电销微米系统 防封卡（微米通迅）

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微米技术用于界定物理特征尺寸接近1μm（10-6m）的体系。这项技术给机械领域带来的进步，就像集成电路技术给电子领域带来的一样。微米技术也称绝败为微机电系统( MEMS)，到了80年代后期，MEMS器件的潜力碧宏旅被认可，开始广泛应用悔凳于微电子和生物医药工业领域

微机电系统的系统特点

1）微型化：MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。

2）以硅为主要材料电销微米系统，机械电器性能优良：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当电销微米系统，密度类似铝，热传导率接近钼和钨。

3）批量生产：用硅微纯闷加工工艺在一片硅片上可同时制造成百上千个微型机电装置或完整的MEMS。批量生产可大好念大降低生产成本。

4）集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的MEMS。

5）多学科交叉：MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。

MEMS发展的目标在于，通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域和产业。MEMS可以完成大尺寸机电系统所不能完成的任务，也可嵌入大尺寸系统中，把自动化、智能化和可靠性水平提高到一个新的水平。21世纪MEMS将逐步从实验室走向实用化，对工农业、信息、环境、生物工程、医疗、空间技术、国防和科学发展产生重大影响。

微机电系统是微米大小的机械系统，其中也包括不同形状的三维平板印刷产生的系统。这些系统的大小一般在微米到毫米之间。在这个大小范围中日常的物理经验往往不适用。比如由于微机电系统的面积对体积比比一般日常生活中的机械系统要大得多，其表面现象如静电、润湿等比体积现象如惯性或热容量等要重要。它们一般是由类似于生产半导体的技术如表面微加工、体型微加工等技术制造的。其中包括更改的硅加工方法如压延、电镀做袜弯、湿蚀刻、干蚀刻、电火花加工等等。微机电系统是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统，是一个独立的智能系统。主要由传感器、作动器和微能源三大部分组成。微机电系统具有以下几个基本特点，微型化、智能化、多功能、高集成度。微机电系统。它是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统微机电系统。微机电系统涉及航空航天、信息通信、生物化学、医疗、自动控制、消费电子以及兵器等应用领域。微机电系统的制造工艺主要有集成电路工艺、微米/纳米制造工艺、小机械工艺和其电销微米系统他特种加工工种。微机电系统技术基础主要包括设计与仿真技术、材料与加工技术、封装与装配技术、测量与测试技术、集成与系统技术等。

特点

①和半导体电路相同，使用刻蚀、光刻等制造工艺，不需要组装、调整电销微米系统；

②进一步可以将机械可动部、电子线路、传感器等集成到一片硅板上电销微米系统；

③它很少占用地方，可以在一般的机器人到不了的狭窄场所或条件恶劣的地方使用；

④由于工作部件的质量小，高速动作可能；

⑤由于它的尺寸很小，热膨胀等的影响小；

⑥它产生的力和积蓄的能量很小，本质上比较安全。

优势

经济利益：

1.大批量的并行制造过程；

2.系统级集成；

3.封装集成；

4.与IC工艺兼容。

技术利益：

1.高精度；

2.重量轻，尺寸小；

3.高效能。 MEMS光学扫描仪

随着信息技术、光通信技术的迅猛发展，MEMS发展的又一领域是与光学相结合，即综合微电子、微机械、光电子技术等基础技术，开发新型光器件，称为微光机电系统(MOEMS)。它能把各种MEMS结构件与微光学器件、光波导器件、半导体激光器件、光电检测器件等完整地集成在一起。形成一种全新的功能系统。MOEMS具有体积小、成本低、可批量生产、可精确驱动和控制等特点。较成功的应用科学研究主要集中在两个方面:

