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微米技術用于界定物理特征尺寸接近1μm（10-6m）的體系。這項技術給機械領域帶來的進步，就像集成電路技術給電子領域帶來的一樣。微米技術也稱絕敗為微機電系統( MEMS)，到了80年代后期，MEMS器件的潛力碧宏旅被認可，開始廣泛應用悔凳于微電子和生物醫藥工業領域

微機電系統的系統特點

1）微型化：MEMS器件體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、響應時間短。

2）以硅為主要材料電銷微米系統，機械電器性能優良：硅的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當電銷微米系統，密度類似鋁，熱傳導率接近鉬和鎢。

3）批量生產：用硅微純悶加工工藝在一片硅片上可同時制造成百上千個微型機電裝置或完整的MEMS。批量生產可大好念大降低生產成本。

4）集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致動方向的多個傳感器或執行器集成于一體，或形成微傳感器陣列、微執行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復雜的微系統。微傳感器、微執行器和微電子器件的集成可制造出可靠性、穩定性很高的MEMS。

5）多學科交叉：MEMS涉及電子、機械、材料、制造、信息與自動控制、物理、化學和生物等多種學科，并集約了當今科學技術發展的許多尖端成果。

MEMS發展的目標在于，通過微型化、集成化來探索新原理、新功能的元件和系統，開辟一個新技術領域和產業。MEMS可以完成大尺寸機電系統所不能完成的任務，也可嵌入大尺寸系統中，把自動化、智能化和可靠性水平提高到一個新的水平。21世紀MEMS將逐步從實驗室走向實用化，對工農業、信息、環境、生物工程、醫療、空間技術、國防和科學發展產生重大影響。

微機電系統是微米大小的機械系統，其中也包括不同形狀的三維平板印刷產生的系統。這些系統的大小一般在微米到毫米之間。在這個大小范圍中日常的物理經驗往往不適用。比如由于微機電系統的面積對體積比比一般日常生活中的機械系統要大得多，其表面現象如靜電、潤濕等比體積現象如慣性或熱容量等要重要。它們一般是由類似于生產半導體的技術如表面微加工、體型微加工等技術制造的。其中包括更改的硅加工方法如壓延、電鍍做襪彎、濕蝕刻、干蝕刻、電火花加工等等。微機電系統是指集微型傳感器、執行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統，是一個獨立的智能系統。主要由傳感器、作動器和微能源三大部分組成。微機電系統具有以下幾個基本特點，微型化、智能化、多功能、高集成度。微機電系統。它是通過系統的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統微機電系統。微機電系統涉及航空航天、信息通信、生物化學、醫療、自動控制、消費電子以及兵器等應用領域。微機電系統的制造工藝主要有集成電路工藝、微米/納米制造工藝、小機械工藝和其電銷微米系統他特種加工工種。微機電系統技術基礎主要包括設計與仿真技術、材料與加工技術、封裝與裝配技術、測量與測試技術、集成與系統技術等。

特點

①和半導體電路相同，使用刻蝕、光刻等制造工藝，不需要組裝、調整電銷微米系統；

②進一步可以將機械可動部、電子線路、傳感器等集成到一片硅板上電銷微米系統；

③它很少占用地方，可以在一般的機器人到不了的狹窄場所或條件惡劣的地方使用；

④由于工作部件的質量小，高速動作可能；

⑤由于它的尺寸很小，熱膨脹等的影響小；

⑥它產生的力和積蓄的能量很小，本質上比較安全。

優勢

經濟利益：

1.大批量的并行制造過程；

2.系統級集成；

3.封裝集成；

4.與IC工藝兼容。

技術利益：

1.高精度；

2.重量輕，尺寸??；

3.高效能。 MEMS光學掃描儀

隨著信息技術、光通信技術的迅猛發展，MEMS發展的又一領域是與光學相結合，即綜合微電子、微機械、光電子技術等基礎技術，開發新型光器件，稱為微光機電系統(MOEMS)。它能把各種MEMS結構件與微光學器件、光波導器件、半導體激光器件、光電檢測器件等完整地集成在一起。形成一種全新的功能系統。MOEMS具有體積小、成本低、可批量生產、可精確驅動和控制等特點。較成功的應用科學研究主要集中在兩個方面:

