CÔNG NGHỆ VÀ LINH KIỆN CÔNG NGHỆ VÀ LINH KIỆN MEMS

CÔNG NGHỆ VÀ LINH KIỆN CÔNG NGHỆ VÀ LINH KIỆN MEMS Một thế giới rộng mở và quyến rũ ( An fascinating and openning world ) ( An fascinating and openning world ) HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY INSTITUTE OF ENGINEERING PHYSICS Dr. -Ing. Trinh Quang Thong Principal Researcher of MEMS Laboratory 101 - C10 Dai Co Viet Road No. 1 Hanoi - Vietnam Tel : +84(0)4 8693350 Email: thongtq@itims.edu.vn thongtq97@yahoo.com Tel . : +84(0)4 8693350 Fax: +84(0)4 8693498 Mobile: +84 (0)916081691 http://www.itims.edu.vn 1 CÔNG NGHỆ VÀ LINH KiỆN MEMS KẾ HOẠCH LÊN LỚP + ĐÁNH GIÁ HANDOUT + GRADING HANDOUT + GRADING 1. Dự giờ giảng (Lectures): 30 tiết/10% 2. Thực hiện báo cáo chuyên đề (Presentation): 12 - 15 tiết/20% 3. Kiểmtra (Midterm Exam) : 1tiết/20% 3. Kiểm tra (Midterm Exam) : 1 tiết/20% 4. Thi (Final Exam): 2 tiết/50% 2 À CÔNG NGHỆ VÀ LINH KiỆN MEMS T À I LIỆU/RESOURCES 1 . Microsystem Design , Ed . by Stephen D . Senturia, Kluwer Academic 1 . Microsystem Design , Ed . by Stephen D . Senturia, Kluwer Academic Publisher, 2001, ISBN:0-306-47601-0. 2. Micro Electro Mechanical System Design, by Jame Allen, © 2005 by Taylor & Francis Group LLC & Francis Group , LLC . 3. Micro Mechanical Transducer - Pressure Sensors, Accelerometers and Gyroscopes, by Min-Hang Bao, Elsevier 2000. 4. MEMS - Design and Fabrication, The MEMS handbook series ,Ed.by Mohamed Gad-el-Hak, CRC Press,Taylor & Francis Group, 2006, ISBN:0- 8493-9138-5. 5. Fundamentals of Microfabrication, Marc. J. Madou, Second Ed., Publisher: CRC Press, 2002, ISBN 0-8493-0826-7. 6 . M EM S Applications, The M EM S Handboo k series,E d . b yMohame d Ga d - el-Hak, CRC Press – Taylor & Francis Group, 2006. 3 Ộ CÔNG NGHỆ VÀ LINH KiỆN MEMS N Ộ I DUNG/CLASS I. MỞĐẦU/ INTRODUCTION II. CƠ SỞ VỀ CƠĐIỆN/ ELECTRO-MECHANICAL BACKGROUND III. VẬTLIỆU VÀ CÁC KỸ THUẬTCHẾ TẠOVIĐIỆNTỬ/ MATERIALS AND MICROELECTRONIC PROCESSES IV. THIẾTKẾ LINH KIỆNVÀXÂYDỰNG QUY TRÌNH CHẾ TẠO/ MEMS DESIGN V. VI CHẾ TẠOVÀPHÂNLOẠI CÔNG NGHỆ MEMS/ MICROFABRICATION AND MEMS TECHNOLOGY VI. CÁC LINH KIỆNMEMSĐIỂNHÌNH/ TYPICAL MEMS DEVICES 4 I. MỞ ĐẦU 1 . 1 . Khái niệm MEMS/ What is MEMS? 1 . 1 . Khái niệm MEMS/ What is MEMS? 1.2. Đặctrưng củaMEMS/Why MEMS? 1 3 Lị h ử hát tiể ủ MEMS/ 1 . 3 . Lị c h s ử p hát t r iể nc ủ a MEMS/ MEMS History 1.4. Phân loạivàỨng dụng củaMEMS/ MEMS Category and Applications 1.5. Th ị trườn g linh ki ệ nMEMS/MEMS Market ị g ệ 1.6. Kếtluận/Conclusions 5 1.1. Khái niệm MEMS • M icro : Kích thước các chi tiếtcấutrúc M icro : Kích thước các chi tiết cấu trúc (pham vi μm) • E lectro: Vai trò chứcnăng có tính điện/điệntử E lectro: Vai trò , chức năng có tính điện/điện tử • Mechanical : Vai trò, chức