用于微电子机械系统封装的体硅键合技术和薄膜密封技术

对静电键合、体硅直接键合和界面层辅助键合等三种体硅键合技术 ,整片操作、局部操作和选择保护等三种密封技术 ,以及这些技术用于微电子机械系统的密封作了评述 ,强调在器件研究开始时应考虑封装问题 ,具体技术则应在保证器件功能和尽量减少芯片复杂性两者之间权衡决定。

影响微电子机械系统成品率和可靠性的粘合力和摩擦力

文章评述了影响微电子机械系统 (MEMS)成品率和可靠性的粘合力和摩擦力问题。在用氢氟酸(HF)腐蚀牺牲层、释放多晶Si微结构、干燥时 ,由于Si片表面薄层水的表面张力使两片亲水、间隙在微米量级的Si片粘合起来 ,称为“释放有关粘合”。粘合也发生在封装后器件中 ,当输入信号过冲时 ,由于Si片表面的化学状态将Si片粘合起来 ,称为“使用中粘合”。解决粘合的最好办法是 :在MEMS微结构的表面涂以抗粘合薄膜 ,将成品器件在干燥气氛下封装。介绍了抗粘合薄膜的制备工艺和目前存在的问题。相比之下 ,具有高速运动的MEMS ,其摩擦力问题更为复杂。应用抗粘合薄膜 ,解决了粘合 ,也降低了摩擦力 ,但摩擦依然存在。摩擦带来磨损 ,降低器件可靠性和寿命。寻找既抗粘合、又耐磨的薄膜 。

微分和表观静摩擦系数的表式

当前 ,工程师和科学家都对微牛和纳牛量级载荷静摩擦系数 (以下简称微牛纳牛静摩擦系数 )很感兴趣。但文献中至今没有详细讨论过微牛纳牛静摩擦系数与载荷的关系 ,而且发表的实验结果都不相互讨论。从微分静摩擦系数的定义出发 ,导出几种典型模型下微分静摩擦系数和表观静摩擦系数的表式 。

无源电悬浮原理及其实验研究

人们在研究微电机的过程中发现：转子与基底和轴承的摩擦已构成严重影响其运转动态性能的瓶颈障碍，它的转速和寿命远未达到理论值，用电悬浮轴承替代机械轴承不适为一种可选方案，本文对无源电悬浮的稳定平衡条件进行了论证，并作了悬浮过程的动力学模拟，选择直径为３ｍｍ，厚为０．２ｍｍ的玻璃片做悬浮的宏观模拟实验，在仔细调谐电路之后，悬浮物获得六个自由度（ｘ，ｙ，ｚ，θ，ψ）上的鲁棒稳定，进而论证了电悬浮在微机械中应用的可行性。

一种新型微机械陀螺的研究

设计了一种检测模态和驱动模态具有相近品种因子的微机械陀螺。这种我们称之为栅型结构的陀螺由悬空弹簧将具有栅条的检测质量块与衬底相联。计算结果表明 ,这种器件在大气压条件下其驱动模态和检测模态的品质因子几乎同为 14 0。同时 ,计算结果还表明可以获得比较平坦的较大带宽。采用硅 玻璃键合和深反应离子刻蚀技术制作了这种器件。

金属镍微型静电马达的初步研制

设计了一种材料为金属镍的摆动式(WObble)微型静电马达,马达转子直径140μm,厚度8μm,外观总体尺寸1 mm×1 mm.此马达首先是在硅衬底上利用准LIGA技术电镀形成,然后利用RIE释放.文中给出了微型摆动式静电马达的设计思想和制作工艺,并对工艺及马达驱动中出现的一些问题进行讨论.

低温SDB技术研究及硅表面吸附态的影响

研究了低温（５００℃以下）硅一硅直接键合（ＳＤＢ）技术，在低至１２０℃条件下获得了优良的键合结果，其键合强度可达到１０ＭＰａ以上．结合现有ＳＩＭＳ和ＴＤＳ测试结果，研究了硅表面吸附态对ＳＤＢ的影响，并对低温ＳＤＢ的可能机制进行了讨论．

采用混合结构定子的压电超声微电机的固有频率特性分析

本文首次采用了Rayleigh－Ritz方法来分析微机械中经常采用的多层膜结构（混合结构）定子的固有振动特性．研究了平面内应力（in－planestress）和弯曲应力（flexuralstress）对固有频率的影响．模拟计算和实验结果符合得较好．此外还讨论了定于有关参数对固有频率的影响．

