全面的微系統(tǒng)技術(shù)

一、微系統(tǒng)技術(shù)術(shù)的迅猛進(jìn)展，很多今日看來理所固然的科學(xué)和工程成就都不行能實(shí)現(xiàn)。微系統(tǒng)技術(shù)是由集成電路技術(shù)進(jìn)展而來的，經(jīng)過了大約20年的萌芽階段，20602080單晶硅和多晶硅中的壓阻被覺察、爭論和優(yōu)化。在微系統(tǒng)技術(shù)的研發(fā)時期，涌現(xiàn)出了一些具有重要意義的爭論成果。1967Westinghouse公司制造了一種諧振柵晶體管〔RGT。它與傳統(tǒng)的晶體管不柵電極和襯底之間的間距。RGT佳能公司最早開發(fā)了基于熱氣泡技術(shù)的噴墨打印技術(shù)，而惠普公司在1978膨脹所需液體體積大小的墨滴，如圖1-1所示。氣泡裂開又將墨汁吸入到存放墨印。1-1機(jī)械加工的機(jī)械構(gòu)造，如彈簧、傳動機(jī)械和曲柄等。進(jìn)展階段。格外成功的例子有美國AnalogDevices〔模擬器件〕公司生產(chǎn)的用TexasInstruments〔德州儀器〕公司用于投影顯示的數(shù)字光處理芯片。的方式，有效地降低了傳感器的使用本錢。20世紀(jì)90年月后期，光微系統(tǒng)技術(shù) 進(jìn)展快速。世界各地的爭論人員競微光機(jī)電系統(tǒng)和器件，期望能將二元光學(xué)透鏡、衍射光柵、可調(diào)光微鏡、干預(yù)濾波器相位調(diào)制器等部件應(yīng)用到光學(xué)顯示自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)可調(diào)濾波器、氣體光譜和路由器等應(yīng)用領(lǐng)域。含有傳感器的智能手術(shù)工具等。二、微系統(tǒng)技術(shù)的本質(zhì)特征小型化3M1m~1cm用規(guī)律。例如，跳蚤可以跳過自身高度的幾十倍，而大象則根本不能跳。定性觀看和高效率。尺度效應(yīng)是微系統(tǒng)技術(shù)中很多物理現(xiàn)象不同于宏觀現(xiàn)象的一個格外得要的緣由，隨著尺寸的減小，外表積〔L2〕與體積〔L3〕之比相對增大，外表效應(yīng)螺旋狀長長的鞭毛邊旋轉(zhuǎn)邊前進(jìn)。微系統(tǒng)技術(shù)中的力3多極電場力以及偶極電場力引發(fā)的范德瓦爾斯力等很多形式。力會使微構(gòu)件很快磨損而導(dǎo)致失效，但摩擦力有時也可用來作為約束或固定。共存并耦合的系統(tǒng)。因此，微機(jī)電系統(tǒng)具有特別的力學(xué)環(huán)境。三、集成電路制造工藝也材料概述摻雜目的：轉(zhuǎn)變材料電學(xué)性質(zhì)。根本方法：集中法；離子注入法。外延〔常常是用一樣材料〕定義：在硅襯底上產(chǎn)生單晶層。根本方法：氣相外延。薄膜層技術(shù)〔常常用不同的材料〕定義：形成厚度在nm~m 膜。目的：實(shí)現(xiàn)特定功能方法：物理沉積，包括：真空蒸鍍；濺工藝。光刻工藝光刻工藝過程舉例：3-1在圖3-1中的是相關(guān)的典型步驟：清潔處理、涂敷光刻膠、前烘暴光顯影堅膜腐蝕去膠四、硅微機(jī)械加工工藝體硅微機(jī)械加工工藝定義：直接在基底材料外表上腐蝕去除材料，形成三維構(gòu)造。4-14-1各向同性、各向異性或者自停頓方法得到相應(yīng)三維構(gòu)造。外表硅微機(jī)械加工工藝下面加工。硅 二氧化硅 多晶硅4-2如圖4-2所示典型犧牲層腐蝕工藝的具體步驟：氧化，做體硅腐蝕掩膜層；光刻氧化層，開體硅腐蝕窗口；體硅腐蝕出所需底層構(gòu)造；去除SiO2；生長或淀積犧牲層材料；光刻犧牲層材料成所需構(gòu)造；生長構(gòu)造材料；光刻構(gòu)造材料；犧牲層腐蝕，釋放構(gòu)造層；防粘結(jié)處理。五、微系統(tǒng)技術(shù)的封裝技術(shù)封裝的定義與目的：狹義封裝〔PKG〕I/O系統(tǒng)封裝〔SIP〕I/O封裝的目的是把功能集成，并使設(shè)備小型化，增加包涵性、兼容性，減小信號傳輸路徑。微系統(tǒng)技術(shù)加工的進(jìn)展趨勢及存在的問題趨勢：低溫鍵合〔150℃以下；防粘附〔外表粗糙技術(shù)、外表釘臺技術(shù)；片上封裝〔在晶圓上；特高深寬比〔與現(xiàn)有工藝兼容；傳統(tǒng)特種加工進(jìn)軍微系統(tǒng)技術(shù)；進(jìn)展封裝技術(shù)〔已相對獨(dú)立于IC、微系統(tǒng)技術(shù)。存在的問題層間、焊盤、焊點(diǎn)的界面應(yīng)力去除問題；熱脹系數(shù)不匹配、剩余應(yīng)力、變形、本征應(yīng)力去除問題；微構(gòu)造工作過程中熱變形；構(gòu)造粘附〔由于加工過程中干、濕引起的問題。六、微構(gòu)造靜電場及電場力無限大平板模型導(dǎo)體形成的電容可定義為Cqu間的電勢能，然后應(yīng)用虛位移原理，確定微構(gòu)造間的靜電力。任意兩導(dǎo)體之間儲存的能量實(shí)際上是電容的能量，可表示為1W2CU2無限大平板模型是目前微構(gòu)造中應(yīng)用最多的，此模型假設(shè)a、b相對于d無限大，即無視電容的邊緣效應(yīng)，依據(jù)電容定義，可求得Cabd利用電勢能和虛位移原理可求得平行運(yùn)動靜電力為W 1C bF U2 U2x以及垂直運(yùn)動靜電力為

