MEMS技术：微缩世界的原理与器件探索

"这份资料是关于微机电系统(MEMS)的深入讲解，涵盖了MEMS的基本原理、器件设计以及按比例缩小的概念及其影响。由北京大学微电子学研究院的李志宏教授在2013年首届苏州工业园区MEMS产业高技能人才培训中分享。" MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种集成了微型机械结构和电子元件的高科技领域，广泛应用于传感器、执行器和其他微型设备。该资料主要讨论了以下几个关键知识点： 1. MEMS器件的基本特点 - MEMS器件是通过按比例缩小传统机械系统来实现微型化的，保留原有系统结构，但尺寸大幅减小。这涉及到原子和分子级别的操作，以及平均自由程和表面粗糙度等微尺度现象。 2. 按比例缩小的原理 - 在按比例缩小过程中，某些特性如原子尺度、平均自由程和表面粗糙度保持不变，但尺寸的减小可能会导致性能按比例改变，或是由于尺寸效应导致性能显著优化或劣化。例如，跳蚤弹跳能力的比例缩放问题，展示了这一概念的实际应用。 3. 按比例缩小的影响 - 按比例缩小可能会导致器件的功能保持不变、性能优化或劣化，甚至可能出现全新的功能。同时，它也可能导致某些器件失去原有功能，或者产生意想不到的新效应，比如量子点的出现。此外，各种物理量之间的对比关系也会发生显著变化。 4. 按比例缩小的限制 - 功能限制、物理限制和技术限制是制约MEMS器件按比例缩小的主要因素。功能优化的要求、物理极限（如MOS管的栅极厚度）和技术上的挑战（如工艺成熟度）都会对缩小比例产生影响。 5. 表面积体积比(S/V) - 随着尺寸的减小，器件的表面积体积比(S/V)会增加。这意味着体积减小更快，表面积下降相对慢，这在微纳米尺度下影响显著，例如表面张力和毛细作用力在微小器件中起着关键作用。 6. 表面张力的影响 - 表面张力在微纳米尺度的MEMS器件中扮演着重要角色。例如，1微米直径的毛细管由于表面张力的作用，能使液面上升至30米的高度。这种现象在设计和制造过程中需要特别考虑，尤其是对于疏水和亲水材料的选择。 这份资料详细阐述了MEMS器件的核心原理和设计考虑，对于理解和研究微纳科技具有很高的价值，适合于希望深入学习和从事MEMS相关工作的专业人士。