微电子学概论第十课课件.pptx

1、得人才者得天下，集人心者集大成第十课第十课 微机电系统微机电系统-超越摩尔定律超越摩尔定律12请在教学网上下载该文献。费曼预言了微机电系统的出现以及它的基本原则。提纲提纲 什么是什么是MEMS MEMS的制造技术的制造技术 几种主要的几种主要的MEMS器件器件 三维集成三维集成超越摩尔定律超越摩尔定律3“微电子微电子”不仅仅需要微电子不仅仅需要微电子4微电子与真实世界的交互微电子与真实世界的交互5智能交通远程医疗航天遥感智能家居智能手机World感知一切感知一切6传感云计算核计算DNA感知DNAI/O计算DNA感知DNAI/O计算DNA感知DNAI/O计算DNA感知DNAI/O计算DNA感知D

2、NAI/O完美体系猜想一完美体系猜想二感知才是我们存在的证据和认识世界的唯一途径。智能系统需要感知世界的信号智能系统需要感知世界的信号7重力重力水空气温度磁场黏度化学化学生物声音情绪情绪智能系统与真实世界的传感纽带：微机电系统(MEMS)终极微电子系统终极微电子系统8什么是微机电系统什么是微机电系统 MEMS:9MEMSMicro-MachineMicro-System为什么需要为什么需要MEMSMEMS 信息系统不断追求小型化信息系统不断追求小型化 体积缩小 性能和可靠性提高 功耗和成本降低 系统缩小的主要途径系统缩小的主要途径 遵循摩尔定律的IC缩小技术MEMS用来缩小非用来缩小非IC的部

3、分的部分10为什么需要为什么需要MEMSMEMS？11ControllerSensorActuator微电子技术可以缩小控制部分MEMS机械部分的缩小是整个系统缩小的瓶颈。机械部分的缩小是整个系统缩小的瓶颈。什么是什么是MEMSMEMS？MEMS IC 集成了微传感器，微执行器，信号处理器，控制器，输入输出电路，通讯系统以及电源的系统12Electro-Mechanical system in microscope world.MEMSMEMS的科学的科学力学力学电子学电子学化学化学光学光学物理学物理学生物学生物学材料学材料学13MEMSMEMS is a Interdisciplinary

4、Science which involves mechanics,electronics,chemistry,optics,physics,biology,material science etc.MEMSMEMS的好处的好处 尺寸小尺寸小 可将系统缩小 智能智能 能够将力、热、磁和化学信息转换为电子信号 集成集成 可采用微电子工艺集成在芯片上 可靠性可靠性 安全 功耗低功耗低 绿色环保14MEMSMEMS的分类的分类 机械机械 加速度计，陀螺仪，马达，机器人，喷气发动机，泵，扬声器，环振，阀门，开关 热热 温度、红外成像 化学化学 酸碱传感器，成分传感器，浓度传感器 光光 镜面，光栅，通讯，

5、CCD 生物生物 生命探测器，机器人，智能注射器，DNA芯片15世界第一支静电加速度计世界第一支静电加速度计16ADI制造制造固态硅微卫星固态硅微卫星17微马达微马达18MEMSMEMS的挑战的挑战19Surface tensionMEMS微观世界中物理法则微观世界中物理法则MEMSMEMS的挑战的挑战20微加工微加工高深宽比刻蚀深谷MEMSMEMS的挑战的挑战21系统设计和集成系统设计和集成sensorControllerExecutionIntegrated SystemMEMS制造技术2223MEMS巨型机械制造小型机械；小型机械制造微机械（日本）微电子半导体加工工艺紫外光刻微电铸模制造

6、技术（德国）微机械微机械LIGA自顶向下自底向上LIGA LIGA 工艺工艺24MEMSMEMS工艺工艺键合键合25各向异性腐蚀各向异性腐蚀深槽刻蚀深槽刻蚀未来未来3D IC3D IC的的CMOS-MEMSCMOS-MEMS集成技术集成技术 牺牲层技术牺牲层技术 独立的独立的MEMS系统系统 很高的传感灵敏度很高的传感灵敏度 较低的寄生效应较低的寄生效应 体积小体积小 封装简单封装简单 复杂的制造过程复杂的制造过程 缺少兼容的材料缺少兼容的材料26IC firstIC and MEMS mixedMEMS firstMEMS 器件27非常重要的几类非常重要的几类MEMSMEMS器件器件28电容

7、式加速度计电容式加速度计29电容式加速度计（放大图）电容式加速度计（放大图）30微镜面微镜面31微光栅微光栅32微透镜微透镜33微型光学台面微型光学台面34微光开光微光开光35便携式化学传感器便携式化学传感器36微马达微马达37微型喷嘴微型喷嘴38微型喷嘴微型喷嘴39微型喷嘴微型喷嘴403D IC 超越摩尔定律41怎样将怎样将MEMS和其他非电子系统以及复和其他非电子系统以及复杂电子系统在一个三维的芯片中集成？杂电子系统在一个三维的芯片中集成？二维平面上的摩尔定律二维平面上的摩尔定律420.7X nodeX nodelogicmemoryanalogRFScaling down?SoCHigh

8、er value三维空间上的摩尔定律三维空间上的摩尔定律4332nm技术22nm65nm90nmlogicmemoryanalogRFSoCSiPMEMSmemorySystem in PackageSystem on chipHigher higher value超越摩尔定律超越摩尔定律44MEMS3D IC3D IC技术的类型技术的类型45基本结构基本结构46TSVTSV（深硅通孔）工艺（深硅通孔）工艺47TSV 3D IC技术的挑战技术的挑战 成本成本 TSV制造技术的成本较高 散热散热 垂直和水平方向的散热通道设计 可靠性可靠性 应力，电迁移，热退化 供应链供应链 谁来做TSV？谁需要

9、TSV？48微电子系统的未来微电子系统的未来49MEMSCMOSSolar CellFlexible electronicsBio-ChipAll in SiRFStorageMemory小结小结 MEMS是微电子系统与外界互动的纽带，是一种是微电子系统与外界互动的纽带，是一种微型化和集成化的机械系统。微型化和集成化的机械系统。信息系统缩小的最终瓶颈在于信息系统缩小的最终瓶颈在于MEMS的尺寸的尺寸.三维三维IC技术可以在第三维度上集成不同的芯片，技术可以在第三维度上集成不同的芯片，从而扩展系统的功能，继续维持摩尔定律从而扩展系统的功能，继续维持摩尔定律。TSV是三维是三维IC技术的关键。技术的关键。全全硅集成也许是将来微电子发展的终极形态。硅集成也许是将来微电子发展的终极形态。50作业作业请解释什么是请解释什么是MEMS，并请谈谈你认为什么样的机，并请谈谈你认为什么样的机械可以集成到硅芯片上，带来什么样的好处？给出械可以集成到硅芯片上，带来什么样的好处？给出一到二个例子。一到二个例子。51