《机械制造基础》 ———读书报告.pptVIP

前言： 微细加工（microfabrication）起源于半导体制造工艺，原来指加工尺度约在微米级范围的加工方式。 在微机械研究领域中，它是微米级、亚微米级乃至纳米级微细加工的通称，即微米级微细加工（micro fabrication）、亚微米级微细加工（sub micro fabrication）和纳米级微细加工（nano fabrication）等。微细加工技术已广泛应用于大规模和超大规模集成电路的生产中。正是借助于这些微细加工技术才使得众多的微电子器件及相关技术和产业得到了蓬勃兴起，并迎来了人类社会的信息革命。同时，微细加工技术也逐渐被赋予更广泛的内容和更高的要求。目前，微细加工技术在特种新型器件、电子零件和电子装置、机械零件和装置、表面分析、材料改性等方面也在发挥日益重要的作用。特别是在微机械研究和制作方面，微细加工技术已经成为必不可少的基础环节。 美国、日本、德国等国家高度重视微细加工技术，取得了许多成就。我国在微细加工技术方面也做了大量的研究工作，研制了微电泳芯片、DNA 芯片、微光谱分析系统、微型机械光开关、压电致动微泵。清华大学、东南大学、复旦大学、上海大学等正在进行微加速度计、微陀螺仪、微型惯性测量组合、微型飞行器等的研制工作，南京航空航天大学在研制微型飞机方面取得了一定成果。 总之，微细加工技术作为一种高新技术在世界范围内得到了高度重视，它与纳米技术结合在一起将对未来科技的发展带来革命性的影响。 硅微细加工（silicon micromachining）主要是指以硅材料为基础材料制作各种微机械零部件的加工技术。它总体上可分为体加工和面加工两大类。 体加工（bulk micromachining）指通过刻蚀（etching）等去除部分基体或衬底材料，从而得到所需的元件的体构形。它在微机械制造中应用最早，主要是通过光刻和化学刻蚀等在硅基体上得到一些坑、凸台、带平面的孔洞等微结构。它们成为建造悬臂梁、膜片、沟槽和其他结构单元的基础，最后利用这些结构单元可以研制出压力或加速度传感器等微型装置。 从加工对象上看，硅微细加工不但加工尺度极小，而且被加工对象的整体尺寸也很微小。 由于硅微机械的微小性和脆弱性，仅仅依靠控制和重复采用宏观的加工运动轨迹达到加工目的，已经很不现实。必须针对不同对象和加工 要求，具体考虑不同的加工方法和手段。 硅微细加工在加工目的、加工设备、制造环境、材料选择与处理、测量法和仪器等方面都有其特殊要求。 面加工（surface mi-cromachining）是以基底材料作机械支承，然后在其表面上利用沉积（deposition）和牺牲层（sacrificiallayer）等技术进行微机械元件的加工制造。后者适合加工悬置于基体表面上、相对较小、有时具有一定活动自由度的薄膜元件，并且其加工对象相对体加工来说可以复杂得多。利用该技术制成了许多泵、阀门、薄壁梁、气体传感器、微电机等器件。除刻蚀、牺牲层和沉积技术外，硅键合（bonding）技术、高纵横比制版术（high aspectratio lithography），电镀加工（plating process）技术等更加扩展了硅微细加工的适应能力。 （1）硅刻蚀方法分类。 刻蚀法分为湿法刻蚀和干法刻蚀两类。湿法刻蚀是将硅片浸泡在可以与被刻蚀薄膜进行反应的溶液中，用化学方法除去不要部分的薄膜。 干法刻蚀是将被加工的硅片置于等离子体中，在带有腐蚀性、具有一定能量离子轰击下，反应生成气态物质，去除被刻蚀膜。此种方法具有各向异性。 干法刻蚀种类较多，常见的有等离子刻蚀 、反应离子刻蚀、反应离子束刻蚀、增强反应离子刻蚀等。 如上所述，硅微细加工技术分为体加工和面加工，体加工主要指各种硅刻蚀技术，而面加工则指各种薄膜制备技术，下面将分别阐述。 1. 体加工技术 2）反应离子刻蚀（Reactive Ion Etching，简称 RIE） RIE 是在反应式平板式反应器的基础上使阴极与阳极的面积 比为 2∶ 1 ～ 3∶ 1，被加工的硅片放在阳极板上，被激励的等离子体与阳极板表面形成偏压加速正离子溅射进行刻蚀，反应离子刻蚀以物理溅射为主，兼有化学腐蚀。为了获得高度的各向异性，通常利用侧壁钝化技术，即在刻蚀露出的侧壁上形成聚合物和二氧化硅保护膜，使侧壁不受刻蚀。这种刻蚀有着比较好的各向异性，但刻蚀速率要低一些。 1）等离子刻蚀（Plasma Etching，简称 PE） PE 是比较早期的刻蚀方法，腐蚀气体在高频电场（标