校友涂相征：微机电系统（MEMS）创新发明家

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　　●● 涂相征，祖籍江西省新建县，1964年8月毕业于中国科技大学技术物理系半导体材料物理专业。1964年9月至1990年12月，涂相征在中科院半导体研究所工作，历任实习研究员和助理研究员，从事半导体材料制备，半导体器件制作，以及半导体材料和半导体器件电学和光学性质研究。期间，1984年4月至1987年4月，涂相征在美国德州Texas A&M大学的固态电子研究所任访问学者，从事半导体材料，高温超导材料，微机械加工，以及微机电系统传感器研究。1990年12月至1992年12月，涂相征在美国费城的宾州大学传感技术研究中心任访问教授，从事微机电系统传感器和微机电系统光纤传感器研究。1993年3月至1994年7月，涂相征在美国新泽西州Ruges大学的光纤材料研究中心任访问教授，从事微机电系统光纤传感器研究。同时，在该州的Ameron公司任资深工程师，从事微机电系统传感器和微机电系统光纤传感器产品开发。1999年2月至2001年2月，涂相征在北京清华大学微电子所任顾问，从事微机械加工和微机电系统传感器研究。1998年3月至2006年1月，涂相征先后在台湾的新磊微制造公司，光磊科技公司，环隆电气公司任高级技术顾问，从事微机电系统传感器开发和生产。

　　作为一名微机电系统加工技术资深专家，涂相征从1987年至今一直从事与微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System 缩写成MEMS）有关的研发工作。他在工作中坚韧不拔、勇攀高峰、执着进取，至今已取得了丰硕成果，令世人嘱目：涂相征已获得十六项美国发明专利，六项美国发明专利申请，十六项中国发明专利，五项中国发明专利申请。

　　　　●● 涂相征首创基于多孔硅的微机电系统（MEMS）加工技术

　　涂相征长期从事的微机电系统发源于微电子技术，其材料以硅为主，主要加工技术沿用半导体制造工艺。随着微电子技术延伸和拓展（从二维到三维）至机械领域，美国提出了微电子机械系统概念（Microelectromechanical System，MEMS），即通过微电子技术与精密机械加工技术相互融合而形成的微电子与机械融为一体的系统。MEMS是指集微型传感器、微型执行器和电源于一体的微机电系统。它主要包括微型传感器、微型执行器和相应的处理电路三部分。在欧洲它称为微系统（Microsystem），在日本它称为微机械（Micromachine），目前通常称MEMS。

　　微机电系统不仅具有微电子的信息获取与处理的功能，而且兼有动作信息的执行功能。它囊括声、光、热、力、电、磁、化学、生物等传感方式，加之微能源、微驱动、微执行、微处理系统的综合，组成千差万别的可实用化、产业化的微型集成器件与系统。

　　微机电系统的发展将极大地促进各类产品的微型化、集成化与便携化、成数量级地提高器件与系统的功能密度、信息密度与互连密度，大幅度地节能、节材。它将广泛地用于国防、航空、航天、生物医学、制造业、交通、通信、农业、环保以及家庭。MEMS技术引起了世界各国科学界、产业部门和政府部门的高度重视，被列入各国高技术发展规划，已经成为当今科技热点之一。展望21世纪，涂相征认为MEMS也会像20世纪的微电子技术给世界带来的影响那样，它的发展将可能引发一场新的产业革命。
微机电系统加工技术主要包括用氢氧化钾等溶液各向异性腐蚀单晶硅的体加工技术，用氢氟酸等等溶液选择性腐蚀二氧化硅薄膜的表面加工技术，以及深槽反应离子刻蚀腐蚀单晶硅的加工技术。除此以外，还有涂相征首创的基于多孔硅的微机电系统加工技术。这项新的微机电系统加工技术是在涂相征的如下一篇论文中提出的：

　　"Fabrication of Silicon Microstructures Based on Selective Formation and Etching of Porous Silicon“，
　　Journal of Electrochemical Soc., vol. 135, No. 8, pp. 2105-2107 (1988)。

　　该论文于1988年发表于美国电化学杂志，是全世界第一篇有关用多孔硅进行微机电系统加工技术的论文。这篇论文首先由一项美国发明专利作为参考文献引用，该专利的专利号为：4995954，发明名称为：Porous silicon formation and etching process for use in silicon micromachining，专利申请单位为：美国能源部。以后，由许多有关微机电系统加工论文所引用。

　　多孔硅是含有大量纳米级微孔的单晶硅，通过对单晶硅搀杂和在氢氟酸溶液中进行阳极氧化，可以在单晶硅中选择性形成，然后又可通过选择性腐蚀去掉多孔硅，从而在单晶硅中形成各种各样的微结构。

　　多孔硅微机电系统加工技术的优胜之处，主要是单晶硅搀杂是标准的半导体制造技术，阳极氧化用的氢氟酸也是半导体制造常用的化学试剂，因而与CMOS制造技术兼容性强；其次是单晶硅搀杂的范围由光刻腐蚀技术限定，因而由多孔硅生成和腐蚀而形成的硅微结构具有加工精度高和尺度控制容易；在其次是多孔硅是单晶硅，适合用于单晶硅外延生长，因而能够形成纯单晶硅的微结构。

