为消除目前手工设计掩膜和工艺流程的繁琐过程,提出了一种从表面硅微器件的三维结构模型自动生成掩膜和工艺流程的方法.该方法将三维器件模型作为输入,根据其组成特征的几何信息和材料信息识别出基底层、结构层、牺牲层和金属层等所有工艺层,再根据工艺层的结构特点和材料信息自动生成掩膜和工艺流程,并利用SolidWorks软件用户接口开发的应用程序验证了方法的可行性.应用实例表明,该方法不仅可以使设计者专注于器件结构本身的设计,而且易于实现掩膜和工艺流程的自动化生成,比传统的手工设计方法更加直观、高效,为相应的设计工具开发提供了理论分析和实验验证.

在微力微位移装置中采用闭环控制压电作动器实现微位移进给和微力加载，设计了加载机构，建立加载机构的压电作动器输入电压、加载装置输位移和输出力之间的关系。通过电容测位移仪检测输出位移，实验得到加载系统刚度，根据压电作动器输入电压、加载装置刚度，计算出加载力大小。该方法为微机械力学性能测试仪打下了基础。

本文介绍了纳米测量系统的组成和纳米样板的研究现状,讨论了AFM探针诱导局域氧化工艺的原理及其影响参数,用该方法进行了一维纳米结构样板的制备,并对实验结果进行了分析.

根据常见测量对象的几何特征及光切法三维轮廓测量特点,设计了两种测量系统结构方案,并重点介绍了四轴卧式系统四种扫描测量策略及其数据合成方法,最后给出了实物测量结果.

涉及到一种基于PSD原理的高精度三维轮廓测量仪.X-Y工作台采用了宏驱动与微驱动相结合的工作方式.宏工作台采用步进电机驱动,进给精度达1微米;微工作台采用精密压电陶瓷驱动,进给精度最小可达1纳米.这样,使得X-Y测量步距达到1纳米的条件下,测量物件的尺寸范围可以扩大为20mm×20mm,不仅适合微小构件的精密测量,而且适合较大器件的精密测量,且X-Y方向的位移测量精度最小可达1纳米.Z方向位移传感器采用激光单点位置探测器PSD,Z轴方向的位移测量精度达10纳米.对微轮廓测量仪的控制系统作了程序设计,得到了较满意的效果.

基于Michelson干涉仪测量原理研制的微轮廓测量仪,载物平台采用步进电机和压电陶瓷(PZT)两级闭环驱动与定位,步进电机用于快速粗定位和扩大测量范围,压电陶瓷用于精密定位,重复定位精度为10 nm;测量光路采用共干涉系统,对机械振动,温度漂移不敏感;测量范围20 mm×20 mm×0.4 mm,纵向分辨率为0.32 μm,横向分辨率为0.5μm.

对微构件力学性能测试的微力微位移装置的重要组成部分--大位移高分辨率加载机构进行了研究.根据微力微位移装置的要求,提出了一种通过结构变形进行加载的整体式两级加载机构,该机构的第一和第二级分别通过压电陶瓷驱动器和直线电机进行加载,输出位移通过电容测微仪检测.加载机构的第一级是一个位移放大机构,采用柔性铰链连接的杠杆放大,第二级通过柔性杆进行输出位移的缩小.采用遗传算法优化设计了两级整体式结构,用有限元进行分析,并对加载机构的第一级进行了实验.有限元分析和实验结果表明,所设计的结构能够实现最大1 nm的输出位移,并在压电驱动器和直线电机的驱动下,获得小于10 nm的理论位移增量和纳米级位移分辨率.该机构还满足了最大加载力20 N的要求.该加载机构的研制成功解决了微力微位移装置的一个关键问题.

为了提高微机电系统中微执行器的作用距离，设计了一种全硅结构的微型柔性力位移传动机构，用于放大微执行器的输出位移。建立了传动机构的简化力学模型和有限元模型，并对机构性能的影响因素进行了分析。用深层反应离子刻蚀工艺在硅隔离衬底上成功制备了电热微执行器-微型柔性传动机构样机，并进行测试。结果表明，柔性力-位移传动机构能够有效地放大微执行器的输出位移，实测放大倍数达到18．9，可以极大地扩展微机电系统微执行器的应用范围。

针对气体检测中分光应用的闪耀光栅，该文在硅片上制备聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）薄膜，采用热压印及后续工艺制备了硅基的聚甲基丙烯酸甲脂闪耀光栅，通过实验分析研究了复制闪耀光栅的保真特性。研究表明，通过聚甲基丙烯酸甲脂制备、热压印及后续工艺可得到具有高保真性的微闪耀光栅，而这种方法所获得的闪耀光栅与传统方法加工的闪耀光栅相比，在效率、成本方面均具有较明显的优势。

针对原子力显微镜(AFM)的线宽和轮廓的精确测量,对AFM探针的原位有效参数进行了定义和表征,提出使用AFM探针的原位有效参数对AFM的线宽测量结果进行修正的模型.采用有效半径和半内角表征AFM探针的复合形状,悬臂轴倾角表征探针的安装状态,设计了具有不同梯形截面的两个表征样板,通过对表征样板进行AFM和扫描电子显微镜(SEM)的比对测量获得了探针的原位有效参数.提出了在线宽测量中,当AFM的扫描轮廓线具有不同的斜度时分别采用的不同的修正公式.采用此公式和探针的原位参数对掩膜板的AFM线宽测量结果进行了修正.