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原标题:传感器发展到今天,作为国内首次专门面向MEMS制

浏览次数:68 时间:2019-11-08

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日前,北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院研究生程晓亮、毛逸飞和张立获得由全球领先的微机电系统技术和晶圆制造服务提供商Innovative Micro Technology公司所提供的2016年度奖学金,以鼓励他们在使用碳氟等离子体无掩膜皱纹结构的可控制造、聚焦离子束应力引入技术、硅-玻璃键合结构工艺质量监控和工艺相关参数提取方面的研究成果和技术突破。

据麦姆斯咨询报道,MEMS器件领先供应商Sensera将其MEMS技术应用到了生物工程领域的新应用。该公司的MEMS技术被Harvard University用于“打造”微流控器件,以模仿人体器官的功能,包括肺、肠、肾、皮肤、骨髓和血脑屏障。

传感器发展到今天,小型化、智能化、集成化,已经是升级换代的必由之路。今天,我们来为大家介绍一下传感器家族的mini型产品——­­MEMS传感器。

2015年,微纳电子学研究院与IMT公司签署战略合作协议,内容之一就是设立专项奖学金,每年颁发给三名学生或团队,为MEMS器件制造工艺技术及其相关领域的人才培养和基础研究提供支持。作为国内首次专门面向MEMS制造工艺技术开发而设立的奖学金,IMT-北京大学微纳电子学研究院奖学金旨在激发学生应对通信、人类健康、农业优化、可再生能源等领域中迅速发展的技术、应用和创新。近两年,已有5名学生和1个学生团队获此殊荣。

“Sensera是一家能够提供关键MEMS器件制造的重要合作伙伴,帮助我们实现精准医疗和个性护理领域的新应用,” 哈佛大学Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering高级工程师Richard Novak博士说,“这些被称为器官芯片的微型芯片,为替代传统的生物试验提供了可能。每颗器官芯片都包含一层聚合物膜,其中含有排列了人体活细胞的空心管道。”

什么是MEMS传感器?

相关链接:IMT成立于2000年,专业生产MEMS器件,研发和制造基于MEMS技术的新型产品,拥有占地130000平方英尺的生产厂,其中包括一间30000平方英尺的百级超净室,是世界上最大、配置最精良的MEMS晶圆厂之一。IMT提供MEMS量产以及从设计到生产过程的制造服务,所服务的企业分布在医疗诊断、生物医学、微流体、显示屏、光学通信、射频器件、传感器等及其相关应用领域。

“这些空心的微流体通道运载多种流体,精确模仿了人体的多种器官功能,包括呼吸系统、循环系统和消化系统。并可以通过施加机械力来模拟活体器官的物理微环境,包括肺中的呼吸运动和肠中的蠕动形变等,” Novak解释称。

MEMS的全称是微型电子机械系统,微机电系统是指可批量制作的,将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等集成于一块或多块芯片上的微型器件或系统。而MEMS传感器就是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。

Sensera为怀斯研究院等其它客户供应模具来制造装配在器官芯片微流体器件上的聚合物膜。Sensera首席执行官Ralph Schmitt说:“对于我们来说,制造这些模具是一项新的挑战。我们需要调整我们传统的MEMS工艺,并实施满足生物医疗应用要求的非常严苛的品质管理系统。通过和怀斯研究院的合作,现在我们在这项技术上拥有了多家客户。”

MEMS是用传统的半导体工艺和材料,以半导体制造技术为基础发展起来的一种先进的制造技术,学科交叉现象极其明显,主要涉及微加工技术,机械学/固体声波理论,热流理论,电子学、材料、物理学、化学、生物学、医学等等。经过四十多年的发展,已成为世界瞩目的重大科技领域之一。

传感器发展到今天,作为国内首次专门面向MEMS制造工艺技术开发而设立的奖学金。“此外,Sensera在满足充满挑战的规格要求的同时,还能持续地确保器件品质,”

加工工艺:

Novak补充说。

MEMS技术基于已经相当成熟的微电子技术、集成电路技术及其加工工艺。它与传统的IC工艺有许多相似之处,如光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光工艺等,但是有些复杂的微结构难以用IC工艺实现,必须采用微加工技术制造。

Sensera已经通过的ISO 9001认证在一方面支持了其在微流体器件市场的成功,现在公司还正在朝ISO 13485认证努力。“这类基于MEMS技术的产品着实令人兴奋,”Schmitt说,“这是精准医疗技术领域的一块高增长市场。我们非常高兴能够为那些影响人类健康的客户提供如此独一无二的功能器件。”

微加工技术包括硅的体微加工技术、表面微加工技术和特殊微加工技术。体加工技术是指沿着硅衬底的厚度方向对硅衬底进行刻蚀的工艺,包括湿法刻蚀和干法刻蚀,是实现三维结构的重要方法。表面微加工是采用薄膜沉积、光刻以及刻蚀工艺,通过在牺牲层薄膜上沉积结构层薄膜,然后去除牺牲层释放结构层实现可动结构。

除了上述两种微加工技术以外,MEMS制造还广泛地使用多种特殊加工方法,其中常见的方法包括键合、LIGA、电镀、软光刻、微模铸、微立体光刻与微电火花加工等。

应用材料:

硅基材料:大部分集成电路和MEMS的原材料是硅(Si),这个神奇的VI族元素可以从二氧化硅中大量提取出来。而二氧化硅是什么?说的通俗一点,就是沙子。沙子君在经历了一系列复杂的加工过程之后,就变成了单晶硅,长这个样子:

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