一是基于MOEMS的新型显示、投影设备，主要研究如何通过反射面的物理运动来进行光的空间调制，典型代表为数字微镜阵列芯片和光栅光阀:二是通信系统，主要研究通过微镜的物理运动来控制光路发生预期的改变，较成功的有光开关调制器、光滤波器及复用器等光通信器件。MOEMS是综合性和学科交叉性很强的高新技术，开展这个领域的科学技术研究，可以带动大量的新概念的功能器件开发。 射频MEMS技术传统上分为固定的和可动的两类。固定的MEMS器件包括本体微机械加工传输线、滤波器和耦合器，可动的MEMS器件包括开关、调谐器和可变电容。按技术层面又分为由微机械开关、可变电容器和电感谐振器组成的基本器件层面；由移相器、滤波器和VCO等组成的组件层面；由单片接收机、变波束雷达、相控阵雷达天线组成的应用系统层面。

随着时间的推移和技术的逐步发展，MEMS所包含的内容正在不断增加，并变得更加丰富。世界著名信息技术期刊《IEEE论文集》在1998年的MEMS专辑中将MEMS的内容归纳为：集成传感器、微执行器和微系统。人们还把微机械、微结构、灵巧传感器和智能传感器归入MEMS范畴。制作MEMS的技术包括微电子技术和微加工技术两大部分。微电子技术的主要内容有:氧化层生长、光刻掩膜制作、光刻选择掺杂(屏蔽扩散、离子注入)、薄膜(层)生长、连线制作等。微加工技术的主要内容有:硅表面微加工和硅体微加工(各向异性腐蚀、牺牲层)技术、晶片键合技术、制作高深宽比结构的LIGA技术等。利用微电子技术可制造集成电路和许多传感器。微加工技术很适合于制作某些压力传感器、加速度传感器、微泵、微阀、微沟槽、微反应室、微执行器、微机械等，这就能充分发挥微电子技术的优势，利用MEMS技术大批量、低成本地制造高可靠性的微小卫星。

MEMS技术是一个新兴技术领域，主要属于微米技术范畴。MEMS技术的发展已经历了10多年时间，大都基于现有技术，用由大到小的技术途径制作出来的，发展了一批新的集成器件，大大提高了器件的功能和效率，已显示出了巨大的生命力。MEMS技术的发展有可能会像微电子一样，对科学技术和人类生活产生革命性的影响，尤其对微小卫星的发展影响更加深远，必将为大批量生产低成本高可靠性的微小卫星打开大门。

微米的意思：微米是长度单位，符号µm。1微米相当于1米的一百万分之一（10，此即为“微”的字义）。

在ISO 2955的国际标准中，“u”已经被接纳为一个代替“μ”来代表10的国际单位制符号。微米是红外线波长、细胞大小、细菌大小等的数量级。

理解长度单位，首先要理解它的上位渣碰概念——单位。《现代汉语词典》对“单位”的解释是：计量事物的标准量的名称。在测量中，以同类量的芹梁迅某定量为基准量，测定已知量相当于基准量的多少倍，该基准量称为单位。

如厘米是计量长度的单位，克是计量质量的单位，秒是计量时嫌此间的单位。作为数学的例子，还可以说1是自然数的单位，分子为1的分数是分数的单位。

微米技术

微米技术用于界定物理特征尺寸接近1μm（10-6m）的体系。20世纪60年代后期，研究人员实现了机械装置的小型化和批量制作，这项技术给机械领域带来的进步，就像集成电路技术给电子领域带来的一样。

微米技术也称为微机电系统( MEMS)，其始于1969年美国西屋(Westinghouse)公司设计的谐振栅—场效应晶体管。接下来的十年中，一些制造厂商开始使用体硅蚀刻技术生产压力传感器。

技术上的突破一直持续到20世纪80年代初，使用新型多晶硅表面微加工技术来制造用于磁盘驱动磁头的驱动器。到了80年代后期，MEMS器件的潜力被认可，开始广泛应用于微电子和生物医药工业领域。

25年中，MEMS已经从技术好奇心的领域来到了充满商业潜力的世界。今天，MEMS器件在汽车安全气囊、喷墨打印机、血压监测仪、投影显示系统以及空间系统中均成为核心部件，已经展现出广泛的用途。可以预见，在不远的将来，这些MEMS器件将像微电子产品一样普及。

