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标题: MEMS工艺参数测试的研究和发展现状 [打印本页]

作者: duller 时间: 2010-10-19 10:14
标题: MEMS工艺参数测试的研究和发展现状
MEMS材料按照性质分为结构材料和功能材料两类。目前，在MEMS结构（主要有微泵、微电机、微轴承、微阀和微型传感器等）中所使用的材料有硅及其化合物、陶瓷、形状记忆合金、玻璃、金属及高分子材料如聚酰亚胺等。典型构件主要有薄膜、梁、轴承、梳齿结构和螺旋结构，其中以硅及其化合物薄膜材料为主，有单晶硅、多晶硅、氧化硅、氮化硅薄膜，这些薄膜厚度一般在亚微米级到微米级。
MEMS材料与宏观材料不仅仅是尺寸上的不同，更主要的是性能上的差异。当材料的尺寸小到一定程度进入微观后，材料本身的力学、物理性质发生显著变化，呈现出与宏观材料不同的特性。另外，MEMS材料与宏观材料在性能上的差异还与材料的制作过程和加工工艺密切关系。因此，对MEMS制造工艺中的各种参数如电学参数、几何学参数以及材料特性参数进行测试监视显得非常重要。
从目前来看，虽然国内外对MEMS材料力学性能已进行了大量研究，但由于MEMS材料和构件尺寸很小（一般在微米量级），其力学特性的测量理论和方法尚不成熟，还存在不少问题，还没形成统一的试验标准和规范。我国在这方面的研究工作也正在逐渐展开，但同其它国家相比还显得远远不够，这主要是受测试设备价格昂贵和技术水平的限制。
MEMS构件的几何学参数测量是MEMS测量中最基础的，尤其是MEMS构件三维尺寸的检测。通过三维尺寸精密检测可以获得MEMS构件的形貌尺寸和制作误差，因此在MEMS研究中具有重要意义。
MEMS构件的几何学参数测量具有测量范围小，精度要求高的特点。对于MEMS构件二维平面几何学参数的测量，目前一般采用普通光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）。其中，SEM具有较高的分辨率，是目前MEMS设计和制造中比较常用的观测仪器之一。目前，MEMS
构件三维几何尺寸的测量方法可以概括为两类，一类是对传统的几何尺寸检测方法进行改进和发展，如光切法、干涉法、光栅投影法等。另一类则是根据MEMS构件的材料和结构特点进行专门设计，如美国VIT公司研制的一种基于计算机视觉的硅片厚度测量仪器OMMS(Optical Micrometer for Micromachined Substrates)就是专门用于硅基片厚度测量的仪器。
另外利用显微观测技术获取MEMS构件三维几何尺寸是一种非常有效的手段。显微观测技术主要是包括光学显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜以及扫描隧道显微镜技术等。
除以上MEMS材料特性参数和几何尺寸参数外，作为电子器件本身的电学参数的检测也是MEMS设计、制造的关键之一。目前国内外在这方面专门针对MEMS工艺的研究并未见报道。

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