MEMS復(fù)習(xí)題附參考答案

08’MEMS的概念，MEMS產(chǎn)品應(yīng)用。MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems）是指微型化的器件或器件組合，把電子功能與機(jī)械的、光學(xué)的或其他的功能形結(jié)合的綜合集成系統(tǒng)，采用微型構(gòu)造（集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源），使之能在極小的空間內(nèi)到達(dá)智能化的功能。MEMS是MicroElectroMechanincalSystem的縮寫，即微機(jī)電系統(tǒng)，專指外形輪廓尺寸在毫米級(jí)如下，構(gòu)成它的機(jī)械零件和半導(dǎo)體元器件尺寸在微米至納米級(jí)，可對(duì)聲、光、熱、磁、壓力、運(yùn)動(dòng)等自然信息進(jìn)行感知、識(shí)別、控制和處理的微型機(jī)電裝置。微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）重要特點(diǎn)在于：（1）體積小、精度高、質(zhì)量輕;(2)性能穩(wěn)定、可靠性高；（3）能耗低，敏捷度和工作效率高；（4）多功能及智能化;（5）可以實(shí)現(xiàn)低成本大批量生產(chǎn)。民用：MEMS對(duì)航空、航天、兵器、水下、汽車、信息、環(huán)境、生物工程、醫(yī)療等領(lǐng)域的發(fā)展正在產(chǎn)生重大影響，將使許多工業(yè)產(chǎn)品發(fā)生質(zhì)的變化和飛躍。軍用：精確化、輕量化、低能耗是武器裝備的重要發(fā)展趨勢(shì)，這些特點(diǎn)均需以微型化為基礎(chǔ)。微型化的單元部件廣泛應(yīng)用于飛行器的導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)、通信設(shè)備、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)與控制、“智能蒙皮”構(gòu)造和機(jī)靈武器中。由硅微機(jī)械振動(dòng)陀螺和硅加速度計(jì)構(gòu)成的MEMS慣性測(cè)量裝置已用于近程導(dǎo)彈，并明顯提高導(dǎo)彈的精確打擊能力。微型化技術(shù)在武器裝備上的另一種重要發(fā)展是微小型武器，如微型飛行器、微小型水下無人潛水器、微小型機(jī)器人和微小型偵察傳感器等。詳細(xì)應(yīng)用：打印機(jī)噴嘴——用于打印機(jī)；微加速度計(jì)和角速度計(jì)——應(yīng)用于汽車安全氣囊；微加工壓力傳感器——用于進(jìn)氣管絕對(duì)壓力傳感器；由硅微振動(dòng)陀螺和硅加速度計(jì)構(gòu)成的MEMS慣性測(cè)量裝置——用于軍品中的近程導(dǎo)彈。濕法刻蝕和干法刻蝕的概念，兩者異同點(diǎn)以及在MEMS中的應(yīng)用。濕法刻蝕：運(yùn)用合適的化學(xué)試劑先將未被光刻膠覆蓋的晶體部分氧化分解，然后通過化學(xué)反應(yīng)使一種或多種氧化物或絡(luò)合物溶解來到達(dá)清除目的，包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。干法刻蝕：運(yùn)用輝光的措施產(chǎn)生帶電離子以及具有高度化學(xué)活性的中性原子與自由基，用這些粒子和晶片進(jìn)行反應(yīng)到達(dá)光刻圖形轉(zhuǎn)移到晶片上的技術(shù)。包括離子濺射刻蝕，等離子反應(yīng)刻蝕等。異同點(diǎn)：兩者都是選擇性的清除薄膜層上無遮蔽部分的工藝過程，通過刻蝕形成體硅微構(gòu)造。但濕法刻蝕采用化學(xué)腐蝕的工藝措施，而干法刻蝕采用的是物理腐蝕的工藝措施。此外，濕法刻蝕成本比較低，不需要太昂貴的裝置和設(shè)備，應(yīng)用比較廣泛；干法刻蝕需要專用的裝置和設(shè)備，如真空環(huán)境，成本較高，但刻蝕速度快、辨別率高且易于自動(dòng)化操作。