上海微机电系统工程专业高级职称评审政策发表什么期刊
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1.助理职称:(满足以下条件之一)
(1)大学本科毕业,从事专业技术工作一年以上。
(2)大学专科毕业,从事专业技术工作二年以上。
(3)中专毕业,从事专业技术工作三年以上。
(4)高中毕业,从事专业技术工作七年以上。
(5)初中以下学历人员,从事专业技术工作十年以上,同时应具备员级职务。
2.中级职称:(满足以下条件之一)
(1)大学本科毕业,从事专业技术工作五年以上,担任助理职务四年以上。
(2)大学专科毕业,从事专业技术工作六年以上,担任助理职务四年以上。
(3)中专(高中)毕业,从事专业技术工作十年以上,担任助理职务四年以上。
(4)初中以下学历人员须从事专业技术工作十五年以上,担任助理职务四年以上。
3.高级职称:(满足以下条件之一)
(1)大学本科毕业,从事专业工作十年以上,担任中级职务五年以上。
(2)大学专科毕业,从事专业技术工作十五年以上,并担任中级职务五年以上。
(3)中专、高中毕业,从事专业技术工作二十年以上,并担任中级职务五年以上。
4.副高职称:(满足以下条件之一)
博士研究生毕业,取得中级职称,从事专业技术工作两年以上;
硕士研究生毕业,取得中级职称,从事专业技术工作四年以上;
大学本科毕业,取得中级职称,从事专业技术工作五年以上;
大学专科毕业,取得中级职称,从事专业技术工作六年以上。
微机电系统发展及制造浅述
摘要:微机电系统作为基于集成电路基础发展而成的工程技术,在当今许多领域有着重要表现。本文简述了MEMS的发展历程、主要特征和相关器件应用,总结了MEMS器件制造过程中运用的关键技术及问题,论述了湿法腐蚀、干法刻蚀和加体硅加工工艺及表面微加工的相关内容,并对MEMS的发展前景进行了基于个人的预测。
关键词:MEMS,体硅加工,表面微加工。
Development and manufacturing of MEMS
Zheng Tianliang
(School of Electronic Science&Engineering,Southeast University, Nanjing 210096, China)
引言
微机电系统(MEMS)的发展源于集成电路技术,根据摩尔定律的描述,每隔12至18个自然月,芯片上晶体管的集成量就会增加一倍。在相当一段的时间内,这一规律表明了其正确性,直至最近几年内才加强了对后摩尔时代的思考。在这一过程中,随着晶体管的不断集成,传统的电子制造技术已经无法匹配制造需求,电子器件的小型化和高集成度推动了微加工技术的不断发展,最终形成了这一项交叉了多种学科且不断完善的工程技术。它包含了感知和控制外界信息的传感器和执行器,以及进行信号处理和控制的部分。
MEMS的发展历程
在MEMS技术发展的早期阶段,一些实验室和研究机构在面对集成电路的高度集成化的问题时,提出并开展了一些相关的零散的研究方向,如单晶硅和多晶硅的压阻的发现、研究和优化。在这一时期,并未有统一的对这些研究的称呼方式,但其中重要的加工技术如体加工和表面加工技术无疑对MEMS的迅速成熟产生影响。
在MEMS技术的高速发展与更新时期,多项具有重要意义的研究成果不断被提出。作为最早期的微执行器的实例,1967年由Westinghouse公司的Harvey发明的RGT晶体管的栅极相对硅衬底可动,并由静电力控制栅极与衬底之间的距离[1]。在70年代,IBM实验室的Kurt及相关研究人员研发出大的薄膜型硅微加工压力传感器,采用了体硅加工技术,利用薄膜的力学特性,制备出相较于传统传感器的灵敏度更高的新器件,并且这种器件更易大规模生产以便降低成本,至此MEMS技术的商业化应用向前迈进了一大步。
