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文件名称:微机电系统与生物芯片3讲课文档.ppt
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总页数:47 页
更新时间:2025-10-25
总字数:约6.03千字
文档摘要

微机电系统与生物芯片第一页,共47页。

(优选)微机电系统与生物芯片第二页,共47页。

MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统.MEMS概念非纯电路装置第三页,共47页。

一般意义上的系统集成芯片广义上的系统集成芯片电、光、声、热、磁力等外界信号的采集—各种传感器执行器、显示器等信息输入与模/数传输信息处理信息输出与数/模转换信息存储MEMS=广义上的SOC第四页,共47页。

机械部分传感执行控制部分电子学MEMS微电子学第五页,共47页。

MEMS技术的历史微系统是从微传感器发展而来的,已有几次突破性的进展70年代微机械压力传感器产品问世80年代末研制出硅静电微马达90年代喷墨打印头,硬盘读写头、硅加速度计和数字微镜器件等相继规模化生产充分展示了微系统技术及其微系统的巨大应用前景第六页,共47页。

MEMS特点微型化:MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。以硅为主要材料,机械电器性能优良:硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当,密度类似铝,热传导率接近钼和钨。批量生产:可同时制造成百上千个微型机电装置或完整的MEMS集成化:可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体,多学科交叉:涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科,并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。第七页,共47页。

MEMS系统优势经济利益1.大批量的并行制造过程;2.系统级集成;3.封装集成;4.与IC工艺兼容。技术利益1.高精度;2.重量轻,尺寸小;3.高效能;第八页,共47页。

MEMS技术基础MEMS的技术基础可以分为以下几个方面:(1)设计与仿真技术;(2)材料与加工技术(3)封装与装配技术;(4)测量与测试技术;(5)集成与系统技术等。第九页,共47页。

F微电子压力传感器利用了硅的三微结构与机械特性第十页,共47页。

聚合物薄膜硅压敏电阻器吸湿膨胀电阻变化微电子湿度传感器第十一页,共47页。

MEMS的分类微执行器:微马达、微齿轮、微泵、微阀门、微开关、微喷射器、微扬声器、微谐振器等微型构件:微膜、微梁、微探针、微齿轮、微弹簧、微腔、微沟道、微锥体、微轴、微连杆等微机械光学器件:微镜阵列、微光扫描器、微光阀、微斩光器、微干涉仪、微光开关、微可变焦透镜、微外腔激光器、光编码器等第十二页,共47页。

硅微齿轮第十三页,共47页。

硅微转子第十四页,共47页。

硅微梁第十五页,共47页。

硅微转动器第十六页,共47页。

硅微拖动器第十七页,共47页。

硅微琴第十八页,共47页。

已经制造出尖端直径为5?m的可以夹起一个红细胞的微型镊子可以用于医疗手术硅微型镊子第十九页,共47页。

MEMS的展望目前,世界上几乎普遍认为MEMS及其相关技术是21世纪的关键技术之一,它的发展将对高新技术及产业产生不可估量的影响,可以预期,随着MEMS的进一步发展,世界上将会出现许多惊人的应用,比如大数据存储系统将能做到在一块芯片上存储太位信息;手掌大小的光谱仪将使人们能方便快捷的监视环境情况;可植入人体的微型传感器能实时监测人体的血糖水平,总之,MEMS将领导一次技术革命第二十页,共47页。

什么是生物芯片?(Biochips)生物芯片(biochip或bioarray)是根据生物分子间特异相互作用的原理,将生化分析过程集成于芯片表面,从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测生物芯片技术又称微陈列(microarray)技术,含有大量生物信息的固相基质称为微阵列,又称生物芯片。生物芯片在此类芯片的基础上又发展出微流体芯片(microfluidicschip),亦称微电子芯片(microelectronicchip),也就是缩微实验室芯片。第二十一页,共47页。

生物芯片的起源生物芯片技术的发展最初得益于埃德温·迈勒·萨瑟恩(EdwinMellorSouthern)提出的核酸杂交理论,即标记的核酸分子能够与被固化的与之互补配对的核酸分子杂交。从这一角度而言,Southern杂交可以被看作是生物芯片的雏形。弗雷德里克·桑格(FredSanger)和吉尔伯特(WalterGilbert)发明了现在广泛使用的DNA测序方法,并由此在1980年获得了诺贝尔奖。另一个诺贝尔奖获得者卡里·穆利斯(KaryMullis)在1983年首先发明了PCR(聚合酶链式反应),以及后来在此