mems设计与工艺(2)材料

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1、2013/3/4MEMS设计与工艺主要内容——材料基本知识工程材料选用的技术经济原则材料学基础石云波MEMS材料硅材料先进制造中心402，3557569（O）其他材料shiyunbo@nuc.edu.cn1工程材料选用的技术经济原则一般机械零件失效形式使用性能选材原则断裂失效：力学性能：过度变形失效：化学性能物理性能表面损伤失效：腐蚀失效、磨损失效其它功能：工艺性能选材原则加工工艺性为主经济性选材原则成本效益分析单位成本分析材料价值分析产品功能使用性能要求的简单分类改变功能国外确定令部件功能引进知识、经

2、验分类典型性能用途举例初步设计加工/测试专家系统设备力学性能强度机械装置、承载结构零件、护罩等确定所需材料性能（指标）材使用性能韧性料工艺性能研制原现有材料是否适用新材料刚性始经济性性化学性能抗氧化性化工设备、动力装置、工业炉设备、海洋平台、能其它性能优选材料测试耐腐蚀性船用结构、户外结构等完善数据物理性能密度航空航天设备、材料变性、加工制造试验原型件导热性热交换器、散热器台架模拟试验导电性电机、电器、输变电设备、电子器件、仪器制磁性造等设计定型、成本核算投产终端产品制定技术条件和工艺路线其它功能功能器件、敏感元件、仪表等设计选材程序降低成本

3、12013/3/4材料学基础（一）材料学基础（二）固体材料的结构3晶体缺陷1固体的结合键分子键/离子键/共价键/金属键4晶界结构2晶体结构2.1晶体的空间点阵和晶系2.2金属的晶体结构2.3离子化合物的晶体结构2.4共价晶体结构2.5晶面指数、晶向指数晶面与晶向晶面硅晶体属于金刚石型由于单晶体是原子周期性规则排列所组成，因晶体结构，其晶胞都具有此在单晶体中可以划分出一系列彼此平行的平立方体的形式，在立方体面，这些面被称为晶面。这些彼此平行的晶面的每个角上都具有一个原组成了晶面族，晶面族有以下性质：子。我们把这个立方体的

4、(1)每一晶面上结点排列的情况完全相同；边长定为晶格常数，用a表(2)相邻的晶面之间距离相等；示，在室温标准大气压下(3)一族晶面可以把所有的结点都包括进去。硅的a=5.43A。晶面指数SicrystalorientationEachsiteistetrahedrallycoordinated为了识别晶体内的一个平面，习惯上用晶withfourothersitesintheothersublattice面指数来标记。Moreatomspercm2(oxidizesfasterthan100)butetchesmuchslowerA．{111

5、}包括（111），（111），（111），（111）B．{110}包括（110），（110），（101），（101），（011），（011）Equivalentplanesi.e.families{}C．{100}包括（100），（010），（001）http://www.novagate.com/~ahines/rocks/vir_cris.htm22013/3/4晶向由于硅属于立方晶体结构，在不同晶面上原子的排晶体中所取的方向不同，其物理化学性质也不列密度不同，导致硅晶体的各向异性，因此杂质的同．这就形成了晶体的各向异性。晶向可以用垂

6、扩散速度、腐蚀速度也各不相同。硅单晶在晶面上直于该晶面的法线方向来表示的原子密度是以(111)>(110)>(100)的次序递减，因此:扩散速度是以(111)<(110)<(100)方向递增。腐蚀速度是以(111)<(110)<(100)的顺序而增加。WaferIndicesMillerindicesofplanesinacubiccrystal32013/3/4MEMS材料材料的分类结构材料按性质分：基底材料：硅、砷化镓、其他半导体材料结构材料、功能材料和智能材料薄膜材料：单晶硅、氮化硅、氧化硅金属材料：金、铝、其他金属按

7、具体的应用场合：功能材料微结构材料、微致动材料与微传感高分子材料：聚酰亚胺、PMMA材料敏感材料：压阻、压电、热敏、光敏、其他致动材料：压电、形状记忆合金、磁性材料等MEMS材料MEMS对材料的要求1、具有可微机械加工的特性金属－Al,Au,Cu,W,Ni,TiNi,NiFe,2、具有一定的机械性能绝缘体3、具有较好的电性能SiO2－热生长或蒸汽淀积SiO2－晶体（压电）4、具有较好的热性能。Si3N4－CVD目前能基本满足上述要求的材料有：半导体硅、聚合体－光刻胶、聚酰亚氨等锗、砷化镓、金属铌，以及石英晶体等，

8、其中，半导体硅－单晶硅、多晶硅和非晶硅尤以硅材料最为常见。42013/3/4一、硅材料为什么硅是比较理想的衬底材料1、力学性能稳定，可集成到相同衬底的电子器件