基于Parylene薄膜的微型电磁驱动器的设计与工艺

主要讨论了一种微型电磁驱动器的设计和制作工艺。该驱动器结构简单，由Parylene振动膜和硅基片两层组成，将驱动线圈与硅片集成在一起。分析了平面电磁线圈的驱动特性和驱动器振动膜的形变，对其关键尺寸进行优化。采用电镀工艺在硅基片上电镀驱动线圈、在Parylene薄膜上电镀NiFe合金阵列，并采用牺牲层工艺得到振动膜的悬空结构。     

一种新型电磁驱动微泵的设计与制作工艺

主要阐述了一种新型电磁驱动微泵的设计和制作工艺。该微泵结构简单，由驱动线圈、硅橡胶振动膜和无阀泵泵体组成，采用硅加工工艺和非硅加工工艺(电镀)相结合进行制作。采用模压法和硅橡胶加工方法将振动膜直接做在一个硅片上；用电镀和硅体加工工艺制作驱动线圈和无阀泵泵体，然后将3个基片键合在一起。     

一种振动膜式双向微型电磁驱动器的制作工艺

主要阐述一种微型电磁驱动器的制作工艺,该驱动器由振动膜层和线圈层两层构成.振动振动膜材料为硅橡胶薄膜(PDMS,polydimethyl siloxane),在其中嵌入CoNiMnP永磁体阵列,采用电镀方法制作磁体阵列,由甩胶机旋涂硅橡胶并进行固化.磁体阵列中每一个小磁体块的尺寸(50x50x20)μm,其矫顽力,剩磁和最大磁能积分别为2623Oe(208.73kA/m),0.2T(2000G)和10.15kJ/m3.     

内嵌永磁体阵列的柔性振动膜微型电磁驱动器的设计与制作工艺

提出了一种基于硅橡胶薄膜(PDMS,polydimethyl siloxane)和CoNiMnP永磁体阵列的双向微型电磁驱动器,由振动膜层和线圈层两层构成.对该驱动器进行了理论分析与数值模拟,二者结果基本一致,振动膜中心最大挠度的分析误差为7.96%.着重探讨了内嵌磁体阵列的PDMS振动膜的电镀工艺,磁体阵列中每一个小磁体块的尺寸为50 μm×50 μm×20 μm,其矫顽力、剩磁和最大磁能积分别为208.73 kA/m,0.2 T和10.15 kJ/m3.     

新型MEMS摆动式微电磁驱动器研制

设计开发了一种新型MEMS摆动式微电磁驱动器，介绍了新型微驱动器的设计、制造工艺和性能。新型微驱动器采用多线圈多磁板结构，具有较大的驱动力矩，并且位置重复精度较高。用非硅的微细加工工艺制造了微驱动器的定子线圈，微摆盘的充磁采用了自制的踏板写入装置。这种微驱动器具有良好的实用性，目前已成功应用于光纤通讯开关中。     

超磁致伸缩驱动器驱动磁场仿真分析

为了充分发挥超磁致伸缩驱动器的特性,提高超磁致伸缩驱动器驱动磁场的性能,通过采用电流励磁法,建立基于磁感应强度为控制变量的单层空心线圈、多层空心线圈和带超磁致伸缩棒的多层线圈的轴线磁感应强度数学模型,分析超磁致伸缩棒、线圈长度和线圈半径对驱动磁场的均匀性和驱动磁场大小的影响.仿真结果表明,减小超磁致伸缩棒与驱动线圈之间的气隙,能提高驱动磁场的线性度;在满足设计要求的范围内,增加线圈长度,减小线圈半径,能够提高驱动磁场均匀性;仿真结果对超磁致伸缩驱动器驱动磁场的设计提供了一定的理论依据.     

形状记忆合金增强弹性梁主动振动控制中的驱动器布局研究

以往对形状记忆合金结构振动控制的研究通常限于均匀对称外铺层SMA驱动器的情况，而对其他驱动器布局方式研究较少。本文通过理论分析和实验测试对SMA驱动器在复合材料主动控制中的布局进行研究，除了对振动抑制进行研究外，还对利用SMA驱动器对结构进行激励进行了探讨，最后指出了SMA驱动器在应用上存在的问题和相应的改进方法。     

Parylene C在压电喷头中的应用研究

为了对压电喷头进行有效防护,采用Parylene C作为保护层,对Parylene C的沉积厚度、图形化和与基底结合强度进行了实验研究。当Parylene C保护层的沉积厚度在450 nm至1μm时,能够满足Parylene C的耐压要求,且对压电单元振动位移的影响较小。采用氧等离子体刻蚀的方法对Parylene C进行图形化刻蚀,得到其刻蚀速率与刻蚀功率的变化关系。采用硅烷偶联剂预处理基底表面后,Parylene C与基底具有较强的结合强度。     

