“微纳机电系统”课程教学方法探讨

本文从"微纳机电系统"课程的内容特点与教学方式两个方面对其教法展开了探索性研究。在课程内容方面,我们讨论了物理模型理解在该课程中的作用,强调了点面结合,系统地介绍微纳加工工艺的重要性。在教学方式上,我们增加建模软件ANSYS上机练习,提高学生的动手能力;结合工程实际问题,系统地介绍某一经典器件。     

微系统与纳系统技术（下）

三 纳系统技术 纳系统,或称NEMS,其关键特征尺度在几百到几纳米,它包括纳结构、纳器件和纳系统以及纳米尺度的测控和制造技术等,是纳米技术发展的最终目标之一。与微系统不同,纳系统是以小尺度为特征的,也就是说,纳器件和系统的性质和行为可能是由小尺度所     

基于碳纳米管的微纳单元的实验研究

利用碳纳米管生长技术和微加工技术,开展了微纳单元的实验方法研究,探索了"管压电极"和"电极压管"的微纳单元制备工艺.结构表征和电学特性测试结果表明,这两种工艺均可以加工出具有欧姆接触或者是肖特基接触的微纳单元,但"管压电极"工艺具有过程简单、成本低等特点,为基于碳纳米管的微纳单元的集成化制备工艺提供了新的思路.     

电子束光刻技术的原理及其在微纳加工与纳米器件制备中的应用

电子束光刻是微电子技术领域重要的光刻技术之一,它可以制备特征尺寸10nm甚至更小的图形.随着电子束曝光机越来越多地进入科研领域,它在微纳加工、纳米结构的特性研究和纳米器件的制备等方面都呈现出重要的应用价值.本文以几种常见的电子束曝光机为例,说明电子束光刻的工作原理和关键技术,并给出一些它在纳米器件和微纳加工方面的应用实例.     

硫系玻璃微纳光器件研究进展

微纳光器件是指尺寸在微纳米量级的光学器件,具有体积小、可靠性高、耦合效率高、重量轻、设计灵活、易于集成等优点。硫系玻璃作为一种新型的微纳光器件基质材料,具有优良的红外透过性能、极高的非线性系数、较小的双光子吸收系数、超短的非线性响应时间以及组分可调等优势。近年来硫系微纳光器件研究备受关注。回顾了硫系玻璃微纳光器件的研究历程,综述了硫系微纳光纤、微球、光子晶体、微环等几种微纳光器件的研究和发展状况,并对其发展前景进行了展望。     

Si基微纳集成光波导的理论设计

提出了一种宽度从微米到亚微米、深亚微米、再到纳米级渐变的微纳集成结构光波导,并通过理论分析和模拟计算得到了基于Si基半导体材料的微纳集成光波导参数.其制作工艺非常简单,插入损耗在1～2.5dB之间.这种微纳集成光波导不但可解决芯径为10μm的单模光纤与纳米量级的光子晶体波导器件间的光对接、耦合和互连等难题,还可缩小光波导器件芯片的单元尺寸,有利于提高器件的集成度.为光电子器件向纳米光子集成方向的发展提供了新途径,为新一代全光通信用微纳新原理光电子器件及功能集成的发展提供了新思路.     

Si基微纳集成光波导的理论设计

提出了一种宽度从微米到亚微米、深亚微米、再到纳米级渐变的微纳集成结构光波导,并通过理论分析和模拟计算得到了基于Si基半导体材料的微纳集成光波导参数.其制作工艺非常简单,插入损耗在1～2.5dB之间.这种微纳集成光波导不但可解决芯径为10μm的单模光纤与纳米量级的光子晶体波导器件间的光对接、耦合和互连等难题,还可缩小光波导器件芯片的单元尺寸,有利于提高器件的集成度.为光电子器件向纳米光子集成方向的发展提供了新途径,为新一代全光通信用微纳新原理光电子器件及功能集成的发展提供了新思路.     

