传统的MEMS器件大多制作在硅、玻璃等刚性衬底上，然而在实际应用中，对可挠性好、能贴附在任意曲面或不规则物体表面的类皮肤型器件的需求日益增多。因此，研究人员提出将MEMS器件制作在柔性衬底上以实现各种非平面物体表面物理量的实时探测。聚酰亚胺(PI)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)因具有独特的物理和化学性能，是制造柔性MEMS器件的理想材料。因此，对PI和PDMS在柔性MEMS应用中的关键技术的研究具有重要的现实意义。　　 本文首先分别对PI和PDMS预聚物在MEMS应用中的关键技术进行了研究，包括液态预聚物的涂覆、固化、表面活化处理、干法刻蚀和湿法刻蚀。在此基础上，分别在PI柔性衬底上成功研制出柔性MEMS铂薄膜温度传感器和柔性电容式触觉力传感器。研究中取得的成果如下：　　 (1)PI柔性薄膜的制备：采用重叠涂覆液态PI预聚物、变温预固化、并结合热板和烘箱，对液态PI预聚物涂层实现了“由里及表”的阶梯式的理想热固化方式，最后形成了具有优异的机械性能、良好的厚度均匀性和表面性能的PI柔性薄膜。　　 (2)非光敏PI的湿法腐蚀和干法刻蚀研究：湿法腐蚀PI时，以正性光刻胶为掩模，曝光时间增加到光刻胶常规曝光时间的3倍，并采用25％的四甲基氢氧化铵(TMAH)与水的混合液进行腐蚀，实验得到当二者的体积比为1∶7时，PI涂覆层的腐蚀厚度能达到30μm。采用STS干法刻蚀完全固化的PI，实验得到了PI比较理想的刻蚀条件为：100％O2流速45sccm，上电极功率500W，压强为60mTorr，平均刻蚀速度约为0.590μm/min。　　 (3)PDMS薄膜涂覆及厚度测量：用正己烷稀释PDMS(sylgard184)预聚物，采用旋涂法，得到了小于10μm的各种不同厚度的PDMS薄膜；当分别用三种不同的方法测量PDMS薄膜的厚度时，实验表明，对相同的PDMS涂层试样，采用台阶仪测量时，其探针施加1mg力时所测得的厚度与电子扫描显微镜测得的厚度相当，而且得到的PDMS薄膜的厚度与探针压力的关系为近似的双曲线；用光学轮廓仪测量时结果则偏小。　　 (4)PDMS的湿法和干法刻蚀研究：湿法刻蚀采用甲基吡咯烷酮(NMP-C16H36FN)和四丁基氟化铵(TBAF-C5H9NO)试剂的混合液腐蚀，实验中发现侧向腐蚀较严重，不能满足MEMS应用的精度要求；干法刻蚀在低温感应耦合等离子刻蚀系统(Alcatel601E)进行，首次采用光刻胶AZ4620为掩模刻蚀PDMS，并得到比较理想的刻蚀参数：100％SF6，流速200sccm，功率1500W，压强为0.02mbar，平均腐蚀速度为0.420μm/min。　　 (5)柔性器件释放的新方法：首次在液态PI衬底和刚性载体之间引进PDMS涂覆层作为中间分离层，利用热膨胀系数不匹配产生的热应力，可轻易将PI柔性器件从载体上分离下来；在实验中，将PI结构层的完全固化采用器件分离前和分离后两个不连续的加热方式完成，解决了PDMS不耐高温的问题，并实现了与MEMS兼容的工艺。该制作方法与常规的牺牲层释放的方法相比，不仅简化了工艺，降低了成本，而且提高了成品率。这种方法为其它基于液态PI衬底的MEMS器件的研究提供了非常有价值的经验。　　 (6)柔性铂薄膜电阻温度传感器的研制：分别以固态PI和液态涂覆PI为衬底成功研制出三种制作柔性铂薄膜电阻温度传感器的方法。三种方法制作的铂薄膜厚度依次为100nm、120nm和120nm，实验测得三者的电阻温度系数分别约为0.0023/℃、0.00291/℃和0.00280/℃，且均具有良好的线性。并且实验测试得到：当输入电流为10mA时，第二种方法制作的铂薄膜电阻温度传感器的平均电阻灵敏度分别为1.12D/℃；当输入电流为8mA时，第三种制作的铂薄膜温度传感器的平均电阻灵敏度为0.781Ω/℃。与硅基MEMS温度传感器相比，简化了结构和制作工艺，降低了制作成本，特别是减小了温度传感器的热容，因而加快了热响应速度。　　 (7)柔性电容式触觉力传感器的研制：以PI为衬底，成功研制出由多层薄膜组成的电容式触觉力传感器的制作方法。通过工艺优化，在PDMS介电层上额外涂覆一层PI薄膜，解决了直接在PDMS上沉积金属而不可避免将产生裂纹的问题。最后，在液态PI衬底上首次成功制作出由多层无机薄膜和有机薄膜组成的柔性电容式触觉力传感器；所制作的器件可贴在规则、不规则、刚性或柔性表面，并可同时探测正向力和切向力的大小。最后测得其中两种类型器件的法向力的平均灵敏度分别为24.05mV/N和19.5mV/N。