提出了将时间相移显微干涉测量方法用于微结构和器件的几何特性检测上．该方法速度快、无损、非接触、易在晶片级进行，具有亚微米级的水平分辨力，垂直分辨力在纳米量级．测量系统采用Mirau显微干涉物镜，利用高性能压电陶瓷物镜纳米定位器实现垂直方向的相移，并通过健壮的5帧Hariharan算法获取表面的相位信息．通过测量美国国家标准研究院（NIST）认证的标准台阶对系统进行了精度标定，并通过测量微谐振器和压力传感器微薄膜的几何尺寸说明了该方法作为测量和过程表征工具的功能．

为了解决深刻蚀绝缘体上硅(silicon on insulator,SOI)材料时存在的横向刻蚀(Footing)效应,在背腔释放SOI微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)工艺基础上,提出并实现了一种改进的利用背面保护电极抑制Footing效应的工艺方案.在SOI圆片上生长SiO2和Si3N4掩模材料并图形化后,背面腐蚀支撑层Si至掩埋层SiO2.去除掩埋层SiO2后,完成正面Al电极和背面保护Al电极的溅射.深反应离子干法刻蚀SOI圆片形成结构,再腐蚀背面Al薄膜完成结构释放.基于该工艺,对结构层厚度为80μm的采用双端固支梁的SOI微加速度计的结构进行设计与仿真、器件加工和最终的性能测试.加速度计在±1 g(g=9.8 m/s2)范围内的灵敏度和非线性度分别为106.7 mV/g和0.1%.实验结果表明,该改进工艺方案可以有效抑制Footing效应对器件结构的损伤,提高加工的可靠性.

介绍了一种新型的纳米级精度的二维激光干涉测量系统.该系统以光学8倍频的耦合差动式干涉光路为基础,在获取大量测量数据的基础上,利用线性回归的方法对测量结果进行处理.系统结构设计简洁紧凑,符合阿贝原则和结构变形最小原则,与普通的迈克尔逊干涉仪相比具有光路布局对称性好,光程差倍增,抗干扰能力强等优点.通过与电容测微仪比对的方法对该系统进行检测.结果表明,该干涉测量系统的精度为10～12 nm.

提出了一种新型的光电集成加速度地震检波器,这是一种全新的微光机电系统(MOEMS).为实现硅基底上的光波导M-Z干涉仪的相位调制,采用了声光相位调制的方法.该相位调制器利用叉指换能器(IDT)激发出声表面波(SAW)实现对光波导的相位调制.在对光波导声光相位调制机理深入研究的基础上,设计并制作了器件.实验结果与理论相一致.

有机磷农药（OPP）的大量使用已对环境水体造成污染.针对水中痕量有机磷农药检测的需要,设计并利用MEMS工艺制备了自带解吸加热器的微热板预富集芯片.为提高温度均匀性,芯片工作区背面留有硅膜;以马拉硫磷为例研究了预富集芯片工作区的温度均匀性及吸附膜厚度等对富集效果的影响.结果表明,提高预富集芯片解吸时工作区温度的均匀性有助于获得高的被测物浓度脉冲,从而改善离子迁移率谱仪（IMS）检测效果;在室温5m in搅拌采样的情况下,聚二甲基硅氧烷（PDMS）吸附膜厚度为30μm的芯片富集效果优于PDMS膜厚度为65μm和100μm的芯片.

设计了一种用于微等离子体无掩膜刻蚀加工的微悬臂梁探针结构,即将微等离子体放电器集成在SiO2悬臂梁探针端部的空心针尖上,等离子体从针尖处的纳米孔导出,以实现高精度、高效率的无掩膜扫描刻蚀加工.设计了该悬臂梁探针的加工工艺流程,即对（100）硅片进行各向异性湿法刻蚀得到倒金字塔槽,并双面氧化,然后依次沉积并图形化微放电器的上、下电极和绝缘层,最后背面释放出带空心针尖的SiO2悬臂梁,并加工出针尖尖端的纳米孔.成功制作出质量良好、具有很高成品率的带薄壁空心针尖的SiO2悬臂梁探针阵列及倒金字塔型微放电器.实验结果表明,该微放电器能在3～15 kPa的SF6气体中稳定放电,为悬臂梁探针阵列和微放电器的工艺集成以及Si基材料的无掩膜扫描刻蚀加工奠定基础.

微泵是微全分析系统中的重要单元．为解决微泵加工工艺复杂、自吸困难和可靠性低等问题，研制了两种应用于微流控系统中的压电驱动微泵．一种是将聚二甲基硅氧烷（PDMS）泵膜、单主动阀片和弹性缓冲单元集于一体的微泵，另一种是主动阀片与被动阀相结合的微泵，这两种微泵都适用于气体和液体工作物质，实现自吸，具有结构简单、易于加工及操作方便的特点．讨论了微泵的工作原理、工艺流程、工作性能及结构参数对微泵工作性能的影响，解决了加工工艺复杂、自吸困难和可靠性低等问题．在电压100V（35 Hz条件下）和零背压的工作条件下，单主动阀微泵的最大液体泵速为5000μL／min，最大背压为5 kPa；主动阀与被动阀相结合微泵的最大液体泵速5410μL／min，最大背压15kPa．后者背压与流速明显比前者的性能要好很多，尤其是背压方面．

为了深入研究尺蠖型压电驱动器的性能，分析了尺蠖型压电直线驱动器的工作原理，研究了直线动子对驱动器性能的影响．通过实验方法分析了钳位机构调整前后对钳住稳定性的影响．采用驱动器输出单步位移的步距失稳系数和驱动电压与输出位移拟合曲线斜率和截距偏差率的方法评价尺蠖型压电直线驱动器的运动稳定性．经实验测试发现驱动器的步距失稳系数与驱动电压关系密切，当驱动电压较高时，驱动器具有较好的步距稳定性．驱动器的驱动电压与输出位移拟合曲线斜率和截距偏差率分别为1．8％和9．07％，说明所开发的驱动器具有很好的运动稳定性．

在利用碳纳米管（CNT）制作纳米电子器件时,碳纳米管与金属电极的接触特性将决定器件性能.为此本文提出了一种利用原子力显微镜（AFM）进行碳纳米管焊接的新方法.仿真研究了探针电场的强度与分布,解释了焊接中电场产生的机理,进一步分析了偏压、探针-样品距离与探针悬臂梁偏转位移之间的关系;并通过这些优选的相关实验参数进行了焊接实验验证.实验结果表明,碳纳米管与电极间的接触电阻由2.86×106Ω减小至7.14×105Ω,并可实现碳纳米管在电极上的良好固定.

介绍了一种新型集成光栅干涉微位移测量方法，设计加工了微位移敏感芯片，并进行了初步的性能测试．敏感芯片利用硅-玻璃键合体硅工艺制作而成，在玻璃上制有金属光栅，光栅上方有由铝梁支撑的可动结构．实验系统由敏感芯片、半导体激光器、光电二极管以及相应的驱动、检测电路组成入射激光照射到光栅上产生衍射光斑，衍射光的光强随可动结构与光栅之间的距离变化，通过测量衍射光强的变化可以得到位移．测试实验结果表明，所制作的集成光栅干涉微位移敏感芯片可实现位移检测，最小可检测的位移约0．2nm．