微米级干雾抑尘装置——粉尘终结者

微米级干雾抑尘的原理是基于欧美科学家的研究理论:“水雾颗粒大小与尘粒大小相近时电销微米系统，吸附、过滤、凝结的概率最高”。该微米级干雾抑尘装置能够产生直径为1-10微米的水雾颗粒电销微米系统，有效吸附悬浮在空气中的粉尘电销微米系统，尤其是直径小于5微米的可吸入性粉尘颗粒，依靠重力凝聚沉降，从而达到抑尘效果。填补了国内直径5微米以下呼吸性粉尘应用的空白。

微尺度干雾抑尘装置具有超乎想象的抑尘能力:在污染源头——扬尘起点进行控尘；水雾颗粒为干雾，在抑尘点形成浓密的雾池；抑尘效率高，对10微米以下可吸入粉尘的治疗效果高达96%，避免了矽肺的危害；用改哗水量少，物料湿度按重量增加0.05%-0.1%，物料(煤)无热值损失，无二次污染；占地面积小，操作方便，全自动控制；设备投资少，运行维护费用低；适用于无组织排放、封闭或半封闭空间的污染源，大大降低粉尘歼穗尘爆炸的概率，减少消防设备的投入。冬季使用时，车间温度基本不变(其他传统除尘设备，利用负压原理工作，带走车间大量热量，不得不增加车间派卜的供热)。

一圆信和亿微米等于100米。

通过单位换算显示一米=1000000微米电销微米系统，一亿微米等于100米电销微米系统，微米公制中计量长度电销微米系统的一种单位，1微米电销微米系统的长度是1米电销微米系统的一百万分之一，坦握是1毫米的一千分之一，通常用来计量微小物体的长度。

微米是红外线波长、细胞大小、细菌大小等的数量级橘盯。微米技术也称为微机电系统（MEMS），其始于1969年美国西屋公司设计的谐振栅—场效应晶体管。

可以通过微米光的技术一次性治愈各种赘生物（如尖锐湿疣），或者是治疗宫颈柱状上皮外移糜烂面的修复。

微米光治疗仪的作用，微米光是一种新型光疗治疗仪，还有各种微量元素光元素，具有方向性好、穿透力强的优势。可以通过微米光的技术一次性治愈各种赘生物（如尖锐湿疣），或者是治饥并差疗宫颈柱状上皮外移糜烂面的修复。微米光可以在较短的时间内使病变组织部位的蛋白质固化，增强局部的免疫力，改善机体的免疫功蔽猜能状态，促进局部组织的新陈代谢，还可以消炎消肿促进局部组织的愈合。

微米光治疗仪的作用，微米光是一种新型光疗治疗仪，还有各种微量元素光元素，具有方向性好、穿透力强的优势。可以通过微米光的技术一次性治愈各种赘生物（如尖锐湿疣），或者是治疗宫颈柱状上皮外移糜烂面的修复。微米光可以在较短的时间内使病变组织部位的蛋白质固化，增强局部的免疫力，改善机体的免疫功能状态，促进局部组织的新陈代谢，还可以消炎消肿促进局部组织的愈合。