năng có tính cơ (do nguồngốcbanđầu) (do nguồn gốc ban đầu) Hiện nay có thể là quang, hóa, sinh hóa • S ystems: mộtcơ cấu hoàn chỉnh • S ystems: một cơ cấu hoàn chỉnh (một hoặc nhiều thành phần) 6 1.1. Khái niệm MEMS Kích thước với MEMS Nguyên tử Tế bào Vi khuẩn Cơ thể (DNA) Virus Vi khuẩn Hạt bụi Tóc Cơ thể con người Hệ vĩ môHệ vi mô Hệ trung gian Công nghệ nano 7 1.1. Khái niệm MEMS Kích thước với MEMS Hệ cơ điện/điện tử vĩ mô (Macroelectromechanics) 8 1.1. Khái niệm MEMS Kích thước với MEMS Các tác phẩm điêu khắcnhỏ so điêu khắc nhỏ so sánh với hạt gạo Các tác phẩm điêu khắc nhỏ so sánh với kim khâu nhỏ so sánh với kim khâu Tác phẩm điêu khắc nhỏ so sánh với que diêm 9 1.1. Khái niệm MEMS Kích thước với MEMS 10 m 1 m 10 [...]...1.1 Khái niệm MEMS Kích thước với MEMS 0,1 m =100 mm 0,01 m = 10 mm 11 1.1 Khái niệm MEMS Kích thước với MEMS 1 mm 0,1 mm = 100 μm 12 1.1 Khái niệm MEMS Kích thước với MEMS 10 μm 1 μm 13 1.1 Khái niệm MEMS Kích thước với MEMS Thu nhỏ k h thước các h h kích h linh kiện … …Biến những câu chuyện khoa học viễn tưởng (điề khô tưởng) ở (điều không ở ) thành hiện thực 14 1.2 Đặc trưng của MEMS Môi trường... 1967: Ra đời công nghệ vi cơ bề mặt (surface micromachining) 24 1.3 Lịch sử phát triển của MEMS 1.3.1.Thế 1 3 1 Thế kỷ 20 1969: Lần đầu tiên, transistor bán dẫn FET được chế tạo theo công nghệ MEMS ô hệ MEMS 25 1.3 Lịch sử phát triển của MEMS 1.3.1.Thế 1 3 1 Thế kỷ 20 Thập kỷ 70 1970: Cảm biến áp suất có màng si-líc mỏng độ nhạy cao được chế tạo hàng loạt trên cơ sở công nghệ vi cơ khối ướt và trở thành... (polysilicon) trong công nghệ vi cơ bề mặt được thực hiện 1984: Linh kiện MEMS trên cơ sở vật liệu polysilicon được chế tạo lần đầu tiên 29 1.3 Lịch sử phát triển của MEMS 1.3.1.Thế 1 3 1 Thế kỷ 20 1986: Cảm biến gia tốc dùng vật liệu si-líc đa tinh thể (polysilicon) trên cơ sở công nghệ vi cơ bề mặt tích hợp với mạch tổ hợp được chế tạo lần đầu tiên 1987: Thuật ngữ MEMS chính thức được đưa ra và được thừa... Bosch được cấp bản quyền sáng chế 1995: Mở ra kỷ nguyên của các linh kiện MEMS y-sinh (Bio ở ỷ ủ MEMS) 1998: Linh kiện vi gương số (Digital Micromirro Device - DMD) được ứng dụng cho các máy chiếu và xử lý ánh sáng số (Digital ế ố Light Processing - DLP) của hãng Texas Instruments (TI’s) ộ ạ ị g g ệ q 1999: Một loạt các thiết bị công nghệ tiên tiến cho các qui trình chế tạo ăn mòn khô sâu, cắt gọt... của MEMS 1.3.2.Thế 1 3 2 Thế kỷ 21 2000: Các bộ chuyển mạch quang dùng sợi quang dẫn (MEMS fiber fib switch) t ở thà h th it h) trở thành thương phẩm và t đ hẩ à tạo được d doanh số lớ h ố lớn 2001: phát triển MEMS năng lượng (Power MEMS) ứng dụng làm bộ nguồn điện (fuel cell) trong các thiết bị di động 33 1.3 Lịch sử phát triển của MEMS 1.3.2.Thế 1 3 2 Thế