西工大这一科研团队真牛,为我国航空航天“重点型号”工程做出突出贡献
先来介绍一下西北工业大学。
提起这个学校,大家应该不陌生,尤其是在航空领域,影响颇深,出了不少的国防大师级人才,像歼-20总师杨伟、运-20总师唐长红等。
而本文所要介绍的这个科研团队,就出自西北工业大学。它就是西北工业大学机电学院苑伟政所带领的微机电系统(MEMS)科研团队,先后三次获得国家技术发明奖,该团队研发的产品,满足了大飞机等国家重大专项和航空航天“重点型号”工程急需。
图为苑伟政获奖团队在2019年度国家科学技术奖励大会上合影
团队带头人苑伟政何许人也?1993年苑伟政从法国国立高等机械与微技术学院学习研究后回国,然后在西北工业大学建立了微机械与微细加工技术研究室,率先在我国组织开展微机电系统研究工作。
定位高端芯片产品,国外严格禁运也不怕
微机电技术兴起于20世纪80年代末,最早的应用领域就是航空航天。它体积小、重量轻、成本低、响应快,在寸土寸金的狭小空间操作有显著的优势。
然而,航空航天特种微机电技术具有高性能、多品种、小批量等特点,属于国外严格禁运的高端芯片产品,难以采用大规模代工的“类微电子”制造模式,必须自主可控的研究适应其特殊性的制造技术。
从一间小小的实验室干起
据苑伟政介绍,最初的研究异常艰难,简陋的环境和资金的缺乏没有使他气馁,凭着一股迎难而上、坚忍不拔的毅力,团队就在一间小小的实验室干起。相较于以往的硅基MEMS,SOI 基MEMS具有机电性能好、可靠性高等优良特性,为发展航空航天特种MEMS提供了重要途径。于是,团队瞄准了这一研究方向。
SOI 基 MEMS的典型结构,是由数以千计的驱动检测梳齿和敏感大质量块构成的。一根头发丝的直径通常为60-90μm,但梳齿之间的宽度仅为 3μm,间距 2μm,在如此纤微的尺寸进行刻蚀,加工过程中产生的应力极易引起大幅度形变,降低产品精度。而敏感大质量块间隙仅为 2-4μm,极易吸合粘附,造成产品失效。如何实现高深宽比结构可控刻蚀、可动结构的无粘附释放、机电结构协调互联以及微结构应力形变控制等,成了摆在团队面前的巨大技术挑战。
满足国家重大专项和航空航天“重点型号”工程急需
经过无数次攻坚克难,团队提出了SOI基MEMS制造新方法,使敏感芯片尺寸减小一半,而且传感器谐振频率提高了一倍以上。此外,还建立了成套微机电系统制造平台,开发出典型制造工艺3套,主持制订的“基于 SOI 硅片的 MEMS 工艺规范”国家标准成为迄今国际上第一个颁布的同类标准,使我国跻身掌握 SOI 基 MEMS 制造技术的先进国家行列。团队自主研制的微剪应力传感器、微扫描振镜、 微机械陀螺、 微谐振式压力传感器、微喷推进器、微型合成射流器等6款特种微机电系统产品,满足了大飞机等国家重大专项和航空航天“重点型号”工程急需。