基于MEMS工艺的高能量密度微电磁驱动器

提出了制作高能量密度电磁驱动器的工艺方法。利用微机械(MEMS)工艺在硅片上得到多匝平面线圈和磁芯的掩模图形,接着沉积种子层铜(Cu),然后对种子层进行整体Cu的电铸;当种子层生长到20 μm左右时,剥离硅片表面的镀层并用光刻胶保护磁芯位置的镀层;再用沿线电铸的方法对线圈进行电铸;最后保护制作好的线圈镀层,电铸NiFe合金材料。在10 mm×10 mm×0.38 mm的硅片上,制作出线圈匝数22×2(铜线截面积60 μm×60 μm、总长度达1 164 mm)、NiFe合金磁芯尺寸为3 mm×3 mm×0.2 mm的高能量密度微型电磁驱动器。把这种微型驱动器应用于无阀微泵做驱动实验:通入0.3 A的正弦电流时,微驱动器产生约50 mN的电磁力。实验结果表明:这种型微电磁驱动器在相同的输入功率下,比同类其他微电磁驱动器具有更高的能量密度,能产生更大的电磁驱动力。     

电镀永磁体方法用于制作振动膜式微驱动器

阐述了利用电镀制作磁体微结构的方法,采用这一工艺方法制作了一种基于硅橡胶薄膜(PDMS,polydimethyl siloxane)和CoNiMnP永磁体阵列的双向微型电磁驱动器,由振动膜层和线圈层构成.微驱动器中磁体阵列中每一个小磁体块的尺寸为50 μm×50 gm×20μm,其矫顽力、剩磁和最大磁能积分别为2 623 0e(208.73 kA/m)、0.2 T(2000 G)和10.15 kJ/m3.     

Electro-magnetically actuated valveless micropump with two flexible diaphragms

We present a parallel dynamic passive valveless micropump, which consists of three layers-valve, diaphragm and electromagnetic coil. The valve is wetly etched in a silicon wafer, the diaphragm is a polydimethyl siloxane (PDMS) film spun on a silicon wafer with embedded permanent magnet posts, and the coil is electroplated on a silicon substrate. Under the actuation of the magnetic field of the coil, the flexible diaphragm can be displaced upwards and downwards. After analyzing magnetic and mechanical characteristic of the flexible membrane and direction-dependence of the nozzle, this paper designed a micropump. And the relative length (L/d) of the micropump's nozzle is 4. A 7×7 array of permanent magnetic posts is embedded in the PDMS film. Two diaphragms work in an anti-step mode, which can relieve the liquid shock and increase the discharge of the micropump. ANSYS and Matlab are adopted to analyze the actuation effect of the coil and the flow characteristic of the micropump. Results show that when actuated under a 0.3 A, 100 Hz current, the displacement of the diaphragm is more than 30 μm, and the discharge of the micropump is about 6 μL/s.     

Dynamic position measurement technique for flash-on-the-fly wafer exposure

A wafer alignment technique is described for flash-on-the-fly operation of pulsed excimer laser exposure sources. The positioning requirements of the measurement system are defined and possible alignment patterns are discussed. A chevron grating is proposed as the basic measuring element and a ‘zeroth’ layer reference was used to improve image contrast. An array of etched pits bounded by the (111) crystal planes of the silicon wafer formed the reference pattern. Experimental results confirm that chevron gratings are a viable means of deriving alignment signals from wafers and the etched pit reference pattern gave good contrast throughout the process steps.     

Warping of silicon wafers subjected to back-grinding process

This study investigates warping of silicon wafers in ultra-precision grinding-based back-thinning process. By analyzing the interactions between the wafer and the vacuum chuck, together with the machining stress distributions in damage layer of ground wafer, the study establishes a mathematical model to describe wafer warping during the thinning process using the elasticity theory. The model correlates wafer warping with machining stresses, wafer final thickness, damage layer thickness, and the mechanical properties of the monocrystalline silicon. The maximum warp and the warp profile are measured on the wafers thinned to various thicknesses under different grinding conditions, and are used to verify the modeling results.     

一种快速检测单晶硅亚表面损伤层厚度的方法

为了保证单晶硅晶圆在精研与抛光过程中的品质与质量,亟待寻求一种快速、简单、经济的硅材料亚表面损伤程度的检测方法。基于HF溶液对单晶硅损伤层的选择性刻蚀特性,提出一种快速检测单晶硅亚表面损伤层厚度的方法。透射电镜观测结果显示,HF溶液能选择性地刻蚀单晶硅划痕区域的亚表面损伤层,证实了该方法检测结果的有效性。利用该方法研究了载荷和速度对单晶硅亚表面划痕损伤的影响。结果表明,当外加载荷为单晶硅临界屈服载荷的1.1倍及以下时,单晶硅亚表面的划痕损伤层厚度随刻画速度的增大而减小;而当外加载荷达到临界屈服载荷的12.5倍时,单晶硅亚表面的划痕损伤对刻画速度的变化不敏感。该方法可方便快捷地检测单晶硅划痕区域亚表面的损伤层厚度,有望应用于单晶硅晶圆平坦化过程的损伤检测与控制。     