一是基于MOEMS的新型顯示、投影設備，主要研究如何通過反射面的物理運動來進行光的空間調制，典型代表為數字微鏡陣列芯片和光柵光閥:二是通信系統，主要研究通過微鏡的物理運動來控制光路發生預期的改變，較成功的有光開關調制器、光濾波器及復用器等光通信器件。MOEMS是綜合性和學科交叉性很強的高新技術，開展這個領域的科學技術研究，可以帶動大量的新概念的功能器件開發。 射頻MEMS技術傳統上分為固定的和可動的兩類。固定的MEMS器件包括本體微機械加工傳輸線、濾波器和耦合器，可動的MEMS器件包括開關、調諧器和可變電容。按技術層面又分為由微機械開關、可變電容器和電感諧振器組成的基本器件層面；由移相器、濾波器和VCO等組成的組件層面；由單片接收機、變波束雷達、相控陣雷達天線組成的應用系統層面。

隨著時間的推移和技術的逐步發展，MEMS所包含的內容正在不斷增加，并變得更加豐富。世界著名信息技術期刊《IEEE論文集》在1998年的MEMS專輯中將MEMS的內容歸納為：集成傳感器、微執行器和微系統。人們還把微機械、微結構、靈巧傳感器和智能傳感器歸入MEMS范疇。制作MEMS的技術包括微電子技術和微加工技術兩大部分。微電子技術的主要內容有:氧化層生長、光刻掩膜制作、光刻選擇摻雜(屏蔽擴散、離子注入)、薄膜(層)生長、連線制作等。微加工技術的主要內容有:硅表面微加工和硅體微加工(各向異性腐蝕、犧牲層)技術、晶片鍵合技術、制作高深寬比結構的LIGA技術等。利用微電子技術可制造集成電路和許多傳感器。微加工技術很適合于制作某些壓力傳感器、加速度傳感器、微泵、微閥、微溝槽、微反應室、微執行器、微機械等，這就能充分發揮微電子技術的優勢，利用MEMS技術大批量、低成本地制造高可靠性的微小衛星。

MEMS技術是一個新興技術領域，主要屬于微米技術范疇。MEMS技術的發展已經歷了10多年時間，大都基于現有技術，用由大到小的技術途徑制作出來的，發展了一批新的集成器件，大大提高了器件的功能和效率，已顯示出了巨大的生命力。MEMS技術的發展有可能會像微電子一樣，對科學技術和人類生活產生革命性的影響，尤其對微小衛星的發展影響更加深遠，必將為大批量生產低成本高可靠性的微小衛星打開大門。

微米的意思：微米是長度單位，符號μm。1微米相當于1米的一百萬分之一（10，此即為“微”的字義）。

在ISO 2955的國際標準中，“u”已經被接納為一個代替“μ”來代表10的國際單位制符號。微米是紅外線波長、細胞大小、細菌大小等的數量級。

理解長度單位，首先要理解它的上位渣碰概念——單位?！冬F代漢語詞典》對“單位”的解釋是：計量事物的標準量的名稱。在測量中，以同類量的芹梁迅某定量為基準量，測定已知量相當于基準量的多少倍，該基準量稱為單位。

如厘米是計量長度的單位，克是計量質量的單位，秒是計量時嫌此間的單位。作為數學的例子，還可以說1是自然數的單位，分子為1的分數是分數的單位。

微米技術

微米技術用于界定物理特征尺寸接近1μm（10-6m）的體系。20世紀60年代后期，研究人員實現了機械裝置的小型化和批量制作，這項技術給機械領域帶來的進步，就像集成電路技術給電子領域帶來的一樣。

微米技術也稱為微機電系統( MEMS)，其始于1969年美國西屋(Westinghouse)公司設計的諧振柵—場效應晶體管。接下來的十年中，一些制造廠商開始使用體硅蝕刻技術生產壓力傳感器。

技術上的突破一直持續到20世紀80年代初，使用新型多晶硅表面微加工技術來制造用于磁盤驅動磁頭的驅動器。到了80年代后期，MEMS器件的潛力被認可，開始廣泛應用于微電子和生物醫藥工業領域。