MEMS中應(yīng)用：應(yīng)用于體硅微制造，通過刻蝕有選擇性地清除基底材料以形成所需的微構(gòu)造。(通過光刻工藝在光刻膠上產(chǎn)生圖形后來，光刻膠下面的薄膜一般采用刻蝕的措施得到圖形。在微電子技術(shù)中，刻蝕包括濕法和干法。)濕法刻蝕一般是指化學(xué)刻蝕，它是運(yùn)用材料和刻蝕液的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行加工的，合用于幾乎所有的金屬、玻璃、塑料等材料的大批量加工，也合用于硅、鍺等半導(dǎo)體材料，以及在玻璃上形成的金屬膜、氧化膜等的微細(xì)加工，是應(yīng)用范圍很廣的重要技術(shù)。干法刻蝕是運(yùn)用活性氣體與材料反應(yīng)而生成揮發(fā)性化合物來進(jìn)行的加工，包括離子刻蝕、等離子刻蝕、反應(yīng)等離子刻蝕等，它是此后微電子技術(shù)中一種非常有用的刻蝕措施。濕化學(xué)法或溶液刻蝕法會(huì)產(chǎn)生某些問題，如光刻膠置于加熱的酸液中，常常失去它對(duì)下面薄膜的附著力；在向下刻蝕的同步，也向著橫方向刻蝕，即所謂“鉆蝕”作用，使加工的線條變寬，這對(duì)于刻蝕亞微米圖形就失去了意義。另一方面，由于存在表面張力的作用，溶劑刻蝕越來越難以適應(yīng)高辨別率圖形的加工，而干法刻蝕恰好彌補(bǔ)了這些局限性。LIGA和UV-LIGA的概念，兩者異同點(diǎn)以及在MEMS中應(yīng)用。LIGA是指包括了X光深層光刻工藝、微電鑄工藝和微復(fù)制工藝的工藝技術(shù)。LIGA是德文Lithographie，Galanoformung和Abformung三個(gè)詞，即光刻、電鑄和注塑的縮寫。LIGA技術(shù)包括光刻、電鑄、注塑成型等三個(gè)重要環(huán)節(jié)。UV-LIGA：一種應(yīng)用紫外光源曝光光刻和(或)掩模制造工藝而制造性能與LIGA技術(shù)相稱的新的加工技術(shù)。異同點(diǎn)：兩者工藝相似，但兩者的曝光光源不一樣，LIGA運(yùn)用X光而UV—LIGA運(yùn)用紫外光。此外，UV—LIGA工藝成本比LIGA工藝低，UV—LIGA工藝比LIGA工藝加工工藝周期短。在MEMS中應(yīng)用：目前已研制成功或正在研制的LIGA或UV—LIGA技術(shù)的產(chǎn)品，有微傳感器、微電機(jī)、微執(zhí)行器、微機(jī)械零件、集成光學(xué)和微光學(xué)元件、微型醫(yī)療器械和裝置、流體技術(shù)微元件等，其中，直流電機(jī)、光纖連接器等已形成產(chǎn)品并批量生產(chǎn)。LIGA產(chǎn)品的應(yīng)用波及廣泛的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)部門，如加工技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、航天技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)技術(shù)等。采用LIGA技術(shù)已制造出微米尺度的微齒輪、微過濾器、微紅外濾波器、微加速度傳感器、微型渦輪、光纖耦合器和光譜儀等多鐘構(gòu)造器件。光刻的整個(gè)過程及其用途，光源波長(zhǎng)對(duì)曝光的影響。光刻是一種圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)，運(yùn)用輻照的措施將掩膜板上的圖形轉(zhuǎn)移到光敏材料上，其過程重要有：掩膜板制作、基底表面預(yù)處理、涂膠、曝光（將掩膜板上的圖形轉(zhuǎn)移到光敏材料上）、顯影和堅(jiān)膜、去膠烘干。光源的波長(zhǎng)短，曝光后獲得更高的辨別率。LIGA技術(shù)最合適的光源波長(zhǎng)為0.2—0.8nm，波長(zhǎng)過長(zhǎng)，能量易被上面的光刻膠吸取，而使光刻膠表面曝光過量，底層光刻膠卻達(dá)不到所規(guī)定的曝光劑量，導(dǎo)致圖像損壞；波長(zhǎng)過短，導(dǎo)致光刻膠底部曝光，顯影后產(chǎn)生光刻膠與基板的黏結(jié)問題。