NEMS纳机电系统

目前大家最关心的问题是如何冷却这个振子，希望能够冷却到能量的基态。对于不同震动频率的振子，基态对应的温度不同。对10^9赫兹的振子来说，温度也在50毫开尔文。随着振动频率的降低，临界温度也随之降低。因此对于一般的NEMS系统来说，是无法通过降低环境温度使得它处于基态的。只能主动的冷却它。最近2年来，这方面的实验进展比较大，但是并没有一个里程碑式的实验表明可以把振子冷却到了基态。

微型机械的概念在相应的加工技术出现之前就被提出了。1959年，理查德·费曼在加州理工学院进行题为《底层还有大空间》（英语：There's Plenty of Room at the Bottom）的演讲。费曼在演讲中提出了在原子尺度上操纵物质的可能性以及将面临的挑战。 1964年，西屋公司的一支团队制造出了第一批微机电设备。这种设备名叫谐振栅极晶体管。

微机电系统是微米大小的机械系统，其中也包括不同形状的三维平板印刷产生的系统。这些系统的大小一般在微米到毫米之间。在这个大小范围中日常的物理经验往往不适用。比如由于微机电系统的面积对体积比比一般日常生活中的机械系统要小得多，其表面现象如静电、润湿等比体积现象如惯性或热容量等要重要。它们一般是由类似于生产半导体的技术如表面微加工、体型微加工等技术制造的。其中包括更改的硅加工方法如压延、电镀、湿蚀刻、干蚀刻、电火花加工等等。

生产微机电系统的公司的大小各不相同。大的公司主要集中于为汽车、生物医学或电子工业生产大批量的便宜的系统。成功的小公司则集中于生产创新的技术。所有这些公司都致力于研究开发。随着传感器的发展微机电系统的复杂性和效率不断提高。

常见的应用有：

• 在喷墨打印机里作为压电组件

• 在汽车里作为加速规来控制碰撞时安全气囊防护系统的施用

• 在汽车里作为陀螺来测定汽车倾斜，控制动态稳定控制系统

• 在轮胎里作为压力传感器，在医学上测量血压

• 数字微镜芯片

• 微型麦克风阵列

• MEMS微型投影仪

• 在计算机网络中充当光交换系统，这是一个与智能灰尘技术的融合

设计微机电系统最重要的工具是有限元分析。

目前，世界各地在NEMS及其相关方面开展的研究工作主要有：

(1) 谐振式传感器,包括质量传感、磁传感、惯性传感等；

(2) RF谐振器、滤波器；

(3)微探针热读写高密度存储、纳米磁柱高密度存储技术；

(4)单分子、单DNA检测传感器以及NEMS生化分析系统(N-TAS);

(5)生物电机;

(6)利用微探针的生化检测、热探测技术；

(7)热式红外线传感器；

(8)机械单电子器件；

(9)硅基纳米制作、聚合物纳米制作、自组装等等。

为什么要研究发展NEMS系统？因为人们希望对微小的力和位移进行测量。超导器件约瑟夫森结中电流的震荡，迈克耳逊干涉仪等都可以归结为对微小位移的测量。集成化的NEMS系统能够对

NEMS系统中的振子频率一般高达几十兆赫兹，最高的频率达到10^9赫兹。振子的震动是与电场耦合着的，可以受电场控制。纳米光机械系统（NOMS）也与此类似，不过与机械振子耦合的不是电场，而是光场。与NEMS不同，NOMS也可以用作光学器件，完成一些非线性光学的实验，或者作为一些特殊的光源。

微机电系统有多种原材料和制造技术，选择条件是系统的应用、市场等等。

NEMS纳机电系统硅

硅是用来制造集成电路的主要原材料。由于在电子工业中已经有许多实用硅制造极小的结构的经验，硅也是微机电系统非常常用的原材料。硅的物质特性也有一定的优点。单晶体的硅遵守胡克定律，几乎没有弹性滞后的现象，因此几乎不耗能，其运动特性非常可靠。此外硅不易折断，因此非常可靠，其使用周期可以达到上兆次。一般微机电系统的生产方式是在基质上堆积物质层，然后使用平板印刷和蚀刻的方法来让它形成各种需要的结构。

表面微加工

表面微加工是在硅芯片上沉积多晶硅然后进行加工。

深层刻蚀

深层刻蚀如深层反应离子刻蚀技术向硅芯片内部刻蚀。刻蚀到芯片内部的一个牺牲层。这个牺牲层在刻蚀完成后被腐蚀掉，这样本来埋在芯片内部的结构就可以自由运动了。

体型微加工

体型微加工与深层刻蚀类似，是另一种去除硅的方法。一般体型微加工使用碱性溶液如氢氧化钾来腐蚀平板印刷后留下来的硅。这些碱溶液腐蚀时的相对各向异性非常强，沿一定的晶体方向的腐蚀速度比其它的高1000倍。这样的过程往往用来腐蚀v状的沟。假如选择的原材料的晶向足够精确的话这样的沟的边可以非常平。

