磁性微电子机械系统(MMEMS)中的关键问题

　　1 引言

　　微电子机械系统(Micro Electro MechanicalSystems，MEMS)是指可利用兼容集成电路加工技术批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路等于一体的微型器件或系统[1]。MEMS 是近 20 年发展起来的一个前沿性、多学科交叉的新兴研究领域，涉及微机械学、微电子学、微光学、微流体力学、微热力学、材料学、物理学、化学、生物学以及微细加工、自动控制等多种学科和技术。MEMS 具有体积小、重量轻、性能稳定、可大批量生产、性能一致性好、成本低等特点。

　　磁性 MEMS 是 MEMS 中的一个发展方向，它是通过 MEMS 技术与基于磁性材料的检测、有源元件的结合产生的，并具有新的功能。由于尺寸效应[2]的存在，随着尺寸的减小，磁性 MEMS 相对于压电、静电等 MEMS 具有驱动电压低、驱动范围大等优点，它将是 21 世纪最具前景的领域之一。

　　磁性微驱动器和传感器开发较早，它们的特征是与之相对应宏观物的微观设计，例如电磁马达、磁力计、传感器、磁微反射镜等[3~7]，它们的电磁作用是通过微线圈及微磁体来实现的。微型装置中微线圈的手工制作以及微磁体[6~12]的手工加工，是一个具有挑战性的任务，既耗时又耗财。特别在线圈微制作方法中存在的一些难题，主要是由于线圈是三维，而微制作是二维造成的[9]。解决这些问题的方法以及在 MEMS 中引入铁磁材料，是基于集成电路(IC)工业中的硅微机械加工技术的大量优点。为了能从这个技术中受益，我们必须先解决涉及到电磁相互作用的材料的一些问题，包括硅微加工结构(主要是由 Cu制成，必须能承受用来产生高磁通的大电流)中的线圈制作以及驱动用的软磁膜(Ni80Fe20或Co/Ni/P 合金薄膜和厚膜，必须能与平板技术相互兼容)及硬磁膜(厚度从几十微米到几百微米，以产生高磁通)。已有许多研究涉及线圈加工[7,8]、软磁膜制备[9]，并给出了关于永磁厚膜制备及集成的一些最新结果[10, 12]。

　　2 磁性 MEMS 的关键问题

　　磁性 MEMS 技术主要包含线圈制作、软磁薄膜制备及硬磁薄膜制备。其特点在于结合了传统集成电路制作和线圈、磁性膜淀积的兼容技术。具体采用了以下半导体集成电路技术：

　　·照相平板印刷术;

　　·硅表面微机械加工技术;

　　·体硅微机械加工技术;

　　·微型建模;

　　·湿法刻蚀和等离子反应刻蚀;

　　·深反应离子刻蚀;

　　·LIGA 技术。LIGA 是德语 Lithographie、Galvanoformung、Abformung 的缩写，意思是光刻、电镀、注塑。特别对于需要非硅型衬底和高深宽比时，一般都采用 LIGA 技术;