摘 要 材料与结构在微纳米尺度展现了许多不同于宏观尺度的新特征，纳米技术已经成为当前科学研究与工

业开发的热门领域之一 微小型化依赖于微纳米尺度的功能结构与器件，实现功能结构微纳米化的基础是先进的

微纳米加工技术 文章对微纳米加工技术做了一个综合的介绍，简要说明了微纳米加工技术与传统加工技术的区

别 在微纳米加工技术的应用方面提出了一些合理选择加工技术的原则，并对当前微纳米加工技术面临的挑战和

今后发展的趋势作了预测

关键词 微纳米技术，微纳米加工，微系统技术，微小型化

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5 引言

当 5MNH 年 5E 月美国贝尔实验室的科学家发明

了世界上第一只晶体管，他们不会想到 F6 多年后的

今天，这场由晶体管引发的微电子技术革命已经深刻

地影响了现代社会的面貌 由半导体微电子技术以及

由此引发的各种微型化技术除了成为现代高科技产

业的主要支柱之外，也深入到现代生活的所有领域，

尤其是所谓 O/ 领域，即消费类电子产品（+=,7’39），

计算机（+=#’"39）与通信（+=’,)+*")=,） 今天，功

能强大的笔记本计算机，品种繁多小巧玲珑的多功能

移动通信工具和花样翻新的家用电器已随处可见 除

了集成电路之外，微型化技术导致了微系统的发展，

开发出直径只有 5 的微马达，指甲大小的微摄像

头，豌豆大小的气相色谱分析装置，芯片上的光学平

台和化学分析实验室等 如果说集成电路芯片提供了

一个系统的思考与决策的大脑，微系统技术则以各种

微传感器与微执行器提供了系统的感官、手与脚 系

统微型化成为今后现代工业发展的必然趋势 如果按

微型化的尺度衡量，集成电路技术与微系统技术还属

于微米技术 自 E5 世纪以来，由半导体微电子技术引

发的微型化革命进入了一个新的时代，这就是纳米技

术时代 从微米到纳米的过渡不仅仅是量的过渡而且

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"# 卷（$%% 年）’ 期 ())*：++,,,- ,./0- 12- 23

