微纳机电系统建模与仿真大作业.docxVIP

研究生课程考试成绩单（试卷封面）院系机械工程学院专业机械设计及理论学生姓名刘晨晗学号129580课程名称微/纳机电系统建模与仿真授课时间2013年3月至2013年6月周学时3学分2简要评语考核论题MEMS综述总评成绩（含平时成绩）备注任课教师签名：日期：注：1. 以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表，综合考试可不填。“简要评语”栏缺填无效。2. 任课教师填写后与试卷一起送院系研究生秘书处。3. 学位课总评成绩以百分制计分。目录1、MEMS简介12、MEMS历史与发展现状22.1 MEMS历史22.2 MEMS发展现状33、MEMS研究内容44、MEMS器件举例--悬浮微器件的结构及工作原理64.1 器件介绍64.2 器件的结构和加工工序64.3 器件的生产工艺74.4 器件的工作原理85、MEMS的应用与未来96、参考文献11MEMS综述 129580 刘晨晗1、MEMS简介图1显示了自然界一些典型事物的特征尺寸，我们人类生活在以米为单位的世界里。两端分别有宏大的宇宙与微小的原子，其间有一段尺寸区间1-100或者0.1-100称为微纳米区间。在1959年12月29日的美国加州理工学院，著名的物理学家理查德-费曼（Richard P. Feynman）在一年一度的美国物理学会上提出一个极具深刻洞察力的观点“There is plenty of room at the bottom”【1】。接下来的时间至今，在微纳米尺度以及原子尺寸级别相关研究的快速发展映证了费曼观点的远见卓识。尤其值得一提的是在微纳米区间的发展。图1 自然界典型事物的特征尺寸MEMS即Micro-Electro-Mechanical System，它是以微电子、微机械及材料科学为基础，研究、设计、制造、具有特定功能的微型装置，包括微结构器件、微传感器、微执行器和微系统等。MEMS所研究的尺寸范围正好是上述微纳米区间。日本国家MEMS中心给Microsystem/Micromachine下的定义【2】：A micro machine is an extremely small machine comprising very small(several millimeters or less) yet highly sophisticated functional elements that allows it to perform minute and complicated tasks。MEMS是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，其起源可以追溯到20世纪50～60年代，最初贝尔实验室发现了硅和锗的压阻效应，从而导致了硅基MEMS传感器的诞生和发展。在随后的几十年里，MEMS得到了飞速发展，1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60～120的硅微型静电电机【3】；1987～1988年，一系列关于微机械和微动力学的学术会议召开，所以20世纪80年代后期微机电系统一词就渐渐成为一个世界性的学术用语，MEMS技术的研究开发也成为一个热点，引起了世界各国科学界、产业界和政府部门的高度重视，经过几十年的发展，它已成为世界瞩目的重大科技领域之一。MEMS是一种集成系统，典型的MEMS是将信息获取传感器、信息处理电路及执行机构等功能器件集成在一起，以提高系统的效率和可靠性。MEMS被认为是微电子技术的又一次革命，它具有一下一些特点【4，5】：（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，机械电器性能优良：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨。（3）尺度效应现象：一般的MEMS器件还没有小到进入物理学中的微观范畴，因此进店物理学仍然成立。但由于尺寸说笑带来的影响，许多物理现象与宏观世界有很大区别，因此许多原来的理论基础都会发生变化，如力的尺寸效应、微结构的表面效应、微观摩擦机理等，因此有必要对为动力学、微流体力学、微热力学、微摩擦学、微光学和微结构学进行深入的研究。（4）批量生产：用硅微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，批量生产可大大降低生产成本。（5）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科制造出可靠性、稳定性很高的MEMS。（6）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。2、MEMS历史与发展现状2