通过对本课程的学习,使学生对MEMS基本原理及其工艺有一个较为完整和系统的概念,并具有一定的设计简单MEMS器件和解决工艺问题、提高产品质量的能力,具体如下:
1. 初步掌握MEMS工艺流程的基本理论与方法;
2. 掌握MEMS加工技术的基本工艺如光刻与体微加工技术、表面微加工技术、键合、
集成与封装等;
3. 熟悉各类MEMS微器件如微型压力传感器、惯性传感器、微执行器,RF-MEMS,光学
MEMS的工作原理及各类应用场合,能设计一些简单的MEMS器件。
五、教学内容与进度安排 第一章 绪论 1. 课时数:3
2. 讲授内容或训练技能,重点、难点 第1小节 MEMS的定义 第2小节 MEMS的应用领域 第3小节 MEMS的发展 3. 学生学习任务
了解常见MEMS器件;国内MEMS工艺发展的过程以及现状;MEMS和我们日常生活的联系。
4. 教学方法:课堂讲解 5. 课外学习要求:课后作业
第二章 微系统基本理论—基础力学与基本物理 1. 课时数:3
2. 讲授内容或训练技能,重点、难点 第1小节 应力和应变 第2小节 弹性梁
第3小节 薄板与流体的基本概念 第4小节 静电力 第5小节 尺寸效应 3. 学生学习任务
了解在微小尺度下,微机电系统的基础力学、电学等性质和大尺度下有和异同,微小尺度器件设计的关键要素是什么。 4. 教学方法:课堂讲解 5. 课外学习要求:课后作业
第三章 MEMS工艺I—光刻与体微加工技术 1. 课时数:6
2. 讲授内容或训练技能,重点、难点 第1小节 MEMS光刻技术
第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀 第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀 第4小节 体微加工技术—干法刻蚀
第5小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀 第6小节 体微加工技术—稳态深刻蚀 第7小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用 3. 学生学习任务
参考微电子工艺中的光刻工艺,了解MEMS体微加工技术中的各种刻蚀方法,以及与传统微电子刻蚀工艺有何异同。 4. 教学方法:课堂讲解 5. 课外学习要求:课后作业
第四章 MEMS工艺II—表面微加工技术 1. 课时数:6
2. 讲授内容或训练技能,重点、难点 第1小节 表面微加工技术概述 第2小节 表面微加工技术的几个问题 第3小节 表面微加工代工工艺 第4小节 表面微加工的应用 第5小节 厚结构层技术 3. 学生学习任务
什么是表面微加工,表面微加工技术有哪些,表面微加工的具体应用。 4. 教学方法:课堂讲解 5. 课外学习要求:课后作业
第五章 MEMS工艺III—键合 1. 课时数:3
2. 讲授内容或训练技能,重点、难点 第1小节 键合概述与直接键合 第2小节 阳极键合与聚合物键合 第3小节 金属键合与键合设备 3. 学生学习任务
了解键合在MEMS中的重要性,熟悉键合工艺的具体流程。 4. 教学方法:课堂讲解 5. 课外学习要求:课后作业
第六章 MEMS工艺IV—集成与封装 1. 课时数:3
2. 讲授内容或训练技能,重点、难点 第1小节 工艺集成 第2小节 系统集成
第3小节 单芯片集成与多芯片集成 第4小节 三维集成 第5小节 MEMS封装
3. 学生学习任务
了解MEMS的工艺集成和封装的具体流程,MEMS工艺集成和封装中的关键技术和难点。 4. 教学方法:课堂讲解 5. 课外学习要求:课后作业
第七章 MEMS传感器I—传感器的敏感机理 1. 课时数:3
2. 讲授内容或训练技能,重点、难点 第1小节 概述 第2小节 压阻传感器
第3小节 电容传感器与压电传感器 第4小节 谐振传感器与隧穿传感器 3. 学生学习任务
了解各类MEMS传感器的基本机理,常见MEMS传感器的的种类以及工作原理,应用领域等。 4. 教学方法:学生课前自主学习,查找资料,课堂发表以及讨论。 5. 课外学习要求:课后作业
第八章 MEMS传感器Ⅱ—压力传感器 1. 课时数:3
2. 讲授内容或训练技能,重点、难点 第1小节 压力传感器 第2小节 压阻式压力传感器
第3小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器 第4小节 硅微麦克风 3. 学生学习任务
熟悉压力传感器的特点,压力传感器的基本原理、分类,电容式和谐振式传感器分布有什么优点,常见的压力传感器如硅微麦克风的工作原理。
4. 教学方法:学生课前自主学习,查找资料,课堂发表以及讨论。 5. 课外学习要求:课后作业
第九章 MEMS传感器Ⅲ—惯性传感器 1. 课时数:3