代表了质的跃迁- 材料与结构在 ’%%34 以下显现出不

同于宏观世界的性质- 纳米科技为人类展现了微观世

界的新天地- 从晶体管到集成电路，从微电子到微机

械与微流体，从微米技术到纳米技术，微纳米技术已

经成为当今高科技的代名词无论是集成电路技术，还是微系统技术或纳米

技术，其共同的特征是功能结构的尺寸在微米或纳

米范围，因此可以统称为微纳米技术- 微纳米技术依

赖于微纳米尺度的功能结构与器件- 实现功能结构

微纳米化的基础是先进的微纳米加工技术- 在过去

的 #% 年中，正是微纳米加工技术的发展促进了集成

电路的发展，导致集成电路的集成度以每 ’5 个月翻

一番的速度提高- 现代微纳米加工技术已经能够将

上亿只晶体管做在方寸大小的芯片上- 最小电路尺

寸为 6%34 的集成电路芯片已经开始大规模生产-

" 的集成电路芯片已开始小批量工业化生产，而

7#34 加工水平的集成电路已经在研发阶段- 除了集

成电路芯片中的晶体管越做越小，微纳米加工技术

还可以将普通机械齿轮传动系统微缩到肉眼无法观

察的尺寸- 微纳米加工技术可以制作单电子晶体管，

可以实现单个分子与原子操纵- 微纳米加工技术可

以建筑人类进入微观世界的桥梁，是人类了解和利

用微观世界的工具- 因此了解微纳米加工技术对于

理解微纳米技术，以及由微纳米技术支撑的现代高

科技产业是非常重要的-

$ 微纳米加工技术的分类

自人类发明工具以来，加工是人类生产活动的

主要内容之一- 所谓加工是运用各种工具将原材料

改造成为具有某种用途的形状- 一提到加工，人们自

然会联想到机械加工- 机械加工是将某种原材料经

过切削或模压形成最基本的部件，然后将多个基本

部件装配成一个复杂的系统- 某些机械加工也可以

称为微纳米加工- 因为就其加工精度而言，某些现代

磨削或抛光加工的精度可以达到微米或纳米量级但本文所讨论的微纳米加工技术是指加工形成的部

件或结构本身的尺寸在微米或纳米量级- 微纳米加

工技术是一项涵盖门类广泛并且不断发展中的技

术- 在 $%%7 年国际微纳米工程年会上，曾有人总结

出多达 % 种微纳米加工方法- 可见实现微纳米结构

与器件的方法是多样的- 本文不可能将所有微纳米

加工技术一一介绍- 对这些加工技术的详细介绍目

前已有专著出版［’］

- 笔者在此仅将已开发出的微纳

米加工技术归纳为三种类型作概括性的介绍-

!- " 平面工艺

以平面工艺为基础的微纳米加工是与传统机械

加工概念完全不同的加工技术- 图 ’ 描绘了平面工

艺的基本步骤- 平面工艺依赖于光刻（/0)(89:1*(;）

技术- 首先将一层光敏物质感光，通过显影使感光层

受到辐射的部分或未受到辐射的部分留在基底材料

表面，它代表了设计的图案- 然后通过材料沉积或腐

蚀将感光层的图案转移到基底材料表面- 通过多层

曝光，腐蚀或沉积，复杂的微纳米结构可以从基底材

料上构筑起来- 这些图案的曝光可以通过光学掩模

投影实现，也可以通过直接扫描激光束，电子束或离

子束实现- 腐蚀技术包括化学液体湿法腐蚀和各种

等离子体干法刻蚀- 材料沉积技术包括热蒸发沉积，

化学气相沉积或电铸沉积图 ’ 平面工艺的基本过程：在硅片上涂光刻胶、曝光、

显影，然后把胶的图形通过刻蚀或沉积转移到其他材料

平面工艺是最早开发的，也是目前应用最广泛

的微纳米加工技术- 平面工艺之所以不同于传统机

械加工是因为：（’）微纳米结构由曝光方法形成，而

不是加工工具与材料的直接相互作用- 所以限制加

工结构尺寸的不是加工工具本身的尺寸，而是成像

系统的分辨率，例如光波的波长，激光束，电子束或

离子束直径；（$）平面工艺一般只能形成二维平面

·%$·

微纳米加工技术专题

!""#：$$%%% %’() *+ +, 物理

结构，或准三维结构，而不是真正的三维系统 平面

工艺形成的三维结构是通过多层二维结构叠加而成

的；（.）平面工艺形成的是整个系统，而不是单个部

件 由于每个部件如此之小，根本无法按传统的先加

工分立部件然后装配成系统的途径 所以系统中的

每个部件以及它们之间的关系是在平面加工过程中

形成的

平面工艺产生于 /0 世纪 10 年代集成电路的开

发 半导体晶体管由分立到集成就是基于平面工艺

集成电路制造的平面工艺概括起来为 2 个基本方

面［/］

：

（3）薄膜沉积（(*456),7） 包括各种氧化膜，多

晶硅膜，金属膜等 金属连线，晶体管栅极，掺杂掩

模，绝缘层，隔离层，钝化层等是集成电路的基本组

成部分

（/）图形化（#*""56,),7） 所谓图形化是在硅基

底和沉积的薄膜上形成各种电路图形 这包括光刻

和刻蚀两个方面 更确切地说，图形化是集成电路微

纳米加工的核心 集成电路的结构是通过图形化实

现的 集成电路发展的历史也是平面图形化技术不

断进步的历史

（.）掺杂（89#),7） 晶体管的载流子区通过掺

杂形成，掺杂包括热扩散掺杂和离子注入掺杂

（2）热处理（*,,5*(),7） 离子注入后通过热处

理可以恢复由离子轰击造成的晶格错位，热处理也

可以使沉积的金属膜与基底合金化，形成稳固的导

电层

平面微纳米加工技术虽然主要应用于集成电路

制造，但近年来微系统技术中也大量应用平面工艺

制作各种微机械、微流体和微光机电器件等 例如，

图 / 是美国 :;=; 国家实验室通过平面工艺制作

的多齿轮传动系统 从表面来看，它与传统机械加工

形成的齿轮传动系统没有什么区别 但这里的每个

齿轮的直径不超过 3?? 即使当今最先进的精密机

械加工技术也无法制作这样微小的齿轮 它是通过

多层多晶硅沉积与刻蚀形成的 而且各个齿轮以及

它们的传动配合关系是通过巧妙的设计与硅平面工

艺的结合一次做成的 微系统所需要的加工技术除

了没有掺杂工艺外与集成电路的平面加工技术基本

相同 但由于某些微系统特殊功能的需要，其结构尺

寸一般远大于集成电路的结构尺寸 因而产生了某

些适用于微系统的特殊平面工艺，例如厚胶曝光、电

铸工艺、硅深刻蚀工艺以及制作微光学元件的灰度

曝光工艺等

图 / 美国 :;=; 国家实验室利用多层硅平面工艺

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