航空微機電系統(tǒng)非硅材料微納加工技術

王凌云 ，杜曉輝 ，2，張方方 ，李岸林 ，孫道恒

（1.廈門大學機電工程系，廈門 361005；2.機械工業(yè)儀器儀表綜合技術經(jīng)濟研究所，北京 100055）

硅作為機械材料，使微傳感器和執(zhí)行器系統(tǒng)在航空領域有著越來越廣泛的應用。但隨著對航空飛行器智能控制的迫切需求，硅基MEMS傳感器和執(zhí)行器已難以滿足惡劣運行環(huán)境的巨大挑戰(zhàn)。在超過150℃時，硅基電子元器件中的PN結性能開始改變；在超過600℃時，硅基微機械結構的楊氏模量會降低。因此，即使將傳感器和變換器分離，硅基MEMS器件也難以在超過400℃的惡劣環(huán)境（例如發(fā)動機內部）中正常工作。幸運的是，以碳化硅（SiC）[1]為代表的多種先進耐高溫功能材料被相繼開發(fā)和應用，使高溫MEMS技術得以不斷改進和提升，進而能應用于具有腐蝕和侵蝕等特點的惡劣工作環(huán)境。

航空領域惡劣環(huán)境常用的傳感器和執(zhí)行器有溫度傳感器[2]、壓力傳感器[3-6]、諧振器[7]、霧化器[8]和應力傳感器[9-10]等。據(jù)文獻分析可知，目前航空MEMS傳感器和執(zhí)行器核心器件的制備主要涉及碳化硅、金剛石、氮化鋁（AlN）、藍寶石、低溫共燒陶瓷、高溫共燒陶瓷和聚合物前驅體陶瓷（Polymer Derived Ceramics，PDC）等多種先進功能材料的加工成型技術，尤其是微納結構的加工技術。在不考慮成本的前提下，材料的MEMS工藝兼容性越好，被應用的可能性自然就越高。但是這些功能材料的可加工性卻遠不如單晶硅材料，因為對惡劣環(huán)境的抗蝕性和加工難度往往來源于材料的同一特點，例如SiC材料具有極好的化學穩(wěn)定性，能夠對抗大多數(shù)酸堿環(huán)境；……