2. 讲授内容或训练技能,重点、难点 第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述 第2小节 压阻式与电容式加速度传感器 第3小节 电容式与热传导式加速度传感器 第4小节 微机械陀螺概述 第5小节 典型微机械陀螺 第7小节 模态解耦合 3. 学生学习任务
了解惯性传感器的特征,惯性传感器的工作原理,速度传感器和加速度传感器的结构,了解
微陀螺的工作原理及其在日常生活中的应用。
4. 教学方法:学生课前自主学习,查找资料,课堂发表以及讨论。 5. 课外学习要求:课后作业
第十章 微型执行器 1. 课时数:3
2. 讲授内容或训练技能,重点、难点 第1小节 执行器概述
第2小节 静电执行器—平板电容执行器 第3小节 静电执行器—叉指电容执行器 第4小节 热执行器
第5小节 压电执行器和磁执行器 3. 学生学习任务
了解微执行器的基本概念,平板电容器和叉指电容器的工作原理,了解热执行器,压电执行器和磁执行器的基本工作原理和应用。
4. 教学方法:学生课前自主学习,查找资料,课堂发表以及讨论。 5. 课外学习要求:课后作业
第十一章 RF MEMS 1. 课时数:3
2. 讲授内容或训练技能,重点、难点 第1小节 RF MEMS概述 第2小节 MEMS开关
第3小节 MEMS谐振器—梳状谐振器 第4小节 MEMS谐振器—板式谐振器 第5小节 MEMS谐振器的制造 3. 学生学习任务
RF MEMS是当前广泛应用于通讯的领域的一种MEMS器件,了解RF-MEMS器件的工作原理以及各类RF-MEMS的应用场合,熟悉MEMS谐振器的制造过程。 4. 教学方法:学生课前自主学习,查找资料,课堂发表以及讨论。 5. 课外学习要求:课后作业
第十二章 光学MEMS 1. 课时数:6
2. 讲授内容或训练技能,重点、难点 第1小节 光学MEMS概述 第2小节 MEMS光开关
第3小节 影像再现I—反射器件 第4小节 影像再现II—衍射器件 第5小节 影像再现III—干涉器件 3. 学生学习任务
了解光学MEMS的基本原理,光开关的机构,以及给了影像再现MEMS器件的工作原理和应用。 4. 教学方法:学生课前自主学习,查找资料,课堂发表以及讨论。 5. 课外学习要求:课后作业
第十三章 微流体与芯片实验室 1. 课时数:3
2. 讲授内容或训练技能,重点、难点 第1小节 概述 第2小节 软光刻技术 第3小节 微流体输运 第4小节 试样处理 第5小节 检测技术 第6小节 微流体应用 3. 学生学习任务
了解微流体的概念,微结构下流体力学的原理。了解芯片实验室的工作原理。 4. 教学方法:学生课前自主学习,查找资料,课堂发表以及讨论。 5. 课外学习要求:课后作业
第十四章 BioMEMS 1. 课时数:6
2. 讲授内容或训练技能,重点、难点 第1小节 概述
第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器 第3小节 可穿戴与可植入微系统 3. 学生学习任务
生物MEMS是目前正流行的一种MEMS技术,了解BioMEMS的基本概念,目前BioMEMS在医学上有哪些运用,如常见的血管清理机器人等,了解其基本工作原理。 4. 教学方法:学生课前自主学习,查找资料,课堂发表以及讨论。 5. 课外学习要求:课后作业
六、修读要求
要求学生课前预习、课后复习、独立地完成每节课布置的作业,善于总结和发现问题并及时解决,形成独立思考与解决问题的能力。
MEMS工艺发展日新月异,学生课后需自行查找资料,及时了解该领域中的最新信息 对学生有如下要求:1、不允许无故旷课、迟到。2、上课不允许玩手机,闲话,等影响课堂纪律的行为。 3、独立完成作业,按时交作业。作业评价分为A(90~100分),B(80~90分),C(70~80分),D(60~70分)档。4、课堂纪律良好,积极发言,上交每章学习小结,撰写小论文等,都可作为平时成绩加分项目。
七、学习评价方案
本课程最终成绩计算方法:平时成绩50% + 期末成绩占50%。
平时成绩包括考勤(占10%)、课堂提问(占20%)、课后作业(占20%);
三次以上无故缺席考勤为0分;作业评价分为A(90~100分),B(80~90分),C(70~80分),D(60~70分)档,作业三次不交取消作业分; 期末考试为随堂开卷考试。
八、课程资源 教材:
微系统设计与制造(第二版),王喆垚著,清华大学出版社。 补充材料和扩展阅读教材:
MEMS与微系统――设计、制造及纳尺度工程(第二版),(美)Tai-Ran Hsu(徐泰然)著,梁仁荣 等译,电子工业出版社。
微机电系统基础(原书第2版),(美)Chang Liu 著,黄庆安 译,机械工业出版社。
九、其他需要说明的事宜 无