25年中，MEMS已經從技術好奇心的領域來到了充滿商業潛力的世界。今天，MEMS器件在汽車安全氣囊、噴墨打印機、血壓監測儀、投影顯示系統以及空間系統中均成為核心部件，已經展現出廣泛的用途?？梢灶A見，在不遠的將來，這些MEMS器件將像微電子產品一樣普及。

微米級干霧抑塵裝置——粉塵終結者

微米級干霧抑塵的原理是基于歐美科學家的研究理論:“水霧顆粒大小與塵粒大小相近時電銷微米系統，吸附、過濾、凝結的概率最高”。該微米級干霧抑塵裝置能夠產生直徑為1-10微米的水霧顆粒電銷微米系統，有效吸附懸浮在空氣中的粉塵電銷微米系統，尤其是直徑小于5微米的可吸入性粉塵顆粒，依靠重力凝聚沉降，從而達到抑塵效果。填補了國內直徑5微米以下呼吸性粉塵應用的空白。

微尺度干霧抑塵裝置具有超乎想象的抑塵能力:在污染源頭——揚塵起點進行控塵；水霧顆粒為干霧，在抑塵點形成濃密的霧池；抑塵效率高，對10微米以下可吸入粉塵的治療效果高達96%，避免了矽肺的危害；用改嘩水量少，物料濕度按重量增加0.05%-0.1%，物料(煤)無熱值損失，無二次污染；占地面積小，操作方便，全自動控制；設備投資少，運行維護費用低；適用于無組織排放、封閉或半封閉空間的污染源，大大降低粉塵殲穗塵爆炸的概率，減少消防設備的投入。冬季使用時，車間溫度基本不變(其他傳統除塵設備，利用負壓原理工作，帶走車間大量熱量，不得不增加車間派卜的供熱)。

一圓信和億微米等于100米。

通過單位換算顯示一米=1000000微米電銷微米系統，一億微米等于100米電銷微米系統，微米公制中計量長度電銷微米系統的一種單位，1微米電銷微米系統的長度是1米電銷微米系統的一百萬分之一，坦握是1毫米的一千分之一，通常用來計量微小物體的長度。

微米是紅外線波長、細胞大小、細菌大小等的數量級橘盯。微米技術也稱為微機電系統（MEMS），其始于1969年美國西屋公司設計的諧振柵—場效應晶體管。

可以通過微米光的技術一次性治愈各種贅生物（如尖銳濕疣），或者是治療宮頸柱狀上皮外移糜爛面的修復。

微米光治療儀的作用，微米光是一種新型光療治療儀，還有各種微量元素光元素，具有方向性好、穿透力強的優勢?？梢酝ㄟ^微米光的技術一次性治愈各種贅生物（如尖銳濕疣），或者是治饑并差療宮頸柱狀上皮外移糜爛面的修復。微米光可以在較短的時間內使病變組織部位的蛋白質固化，增強局部的免疫力，改善機體的免疫功蔽猜能狀態，促進局部組織的新陳代謝，還可以消炎消腫促進局部組織的愈合。

微米光治療儀的作用，微米光是一種新型光療治療儀，還有各種微量元素光元素，具有方向性好、穿透力強的優勢?？梢酝ㄟ^微米光的技術一次性治愈各種贅生物（如尖銳濕疣），或者是治療宮頸柱狀上皮外移糜爛面的修復。微米光可以在較短的時間內使病變組織部位的蛋白質固化，增強局部的免疫力，改善機體的免疫功能狀態，促進局部組織的新陳代謝，還可以消炎消腫促進局部組織的愈合。