在20世纪80年代时期,由于集成电路对于硅的大量应用,MEMS技术的研究也逐步向此方向靠拢,主要表现在对于这两种材料的物理学性质应用的研究。在此之后,微机电系统(MEMS)这一术语被正式提出并不断被广泛接受。这一名称明确的表述了在当时作为新兴领域的研究内容的特点,即在微米尺寸下,对于机电结合方式实现设计及生产的系统。
MEMS的主要特征
MEMS器件及微加工技术具有三种特点,即小型化、微电子集成和高精度的批量制造。
常见的MEMS器件的尺寸大都在微米这一量级。小尺寸的器件的一些物理学性质更加突出,能够轻易实现一些工作方式,如柔性支撑、高谐振频率和低热惯性,由于其尺寸微小,在相关医疗领域具备独特的优势。然而小尺寸在研发及生产过程中也带来了一些相较于传统宏观意义上未曾出现的物理效应,需要对特定材料的物理性质进一步分析。
微电子集成指MEMS系统可以将传感器和执行器这类与外部实际接触的部分与控制单元集成在同一芯片上,也就是单片集成,即在设计和制造时就为相应单元预留好承载空间,并要求保证尺寸和基本元件的精准性。
高精度的批量制造指MEMS技术在微结构的加工过程中能够高重复度的、高效率的和低成本的进行制造,而这些特点是传统机械加工技术所不能达到的。结合相应的光刻技术,能够保证在设计一些独特的结构时不会因为制造成本的原因影响使用效率和参数精度,也为MEMS的应用提供了更健全的发展渠道。
MEMS器件和应用
MEMS技术的发展对传感器和执行器这类通过能量形式转换达到一定目的的器件的发展带来了很大程度上的改变,这类器件主要的相关能量包括机械能、电能、化学能、磁能、辐射能和热能。
传感器可以大致分作两种类别:物理传感器和生化传感器。在传感器的设计过程中,需要根据不同的性能要求调整能量转换方式。传感器的一些主要特性有:灵敏度、线性度、分辨率、信噪比、动态范围、带宽、漂移、置信度、干扰和成本。
同样的,执行器作为将非机械能转化为机械能的执行器件,在设计过程中也有对应的要注意的要求:如输出驱动能力、响应速度、带宽、功耗、置信度、制造成本和芯片占用面积。
基于MEMS的相关特点,在众多领域已经出现了大量的工程应用内容。
微机电系统的发展及广泛应用引起了航空航天领域相关设施的微型化发展的趋势,并被广泛应用于各种领域。MEMS技术生产的惯性测量组合装置在航天器中广泛应用,并根据不同的设备要求调整了精度及处理方式。
MEMS技术也被广泛应用于生命科学及医学领域且前景广阔。MEMS器件的尺寸范围在逐渐发展下达到了纳米至微米的量级范围,这一量级与生物细胞的尺寸范围恰好相符,适合于进行一些小尺寸的操作内容。微针阵列及流体采样是MEMS技术在生物及医学领域的两项重要成果。
MEMS在相当的一段时间内在汽车工业领域被广泛应用,其高精度能够提供更高水平的汽车内人员安全、动力系统的检测与高质量发动、汽车的便利程度和汽车的监测与诊断条例的完善。在通信工程领域,设备体积小、功能全备、高性能和低能耗的要求一直被需求,MEMS技术的发展完美契合这些要求。常见的微型器件包括光开关、光纤耦合器、滤波器和谐振器等。
MEMS制造工艺及材料应用
硅作为集成电路制造的主要衬底材料,其单晶状态必须通过一定的加工工艺才能获得,在对硅片进行多次加工之后,利用光刻法形成设计要求的图形进行处理。MEMS工艺在生产过程中的一大特点是其可以一次性处理大量的重复单元。MEMS器件的制造要经过硅片生产、蚀刻、切割分离和互联密封。
对于一项具体的晶体管的制作,在确定了设计结构后,要经历以下步骤:
A.获取适当尺寸的硅衬底。
B.沉积对应的氧化膜掩膜。
C.完成结构的刻蚀。
D.使用有机溶液蚀去光刻胶。
在MEMS器件的发展过程中,硅基衬底作为主要的使用材料,也由于其晶格的排列方式不同而产生不同性质,并要求使用不同的制造工艺实现生产。最基本的制造工艺包括体微机械加工和表面微机械加工。前者通过选择性的蚀刻材料形成特定的结构以制造元器件,后者则是通过对不同材料的沉积后刻蚀实现结构层的制作,二者各有优劣且可以结合使用以达到更加的设计方案。
