傳感器-微電子機械系統(tǒng)

傳感器技術(shù)及應(yīng)用

機械092011～2012第二學(xué)期2012年4月14.2微電子機械系統(tǒng)（MEMS)技術(shù)

及MEMS傳感器MEMS傳感器是采用微電子技術(shù)和微機械加工技術(shù)制造出來的新型傳感器，屬微電子機械系統(tǒng)MEMS微電子機械系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanicalSystems)，是指運用微制造技術(shù)在一塊普通的硅片基體上制造出集機械零件、傳感器執(zhí)行元件及電子元件于一體的系統(tǒng)。一、為什么采取微型化尺寸變小后強度變大：大象與螞蟻比較，軀體尺寸雖然只差1000倍,足部粗細卻相差30000倍有余

性能加強：尺寸縮小可提高固有頻率，增大感知的頻率范圍

成本低廉二、微機電系統(tǒng)的制造技術(shù)以半導(dǎo)體制作技術(shù)為基礎(chǔ)的光刻掩膜技術(shù)LGIA技術(shù)（x光深刻模造法）（一）光刻掩膜技術(shù)例1：懸臂梁式微加速度傳感器1、結(jié)構(gòu)懸臂梁－彈性元件敏感質(zhì)量

2、性能指標(biāo):加速度范圍:±50g固有頻率:1000Hz尺寸:小于2×2Cm23、微機械結(jié)構(gòu)的制作過程Step.1.在基底上涂上一層SiO2作為犧牲層，厚度為2.75μmStep.2.涂上一層阻光層Step.3使用掩膜形成阻光層形狀

Step.4.對SiO2進行蝕刻，蝕刻氣體為CF4/H2.Step.5.使用丙酮將阻光層去除

Step.6沉積硅Step.8..使用掩膜形成所要的阻光層形狀

Step.7.涂阻光層Step.9.對硅進行蝕刻，蝕刻氣體為CF4(orSF6).

Step.10.用丙酮去除阻光層

Step.11.去除犧牲層獲得懸臂梁結(jié)構(gòu)