a 2a 2dW 1CF U2

U2y d 2d 2對于微機(jī)電系統(tǒng)中的靜電微構(gòu)造，尺度為微米量級甚至更小，而且由于加bdab影響?？紤]邊緣效應(yīng)模型基于分別變量法得到的級數(shù)解容，可得如下的電容關(guān)系式2k1dcoth 2a cb k0

2k11coth為雙曲余切函數(shù)。其能量為：W

2CU2。從而有橫向驅(qū)動力FbdU2 1x a2

k0sinh

2k1d2

FWbU2

2a 1y d a

0sinh

2k1d2 2a 響，因此上式都不是準(zhǔn)確解?；诒＝亲儞Q計算式解。ab b

2aC0 d 1ln1 dC

ln1d

W所以，

1

。橫向驅(qū)動力為

b2 2

bF

2d

x 2d a在實(shí)際應(yīng)用中，d 為10~50，所以上式可以化簡為1b b d F U2法向驅(qū)動力為

x 2d d2 2d

adFW

abU21

y d d2

1a∕d 對上式靜電力進(jìn)一步簡化為FabU21 d y d2

ad考慮極板厚度是的邊緣效應(yīng)限大平行平板是可行的，但對于有限寬度a的平行板，電荷在板厚的邊緣也有分布，因此當(dāng)厚度較大時，也需要考慮板厚對電容的影響。得準(zhǔn)確的微機(jī)械加工電容值只能通過泊松方程。a，極板間距d，長度為b，上極板厚度為h

CC0是一個修正常數(shù)，1 d

ln2a d

2h2 dhdhb2d2 d C0

abdC是不考慮邊緣效應(yīng)時的電容。此時橫向驅(qū)動力為0 x1b b x

F2d2aU22h h

hh

2h21c

ab b

b

d

d2

d3F U2 U2 U212d2hahh12d2hahh2d2上式，經(jīng)簡化整理可得F

d d hahUd hahy 2d2

括號中第三項在h0是有微小值，當(dāng)h0 時，第三項隨著h 的增大而單調(diào)遞d增當(dāng)h時第三項h 即其次項與第三項相等明顯只有當(dāng)d 2a2a時，邊緣電容的影響才可以無視不計。七、毛細(xì)力能夠產(chǎn)生明顯毛細(xì)現(xiàn)象的管叫做毛細(xì)管。降的現(xiàn)象。7.1毛細(xì)力在平行板間的作用成單位外表所需的功。7.1單位面積的拉普拉斯壓力，大小為1 1PP 1 r r1 2 r r

7.1接觸角。

12為表示液體外表的兩個曲率半徑，為r1時假設(shè)設(shè)兩板間距離為l，則上式的表達(dá)式可以簡化為

r2，同PP 1 r1

2cosll

l2r

cos式中，為液體在固體外表上的接觸角；是兩平行板的距離， 1 。的拉普拉斯方程可寫為PP

cos

cos2 1 l該式的液橋拉普拉斯壓力說明，在氣壓界面