微細(xì)電火花和微細(xì)電化學(xué)加工與常規(guī)電火花和電化學(xué)加工有何異同，目前主流的微細(xì)電火花加工技術(shù)是什么？所謂微細(xì)電火花加工指一般工業(yè)用常規(guī)電火花加工或小型電火花加工不能實(shí)現(xiàn)的尺寸在300μm如下的精微加工。微細(xì)電火花加工的原理與一般電火花加工并無本質(zhì)區(qū)別。其加工的表面質(zhì)量重要取決于電蝕凹坑的大小和深度,即單個(gè)放電脈沖的能量;而其加工精度則與放電間隙、工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性、電極損耗等原因親密有關(guān)。用簡(jiǎn)樸形狀的微細(xì)電極進(jìn)行微細(xì)孔和微三維構(gòu)造的加工,已經(jīng)成為目前微細(xì)電火花加工的主流技術(shù)之一MEMS中簡(jiǎn)介的薄膜技術(shù)有哪些？簡(jiǎn)介特點(diǎn)及用途。薄膜技術(shù)是一種表面微加工技術(shù)，通過沉積形成多層薄膜圖形，在基片上沉積的薄膜，有被選擇地保留或清除形成所需的圖形。薄膜為微器件提供敏感元件、電接觸、構(gòu)造層、掩膜層和犧牲層?；瘜W(xué)氣相沉積（CVD）：運(yùn)用品有薄膜材料的氣態(tài)物質(zhì)在熱固體表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)薄膜的措施。重要包括：常壓化學(xué)氣相沉積（APCVD）、低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）。物理氣相沉積（PVD）：在真空條件下，運(yùn)用物理措施將鍍料氣化成原子、分子或離子化為離子，沉積到基底表面。重要包括：真空蒸鍍、濺射蒸鍍、離子蒸鍍等。電化學(xué)沉積和化學(xué)沉積：運(yùn)用電鍍或電沉積。被鍍件作為陰極，溶液一般具有所要沉積金屬離子的水基電解液。重要應(yīng)用：進(jìn)行內(nèi)部連線、歐姆接觸、金屬半導(dǎo)體接觸，有時(shí)也可作為器件表面的鈍化膜起到保護(hù)作用的掩沒、電絕緣和導(dǎo)電膜等。采用金剛石、陶瓷、超導(dǎo)材料以及多種半導(dǎo)體材料生成的薄膜具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和光、機(jī)、電等性能。薄膜的厚度可以小至微米或納米級(jí)，若將不一樣的基片材料與對(duì)應(yīng)的膜系結(jié)合起來可構(gòu)成微傳感等功能復(fù)雜的微機(jī)械器件。目前，多種薄膜材料已經(jīng)被用于微機(jī)械傳感器，包括高質(zhì)量的絕緣體（二氧化硅、氯化硅等），導(dǎo)體（鋁）、半導(dǎo)體（硅）等。一般，CVD膜具有低能耗、應(yīng)力好等長(zhǎng)處，因而應(yīng)用較為普遍。其他某些金屬、壓電材料和熱電材料等也用于微傳感器。體硅加工和面硅加工的重要加工措施、加工過程及其在MEMS中的應(yīng)用。體硅加工工藝是指對(duì)硅襯底片進(jìn)行加工，獲得由襯底材料構(gòu)成的有用部件的技術(shù)。體硅加工措施：濕法刻蝕、干法刻蝕、干濕混合刻蝕、LIGA技術(shù)及DEM技術(shù)。濕法刻蝕：將被腐蝕材料先氧化，然后由化學(xué)反應(yīng)使其生成一種或多種氧化物再溶解。干法刻蝕：物理作用為主的離子濺射和化學(xué)反應(yīng)為主的反應(yīng)離子腐蝕兼有的反應(yīng)濺射。過程：（1）腐蝕性氣體粒子的產(chǎn)生；（2）粒子向襯底的傳播；（3）襯底表面的腐蝕；（4）腐蝕反應(yīng)物的排除。干濕混合刻蝕：制造波導(dǎo)等新的微構(gòu)造裝置。LIGA技術(shù)：X光深度同步輻射光刻——電鑄制模——注塑DEM技術(shù)：由深層刻蝕工藝、微電鑄工藝、微復(fù)制工藝三部分構(gòu)成?？蓪?duì)金屬、塑料、陶瓷等非硅材料進(jìn)行高深寬比三維加工。