Chapter09_876004936

Chapter09_876004936 - NEMS 1 NEMS NEMS NEMS 2 1 GHz STM 3...

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1 1 第九章 纳电子机械系统( NEMS 2 纳电子机械系统( NEMS 顾名思义, NEMS 是纳米尺度下的电子 机械系统。广义的信息处理概念,由系统 纵观,应包括信息的传感和执行。 NEMS 也是一类纳电子 器件 。这里的由 微到 ,仍有两重意义,即除简单的尺寸缩小 外,还具有因此产生的多种量子效应将被 利用。
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2 3 这二点都大大扩展了它在信息处理领域的 使用效益。例如,一个微机械振动梁的尺寸 达到纳米级后,其自振频率可以达到几十 GHz ,使实现高速机械开关(与电子开关可 以比美)成为可能;又如,当微探针的针尖 小到纳米以下时,利用探针针尖与 接触 面的电子量子隧道效应,已经构筑出了探测 表面微观结构和形貌的 STM 等。 4 各种量子效应的出现将使今日的微传感 器、执行器的灵敏度大大提高,使 MEMS 统的应用范围进一步扩大。有一些量子效 应还有望直接用于特定的信息处理,实现 具有独特功能的新器件、电路与系统。此 时的 NEMS 又可称为 NEMX
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3 5 NEMS (纳电子机械系统) z 第一节 MEMS NEMS z 第二节 纳米梁 z 第三节 纳米探针 z 第四节 NEMS 相关的一些量子效应 6 第一节 MEMS NEMS MEMS NEMS 是由纳米或微机器所组 成的系统,这些机器是在微米或纳米尺度移 动之组件,能够完成制动、侦测或计算的功 能。当组件的尺寸从微米缩小到纳米时,许 多物理、机械、热传、电子性质会发生改 变,利用纳米机电技术制造出实际的结构去 做量测,可以研究很多量子现象。
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4 7 MEMS 约从 1986 年开始发展起来, MEMS 技术依其所用材料及技术之不同分为 三类: 第一类为最早发展的体微机械( bulk micromachining )。 第二类是 1990 年代中期开始发展的表面微机 械( surface micromachining )。 第三类是延伸表面微机械的 LIGA 制程 LIthographic Galvanoformung Abformung 8 利用整片硅基版从背面用 KOH 溶液,做非等向性蚀 刻,做成不同的微机械结构。这种技术使用很广,其 缺点是组件体积较大,消耗掉较大的芯片面积。
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5 9 它是在硅基板表面沉积几层薄膜,再选择性的把一层 或多层牺牲层( sacrificial layer )蚀刻掉,以形成表面 微机械结构。 10 它通常不用硅基板,而是用深 X 光显影技术及电镀而 制造出在垂直方向大尺寸的机械,此大尺寸可以超过 100 μ m ,颇受注目。
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6 11 MEMS 器件举例:压力传感器、加速度传感器、微 声学传感器、微型光学扫描组件、电栅致动器、射 频开关、电感、霍尔感应器、微光通信开关、生物 芯片,等等。 当组件尺寸缩小到纳米( 100nm )尺度,则称为 NEMS 12 在悬梁和衬底之间加一电压,梁在静电力
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This note was uploaded on 03/28/2011 for the course EE 40260112 taught by Professor Tianlingren during the Fall '10 term at Tsinghua University.

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