NEMS纳机电系统高分子材料

虽然电子工业对硅加工的经验是非常丰富和宝贵的，并提供了很大的经济性，但是纯的硅依然是非常昂贵的。高分子材料非常便宜，而且其性能各种各样。使用注射成形、压花、立体光固化成形等技术也可以使用高分子材料制造微机电系统，这样的系统尤其有利于微液体应用，比如可携测血装置等。

NEMS纳机电系统金属

金属也可以用来制造微机电系统。虽然比起硅来金属缺乏其良好的机械特性，但是在金属的适用范围内它非常可靠。 2100433B

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瓦格纳品牌隶属于N N品牌，N N是专业提供系统室内环境治理解决方案的，其依托国际顶级环保核心专利技术以及多项专利产品，能够实现真正有效彻底解决室内环境污染的目的。

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只有科学认知室内甲醛来源和释放规律，才能真正做到彻底、高效清除它。室内甲醛主要来源一是墙面、顶棚和地板中涂料和粘胶，二是家具表面涂料和内部粘胶。由于多层涂料和家具表面材料对内部的包裹等原因，客观上，甲醛向室内的释放是持续的。根据被包裹的材料密度和厚度不同，甲醛释放至室内的周期不同，短则3、5年，长的甚至15年，因此甲醛清除不可能一劳永逸，一次处理干净的说法和做法是不科学的，也是不负责任的。通风4-6个月也只能短期降低甲醛浓度，一旦不能每天长时间通风，后期缓释出来的甲醛也会慢慢累积，直至超标。尤其是橱柜等封闭空间内，会很快累积到超标浓度，犹如一颗颗潜在的“炸弹”，对儿童和易感人群可谓危机四伏。

瓦格纳环境治理专家认为，正确的甲醛清除方法应该分成两步：

第一步，在新房装修初期空气中甲醛浓度较高，必须要快速将建材和家具中80%以上的甲醛清除掉，使空气中甲醛含量达到国家标准。

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瓦格纳室内甲醛治理步骤：

Step 1 甲醛浓度检测

瓦格纳™环境治理工程师持国家认定专业甲醛检测设备现场监测并记录甲醛浓度（c1）

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Step 3 治理效果检测

空置一天后，瓦格纳™环境治理工程师至客户现场检测并记录甲醛浓度（c3应低于国标0.08）

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科林纳卓历史纪事

1868年，德国的化学家威廉·冯·霍夫曼博士第一次从甲醇中提炼出了甲醛。

2007年，GER New Nature实验室研发出一种高效、彻底的甲醛清除技术和施工方法。

2012年，“瓦格纳™渗透缓释两步甲醛清除法”及其核心技术引入中国。

2013年，瓦格纳™全球品牌正式启动中国市场。

项目按照计划指标完成基于电子束光刻的纳机电系统结构工艺研究，开发出线宽/间隔=30/30nm的密排光刻胶掩膜，线宽/间隔=50/60nm的密排金属线条，以及线宽/间隔=50/50nm的密排Si光栅结构。 具体研究成果包括：项目制定了3套电子束光刻标准工艺，包括正性光刻胶细线条工艺，金属细线条剥离工艺和负胶双层胶工艺。在此基础上，我们对金属PVD工艺进行优化，获得最小线宽30nm的Ti/Au剥离细线条。同时，我们对DRIE工艺进行优化，直接利用光刻胶掩膜 F基DRIE设备加工出线宽30nm高宽比12:1的Si Fin结构，刻蚀选择比≥8:1。 我们将开发出的工艺在自然科学基金重点项目“电毛细力驱动的纳米结构压印成形及其流变和界面行为研究”和重大专项“极大规模集成电路前瞻技术研究”两个项目中应用，分别为两个项目加工了特征尺寸15~20nm周期100nm阵列面积60x60um纳米压印模板和沟道宽度30nm长度500nm高度300nm的FinFET器件。在4英寸Si基片上的加工精度误差≤15%。 项目执行期间申请专利两项：一种采用紫外线固胶的电子束曝光方法（201310097604.8），主要解决了LOL胶和负性光刻胶的工艺兼容性问题；电子束斑的测量方法和设备（201410449770.4），主要是利用悬置背向曝光的方法获得高分辨率束斑图形，用来测量束斑尺寸。项目执行期间发表论文两篇：P. Liu, F. YangD.C. Zhang, etc. Hard mask free DRIE of C-Si nanobarrel with 6.7nm wall thickness and 50:1 aspect ratio, IEEE MEMS2015, Estoril, Jan.18-22, 2015和D.Q. Zhao,F. Yang, D.C. Zhang, etc. Process-induced stress and hydrogen effects on monolithic integrated CMOS-MEMS micro-bimaterial cantilever sensor array, eurosensors2012, Krakow, Sep. 9-12, 2012。 2100433B