除去硅衬底的使用,MEMS发展也在采用新工艺及材料,如聚合物及化合物半导体,其在一定程度上能够弥补硅基在机械特性上的一些劣势。聚合物材料具有一定的生物兼容性和光透明性,且加工技术和成本较低,也有大量的应用内容。
MEMS关键技术
6.1体微机械加工
体微机械加工是一项重要的MEMS加工技术。根据刻蚀剂的选择不同,体硅加工可以分作湿法腐蚀和干法刻蚀。前者采用液态的化学腐蚀剂去除材料,后者则多采用气相刻蚀剂进行加工。
利用硅的各项异性进行腐蚀的方案可以通过对掩膜结构进行设计完成,同时要尽量减少腐蚀过程中的钻蚀现象。这类蚀刻技术能够加工一些独特的三维结构及悬臂结构,通过控制掩膜结构、腐蚀时间和衬底厚度完成方案。
等离子体刻蚀作为干法刻蚀的内容,能够实现衬底和薄膜材料的气相干法刻蚀。在反应过程中,等离子体蚀刻不需要衬底与腐蚀液体接触,略去了清洗步骤,同时具备更多的材料选择方向且温度较低。等离子蚀刻可以通过调整气压、电压偏置、功率和蚀刻气体选择完成结构制造。
除了上述方案,体微机械加工工艺还有如各项同性湿法腐蚀,此法通常使用HNA作为腐蚀剂[2];气相蚀刻方法,通常使用Xef2或BrF3作为蚀刻气体[3],但需考虑反应后产物的影响;键合技术也是一项体微加工工艺技术,通常是将圆片之间进行键合以通过不同材料和特性的衬底键合得到独特结构。这样可以得到较为平整的表面用于生产薄膜及一些大尺寸器件。
6.2表面微机械加工
表面微机械加工用于制造附着于衬底表面的微结构,此加工工艺不去除衬底材料。因此通过牺牲层腐蚀制造悬空型微结构。
表面微机械加工的大致流程如下:
A.在衬底上形成牺牲层。
B.光刻并保留结构所需的嵌合的牺牲层内容。
C.在衬底及牺牲层上生成锚定及可动结构层。
D.采用适当的腐蚀液体除去牺牲层。
在表面微机械加工的过程中,粘附机制作为影响产品灵敏度及精确度的一项因素需重点关注。在腐蚀液体蒸发去除过程中,悬空结构下相较于器件表面的液体所需时间较长,在表面张力作用下,微尺寸器件很容易产生结构的变形,甚至导致表面结构层与衬底接触。可以通过改变分界面的化学性质、减少表面接触面积、提供与表面张力的反向力以防止接触。
三维结构MEMS器件的组装可以通过二维表面微机械结构实现。通过多层不同结构的牺牲层与结构层的叠加后进行整体牺牲层的释放即可达到目标要求。
结语
微机电系统是在微电子技术的基础上发展起来的,融合了硅微加工、LIGA技术和精密机械加工等多种微加工技术,并应用现代信息技术构成的微型系统。它包括感知和控制外界信息(力、热、光、生、磁、化等)的传感器和执行器,以及进行信号处理和控制的电路。依据摩尔定律的判断,更高的集成化方向始终是集成芯片向上发展的必行之路,MEMS器件拥有自称体系的加工工艺与条例,在工业生产方面由于其低成本的优势已经占据重要地位,在不断更新的材料选择与工艺制备手法中可以预计MEMS的发展将继续下去,为后摩尔时代的思虑提供可行的操作方式。
参考文献:
[1]H.C. Nathanson,W.E. Newell,R.A. Wickstrom,J.R. Davis. The resonant gate transistor[J]. IEEE Transactions on Electron Devices,1967,14(3).
[2]K.E. Petersen. Silicon as a mechanical material[J]. Proceedings of the IEEE,1982,70(5).
[3]Brett Warneke,Kristofer S.J. Pister. In situ characterization of CMOS post-process micromachining[J]. Sensors & Actuators: A. Physical,2001,89(1).




