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微纳工程基础
第1次开课
开课时间: 2023年03月01日 ~ 2023年06月04日
学时安排: 2小时每周
当前开课已结束 已有 29 人参加
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—— 课程团队
课程概述

微纳工程基础是一门培养学生前沿制造工程技术与工程思维能力的专业课,是机械工程专业微纳模块的必修课程。

  本课程通过理论教学,实验环节设置,使学生理解微纳工程领域的基础理论知识,初步掌握微纳制造的关键工艺技术及原理;具有对简单的微纳结构提出微纳制造工艺路线和方法的能力和对复杂微机电系统器件进行分析和评价的能力;初步掌握并使用现代化技术、技能与先进设计工具的能力;了解微纳工程在在国防、生物、信息、能源、医学等领域的实际应用,培养学生独立思考解决微纳工程领域实际问题的能力


成绩 要求

本课程以期末闭卷考试、实验考核、项目实践及平时成绩相结合:

1)平时成绩占15%:包括课后作业提交(10%)、出勤(5%)等情况;

2)项目实践15%:包括1个大作业(5%)和1个实验报告(10%):微纳加工工艺大作业、微纳工程基础实验报告;

3)期末考试占70%:闭卷考试。



课程大纲
绪论
课时目标:1)了解课程的研究对象、目标及基本要求;2)了解微纳制造领域的技术现状及其在国民经济中的重要地位。
1.1 微机电系统技术的内涵
1.2 微机电系统技术的应用
1.3 微机电系统的制造方法
1.4 微机电系统的发展趋势
MEMS材料与光刻技术
课时目标:1)了解MEMS微纳加工的基本工艺过程。2)掌握光刻的基本原理、工艺过程和光刻精度的限制因素。3)了解几种常见的光刻机的类型。4)了解下一代光刻技术。5)重点是光刻的基本原理与工艺过程。
2.1 MEMS材料
2.2 光刻装置与基本流程
2.3 光刻关键因素
2.4 前沿光刻技术
表面加工工艺
课时目标:1)了解表面加工工艺流程。2)掌握热氧化和热扩散工艺。3)掌握蒸镀、溅射等物理气相沉积的基本原理和应用。4)掌握化学气相沉积技术的原理及分类。5)了解电镀和化学镀等基本方法。6)理解等离子体产生及在微纳加工中的应用。7)重点是物理和化学气相沉积工艺原理。8)难点是薄膜的的应力分析
3.1 氧化工艺
3.2 热扩散与离子注入
3.3 表面沉积工艺
3.4 表面加工中的应力问题
3.5 典型表面加工工艺流程
体微加工工艺
课时目标:1)理解体微加工工艺流程;2)掌握硅湿法刻蚀加工原理与方法;3)掌握等离子体刻蚀加工的基本原理,掌握深硅刻蚀的原理和装置;4)了解气相化学刻蚀方法;5)重点是干法和湿法刻蚀加工工艺原理;6)难点是硅的各向异性刻蚀机理。
4.1 绪论:刻蚀方法与关键参数
4.2 湿法化学刻蚀
4.3 气相化学刻蚀
4.4 等离子体刻蚀
键合与自组装
课时目标:1)掌握阳极键合、直接键合、金属扩散键合和等离子辅助键合等关键键合工艺;2)理解表面张力自组装、残余应力自组装、磁场和电热辅助自组装等自组装技术。
5.1 绪论
5.2 键合技术
5.3 自组装
MEMS工艺设计综合
课时目标:1)理解微纳工艺复合实现多种复杂结构的方法。2)掌握微结构加工工艺路线的设计方法。3)难点是工艺路线的设计。
6.1 绪论
6.2 悬浮结构加工
6.3 多层结构加工
6.4 非硅复合加工
6.5 纳米结构加工
6.6 其他结构加工
微纳工程设计基础Ⅰ
课时目标:1)了解硅、玻璃、碳化硅、水晶等常用微纳材料的基本特性。2)了解薄膜、膜片、梁等结构的设计原理;3)理解微纳尺度的物理效应。
7.1 弹性变形
7.2 薄膜与残余应力
7.3 膜片
7.4 梁
7.5 机-电的类比性
7.6 微纳尺度效应
换能材料与原理
课时目标:1)掌握硅压阻效应,了解其微纳传感中的应用。2)了解常用压电材料,掌握主要的压电参数,了解其微纳工程应用。3)重点是硅压阻原理及各向异性。
8.1 压阻效应及其电测量
8.2 压电效应及其微纳应用
8.3 静电效应及其微纳应用
8.4 磁性材料及其微纳应用
MEMS压力传感器
课时目标:1)了解不同类型的压力传感器的设计原理和应用;2)了解压阻式压力传感器的原理和设计方法。
9.1 压力传感器原理和应用
9.2 压阻式压力传感器设计
微驱动器
课时目标:1)了解微纳驱动器的主要应用。2)了解微纳驱动器的尺度效应。2)掌握典型静电驱动器的基本原理,了解其关键应用。3)掌握典型热驱动器的基本原理,了解其关键应用。
10.1 微驱动器的分类和原理
10.2 微驱动器的案例
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预备知识

材料力学理论力学、电工电子技术


参考资料

参考教材:

[1] 张德远,蒋永刚等著,微纳米制造技术及理论》,科学出版社,201510月,第一版

其他教辅资源:

[2] 范茂军等译,朱利安 W.加德纳等著,《微传感器、MEMS与智能器件》,中国计量出版社,20079月,第一版

[3] 苑伟政,马炳和著,《微机械与微细加工技术》,西北工业大学出版社,20008月第一版

[4] []W. Menz,王春海译,《微系统技术》化学工业出版社,2003

[5] 李德胜编著,《MEMS技术及其应用》,哈尔滨工业大学出版社,2002


北京航空航天大学
1 位授课老师
蒋永刚

蒋永刚

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