體硅加工工藝：定義鍵合區(qū)——擴(kuò)散摻雜——形成金屬電極——硅/玻璃陽極鍵合——硅片減薄——ICP刻蝕面硅加工措施：薄膜制備的外延生長(zhǎng)熱氧化、化學(xué)沉積、物理沉積、光刻、濺射、電鍍等。該技術(shù)可以用二氧化硅、多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃等加工三維較小尺寸的微器件。面硅加工工藝：下層電極——犧牲層——刻蝕支撐點(diǎn)——沉積多晶硅——刻蝕多晶硅——釋放構(gòu)造表面硅加工技術(shù)的關(guān)鍵是硅片表面構(gòu)造層和犧牲層的制備和腐蝕，以硅薄膜作為機(jī)械構(gòu)造。這種工藝可以運(yùn)用與集成電路工藝兼容或相似的平面加工手段，但它的縱向加工尺寸往往受到限制（2-5um）。體硅未加工工藝是用濕法或干法腐蝕對(duì)硅片進(jìn)行縱向加工的三維加工技術(shù)，但他與集成電路平面工藝兼容性不太好。8.鍵合的概念，有幾種形式，有何用途鍵合是將兩片或多片加工好的、具有不一樣的構(gòu)造、材料的芯片連接成一種完整微系統(tǒng)的技術(shù)手段，是微系統(tǒng)封裝技術(shù)的重要構(gòu)成部分。鍵合技術(shù)按界面材料的性質(zhì)，可分為兩大類：硅/硅基片的直接鍵合（用于微臨界壓力傳感器和微壓力傳感器等方面）和硅/硅基片的間接鍵合（用膠水，低溫玻璃等），后者又可擴(kuò)展到硅/非硅材料或非硅材料之間的鍵合。最常用的陽極鍵合技術(shù)廣泛應(yīng)用于硅--硅基片之間的鍵合、非硅材料與硅材料，以及玻璃、金屬、半導(dǎo)體、陶瓷之間的互相鍵合9.單晶硅、氮化硅、二氧化硅與多晶硅的區(qū)別和用途。硅有晶態(tài)和無定形兩種同素異性體。晶態(tài)硅又分為單晶硅和多晶硅。單晶硅：硅的單晶體，具有基本完整的點(diǎn)陣構(gòu)造的晶體，整個(gè)晶體內(nèi)都是周期性的規(guī)則排列，是一種良好的半導(dǎo)材料，用高純度的多晶硅在單晶爐內(nèi)拉制而成，是制造半導(dǎo)體硅器件的原料，MEMS襯底材料采用單晶硅。氮化硅：是一種不活潑的致密材料，腐蝕較為困難。用于絕緣層。二氧化硅：其腐蝕速度對(duì)溫度最敏感，溫度越高，腐蝕速率越快，腐蝕時(shí)必須嚴(yán)格控制溫度。用于犧牲層和多晶硅厚膜圖形的刻蝕掩膜。多晶硅：采用澆注法生產(chǎn)，就是直接把硅料融化定型。晶體內(nèi)各個(gè)局部區(qū)域里原子是周期性的規(guī)則排列，但不一樣局部區(qū)域之間原子的排列方向并不相似。工藝上可與單晶硅工藝相容又能進(jìn)行精密加工，并且還可以根據(jù)器件的需要充當(dāng)絕緣體、導(dǎo)體和半導(dǎo)體。多晶硅與單晶硅的差異重要表目前物理性質(zhì)方面。多晶硅在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)的各向異性方面，遠(yuǎn)不如單晶硅明顯；在電學(xué)性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導(dǎo)電性也遠(yuǎn)不如單晶硅明顯，甚至于幾乎沒有導(dǎo)電性。10.硅片的制備過程。重要制備過程如下：?jiǎn)尉L(zhǎng)——外圓磨削——取向平磨——切割——雙面研磨——磨邊——退火——粗拋——精拋——激光打標(biāo)——清洗——檢測(cè)11.半導(dǎo)體封裝過程。來料檢查—清洗—貼膜—磨片—卸磨—貼片—?jiǎng)澠b片—鍵合—鍵合檢查——塑封——焙烘——電鍍——打標(biāo)——切筋打彎——切筋檢查——品質(zhì)檢查12.尺度效應(yīng)。尺度效應(yīng)：英文名稱：SizeEffect微成形過程中，由于制品整體或局部尺寸的微小化引起的成形機(jī)理及材料變形規(guī)律體現(xiàn)出不一樣于老式成形過程的現(xiàn)象。即當(dāng)物體的尺寸L變化時(shí)，種種物理量的比例于L而變化的現(xiàn)象。幾何形狀的尺度效應(yīng)：體積與表面積是MEMS中常用的