MEMS成為(wei) 當今世界的研究熱點，各國的科技工作人員將其作為(wei) 一個(ge) 獨立的邊緣學科站展開國際範圍內(nei) 的學術與(yu) 工程研究。

       MEMS的定義(yi) 微機電係統 是集多個(ge) 微機構、微傳(chuan) 感器、微執行器、信號處理、控製電路、通信接口及電源於(yu) 一體(ti) 的微型電子機械係統。起源於(yu) 微電子技術，並在機械領域或機電一體(ti) 化領域拓寬和延技伸。有人將用於(yu) 通信、多媒體(ti) 、網絡和智能等領域中的技術，形成了光 技術 和射術稱為(wei) 信息頻 微波無線電通訊係統中的 。

       研究的主要對象

      MEMS的主要研究內(nei) 容： 基礎理論和技術的研究、MEMS材料和MEMS 的製造工藝研究。

       基礎理論和技術的研究

       理論基礎：一般的學科常常是先有了基礎理論，然後才會(hui) 有工程應用，但MEMS 技術卻一種工程應用先於(yu) 基礎理論的技術學科，其工程實際應用往往超前於(yu) 基礎理論，因此MEMS中涉及到的基礎理論研究有待於(yu) 加強。這種現象並非在MEMS中獨有，例如材料的塑性加工技術中的基礎理論部分就比較薄弱，卻也能夠得到很好的工程應用。我們(men) 知道，當構件的幾何尺寸縮小到毫米或微米量級時，很多宏觀的理論已經不適用於(yu) ，有許多宏觀物理量需要重新定義(yi) ，這也可能就是 納米需要對微小型化的尺寸效應和技術 的魅力所在。因此理論基礎做進一步研究，包括微結構學、微動力學、微流體(ti) 力學、微摩擦學、微熱力學、微電子學、微光學和微生物學等。

       技術基礎：基於(yu) 與(yu) 傳(chuan) 統機電係統在理論基礎上的差異，它所涉及的技術基礎研究也與(yu) 傳(chuan) 統機電係統不同。主要涉及到的研究領域有：微係統設計技術、微係統材料、複雜可動結構微細加工、微裝配與(yu) 封裝、微測量、微係統的集成與(yu) 控製和微宏接口等技術。

       設計技術：主要研究設計方法 其中計算機輔助設計 是有力工具。計算機技術的進步使 技術在器件的設計中得到了廣泛應用 有限元分析技術可以預測和模擬 器件的靜態和動態性能。 設計應包括：器件模擬、係統校驗、封裝、優(you) 化、掩模板設計和過程規劃等還應建立混合的機械、熱和電氣的耦合模型。但是 設計技術又不同於(yu) 常規的機電係統設計，這是由於(yu) 當機械的尺寸縮小時，由於(yu) 表麵的摩擦力增加可能會(hui) 導致建模分析時會(hui) 遇到許多機械本身無法工作。因此，進行新的問題，在實踐中要開發快速的計算表麵作用力算法、宏模型的建立、多物理場耦合分析等，並且可以采用 等軟件。進行耦合場的分析等.

       MEMS材料

       MEMS材料包括用於(yu) 敏感元件和致動元件的功能材料、結構材料和智能材料， 材料應具有良好機械、電氣性能和適合微細加工的新材料。 中使用的結構材料通常是以矽為(wei) 主體(ti) 的半導體(ti) 材料;功能材料包括壓電材料、超磁致材料、光敏材料等;智能材料以形狀記憶合金為(wei) 主。此外還有玻璃、陶瓷等材料及其力學分析是 設計的重要方麵，其研究的關(guan) 鍵問題包括材料及物理性能的研究和 結構的力學分析與(yu) 失效研究等。

      MEMS的製造工藝是 的核心技術，也是 研究領域中最為(wei) 活躍的部分，加工 器件的技術目前主要有以下三種。麵向MEMS 的微細加工技術是在集成電路的基礎上形成，先後有了超精密機械加工、深反應離子刻蝕、LIGA及準LIGA技術和分子裝配技術等。其加工手段包括電子束、離子束、光子束、原子束、分子束、等離子、超聲波、微波、化學和電化學等。MEMS研究已從(cong) 基礎研究領域進入開發使用階段，目前，MEMS的應用研究對象主要包括微構件、微傳(chuan) 感器、微執行器、MEMS專(zhuan) 用 器件及係統等。這些研究成果的應用領域很廣，涉及到信息通訊、汽車工業(ye) 、生物醫學和航空航天等。因此MEMS技術有著廣泛的應用前景。

       MEMS加工技術

       如前所述， 加工技術主要分為(wei) 三種，分別以美國為(wei) 代表集成電路技術、日本以精密加工為(wei) 特征的MEMS 技術和德國的LIGA技術.