薄型压电超声马达定子中旋转波形成机理初探

详细分析了马达定子中旋转波(行波)的形成机理及其主要特征(包括动能、势能和角动量等),论述了定子-转子交界面粒子椭圆振动的形成,表明压电马达定子中的波不同于传统的驻波和行波,而是被人称之为第三种波——旋转波。同时,也预示了压电定子中旋转波产生同电极设置和外界激励方式的关系。讨论了定子的固定方式。根据这一理论,研制出了由位相差为90°的双功率源驱动的压电旋转波马达,外加电压10 V时,马达的最高转速可达100 r/min。

变面积结构微机械电容式加速度传感器

文章首次报道了一种基于面积可变电容结构的微机械加速度传感器。质量块呈栅状结构,由悬臂梁支撑。两组交叉放置的定电极位于质量块的正下方。在惯性力的作用下,质量块呈平行于衬底水平移动,引起由质量块的栅与定电极的叉指构成的差分电容变化。通过测量差分电容的变化,可以得到加速度信号的大小。理论分析表明加速度响应信号随面积呈线性变化,而与质量块及定电极的间距无关。加速度传感器的制作采用了基于金属电镀的准LIGA技术,设计量程为20m/s2。测量结果表明,加速度传感器量程为20m/s2,灵敏度为581mV/(m·s-2),非线性为4%FS。讨论了器件线性度不够理想的原因。

微型压电超声马达定子表面振动特性分析

微型压电超声马达定子表面的振动幅度是难以检测的动态微小量。定子振动状态将直接关系到压电马达的实现与否。首次分析了采用均分电极结构的微型压电超声行波马达的定子表面的振动振幅。通过对影响定子振幅相关因素的分析，表明要获得最佳的表面振动效果，压电薄膜与弹性体的厚度必须相匹配。

反应离子深刻蚀(RIE)技术的研究

本文概述了微机械的发展前景和反应离子刻蚀技术在微机械研究中的应用.采用NF_3T SF_6/CCI_2F_2混合气体,在平板型反应离子刻蚀仪上,对硅进行了反应离子深刻蚀的研究,获得了一批经验数据.研制出了直径500μm,厚度为24.7μm的微型硅齿轮,刻蚀出厚度为50μm,侧向腐蚀为2μm的硅微细圆形.

微机械加工中的RIE技术

简述了反应离子刻蚀(RIE)技术在微型传感器部件加工制造中的应用,报道了采用NF_3、SF_6等气体反应离子刻蚀Si的实验结果,研制出了φ300μm的微型Si齿轮。

金刚石高成核选择比图形化技术

报道了一种新的金刚石薄膜选择生长图形化技术。首先用直流偏压增强的微波等离子体化学气相沉积（ＭＰＣＶＤ）对图形区域（Ｓｉ）高密度金刚石成核，接着对掩模区域（ＳｉＯ２）进行一次化学浅腐蚀，然后正常生长金刚石薄膜，得到表面光滑、侧壁陡直的金刚石精细图形。用该技术制作了金刚石微马达结构，其厚度为２μｍ，转子直径１５０μｍ。图形间隙可控制至１－２μｍ。

绝压式BESOI负压传感器研制

采取BESOI技术形成带真空腔的绝压式结构,利用凸型梁使形变膜的应力放大,研制出在电源电压5V时,具有输出灵敏度为257.4mV/10~5Pa的绝压式负压传感器芯片.其非线性度约0.1%,未加负压时,输出电压的温漂约400×10^(-6)/℃(FS).

SI GaAS中S^+注入的电学特性

本文研究了经常规热退火和快速热退火后SIGaAs中S^+注入的电学特性.热退火后,GaAs中注入S^+的快扩散和再分布不决定于S^+或砷空位V_(AS)的扩散而决定于离子注入增强扩散.使用快速热退火方法能抑制注入S^+在GaAs中的增强扩散,明显减小S^+的再分布,可以获得适合于制造GaAs MESFET器件的薄有源层.

金刚石薄膜选择生长技术

以金刚石微马达和微型谐振子结构制备为例，介绍化学气相沉积金刚石薄膜的两种选择生长技术。

微系统进展与我院微系统发展战略思考

微系统是指集成了微电子和微机械(或光学、化学、生物等方面的微元件)的系统。它以微米尺度理论为基础,用批量化的微电子技术和三维加工技术制造,用以完成信息获取、处理及执行的功能。阐述了国内外微系统技术及其产业发展的历程、现状和趋势,比较分析了我院微系统技术发展现状。基于以上分析讨论,提出了我院微系统发展战略。最后提出了对我院微系统产业发展的思考。