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MEMS 考试复习题

第一章 绪论

1. 微电子工业与 MEMS 的关系(网上搜索)

教材总结：

微电子工业与 MEMS 的关系主要有以下几点：

1) 对于 MEMS 的发展而言，微电子工业集成电路技术是起始点，集成电路产业按照摩尔定律一直发

展到今天，推动着信息社会的迅速发展。 电子器件小2) 型化和多功能集成是微加工技术的推动力。

3) MEMS 是由集成电路技术发展而来的。它经过了大约 20 年的萌芽阶段，在萌芽时期，主要是开展

一些有关 MEMS 的零散研究。 PPT:

1) 微系统是从微传感器发展而来的，已有几次突破性的进展。70 年代微机械压力传感器产品问世，

80 年代末研制出硅静电微马达，90 年代喷墨打印头，硬盘读写头、硅加速度计和数字微镜器件等 相继规模化生产，充分展示了微系统技术及其微系统的巨大应用前景。

2) MEMS 用批量化的微电子技术制造出尺寸与集成电路大小相当的非电子系统，实现电子系统和非

电子系统的一体化集成，从根本上解决信息系统的微型化问题，实现许多以前无法实现的功能。 3) 今天的 MEMS 与 40 年前的集成电路类似，MEMS 对未来的社会发展的推动已经逐步显现，它也

是 21 世纪初一个新的产业增长点。

MEMS 器件及其优点(列举两到三种) 2. 几种主要的商业化

1) MEMS 压力传感器 优点：具有较高的测量精度、较低的功耗和极低的成本。

2) 喷墨打印头 优点：廉价，性能好，可以提供高品质的彩色打印。（高分辨率，高对比度） 数字

优点：与 LCD 投影相比，DLP 具有更高的像素填充因子，更高的亮度、灰 3) 光处理器(DLP)

度和对比度，光利用效率高，对比度和色彩平衡的长期稳定性好。 集成惯性传感器（高灵敏度，4) 低噪声，低使用成本，满足了汽车市场使用的需要） 加速度传感器（对地震监测的超高灵敏度，5) 高可靠性与长期稳定性）

3. 热墨喷头的结构(组成)和工作原理

结构组成：喷墨嘴、加热条、墨汁腔

工作原理：通过喷墨打印头上的电加热元件，在 3μs 内急速加热到 300℃ ，使喷嘴底部的液态油墨汽 化并形成气泡，该蒸汽膜将墨水和加热元件隔离，避免将全部墨水加热。加热信号消失后，加热陶瓷表 面开始降温，但残留余热仍促使气泡在 8μs 内迅速膨胀到最大，由此产生的压力压迫一定量的墨滴挤 出喷嘴。随着温度继续下降，气泡开始呈收缩状态。喷嘴前端的墨滴因挤压而喷出，后端因气泡的收缩 使墨滴开始分离，气泡消失后墨水滴与喷嘴内的墨水就完全分开，从而完成一个喷墨的过程。

4. 比例尺度定律的定义

有些在宏观尺度下非常显著的物理效应，当器件尺寸变小以后，性能会变得很差。与之相反，有些对宏 观器件可忽略的物理效应，在微观尺寸范围内会变得很突出，这称之为比例尺度定律。

5. MEMS 传感器与执行器件设计应该考虑的因素

传感器的重要特性：

①灵敏度；②线性度；③响应特性；④信噪比；⑤动态范围；⑥带宽；⑦漂移；⑧可靠性；⑨串扰和干 扰；⑩开发成本和时间 执行器的相关指标：

①扭矩和力的输出能力；②行程；③动态响应速度和带宽；④材料来源及加工难易程度；⑤功耗和功率 效率；⑥位移与驱动的线性度；⑦交叉灵敏度和环境稳定性；⑧芯片占用面积

6. MEMS 本质特征（3M）

1) 小型化

2) 微电子集成

3) 高精度的批量制造

4)