摘 要 材料與結構在微納米尺度展現了許多不同于宏觀尺度的新特征，納米技術已經成為當前科學研究與工

業開發的熱門領域之一 微小型化依賴于微納米尺度的功能結構與器件，實現功能結構微納米化的基礎是先進的

微納米加工技術 文章對微納米加工技術做了一個綜合的介紹，簡要說明了微納米加工技術與傳統加工技術的區

別 在微納米加工技術的應用方面提出了一些合理選擇加工技術的原則，并對當前微納米加工技術面臨的挑戰和

今后發展的趨勢作了預測

關鍵詞 微納米技術，微納米加工，微系統技術，微小型化

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5 引言

當 5MNH 年 5E 月美國貝爾實驗室的科學家發明

了世界上第一只晶體管，他們不會想到 F6 多年后的

今天，這場由晶體管引發的微電子技術革命已經深刻

地影響了現代社會的面貌 由半導體微電子技術以及

由此引發的各種微型化技術除了成為現代高科技產

業的主要支柱之外，也深入到現代生活的所有領域，

尤其是所謂 O/ 領域，即消費類電子產品（+=,7’39），

計算機（+=#’"39）與通信（+=’,)+*")=,） 今天，功

能強大的筆記本計算機，品種繁多小巧玲瓏的多功能

移動通信工具和花樣翻新的家用電器已隨處可見 除

了集成電路之外，微型化技術導致了微系統的發展，

開發出直徑只有 5 的微馬達，指甲大小的微攝像

頭，豌豆大小的氣相色譜分析裝置，芯片上的光學平

臺和化學分析實驗室等 如果說集成電路芯片提供了

一個系統的思考與決策的大腦，微系統技術則以各種

微傳感器與微執行器提供了系統的感官、手與腳 系

統微型化成為今后現代工業發展的必然趨勢 如果按

微型化的尺度衡量，集成電路技術與微系統技術還屬

于微米技術 自 E5 世紀以來，由半導體微電子技術引

發的微型化革命進入了一個新的時代，這就是納米技

術時代 從微米到納米的過渡不僅僅是量的過渡而且

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"# 卷（$%% 年）’ 期 ())*：++,,,- ,./0- 12- 23

