【2017年整理】MEMS习题1-31.doc

解释微系统技术与微电子技术的差异 建议 介绍BioMEMS的分类及其典型结构的工作原理 用于识别和测量生物物质的生物传感器 生物仪器及外科手术工具 生物测试诊断系统 生物医学传感器 工作原理：生物物质可与传感器内部的某些元素化学反应释放出某些元素，这些元素可以改变传感器中的电流模式。 参考例图（根据时间决定画不画）： 生物传感器 工作原理：基于待检测分析物与生物分子(如酶、抗体或其他形式的蛋白等)的相互作用。 参考例图（根据时间决定画不画）： 介绍微型电动机的工作原理，介绍微型加速度计的典型配置及其工作原理 1）微型电动机的工作原理： 如图所示，对A组电极施加电压，在电场的作用下，A与A’发生相对运动，使得A与A’对齐，但引起了B与B’的错位；接着给B组电极施加电压，B与B’发生相对运动，使得B与B’对齐，但引起了C与C’的错位；继续给C组电极施加电压，C与C’发生相对运动，使得C与C’对齐，但引起了D与D’的错位。如此反复，可动电极就能想着一个方向不断运动。电极间错开的距离越短，电极数越多，运动就越平稳。除了直线电动机，还可以通过类似的方法做出旋转电动机。 2）微型加速计的典型配置及工作原理 典型配置：质量振子、弹簧和阻尼器 工作原理：器件加速运动时，使得基体和弹簧同时加速运动，质量振子为了平衡，也需要弹簧提供一惯性力，从而使得弹簧拉伸（压缩）。通过测量弹簧力的大小，或弹簧引起的变形的大小，或由质量振子和固定基体组成的电容器电容的大小，来测量加速度的大小。阻尼器的作用是减弱弹簧的简谐运动，使质量振子快速稳定，从而快速获得测量值。 MEMS中常用的加速度计有悬梁式加速度计和平衡力式加速度计。悬梁式加速度计中，悬臂梁充当弹簧，质量块为质量振子，腔内流体充当阻尼器，通过测量悬臂梁上的压敏电阻值计算加速度。平衡力式加速度计中薄梁为质量振子，弹簧铰链为弹簧，周围流体为阻尼器，通过测量差动电容计算加速度。 解释硅被优先选择作为MEMS衬底材料的原因。 可以被集成到硅衬底的电子器件上 力学性能稳定，是理想的结构材料，拥有较高的杨氏模量和较小的密度 高温下的尺寸稳定性 热膨胀系数小 没有机械迟滞，硅晶面平整 材料来源广泛，成本较低 设计、制造更灵活，处理、制作工艺成熟 MEMS材料中压电晶体材料、聚合物类材料各自特点及应用；如何使聚合物导电？ 压电晶体材料： 特点：拥有压电效应（受到压力变形时，能在上线表面产生电压）和逆压电效应（在上下表面施加电压，材料能产生一变形）；通常为固体陶瓷材料 应用：MEMS中的执行器、压电微泵、打印机墨盒、双压电微风扇 聚合物材料： 特点：重量轻、成本低、熔点低、电导率差（一般为绝缘体）、处理工艺简单、耐蚀性好、形状稳定性高 应用：光阻聚合物用于生产掩模和LIGA技术中MEMS的初模；铁电聚合物用于MEMS中的执行器；聚合物还用作介电材料、电磁屏蔽材料、封装材料和有机衬底 使聚合物材料导电的方法： 热解；掺入过渡金属原子；加入导电纤维 介绍化学气相沉积的工作原理 1）携带扩散反应物的气体流过热表面 2）表面温度提供的能量引起气体中反应物的化学反应 3）反应中和反应后形成薄膜 4）化学反应的副产品由出口排除。 比较干法腐蚀和湿法腐蚀的不同之处 等离子体在微加工中的作用 1）等离子刻蚀 2）离子注入 3）薄膜沉积 叙述体硅微制造、表面微加工和LIGA工艺的特点及其优缺点 体硅微制造特点: 缺点：材料损失大;仅限于低深宽比的几何形状,即表面尺寸远大于深度尺寸. 优点：简单,是一个成熟的工艺过程;生产成本低;适合简单形状的制造; 表面微加工特点: 缺点：需要在基底上构造材料层; 需要复杂的掩模设计及生产;必须要腐蚀掉牺牲层; 工艺过程耗时多,成本大; 有界面应力和粘连等工程问题. 优点：需要在基底上构造材料层; 不受硅晶片厚度的限制;薄膜材料的选择范围大;适合于复杂的形状. LIGA工艺的特点: 缺点：所有工艺中花费最多的工艺; X射线光刻需要用到一种特殊的同步加速器辐射设备; 需要研制微注入压模技术及进行大批量生产的设备. 优点：微结构的深宽比不受限制; 柔性的微结构和几何形状; 是三种技术中唯一可生产金属微结构的工艺; 在制备注入压模的情况下,是三种制造工艺中最适合批量生产的. 表面微加工由几个的组成部件组成？对于表面微加工过程主要存在哪些力学问题，分别阐述其原因 组成部分： 生成绝缘层 显影并去除多余光刻胶 淀积材料 刻蚀暴露的材料 旋涂光刻胶