智能化（附）

7. MEMS 换能器工作的能量域

（传感器主要分为两类：物理传感器与生/化传感器。）传感器和执行器统称为换能器（transducers）， 换能器可实现一种能量到另一种能量的转换。主要的能量域有 6 个：①电能（E），②机械能（Mec）， ③化学能（C），④辐射能（R），⑤磁能（Mag），⑥热能（T）

第二章 微制造导论

8. MEMS 基于微电子硅基工艺的理由

微电子工艺已经建立了成熟的工艺技术，并且在工艺控制和质量管理上也有良好的基础，所以 MEMS 器件首先在硅圆片上发展起来。（在技术和生产上成本比较低廉）

9. 传统制造与微制造的主要区别，如材料、处理、工艺等

1) 硅是 MEMS 和集成电路的主要衬底材料，机械特性较脆，不能用机械切割工具成形； 2) MEMS 和集成电路制作在晶圆片上；

3) MEMS 裸芯片或器件一般又小又多，并不能由人工来处理，必须由与之相匹配的具有自动分类、

拾取和放置功能的机器来处理。

10. MEMS 所特有或新兴的工艺及其优点

① 体微机械加工：即选择性地去除体材料形成特定的三维结构或机械元件，还可以与圆片键合以形成

更复杂的三维结构。 优点：可以相对容易地制造出大质量的零部件。

② 表面微机械加工：通过去除薄膜结构下的间隔层来获得可动的机械单元，而不是对衬底进行直接加

工。这层间隔称为牺牲层。 优点：工艺简单，容易与 CMOS 电路集成。 新工艺：激光刻③ 蚀、立体光刻、局部电化学淀积、光电铸等。

11. DRIE、LPCVD、LIGA、牺牲层腐蚀工艺(名词解释)

DRIE：深反应离子刻蚀。 LPCVD：低压化学气相淀积。 LIGA：即光刻、电铸和注塑的缩写。

牺牲层腐蚀工艺：首先淀积和图形化牺牲层，接着在牺牲层之上淀积结构层。之后选择性地去除牺牲 层以释放顶部的结构层。这种工艺称为牺牲层腐蚀工艺。

12. MEMS 工艺中需考虑哪些因素（在教材中，只需要列举 2 至 3 个）

1) 淀积速率和刻蚀速率

2) 淀积速率和刻蚀速率在圆片上的均匀性。 3) 过刻蚀的敏感度（选择性）。

4) 5) 6) 7) 8) 刻蚀的选择性。 温度兼容性。

全部加工工艺时间和工序数。 环境的洁净度要求。 淀积和刻蚀的分布。

13. 画出一种 MEMS 器件(微加工压力传感器)的工艺流程图，要求至少包含三 种单项工艺

静电微马达：

（a）LPCVD 淀积牺牲层（如氧 化硅）

（b）淀积结构层（多晶硅） （c）光刻

（d）淀积第二层牺牲层 （e）光刻和化学湿法刻蚀 （f）淀积第二层结构层 （g）光刻

（h）去除两层牺牲层

第三章 电学与机械学基本概念

14. 应力、应变、本征应力、杨氏模量、谐振频率和品质因素。（名词解释）

应力：对于任意选择的横剖面，在剖面的整个面上都有连续的分布力作用。这个力的密度就称之为应

力。正应力：应力以垂直于横剖面的方向作用。剪切应力：应力以平行于横剖面的方向作用。 应变：支杆的单位伸长量表示应变。如果应变的方向垂直于梁的横截面，则这种应变就称为正应变。假

L-L 0

设杆本来的长度为 L0 ,在给定正应力的作用下，杆伸长到 L,则杆的应变就定义为 s= ?L= L0 L0 本征应力：即使在室温和零外加负载的情况下，很多薄膜材料都存在内部应力的作用。这一现象称为 本征应力。

杨氏模量：在小形变情况下，根据胡克定律，应力和应变成正比（σ=Es）,比例常数 E 就称为弹性模