　　　　●● 涂相征漫长的发明创造历程

　　在创立多孔硅微机电系统加工技术的基础上，涂相征于1990年6月8日申请了一项中国发明专利，名称为：一种硅膜压阻压力传感器及其制造方法。于1990年7月19日，涂相征申请了第二项中国发明专利，名称为：一种集成硅膜热流量传感器及其制造方法。涂相征于1990年7月12日申请了第三项中国发明专利，名称为：一种硅梁压阻加速度传感器及其制造方法。1990年7月19日涂相征申请了第四项中国发明专利，名称为：一种硅膜电容压力传感器及其制造方法。1995年4月24日涂相征申请了第五项中国发明专利，名称为：单片集成的热汽喷墨打印头。后又于1991年6月7日，涂相征申请了第一项美国发明专利，名称为：Silicon diaphragm pirzoresistive pressure sensor and fabrication method of the same。于1993年6月28日，涂相征申请了第二项美国发明专利，名称为：Silicon accelerometer fabrication method。涂相征最早实施的专利是压阻式压力传感器，应当说这项专利是在实施后申请的。其次是压阻式热汽喷墨打印头，实施起始于1995年9月，再其次是加速度传感器，实施起始于1996年6月。到目前为止，已经用涂相征的专利开发出专利产品的有：压阻式压力传感器，压阻式加速度传感器，电容式压力传感器，电容式加速度传感器，热式流量传感器，热导式气体传感器，光钎通信用接收发射模组，电容式麦克风，以及热汽喷墨打印头等。

　　　　●● 涂相征美国发明专利清单
　　* 6,836,678 Non-invasive blood glucose monitor
　　* 6,809,753 Optical microswitch printer heads
　　* 6,773,942 Method for making optical switch array
　　* 6,736,982 Micromachined vertical vibrating gyroscope
　　* 6,731,831 Optical switch array assembly for DNA probe synthesis and detection
　　* 6,622,373 High efficiency monolithic thermal ink jet print head
　　* 6,602,427 Micromachined optical mechanical modulator based transmitter/receiver module
　　* 6,359,276 Microbolom infrared sensors
　　* 6,219,470 Wavelength division multiplexing transmitter and receiver module
　　* 5,381,231 One-piece silicon substrate having fiber optic stops and reflective surface thereon and methods of manufacturing same
　　* 5,352,635 Silicon accelerometer fabrication method (licensed)
　　* 5,242,863 Silicon diaphragm piezoresistive pressure sensor and fabrication method of the same
　　* 6,378,365 Micromachined thermal flowmeter having heating element disposed in a silicon island
　　* 6,139,758 Method of manufacturing a micromachined thermal flowmeter
　　* 20060008098 Single crystal silicon micromachined capacitive microphone
　　* 20040162470 Non-invasive blood glucose monitor
　　* 20040081498 Optical microswitch printer heads
　　* 20030210854 Method for making optical switch array
　　* 20030161575 Optical switch array assembly for DNA probe synthesis and detection
　　* 20020189350 Micromachined vertical vibrating gyroscope
　　* Patent application entitled "Perforated silicon plate assembly for forming and transferring of silicon thin film solar cells"
Serial No. 12/002,687 and the filing date December 18, 2007

　　　　●● 涂相征中国发明专利清单
　　* CN02103696.9 DNA探针阵列合成和探测用的光开关阵列组合及其制造方法
　　* CN95103878.8 单片集成的热汽喷墨打印头
　　* CN90104145.9一种硅膜压阻压力传感器及其制造方法
　　* CN90104651.5一种硅膜电容压力传感器及其制造方
　　* CN90103465.7 一种硅梁压阻加速度传感器及其制造方法
　　* CN90104888.7 一种集成硅膜热流量传感器及其制造方法
　　* CN92113322.7 光纤热敏器件及其制造方法
　　* CN96109521.0 微细加工的热式流量传感
　　* CN97121626.6 双电极单晶硅电容加速度传感器及其制造方法
　　* CN98100852.6 正面喷墨单片集成热汽喷墨打印头
　　* CN99100702.6 高传热效率的热汽喷墨打印头
　　* CN98102891.8微细加工的红外线FABRY－PEROT滤色器
　　* CN98120652.2 微细加工热辐射红外传感器
　　* CN99121994.5 光波波分复用发射和接收模块
　　* CN00107741.4 机械调制式波分复用发送和接收模块
　　* CN01104082.3 微机械光开关阵列
　　* CN200410039139.3 一种全硅集成流量传感器及其制造方法
　　* CN200410006487.0 热运动传感指示器
　　* CN200410042603.4 单晶硅微机械加工的电容式麦克风及其制造方法
　　* CN200410096049.8 光学微型开关打印机

　　　　●● 涂相征上述专利所涉及的技术领域
　　涂相征的专利可归纳成如下几类：
　　* 微机电传感器，包括压力传感器，加速度传感器，流量传感器，非冷却红外成像传感　　器，陀螺仪，光纤温度传感器，和运动传感器；
　　* 微机电光通信器件，包括分波复用发射接收模组和开关阵列或路由器；
　　* 微机电声学器件，包括麦克风和助听器；
　　* 微机电生物医疗器件，包括DNA分析仪，红外滤波器，以及非侵入血糖测量仪；
　　* 微机电办公室器件，包括喷墨打印头和光打印机。

　　　　●● 涂相征已经开发的专利产品清单
　　* 压阻式压力传感器；
　　* 压阻式加速度传感器；
　　* 光通信用发射接收模组；
　　* 热式流量传感器：
　　* 热导式气体传感器；
　　* 热式喷墨打印头；
　　* 电容式加速度传感器；
　　* 电容式压力传感器；以及
　　* 电容式硅麦克风。