微納米檢測(cè)技術(shù)

研究生課程：微納米檢測(cè)技術(shù)機(jī)電學(xué)院西北工業(yè)大學(xué)鄧進(jìn)軍李曉瑩教材與參考書目教材：

《微納米測(cè)量技術(shù)》，王伯雄等編著，清華大學(xué)出版社，2006參考書目：《納米科學(xué)與技術(shù)》，袁哲俊編著，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005《微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造》，莫錦秋等編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2004《微系統(tǒng)原理與技術(shù)》，傅建中等編著，機(jī)械工業(yè)出版社，2005《檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)》，陳嶺麗主編，清華大學(xué)出版社，2005《傳感器與測(cè)試技術(shù)》，李曉瑩主編，高等教育出版社，2004《機(jī)電工程智能檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)》，朱名銓等編著，高等教育出版社，2002第一講緒論微納米尺度微米：1μm＝10-6m納米：1nm＝10-9m概述微納米技術(shù)21世紀(jì)最重要的科學(xué)技術(shù)之一；將引起一場(chǎng)新的工業(yè)革命。微納米檢測(cè)技術(shù)是微納米技術(shù)的重要組成部分微納米技術(shù)－研究微觀尺度的物體和現(xiàn)象；微納米檢測(cè)技術(shù)也主要指微米和納米尺度和精度的檢測(cè)技術(shù)。1.1測(cè)量和測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量：測(cè)量提供了有關(guān)物理變量和過程的現(xiàn)實(shí)狀態(tài)的定量信息。測(cè)量是對(duì)客觀世界重新認(rèn)識(shí)的工具，也是對(duì)任何理論和設(shè)計(jì)的最終檢驗(yàn)。測(cè)量是一切研究、設(shè)計(jì)和開發(fā)的基礎(chǔ)，它的作用在工程中十分顯著。測(cè)量系統(tǒng)由敏感元件（傳感器）、信號(hào)轉(zhuǎn)換和調(diào)理、信號(hào)記錄和顯示等部分組成。幾個(gè)概念測(cè)量(measurement):以確定被測(cè)對(duì)象的量值為目的的全部操作。

計(jì)量(Metrology):與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較和衡量or實(shí)現(xiàn)測(cè)量單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確傳遞。

測(cè)試(test):試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量or測(cè)量和試驗(yàn)的綜合。

在實(shí)際使用中往往不嚴(yán)格區(qū)分測(cè)試與測(cè)量檢測(cè)(detection):獲取被測(cè)對(duì)象的真實(shí)信息（從客觀事務(wù)中取得有關(guān)信息的過程）。檢測(cè)是意義更為廣泛的測(cè)量。檢測(cè)＝測(cè)量+信號(hào)檢出。1.2微納米技術(shù)什么叫微納米技術(shù)通過在微納米尺度范圍內(nèi)對(duì)物質(zhì)的控制來創(chuàng)造并使用新的材料、裝置和系統(tǒng)。微納米材料微納米裝置（器件）微納米系統(tǒng)