kỷ 21 2002: Đánh dấu giai đoạn các linh kiện. .. MEMS 1.3.1.Thế 1 3 1 Thế kỷ 20 1977: Cảm biến áp suất kiểu tụ được chế tạo lần đầu tiên 27 1.3 Lịch sử phát triển của MEMS 1.3.1.Thế 1 3 1 Thế kỷ 20 1979: Cảm biến gia tốc silicon (accelerometer) đầu tiên được chế tạo (Stanford University) University) Mass Four-terminal gage Mass 1979: Ghi nhận những ứng dụng đầu tiên đối với các linh kiện MEMS trong công nghiệp ô tô 28 1.3 Lịch sử phát triển của MEMS. .. trưng của MEMS Sản phẩm MEMS: Một thiết bị hoàn chỉnh … Ô tô siêu nhỏ DENSO do TOYOTA chế tạo theo công nghệ MEMS, bằng 1/1000 kích thước thật (dài 4,8 mm), trang bị động ộ , ,q y g g cơ là một mô-tơ kích thước 0,67 mm, quấn dây đồng đường kính 18 µm, hoạt động theo nguyên lý điện từ, sử dụng nguồn điện xoay chiều 3 V/20 mA, khi chạy có thể đạt tốc độ 600 rpm (∼ 5÷6 mm/s) 19 1.2 Đặc trưng của MEMS • Kích... RAM µP ROM I/O Cáp tín hiệu ra bên ngoài (External bus) Kết nối theo chuẩn (Interface) 16 1.2 Đặc trưng của MEMS Linh kiện MEMS: Vi hệ thống… Vi xử lý ử Cảm biến Truyền động Out In Nhiệt Điện Cơ Quang Hóa Hó Sinh Đế Si-líc Bộ nhớ Nhiệt Điện Cơ Quang Hóa Sinh 17 1.2 Đặc trưng của MEMS Sản phẩm MEMS: Một thiết bị hoàn chỉnh … Chấp hành – truyền động (Actuators) Vi xử lý tích hợp (Integrated Microprocessors)... truyền động (tạo ra chuyển động) với một cấu trúc cơ hoặc quá trình bơm và điều khiển các dòng chất lưu (lỏng khí) hoặc tạo ra các phản ứng hóa (lỏng, hóa, hóa-sinh… 15 1.2 Đặc trưng của MEMS Linh kiện MEMS: Li h kiệ MEMS Vi hệ thố thống… Mảng chấp hành – Mảng cảm biến truyền động (Actuator array) (Sensor array) Chấp hành – truyền động Cảm biến Tiền khuếch đại (Preamp) Kích hoạt (Drive) Bộ chuyển đổi... tổ hợp được chế tạo lần đầu tiên 1987: Thuật ngữ MEMS chính thức được đưa ra và được thừa ậ ộ ự g g ệ , nhận để chỉ về một lĩnh vực công nghệ mới, kèm theo là các biến thể tương đương, MICROSYSTEM sử dụng ở châu Âu và 30 MICROMACHINED ở Nhật 1.3 Lịch sử phát triển của MEMS 1.3.1.Thế 1 3 1 Thế kỷ 20 1989: Cấu trúc truyền động tĩnh điện kiểu răng lược (electrostatic comb drive actuators) ứng dụng cho . diêm 9 1. 1. Khái niệm MEMS Kích thước với MEMS 10 m 1 m 10 1. 1. Khái niệm MEMS Kích thước với MEMS 0 ,1 m =10 0 mm 0, 01 m = 10 mm 11 1. 1. Khái niệm MEMS Kích thước với MEMS 1 mm 0 ,1 mm = 10 0 μm 12 1. 1 KIỆNMEMSĐIỂNHÌNH/ TYPICAL MEMS DEVICES 4 I. MỞ ĐẦU 1 . 1 . Khái niệm MEMS/ What is MEMS? 1 . 1 . Khái niệm MEMS/ What is MEMS? 1. 2. Đặctrưng củaMEMS/Why MEMS? 1 3 Lị h ử hát tiể ủ MEMS/ 1 . 3 . Lị c h s ử p hát t r iể nc ủ a MEMS/ MEMS. Mobile: +84 (0) 916 0 816 91 http://www.itims.edu.vn 1 CÔNG NGHỆ VÀ LINH KiỆN MEMS KẾ HOẠCH LÊN LỚP + ĐÁNH GIÁ HANDOUT + GRADING HANDOUT + GRADING 1. Dự giờ giảng (Lectures): 30 tiết /10 % 2. Thực