Нарайкин, К.Г. Потловский, В.В. Холевин ВВЕДЕНИЕ В МИКРОСИСТЕМНУЮ ТЕХНИКУ Рекомендовано Научнометодическим советом МГТУ им. <...> Микросистемная техника – активно развивающееся направле ние, создающее функционально законченные нано и микроразмер ные устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от характеристик устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям. <...> Приведены примеры использова ния микроэлектромеханических систем в различной аппаратуре как бытового, так и специального назначения. <...> Н.Э. Баумана, 2011 Введение Научнотехническое направление «Микросистемная тех ника» возникло в начале 1990х годов в результате объедине ния двух направлений: «Технология микросистем» (МСТ, MST –Microsystems Technology) и «Микроэлектромеханичес кие системы» (МЭМС, MEMS – Microelectromechanical Sys tems). <...> Итогом являются низкая надежность, значительные масса, габариты и энергопотребление, высокая себестоимость. <...> Вовторых, они могут быть непосредственно включены в состав интегральных схем (рас полагаться на одном полупроводниковом кристалле), что позволяет создавать сложные и одновременно компактные МЭМС. <...> Перечислим основные принципы функционирования мик ромеханических систем: • электростатический принцип (перемещение элементов конструкции,заряженныходноименнымиилиразноименными зарядами, рис. <...> Элементарный электростатический привод: Y – расстояние между электродами; hY – относительное переме щение; Y + hY – расстояние между электродами при приложении одноименных потенциалов; Y– hY – расстояние между электро дами при приложении разноименных потенциалов 5 • электромагнитный принцип (перемещение за счет взаи модействия подвижных элементов конструкции с магнитным полем); • электрострикционный и магнитострикционный принци пы(основаны на эффекте изменения линейных размеров веще ства при приложении к нему электрического или магнитного поля); • пьезоэлектрический <...>
Введение_в_микросистемную_технику.pdf
УДК 621.382:53(075.8)
ББК 32.844.1
Н28
Рецензенты: П.К. Кашкаров, В.А. Шахнов
Н28
НарайкинО. С.
Введение в микросистемную технику : учеб. пособие /
О. С. Нарайкин, К. Г. Потловский, В. В. Холевин. – М.:
Издво МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 49, [3] с. : ил.
Микросистемная техника – активно развивающееся направле
ние, создающее функционально законченные нано и микроразмер
ные устройства, характеристики которых кардинальным образом
отличаются от характеристик устройств аналогичного назначения,
созданных по традиционным технологиям.
Учебное пособие содержит сведения о физических принципах
функционирования электромеханических систем и об основных
технологиях их производства. Приведены примеры использова
ния микроэлектромеханических систем в различной аппаратуре
как бытового, так и специального назначения.
Для студентов, изучающих курс «Микросистемная техника».
УДК 621.382:53(075.8)
ББК 32.844.1
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1. Принципы функционирования и особенности проектирова
ния МЭМС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2. Конструкционные материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1. Термическое окисление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2. Химическое осаждение из газовой фазы . . . . . . . . . . . 11
2.3. Физическое осаждение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.1. Термовакуумное испарение и осаждение . . . . . . . 13
2.3.2. Катодное распыление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.4. Электрохимическое осаждение . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3. Технологии микромеханики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1. Глубинное объемное травление . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2. Анизотропное жидкостное травление . . . . . . . . . . . . 17
3.3. Сухое травление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4. Технология поверхностной механики. . . . . . . . . . . . . 21
3.5. LIGAтехнология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6. Соединение пластин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.7. Электроннолучевая литография . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.8. Микростереолитография. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4. Датчики и исполнительные устройства. . . . . . . . . . . . . . . 32
4.1. Датчики давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.2. Акселерометры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.3. Микроприводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.4. Линейные приводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.5. Термоприводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.6. Электродвигатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.7. Оптические компоненты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.8. Микрофлюидика. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.9. Клапаны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.10. Микрореакторы и смесители . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.11. Портативные силовые установки. . . . . . . . . . . . . . . 45
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Стр.51