润湿性梯度集油表面制备及摩擦性能研究*

为了解决润滑油发生迁移，使接触面润滑油中断，导致润滑失效的问题，制备一种具有高集油性能的疏油-亲油-疏油的梯度表面。采用化学气相沉积的方法，在硅片表面沉积一层单分子膜，并采用接触角测量仪、UMT摩擦磨损试验机、共聚焦显微镜等对该样品进行表征，研究该类表面在限量供油条件下的润滑性能。结果表明：将油滴滴在疏油/亲油交界处，油滴能够迅速地从疏油区域向亲油区域运动；点接触往复运动摩擦实验结果表明，梯度表面硅片的摩擦因数明显低于原始的硅片，且梯度表面硅片的表面磨痕深度比原始硅片浅。各种实验结果表明，所制备的疏油-亲油-疏油梯度表面能够起到集油的作用，避免了润滑油中断的问题。     

基于柔性MEMS皮肤技术温度传感器阵列的研究

采用MEMS皮肤技术,在聚酰亚胺柔性衬底上成功研制出8×8阵列铂薄膜热敏电阻温度传感器。实验采用热氧化硅片为机械载体,以便于旋涂液态聚酰亚胺柔性衬底上器件的加工。最后用湿法腐蚀方法将柔性器件从载体上释放下来。试验表明聚酰亚胺衬底上的铂薄膜热敏电阻与温度的变化具有良好的线性,其电阻温度系数达0.0023/℃。与固态聚酰亚胺膜衬底相比,采用旋涂液态聚酰亚胺解决了制备中遇到的两大主要困难:其一,消除了涂聚酰亚胺衬底与载体界面之间的气泡,聚酰亚胺衬底表面能保持良好平整度;其二,制备过程中由于热循环而使柔性衬底产生的热膨胀明显减小。这种柔性温度传感器阵列易贴于高曲率物体表面以探测小面积温度场分布。     

新型侧壁绝缘体硅微机械工艺

介绍了一种全新的体硅微机械工艺，可以取代SOI硅片而直接在普通硅片上对不同的侧壁电学导通部分进行绝缘。该工艺在DRIE形成的绝缘深沟内进行SiO2绝缘薄膜填充，并用填充后形成的SiO2条对器件侧壁进行电学绝缘。对于该工艺的原理、可能出现的问题、制作流程的摸索等进行了探讨，并且给出使用该工艺实现的一个带自检驱动功能的加速度计。该加速度计采用压阻原理，器件的压阻敏感电阻部分，通过在侧面进行半导体杂质扩散而形成。     

注氧隔离技术SOI晶圆材料高温压阻效应

针对注氧隔离技术制备的SOI晶圆顶层硅材料的高温压阻效应,设计并制作研究压阻效应的实验装置与测试样品,在高温条件下,利用悬臂梁结构研究SOI晶圆顶层硅的压阻效应.研究结果表明:在一定的掺杂浓度条件下,硅[110]晶向上的纵向压阻系数随温度的升高而减小,横向压阻系数随温度的升高变化不大.在300℃条件下,硅[110]晶向具有较大的纵向压阻系数和横向阻系数,且性能稳定,适于高温压阻式压力传感器的制作.     

湿式机械化学磨削单晶硅的软磨料砂轮及其磨削性能

针对干式机械化学磨削(Mechanical chemical grinding, MCG)单晶硅过程中易产生磨削烧伤、粉尘多、加工环境差等问题,研制一种可用于湿式MCG单晶硅的新型软磨料砂轮,并对砂轮的磨削性能及其磨削单晶硅的材料去除机理进行研究。根据湿式机械化学磨削单晶硅的加工原理和要求,制备出以二氧化硅为磨料、改性耐水树脂为结合剂的新型软磨料砂轮。采用研制的软磨料砂轮对单晶硅进行磨削试验,通过检测加工硅片的表面/亚表面质量对湿式MCG软磨料砂轮的磨削性能进行分析,并与传统金刚石砂轮、干式MCG软磨料砂轮的磨削性能进行对比。采用X射线光电子能谱仪对磨削前后硅片的表面成分进行检测,分析湿式MCG加工硅片过程中发生的化学反应。结果表明,采用湿式MCG软磨料砂轮加工硅片的表面粗糙度Ra值为0.98 nm,亚表面损伤层深度为15 nm,湿式MCG软磨料砂轮磨削硅片的表面/亚表面质量远优于传统金刚石砂轮,达到干式MCG软磨料砂轮的加工效果,可实现湿磨工况下硅片的低损伤磨削加工。在湿式MCG过程中,单晶硅、二氧化硅磨粒与水发生了化学反应,在硅片表面生成易于去除的硅酸化合物,硅酸化合物进一步通过砂...