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MEMS器件设计受哪些因素约束

2021-12-02
据博研小编的了解,MEMS器件设计的发展限制主要有以下几个方面:
 MEMS器件设计受哪些因素约束
一、物理规律限制
 
MEMS器件设计的核心在于集成电路芯片的制造,结合微电子技术的发展历程来看,先进的MEMS器件设计发展都是在不断的突破集成电路单个芯片元件的集成数量。
 
现今,单个芯片上能够集成近5亿各电子元器件,该集成数量已经超过特大集成规模的限制,但从物理规律角度来看,MEMS器件设计的发展依然受到其自身客观限制。
 
在实际应用中通常可以通过对电子元器件尺寸的缩小来提升其IC性能,但电子元期间特征尺寸缩小的同时意味着其氧化层厚度和沟道长度同样缩小,这样克服元器件的“穿通效应”就变的更加困难。
 
二、材料限制
 
MEMS器件设计技术一般常使用的材料为硅晶体,该材料由于其自身的特性在一定程度上阻碍了微电子技术的进步。
 
现今,研究人员开始逐渐借助氧化物半导体材料和超导体材料替代常用的硅晶体材料,此外,使用碳纳米管做成的晶体管更是为微电子技术的革新提供了新的思路。
 
三、工艺技术限制
 
1、光刻设备尺度问题。
 
在MEMS器件设计工艺中最为关键的设备为光刻机(曝光工具),此设备的制造过程复杂、成本高且其精密度要求较高,而设备分辨率以及焦深都会影响光刻技术的应用,当尺寸推进至0.05um且停滞较长时间后则会引起集成电路无法快速的进入纳米时代。
 
2、互连引线问题。
 
集成电路板上面积过小或单位面积内晶体管数量的变多都会使得相互连线间横截面积缩小,电阻变大,进而造成整体电路=反应时间的增加,从另一方面来说集成电路板尺寸的缩小虽然能够提升晶体管的工作效率,但却造成互联引线的反映时间增加,所以,怎么在已有集成规模条件下将互联引线进行优化是很多专家学者研究的重点课题。
 
3、可靠性问题。
 
集成电路在逐渐向着精细加工与小规模元器件发展,但小规模元器件的使用虽然会提升整个电路系统运行的效率但却降低了电子元器件的使用寿命。尤其是在制造工艺方面出现的可靠性问题更是严重影响MEMS器件设计技术的发展。
 
4、散热问题。
 
微电子技术在应用过程中出现的散热问题主要是由封装技术水平决定的,现今,随着集成化朝着超规模方向的发展,在未来集成功能也必然越来越复杂,所以,在进行MEMS器件设计时就需要对整体电路的总功耗以及封装技术间的关系进行衡量。
 

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