1999年12月，美國國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)在“微納米技術(shù)研究指南”工作報(bào)告中指出：“微納米科學(xué)和工程將在未來的10～20年內(nèi)成為一種戰(zhàn)略性、占主導(dǎo)地位的技術(shù)，因?yàn)閷?duì)微尺度物質(zhì)的控制將支持工業(yè)、經(jīng)濟(jì)、健康和環(huán)境管理、生活質(zhì)量以及國防等方面的發(fā)明和進(jìn)步”。報(bào)告結(jié)論是：“微納米技術(shù)將導(dǎo)致下一次工業(yè)革命。”德國將微納米技術(shù)和微系統(tǒng)技術(shù)列入國家高科技重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。1.2微納米技術(shù)我國從20世紀(jì)80年代末開始從事微納米技術(shù)的研究。2001年，政府制定《國家納米科技發(fā)展綱要》；目前：國家科技部“863計(jì)劃”專門設(shè)立有微納米技術(shù)專項(xiàng)，國家自然科學(xué)基金也設(shè)立有關(guān)微納米技術(shù)重大科研基金項(xiàng)目。1.3微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-electro-mechanicalsystem,MEMS）技術(shù)，微系統(tǒng)技術(shù)起源于微電子技術(shù)；將傳感器、信號(hào)處理器和執(zhí)行器以微型化的結(jié)構(gòu)形式集成為一個(gè)完整的系統(tǒng)。微機(jī)械在美國常被稱作微型機(jī)電系統(tǒng)（microelectromechanicalsystem,MEMS)；在日本被稱作微機(jī)器（micromachine)；歐洲則被稱作微系統(tǒng)（microsystem)；不同的名稱表明強(qiáng)調(diào)不同的技術(shù)重點(diǎn)。1.3微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)1、MEMS的形成基礎(chǔ)機(jī)械電子學(xué)——機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)交叉MEMS——機(jī)/電/磁/光/聲/熱/液/氣/生/化等多學(xué)科交叉學(xué)科交叉的產(chǎn)物與機(jī)械電子學(xué)的關(guān)系基本組成相同不是簡單的提升1.3微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)2、MEMS的特點(diǎn)MEMS的特點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)新功能、特殊性能為前沿目標(biāo)微米量級(jí)空間里實(shí)現(xiàn)機(jī)電功能，提升已有性能（包括微型化、集成化、高可靠性等）采用微加工，形成類似IC的批量制造、低成本、低消耗特征MEMS的內(nèi)涵“微”——尺度效應(yīng)的作用“機(jī)電”——拓展向更多物理量的融合“系統(tǒng)”——水平、實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀1.3微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)3、MEMS的發(fā)展硅微傳感器階段1963年日本豐田研究中心制作出硅微壓力傳感器。1982年美國IBM和UCBerkeley研制了集成電容式加速度計(jì)。硅微致動(dòng)器階段1987年UCBerkeley研制出轉(zhuǎn)子直徑為60~120m的硅微靜電電機(jī)。傳感器市場(chǎng)化階段1993年美國AnalogDevices開始生產(chǎn)集成加速度傳感器，開始在汽車行業(yè)大量應(yīng)用。系統(tǒng)研究階段20世紀(jì)90年代末，開始微型飛行器、微型衛(wèi)星、微型機(jī)器人等研究。NEMS與MEMS的關(guān)系生物微馬達(dá)、生物工程操作、碳納米管——概念延伸、MEMS工藝為基礎(chǔ)、對(duì)象向生物化學(xué)擴(kuò)展當(dāng)前市場(chǎng)上存在的MEMS產(chǎn)品噴墨打印頭汽車安全氣囊用加速度傳感器游戲桿用加速度傳感器壓力傳感器微型控制閥微型磁強(qiáng)計(jì)1.3微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)MEMS材料結(jié)構(gòu)材料基底材料：硅、砷化鎵、其他半導(dǎo)體材料薄膜材料：單晶硅、氮化硅、氧化硅金屬材料：金、鋁、其他金屬功能材料高分子材料：聚酰亞胺、PMMA敏感材料：壓阻、壓電、熱敏、光敏、其他致動(dòng)材料：壓電、形狀記憶合金、磁性材料等1.3微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)MEMS工藝手段1.壤3微機(jī)劇電系吐統(tǒng)技肉術(shù)典型ME吐MS工藝體微撿細(xì)加謀工技禿術(shù)體加王工工江藝流狀程使用天體加想工工著藝制宮作的向微器摔件表面薯微細(xì)膝加工芹技術(shù)表面叛加工浩工藝遭流程犧牲凱層技自術(shù)兩種旋典型獄表面鞏加工串工藝使用快表面槍加工條工藝占制作悟的微各器件LI浴GA技術(shù)LI墨GA技術(shù)搬工藝穩(wěn)流程用LI執(zhí)GA技術(shù)吐制作勺的微辯器件LI蠢GA技術(shù)告與硅填微細(xì)野加工厘技術(shù)惕的比鞭較1.什3微機(jī)想電系云統(tǒng)技落術(shù)體加樓工工妻藝流波程硅片沉積掩模層去除掩模層圖形化掩模層體刻蝕1.降3微機(jī)盆電系死統(tǒng)技體術(shù)使用狹體加烤工工扯藝制恢作的湖器件硅壓愧力傳飯感器順結(jié)構(gòu)封裝邀后的公硅壓臟力傳咱感器1.烘3微機(jī)餅電系忽統(tǒng)技愁術(shù)表面犯加工貫工藝森流程硅片沉積結(jié)構(gòu)層圖形化結(jié)構(gòu)層沉積犧牲層圖形化犧牲層沉積結(jié)構(gòu)層圖形化結(jié)構(gòu)層釋放1.某3微機(jī)晌電系震統(tǒng)技膚術(shù)犧牲屑層技東術(shù)沉積疼并圖秧形化焰犧牲闊層沉積窮并圖陡形化餃結(jié)構(gòu)忠層刻蝕增犧牲夫?qū)?，犬釋放族結(jié)構(gòu)第層1.充3微機(jī)失電系拜統(tǒng)技此術(shù)使用頌表面州工藝岸加工窗的器藝件微弱鏡1.灑3微機(jī)云電系匆統(tǒng)技齊術(shù)LI盡GA技術(shù)楚工藝踢流程LI施GA技術(shù)LI推GA是德詠文的犧平版楊印刷抖術(shù)(li柳th奸og住ra鍋ph竹ie)，電陸鑄成姜形(ga采lv練an容of除or相mu榆ng)和注伏塑或握模塑(ab垃fo維rm可un孟g)的縮爸寫。1.煤3微機(jī)飛電系憂統(tǒng)技贏術(shù)LI桃GA技術(shù)忍的工仍藝流興程1.線3微機(jī)己電系渣統(tǒng)技術(shù)術(shù)用LI秀GA技術(shù)敏制造球的微芽器件1.鄉(xiāng)豐3微機(jī)祝電系性統(tǒng)技見術(shù)LI投GA技術(shù)饒與硅術(shù)微細(xì)蝦加工蘿技術(shù)涂的比蓬較1.作4微納慢米檢悼測(cè)技斯術(shù)的茅任務(wù)微納散米檢屋測(cè)（熊測(cè)量首）技必術(shù)：針對(duì)守微納糧米和舞微（甲機(jī)電截）系欲統(tǒng)技凝術(shù)領(lǐng)喘域的王檢測(cè)仔（測(cè)尸量）輪技術(shù)特點(diǎn)昂：被測(cè)報(bào)量的最對(duì)象漁尺度焰很小志，一雜般在圖微納冷米量盟級(jí)。以非漠接觸溝測(cè)量漿手段瞇為主開。1.經(jīng)4微納殊米檢昨測(cè)技下術(shù)的帽任務(wù)微納牧米器擠件的完幾何斬結(jié)構(gòu)標(biāo)特征習(xí)參數(shù)改測(cè)量表面塊粗糙臂度和槳表面沫微觀球形貌掛測(cè)量ME極MS材料但特性句的測(cè)括試力、殿應(yīng)力昂和應(yīng)芒變的箏測(cè)量微位細(xì)移、拋速度