纳机电系统阻尼及噪声研究进展

在微机电系统(MEMS)领域,自1989年Tang等人首次提出横向多晶硅谐振器结构以来,有关谐振器振动过程中阻尼问题的研究一直就是影响和推进谐振器发展的一个主要方面。近几年,随着器件尺寸的进一步缩小,器件尺寸进入亚微米级甚至是纳米级领域,阻尼及噪声问题更是成为影响器件工作特性的一个重要因素。本文就近几年微机电系统和纳机电系统中,相关MEMS谐振器以及微悬臂梁的阻尼和噪声问题的研究,作了一些介绍和分析。     

Si基微纳集成光波导的理论设计

提出了一种宽度从微米到亚微米、深亚微米、再到纳米级渐变的微纳集成结构光波导，并通过理论分析和模拟计算得到了基于Si基半导体材料的微纳集成光波导参数. 其制作工艺非常简单，插入损耗在1～2.5dB之间. 这种微纳集成光波导不但可解决芯径为10μm的单模光纤与纳米量级的光子晶体波导器件间的光对接、耦合和互连等难题，还可缩小光波导器件芯片的单元尺寸，有利于提高器件的集成度. 为光电子器件向纳米光子集成方向的发展提供了新途径，为新一代全光通信用微纳新原理光电子器件及功能集成的发展提供了新思路.     

微机电系统关键技术及其研究进展

微机电系统(MEMS)是在微电子技术的基础上兴起的一个多学科交叉的前沿领域,集约了当今科学技术发展的许多尖端成果,在汽车电子、航空航天、信息通讯、生物医学、自动控制、国防军工等领域应用前景广阔.该文介绍了微机电系统发展的背景与基础理论研究,综述了微机电系统所涉及的器件设计、制作材料、3大加工工艺(硅微机械加工、精密微机械加工与光刻、电铸和注塑(LIGA)技术)、微封装与测试等关键技术,总结了微机电系统在微纳传感器、微执行器、微机器人、微飞行器、微动力能源系统、微型生物芯片等方面的典型应用,最后指明了MEMS技术的发展趋势,有望在近几十年将大量先进的MEMS器件从实验室推向实用化和产业化.     

纳米岛光刻技术及其应用

介绍了一种基于微加工技术的新方法——纳米岛光刻技术。利用该技术制造出几十纳米到微米尺度的岛结构，然后利用剥离、刻蚀等微加工技术，将该岛转化成纳米孔、纳米岛、纳米井等结构。该技术的特点是能够制造出具有各种密度的纳米结构(最高覆盖率可达50％以上)，且开发成本低，工艺性能优越，是一种有效制造纳米岛结构的专业方法。     

微器件的热学加工技术研究与应用

归纳和总结了微系统热学加工技术方面的最新研究进展,着重讨论从材料的热学性质出 :发,实现微 /纳电子机械系统元件制造的若干新颖、低成本的方法,并特别介绍其中一些典型应用情况。通过分析表明,随着对微加工过程中一些关键热学机理的深入研究,许多现有技术瓶颈和界限均可望被逐步打破,从而促成更有效的微加工技术的建立。     

操纵微小世界的工具——微/纳米镊的研究与应用

在许多领域内,对微小物体的操纵一直都是极富挑战性的课题。这类技术以其在对微/纳米器件或生物学对象进行操作、加工、表征、装配及测试中的关键作用,正成为微/纳米技术尤其是微自动化领域中的一个极为重要的研究方向。本文归纳和总结了微/纳米操作技术方面的最新研究进展,并按照各种微/纳米镊的工作原理进行分类,分别对基于机械、水力学、电、磁、声、光、热以及这些效应的组合发展起来的微/纳米操作技术进行了评述,特别介绍了其中的一些典型应用。可以看到,微/纳米镊技术的发展,将给微小世界的研究和应用增添更多强有力的工具。     

用于高效太阳电池的硅基微纳结构及制备

介绍了用于高效太阳电池的几种硅基微纳结构的最新研究进展,重点介绍了几种硅基微纳结构的制备方法,如阳极腐蚀制备多孔硅、各向异性制绒以及气液固(VLS)生长纳米线等,并对各种方法的特点作了分析比较,指出了各种方法存在的问题。最后对今后研究的方向做了展望,由于太阳电池在性能提高以及产业应用方面的需求,未来用于高效太阳电池的硅基微纳结构仍是研究的热点之一。进一步提升其对太阳电池效率的优化能力将是研究的重要关注点,而其制备技术也将向着低成本、大规模及可控制的方向发展。     

硅基集成光电子器件的新进展

综述了硅基微纳激光器、调制器、探测器及光传输控制器件的最新研究进展.重点阐述了表面等离子体、量子阱、光子晶体及纳米光栅等新型结构在提高器件综合性能和降低器件尺寸方面的重大作用.同时,还展示了用标准互补金属氧化物半导体(CMOS)技术,实现硅基光子器件和电子器件在同一基片上微纳集成的巨大前景.     