（二抱）LI脾GA技術(shù)廢簡介LI預(yù)GA是德朗語Lith潑og盾ra黎ph間ie微影,Gal價va沉no秒fo返rm揮un俘g電鑄,Abf脊or里mu災(zāi)ng模造的首滑字母獅縮寫火詞，LI株GA技術(shù)濱有三葵種主牙要工話藝：x光深杰層光跪刻工浙藝、它微電灑鑄工逗藝、寇微復(fù)敲制工店藝該技續(xù)術(shù)使擺用x射線撕對在腸掩膜桶層下互的厚危阻光貌層PM押MA（聚淋甲基檢丙烯銹酸甲開酯）肅進行既曝光舞，將顛曝光硬的區(qū)寧域用筆化學(xué)緣瑞溶劑鄙溶解鏈掉，隨后逼進行跪微電鐵鑄出仗可獲擴得各哭種金怖屬微堂結(jié)構(gòu)慈器件蔥。特點那：可制狡作高深乞?qū)挶任⒔Y(jié)摸構(gòu)。當(dāng)高度巾達數(shù)牛百微紅米，鄰橫向0.死2微米酒，可制作錘非硅衫材料微結(jié)虎構(gòu)：散金屬斬、塑虹料、舌陶瓷LI澇GA基本忍流程光刻豪、顯糾影電鑄微復(fù)釘制翻模二次螺電鑄糞－復(fù)積制例：LI承GA工藝杠的微泄型齒度輪制踢作過屢程三、梢應(yīng)用竿實例彈：1、ME蒜MS加速它度計（1）技括術(shù)成棍熟的ME姐MS加速若度計帶分為調(diào)三種:壓電趟式、晨容感窄式、沿?zé)岣信朗?。?）ME踩MS加速返度計限一般厘用在汽哪里測量聲物理軍運動鬧從而櫻提供魯運動鼻感知錄能力屠，用于翅機器皇人姿勵態(tài)控諷制，慘了解捆它現(xiàn)倉在身攝處的男環(huán)境址。是政在爬谷山？雨還是撓在走順下坡幣，摔煉倒了免沒有滾？。歸納蘿其應(yīng)孕用主含要有宗以下妄幾個傳方面庸：振銀動檢鋪測、垂姿態(tài)雅控制睬、安決防報取警、婆消費勞應(yīng)用逮、動赴作識紗別、慚狀態(tài)頂記錄紀(jì)等ME旅MS被稱嫁為電援子產(chǎn)梳品設(shè)糖計中勒的“覽明星撞”汽車父類產(chǎn)躬品ME造MS加速暖度計立可以帝用來合分析哪發(fā)動通機的炕振動銅。汽仁車防撕撞氣并囊的顧啟動繁也可吵以由ME刮MS加速己度計果控制立。消費茫類電色子產(chǎn)砌品一些私用于渾消費竭電子刊產(chǎn)品嘉的最國新三抵軸加鍛速計傾特別盾小，關(guān)非常陰適用掙于游求戲、災(zāi)硬盤耽驅(qū)動某保護框和安送全等好應(yīng)用堤。一疼些加馳速計黑具有傻快速子啟動膛、零梳加速斃度檢棋測特徒性，要可實全現(xiàn)自吼由落滑體保鏈護和區(qū)自檢己功能轉(zhuǎn)。壓電博式ME務(wù)MS加速呢度計運用凱的是幅壓電幫效應(yīng)恥，在仇其內(nèi)絡(luò)部有皂一個降剛體呼支撐位的質(zhì)鑼量塊次，有夕運動浴的情礎(chǔ)況下椒質(zhì)量漂塊會素產(chǎn)生喚壓力棍，剛怨體產(chǎn)南生應(yīng)錦變，閃把加憶速度踩轉(zhuǎn)變重成電暑信號瘡輸出雞。只能院檢測超動態(tài)誕信號壓電宅式ME掩MS加速傳感餓器電容想式ME失MS加速吼度計內(nèi)部敞也存址在一鼓個質(zhì)額量塊播，從病單個樂單元詢來看岡，它什是標(biāo)角準(zhǔn)的株平板侍電容罩器。寸加速如度的識變化療帶動遮活動造質(zhì)量殲塊的嘉移動筒從而亡改變荷平板稈電容頑兩極懲的間鍵距和怒正對依面積尼，通廟過測扒量電種容變燦化量荷來計母算加星速度叨?？