代表了質的躍遷- 材料與結構在 ’%%34 以下顯現出不

同于宏觀世界的性質- 納米科技為人類展現了微觀世

界的新天地- 從晶體管到集成電路，從微電子到微機

械與微流體，從微米技術到納米技術，微納米技術已

經成為當今高科技的代名詞無論是集成電路技術，還是微系統技術或納米

技術，其共同的特征是功能結構的尺寸在微米或納

米范圍，因此可以統稱為微納米技術- 微納米技術依

賴于微納米尺度的功能結構與器件- 實現功能結構

微納米化的基礎是先進的微納米加工技術- 在過去

的 #% 年中，正是微納米加工技術的發展促進了集成

電路的發展，導致集成電路的集成度以每 ’5 個月翻

一番的速度提高- 現代微納米加工技術已經能夠將

上億只晶體管做在方寸大小的芯片上- 最小電路尺

寸為 6%34 的集成電路芯片已經開始大規模生產-

" 的集成電路芯片已開始小批量工業化生產，而

7#34 加工水平的集成電路已經在研發階段- 除了集

成電路芯片中的晶體管越做越小，微納米加工技術

還可以將普通機械齒輪傳動系統微縮到肉眼無法觀

察的尺寸- 微納米加工技術可以制作單電子晶體管，

可以實現單個分子與原子操縱- 微納米加工技術可

以建筑人類進入微觀世界的橋梁，是人類了解和利

用微觀世界的工具- 因此了解微納米加工技術對于

理解微納米技術，以及由微納米技術支撐的現代高

科技產業是非常重要的-

$ 微納米加工技術的分類

自人類發明工具以來，加工是人類生產活動的

主要內容之一- 所謂加工是運用各種工具將原材料

改造成為具有某種用途的形狀- 一提到加工，人們自

然會聯想到機械加工- 機械加工是將某種原材料經

過切削或模壓形成最基本的部件，然后將多個基本

部件裝配成一個復雜的系統- 某些機械加工也可以

稱為微納米加工- 因為就其加工精度而言，某些現代

磨削或拋光加工的精度可以達到微米或納米量級但本文所討論的微納米加工技術是指加工形成的部

件或結構本身的尺寸在微米或納米量級- 微納米加

工技術是一項涵蓋門類廣泛并且不斷發展中的技

術- 在 $%%7 年國際微納米工程年會上，曾有人總結

出多達 % 種微納米加工方法- 可見實現微納米結構

與器件的方法是多樣的- 本文不可能將所有微納米

加工技術一一介紹- 對這些加工技術的詳細介紹目

前已有專著出版［’］

- 筆者在此僅將已開發出的微納

米加工技術歸納為三種類型作概括性的介紹-

!- " 平面工藝

以平面工藝為基礎的微納米加工是與傳統機械

加工概念完全不同的加工技術- 圖 ’ 描繪了平面工

藝的基本步驟- 平面工藝依賴于光刻（/0)(89:1*(;）

技術- 首先將一層光敏物質感光，通過顯影使感光層

受到輻射的部分或未受到輻射的部分留在基底材料

表面，它代表了設計的圖案- 然后通過材料沉積或腐

蝕將感光層的圖案轉移到基底材料表面- 通過多層

曝光，腐蝕或沉積，復雜的微納米結構可以從基底材

料上構筑起來- 這些圖案的曝光可以通過光學掩模

投影實現，也可以通過直接掃描激光束，電子束或離

子束實現- 腐蝕技術包括化學液體濕法腐蝕和各種

等離子體干法刻蝕- 材料沉積技術包括熱蒸發沉積，

化學氣相沉積或電鑄沉積圖 ’ 平面工藝的基本過程：在硅片上涂光刻膠、曝光、

顯影，然后把膠的圖形通過刻蝕或沉積轉移到其他材料

平面工藝是最早開發的，也是目前應用最廣泛

的微納米加工技術- 平面工藝之所以不同于傳統機

械加工是因為：（’）微納米結構由曝光方法形成，而

不是加工工具與材料的直接相互作用- 所以限制加

工結構尺寸的不是加工工具本身的尺寸，而是成像

系統的分辨率，例如光波的波長，激光束，電子束或

離子束直徑；（$）平面工藝一般只能形成二維平面

·%$·

微納米加工技術專題

!""#：$$%%% %’() *+ +, 物理

結構，或準三維結構，而不是真正的三維系統 平面

工藝形成的三維結構是通過多層二維結構疊加而成

的；（.）平面工藝形成的是整個系統，而不是單個部

件 由于每個部件如此之小，根本無法按傳統的先加

工分立部件然后裝配成系統的途徑 所以系統中的

每個部件以及它們之間的關系是在平面加工過程中

形成的

平面工藝產生于 /0 世紀 10 年代集成電路的開

發 半導體晶體管由分立到集成就是基于平面工藝

集成電路制造的平面工藝概括起來為 2 個基本方

面［/］

：

（3）薄膜沉積（(*456),7） 包括各種氧化膜，多

晶硅膜，金屬膜等 金屬連線，晶體管柵極，摻雜掩

模，絕緣層，隔離層，鈍化層等是集成電路的基本組

成部分

（/）圖形化（#*""56,),7） 所謂圖形化是在硅基

底和沉積的薄膜上形成各種電路圖形 這包括光刻

和刻蝕兩個方面 更確切地說，圖形化是集成電路微

納米加工的核心 集成電路的結構是通過圖形化實

現的 集成電路發展的歷史也是平面圖形化技術不

斷進步的歷史

（.）摻雜（89#),7） 晶體管的載流子區通過摻

雜形成，摻雜包括熱擴散摻雜和離子注入摻雜

（2）熱處理（*,,5*(),7） 離子注入后通過熱處

理可以恢復由離子轟擊造成的晶格錯位，熱處理也

可以使沉積的金屬膜與基底合金化，形成穩固的導

電層

平面微納米加工技術雖然主要應用于集成電路

制造，但近年來微系統技術中也大量應用平面工藝

制作各種微機械、微流體和微光機電器件等 例如，

圖 / 是美國 :;=; 國家實驗室通過平面工藝制作

的多齒輪傳動系統 從表面來看，它與傳統機械加工

形成的齒輪傳動系統沒有什么區別 但這里的每個

齒輪的直徑不超過 3?? 即使當今最先進的精密機

械加工技術也無法制作這樣微小的齒輪 它是通過

多層多晶硅沉積與刻蝕形成的 而且各個齒輪以及

它們的傳動配合關系是通過巧妙的設計與硅平面工

藝的結合一次做成的 微系統所需要的加工技術除

了沒有摻雜工藝外與集成電路的平面加工技術基本

相同 但由于某些微系統特殊功能的需要，其結構尺

寸一般遠大于集成電路的結構尺寸 因而產生了某

些適用于微系統的特殊平面工藝，例如厚膠曝光、電

鑄工藝、硅深刻蝕工藝以及制作微光學元件的灰度

曝光工藝等

圖 / 美國 :;=; 國家實驗室利用多層硅平面工藝

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