光电工程师社区

标题: MEMS研究内容 [打印本页]

作者: 光电人 时间: 2010-10-19 10:01
标题: MEMS研究内容

MEMS研究的内容极为广泛。其关键技术有设计技术、材料、制作工艺和测试技术。

（一）设计技术

MEMS产品设计包括系统、器件、电路和封装等设计。

MEMS器件的设计需要综合多学科理论分析，这大大增加了设计参数选择的难度，常规分析计算已无法满足设计需要。计算机技术的进步使得CAD技术在MEMS器件设计中得到广泛的应用，采用CAD能设计出具有低成本、高性能、更为复杂的新型系统。2D和3D计算机绘图技术的发展能够对复杂的MEMS结构及版图进行计算机设计，有限元分析技术的应用可以用精确的计算机数值求解方法来分析和预测器件的性能，对器件的静态、准静态和动态模拟成为可能，从而使我们能够对MEMS器件的结构和工艺进行计算机模拟和设计优化。

（二）材料

MEMS应用的材料主要有三种：单晶硅和多晶硅，压电材料和其他类型合成材料。

（1）硅材料：硅的机械性能好，硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导性接近钼和钨。19世纪60年代，MEMS刚出现时，IC工业应用的半导体材料只有单晶硅衬底和多晶硅薄膜两种材料。

（2）压电材料：开发研究表明，压电材料是制作MEMS的良好材料。MEMS材料的一个明显的变化是用单晶石英取代硅。石英也是一种高性能的晶体，虽然批量生产不如硅，但可以进行定向腐蚀，已用于制造压力传感器、加速度计和陀螺。

（3）合成材料：最近几年材料结构的控制技术发展很快，在未来阶段，MEMS应用的新材料包括化合物材料、高温超导材料、磁阻材料、铁电材料、热点材料以及许多其他功能材料。这些材料是专门为MEMS传感器研究和开发的。

（三）制作工艺

微机械加工技术是制作微传感器、微执行器和微电子机械系统的关键技术。

微机械加工工艺分为硅基加工和非硅基加工。硅基加工技术比较成熟，硅的力学性能较好，适合做微型机械。硅基工艺包括表面加工（牺牲层技术）、体加工（各向异性刻蚀技术）、SPB（硅直接键合）、LIGA和准LIGA加工；非硅基加工包括微电火花加工、微电铸、激光加工、STM和AFM等。

MEMS技术首先是在微电子平面加工工艺基础上发展起来的，又先后有了深反应离子刻蚀（DRIE）、LIGA和准分子激光等多种工艺创新。这些工艺相互补充，各有所长。目前已经面市的一代MEMS产品具有一个关键特征：简单、易于大规模生产、价格便宜、适合于用硅平面工艺加工。硅熔合键合与深反应离子刻蚀相结合是把“表面”微机械加工与传统的“体”微机械加工的优点结合起来，即把一般集成电路制造工艺的设计灵活性与兼容性和体工艺的坚固性和三维成型能力结合起来。

深反应离子刻蚀DRIE采用氯和氟为基础的等离子体（如用射频功率驱动）刻蚀出近似垂直壁面的深层结构。目前已经能刻蚀出200μm的深度。

（四）测试技术

MEMS的封装和测试占重要地位。建立在微电子基础上的MEMS产品的生产工艺应该是比较成熟和可靠的，伴随着CAD和生产工艺要求的不断提高，提高测试和封装的水平和手段才能确保产品的高性能、高可靠性、降低生产成本。

欢迎光临光电工程师社区 (http://bbs.oecr.com/)