石墨烯微纳结构加工技术的研究进展

简单介绍了石墨烯独特的光电子性质,说明实现其在光电子器件中应用的有效方法是进行微纳加工。接下来对主要的石墨烯微纳加工技术——掩膜光刻、转移压印以及激光直写和干涉进行详细阐述,通过实例对每种加工技术的关键步骤和特点进行说明,并分析比较了不同加工技术的优缺点。然后对近期出现的转移压印辅助光刻和飞秒直写辅助转移压印技术的加工流程进行详细介绍,阐述将两种加工技术相结合应用于石墨烯微纳结构加工的优势。最后,简单展望了石墨烯微纳加工未来的发展趋势,指出需进一步研究的问题,对如何更好地实现石墨烯微纳结构的加工提出一些建议。     

微纳光栅结构提高OLED器件性能的研究

有机发光二极管(organic light emitting diode, OLED)具有重量轻、功耗低、 响应时间快及具有柔性等特点,在平板显示 及固态照明等方面均显现出巨大的优势。为进一步提高OLED器件性能,本文利用ExpertOLED 仿真软 件对具有不同光栅结构的实际OLED器件进行仿真模拟,分析不同结构的微纳光栅对双金属电 极OLED 器件电致发光((electroluminescent,EL)光谱、发光视角及器件内部电场强度分布的影响。通过优化,得到增强 器件发光强度 和拓宽发光视角的微纳光栅结构。在不同的光栅周期下,改变光栅高度对器件的发光性能有 不同的影响。 调节发光层中分子偶极取向,优化器件内部电场强度分布,可进一步对器件的发光性能进行 优化,从而为实验上利用周期性微纳光栅结构提高OLED器件性能提供了具有价值的参考。     

碳纳米管在典型微纳电子器件中的应用进展

优异的电学、热学、机械特性和化学稳定性以及独特的一维纳米结构,使碳纳米管(CNT)成为应用在微纳电子器件中的理想功能材料。与传统电子器件相比,CNT微纳电子器件性能更为优异。本文综述了近年来制备和改进基于CNT的场发射器、晶体管和传感器的研究进展。经过特定方法的组装和处理,可使CNT场发射器获得低阀值电压、高发射电流和发射电流稳定等优异性能,使CNT晶体管具有高迁移率、大跨导和大电流开闭比,可提高各种CNT传感器的灵敏度。     

微纳光纤改善光束质量的研究

采用时域有限差分法(FDTD),在微米量级下,模拟了微纳光纤对于光束质量的改善情况。实验中所使用的微纳光纤是采用火焰熔融拉锥法,将单模光纤熔融拉锥制成的,并采用CCD测量光束质量因子M2,对比测量了光束通过普通单模光纤和熔锥微纳光纤的光束质量。实验结果显示,与普通单模光纤相比,熔锥微纳光纤可以改善光束质量。实验与FDTD模拟计算得到的结果相一致。     

先进微陀螺器件及微惯性测量单元最新研究进展

微纳加工技术与振动惯性技术的结合使惯性仪表技术发生了重大的变革,拓展了惯性技术在军用和民用领域的应用。高性能微惯性器件对军事装备和国民经济的发展起着越来越大的作用。该文基于美国国防高级研究计划局(DARPA)近年来在微惯性传感器技术领域的资助项目,综合研究了微机电系统(MEMS)谐振陀螺、微光学陀螺(MOG)、声表面波(SAW)陀螺等微惯性传感器技术及微惯性测量单元的最新发展现状,并对其发展面临的技术挑战进行了详细地分析与评述。