtheclass.4)MEMStestinglaboratory.ExamplesofMEMStestinglaboratoryincludebasictrainingontheusageofaprobestation,spectrummeasurementsofmicrocomb-shaperesonator[11],micropressuresensorcharacterizationexperiments[22],andmicroaccelerometerqualificationmeasurements.ThetestingdevicescanbereadilypreparedbyusingvariousfoundryservicesaswellasthedevicesmadeinthefirstMEMSclass,“IntroductiontoMEMS,”ortheMEMSprocesslaboratoryinthisclass.StudentsareexpectedtoconductMEMSresearchindependentlyattheendofthiscourseandmayelecttotakefurtherrelatedclasses(suchasEECS623inthespecificareaofintegratedsensorsandsensingsystemsattheUniversityofMichigan).IV.COURSEASSESSEMENTSTheauthorhasexperimentallytaughtthefirstcourse,“IntroductiontoMEMS,”intheMechanicalEngineeringandAppliedMechanicsDepartmentattheUniversityofMichiganinthespringsemester,1997.Theclassattractedstudentsfromvariousdepartments,including50%fromME,30%fromEEand20%fromotherdepartmentssuchasbioengineeringandchem.icalengineering.Theresponsesfromstudentswereextremelypositive.TheofficialfeedbackconductedandcollectedfromtheCenterforResearchonLearningandTeaching(CRLT)attheUniversityofMichiganrevealsthat:1)Studentpresentationofpapershelpsreinforcetopicsandgivesgoodtraininginformalpresentations.2)Theprojectassociatedwiththecourse(real-time)isveryhelpful.3)Thecoursecontentisveryinterestingwithcutting-edgetechnologyintroduced.4)Morecoursesinthisareashouldbeofferedwithunits—onesemesterpartI,nextsemesterpartII,thirdsemesterpartIII,etc.5)Wewouldliketohavesomelabsessionsforthecourse(couldberelatedtotheabovesequence—couldbepartII.)Othertypicalstudentinputsare“morein-depthcoverageonmicromechanicsalongwiththeprinciplesofelectrostatic,magneticandotheractuationmechanisms,”“morediscussionsonvariousMEMSdeviceexamplesandtheiruses,”and“moreintroductionsonMEMSstructuresthataresimpleforustoemulateandmodify.”Theseevaluationandassessmentarevaluablefeedbackfromstudentsandwillbeusedtoimprovethecontents,depth,andeffectivenessofthiscourse.Moreover,thestudentopinionsclearlyindicatethatmoreMEMS-relatedcoursesshouldbeofferedandtheyenjoytakingthesecoursessequentially.Asaresult,theMechanicalEngineeringandAppliedMechanicsDepartmentattheUniversityofMichiganhasofficiallylistedthiscourseasMEAM553intheregularcurriculum.TheEECSdepartmenthasalsolistedthiscourseforstudentsmajoringinCircuitsandMicrosystems.Enrollmentinthiscoursehasbeensteadilyincreasingfrom15(1997)to22(1998),andfurtherto34(1999)withstudentsfromMEAM,EECS,ChE,AE,IOE,andBMEdepartments.V.FUTUREDEVELOPMENTThefutureoftheMEMScurriculumdevelopmentlooksencouragingnotonlyinthemechanicalengineeringdepartmentbutalsowithinthecollegeofengineering.SeveraluniversitiesthathaveactiveMEMSresearchprogramsareintheprocessofdevelopingsuchaMEMScurriculuminthecollegeofengineeringsuchasUC-Berkeley,UniversityofMichigan,MIT,UCLAandUniversityofIllinoisatChicago.Onekeyelementthathasbeenintensivelydiscussedisanewundergraduate-level,college-wideMEMScourse.Ideally,thiscoursewillbeopentostudentshavingdifferentbackgroundsfromvariousdepartments.Thiscoursemaycoverengineeringprinciplesinthemicroscalesuchasengineeringmechanics(solid,fluid,dynamics),engineeringphysics(electricallaws,electromagnetics,physics),scalinglaws,materials,basicdesignandmanufacturingofmicrosystems.Themajordeficienciesforthisbasiccoursearethelackofagoodtextbookthatdetailsthegeneralknowledgeofmicromanufacturinginmicrosystems.VI.CONCLUSIONAMEMScurriculumformechanicalengineeringstudentshasbeenproposedtogetherw
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