蓹z乘測靜籌態(tài)信商號AD延I狡AD沾XL縣50電容梢傳感鳴器測散量原曾理電容撐式微國加速隱度計期之位臥移傳悠感器鎳制床振動孔質(zhì)量修塊，油高10哈0微米上下客電極乞間隙注為3微米右下廊方為幸機械嘴過載僵止動惠，以晃防止孤過載狼破壞AD渡I漲AD傅XL早50：電框路原淹理框優(yōu)圖同步解調(diào)AD撒I乳AD息XL略50反饋疼控制電路潮原理廊圖Se遺t陡lo吼op萌b貴an云dw陰id節(jié)th2、靜糞電型舅梳狀搶作動棍器El吉ec駱tr畢os僅ta委ti澤c腎Co遮mb估A荷ct底ua穩(wěn)to猾rs下方醬梳狀紀(jì)結(jié)構(gòu)游與基壇材連棍接，上方閘梳狀松結(jié)構(gòu)衡為懸暢浮與熔一微鑄彈簧笨結(jié)構(gòu)秩連接貸，可猛受靜棍電力泊吸引凈而移寨動梳尺隙長20閥0微米倆寬20微米,齒間闊距5微米結(jié)構(gòu)聞高70微米3、微嬸作動漆器及局部權(quán)放大洲圖旋轉(zhuǎn)孩馬達可轉(zhuǎn)動的齒輪固定的軸4、活敞動微做齒輪佳結(jié)構(gòu)兩個果相互墊錯開鋤的直而道用告來限快制氣責(zé)體流粉動的懸方向劇，齒弓輪的趕旋轉(zhuǎn)夢靠直傷道送餡入的炒氣體反來驅(qū)艇動采用嬌微裝舟配技脅術(shù)完廊成活菊動微局結(jié)構(gòu)蜂的制魄作活動越微齒嚇輪：高23鳳0mm半徑20痰0mm軸半痕徑：80mm間隙均：10mm該齒逢輪在矛氣流將的作揚用下命能夠遷平穩(wěn)媽的轉(zhuǎn)臘動其轉(zhuǎn)盯速可腫以通徒過控秩制氣鐮流的堪大小詠來控謎制5、微騙齒輪赤機構(gòu)6、ME催MS光開應(yīng)關(guān)光開潮關(guān)是蒼一種帳可對可光傳蕩輸線惹路或拖集成沿光路漆中的毛光信必號進蜜行相蕩互轉(zhuǎn)散換或黨邏輯傲操作刷的器予件，省廣泛姐使用醉于光云纖通弊信系薪統(tǒng)、澇光纖短網(wǎng)絡(luò)盟系統(tǒng)購、光柿纖測考量系聯(lián)統(tǒng)或居儀器稼以及灣光纖但傳感廳系統(tǒng)因和光集學(xué)信鴿息處觸理系元統(tǒng)中攻，起吩開關(guān)廁切換旬作用澇，是爆目前ME鐘MS領(lǐng)域炎的一嘉個研牙究的擇熱點旨。利用幅微動紀(jì)微鏡告制作樣的光杰開關(guān)冒矩陣奇，在2D結(jié)構(gòu)松中，謠所有成微反剛射鏡招和輸萍入輸填出光就纖位克于同會一平儀面上京，通火過靜精電致押動器鋒使微根鏡直猛立和瞎倒下炕或使扔微鏡塘以“襯翹翹把板”霸的方維式來倦實現(xiàn)習(xí)光路盈的導(dǎo)席通和莫斷開奴功能滔。1×謊2，1×揭4，2×摧2的光毅開關(guān)光開營關(guān)微機建械1X都2光開故關(guān)微機息械1X油8光開任關(guān)微機畫械22光開孫關(guān)住微凱機械22光開范關(guān)光開歸關(guān)7、Bi疾o-敗ME節(jié)MS生物露微機泉電系定統(tǒng)許多烏科學(xué)給家和姨研究廢人員乏致力恐于開霧發(fā)新相型的垮用于味生物全和醫(yī)挑學(xué)的團微機者電系殘統(tǒng)設(shè)淺備。圖為父用LI鍋GA技術(shù)攻制作懶的用抵于藥蜓物注講射或遍采血己聚合額物和縣金屬切微型吊針頭衛(wèi)陣列8、Mi艙cr衡op纏um參p應(yīng)用書實例瑞典神公司H-櫻TR敢ON揚p診lu西s的產(chǎn)品攜帶式的in虎su柴li外n（胰島脾素）注啞射調(diào)節(jié)器Mi泊cr亡op住um房誠p的結(jié)構(gòu)和原告理ch扒ec碑k煤va彎lv寸e臭fl療ap止回笨閥片煎，el零ec詳tr邁os粉ta帝ti馳cac界tu去at披io偽n處un方it靜電開驅(qū)動放單元Di撞ap識hr敢ag牙m(xù),橫隔飲膜,振動壩膜,co分un堵te帖re淹le捎ct聽ro互de計數(shù)誤器電伴極ch鉗am卻be取r，腔，惠室在靜擦電力話作用盾下，羊薄膜芝變形好產(chǎn)生友吸力撥和壓找力橫振英膜的猾動力剝學(xué)模帝型Mi扮cr求op憶um顛p的製救程9、硅黎諧振叛式微悲型壓押力傳徑感器核心檢部分順為感散壓硅摧膜片峰和其謝表面簡上的神構(gòu)成兩個H型諧問振梁有壓力劇輸入時，紹膜片古變形釀，使民兩處硅梁都產(chǎn)生晨應(yīng)變，固有曾頻率錫改變中心津受拉，邊宜緣受壓硅梁兼封閉猛在真乳空中