传感器技术与应用.pptx

新一代制造技术MEMS技术与微制造六英寸的飞机44克的小飞机六英寸直升机（HR-1)_1微型涡喷发动机_1微型涡喷发动机_2大小：5×5 ×10mm　MEMS与微制造　MEMS是Micro Electro Mechanical Systems的缩写。即微 机电系统,它是在微电子技术的基础上发展起来的，融合了硅微加工、LIGA技术和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息技术构成的微型系统。它包括感知和控制外界信息(力、热、光、生、磁、化等)的传感器和执行器，以及进行信号处理和控制的电路。美国：MEMS—Micro　Electro　Mehanical System欧洲：Micro System日本：Micro Machine其它：Micro Ｎano 技术ControlElectronicsMicroelectronics发展的历史19世纪的照相制版技术，诞生了光制造技术。　20 世纪60 年代,加利福尼亚和贝尔实验室开发出微型硅压力传感器,　70 年代开发出硅片色谱仪、微型继电器。　70～80 年代利用微机械技术制作出多种微小尺寸的机械零部件。1988 年uc2Muller 小组制作了硅静电马达,1989 年NSF 召开研讨会,提出了“微电子技术应用于电(子) 机系统”。　自此,MEMS 成为一个世界性的学术用语,MEMS 技术的研究开发日益成为国际上的一个热点。目前,在美、日、欧三地轮回每年举行一次,名为IEEE 国际微机电系统年会。微机电系统—MEMS82年：美国U.C. Bekeley，表面牺牲层技术 微型静电马达成功 MEMS进入新纪元微机电系统—MEMS 九十年代初ADI的气囊加速度计实现产业化微机电系统—MEMS90年代中：ICP的出现促进体硅工艺的快速发展微机电系统—MEMS九十年代末Sandia实验室5层多晶硅技术代表最高水平　一般地说，MEMS具有以下几个特征：（1 ）尺寸在毫米到微米范围之内，区别于一般宏(Macro)，即传统的、大于1 厘米尺度的“机械”，但并非进入物理上的微观层次；（2 ）基于（但不限于）硅微加工(Silicon Microfabrication)技术制造；（3 ）与微电子芯片类同，可大批量、低成本生产，性能价格比传统“机械”制造技术大幅提高；（4 ）MEMS中的“机械”不限于狭义的机械力学中的机械，它代表一切具有能量转化、传输等功能的效应，包括力、热、声、光、磁，乃至化学、生物能等；（5 ）MEMS的目标是微“机械”与I C 集成的微系统———有智能的微系统。 用以上特征衡量，用微电子技术（但不限于此）制造的微小机构、器件、部件和系统等都属于MEMS范围，微机械和微系统只是MEMS发展的不同层次，有关的科学技术都可统称为MEMS技术。　在微机械中通常使用硅作为功能材料，这是由于硅材料具有下列的特点：（1）它比铝轻，比不锈钢的拉伸强度高，硬度高，弹性好，抗疲劳；（2）在许多环境下，不生锈，不溶解，耐高温；（3）可借用现有的集成电路加工设备及工艺技术，很容易制作出微米程度的微构造，从而大大降低MEMS的研制费。（4）利用集成电路技术在可能把微机械同微处理器、传感器等电路巧妙地集成到一块硅片上；（5）利用光刻技术和自动生产线可廉价大量生产；（6）硅资源很丰富，市场上有大量的高纯度硅片出售。　对微构造而言，由硅制作的膜片、梁或弹簧呈现很好的弹性且无塑性变形，其机械强度和可靠性比同样形状和尺寸的金属微结构更为优异。1　MEMS的含义　微型机械（Micro machine,日本惯用词）或称微型机电系统（Micro Electro-Mechanical Systems,美国惯用词）或微型系统（Micro systems,欧洲惯用词）。 它是指可以批量制作的集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、甚至外围接口、通信电路和电源等一体的微型器件或系统，其特征尺寸范围为1nm～10mm.图4-2　MEMS与外部世界的相互作用示意图　图4-2 表示了一个完整MEMS 的构成内容和相互关系。　在MEMS 中: 微传感器是将外部的力、热、声、光、化学等信息转化为电信号,并传给处理电路;处理电路对信号进行放大、转换、计算等处理,并对微执行器发出指令;微执行器根据指令对外部发生动作。 Figure 2. (a) A MEMS silicon motor together with a strand of human hair , and (b)the legs of a spider mite standing on gears from a micro-engine.2　MEMS的特征MEMS的制作主要基于两大技术：IC技术和微机械加工技术。与传统的微电子和机械加工技术相比，MEMS技术