       第一種是以美國為(wei) 代表的矽基 技術，它是利用化學腐蝕或集成電路工藝技術對矽材料進行加工，形成矽基器件。這種方法可與(yu) 傳(chuan) 統的 工藝兼容，並適合廉價(jia) 批技術量生產(chan) ，已成為(wei) 目前的矽基主流.各向異性腐蝕技術就是利用單晶矽的不同晶向的腐蝕速率存在各向異性的特點而進行腐蝕技術，其主要特點是矽的腐蝕速率和矽的晶向、攙雜濃度及外加電位有關(guan) 。它靠調整器件結構，使它和快腐蝕的晶麵或慢腐蝕的晶麵方向相適應，利用腐蝕速度依賴雜質濃度和外加電位這一特性可以實現適時停止腐的精密三維結構。固相鍵合技術就是不用液態粘連劑而將兩(liang) 塊固體(ti) 材料鍵合在一起，且鍵合過程中材料始終處於(yu) 固相狀態的方法。主要包括陽極鍵合 靜電物理作用 和直接鍵合兩(liang) 種。陽極鍵合主要用玻璃鍵合，可以使矽與(yu) 玻璃兩(liang) 者的表麵之間的距離達到矽分子級。直接鍵合技術 依靠化學鍵 主要用於(yu) 矽 矽鍵合，其最大特點是可以實現矽一體(ti) 化微機械結構，不存在邊界失配的問題。表麵犧牲層技術由美國加州大學分校開發出來的，它以多晶矽為(wei) 結構層，二氧化矽為(wei) 犧牲層。表麵犧牲層技術與(yu) 集成電路技術最為(wei) 澱積的基礎上，利用光刻、腐蝕等相似，其主要特點是在薄膜:常用工藝製備微機械結構，最終利用選擇腐蝕技術釋放結構單元，獲得可動結構。最成功的表麵犧牲層技術目前采用多晶矽薄膜作結構材料、二氧化矽薄膜作犧牲層材料，該工藝為(wei) 薄膜工藝，最大的優(you) 點是容易將機械結構與(yu) 處理電路批量集成製造。

       第二種是以日本為(wei) 代表的利用傳(chuan) 統機械加工手段，用大機器製造小機器，再用小機器製造微機器的方法。此加工方法可以分為(wei) 兩(liang) 大類：超精密機械加工及特種微細加工。超精密機械加工以金屬為(wei) 加工對象，用硬度高於(yu) 加工對象的工具，將對象以下。此材料進行切削加工，所得的三維結構尺寸可在技術包括鑽石刀具微切削加工、微鑽孔加工、微銑削加工及微磨削與(yu) 研磨加工等。特種微細加工技術是通過加工能量的直接作用，實現小至逐個(ge) 分子或原子的切削加工。特種加工是利用電能、熱能、光能、聲能及化學能等能量形式。常用的加工方法有：電火花加工、超聲波加工、電子束加工、激光加工、離子束加工和電解加工等。超精密機械加工和特種微細加工技術的加工精度已達微左右的齒輪等微機米、亞(ya) 微米級，可以批量製作模數僅(jin) 為(wei) 械元件，以及其它加工方法無法製造的複雜微結構器件。

      第三種是以德國為(wei) 代表的 LIGA技術，它是利用X 射線光刻技術，通過電鑄成型和鑄塑工藝，形成深層微結構的方法。LIGA技術可以加工各種金屬、塑料和陶瓷等材料，得到大深寬比的精細結構，其加工深度可達幾百微米。LIGA技術與(yu) 其它立體(ti) 微加工技術相比有以下特點：可製作高度達數百至1000UM，深寬比可大於(yu) 200 ，側(ce) 壁·可平行偏離在亞(ya) 微米範圍內(nei) 的三維立體(ti) 微結構，對微結構的橫向形狀沒有限製，橫向尺寸可以小到0.5UM，精度可達 0.1UM;·用材廣泛，金屬、合金、陶瓷、玻璃和聚合物都可以作為(wei) 加工對象，與(yu) 微電鑄、鑄塑巧妙結合可實現大批量複製生產(chan) ，成本低。#p#分頁標題#e#

     LIGA的主要工藝步驟如下：在經過 光掩模製版和 光深度光刻後，進行微電鑄，製造出微複製模具，並用它來進行微複製工藝和二次微電鑄，再利用微鑄塑技術進行微器件的大批量生產(chan) 。

      由於(yu) 所要求的同步 X射線源比較昂貴，所以在LIGA的基礎上產(chan) 生了準 技術 ，它是用紫外光源代替同步X 射線源，雖然不能達到L,IGA 加工的工藝性能，但也能滿足微細加工中的許多要求。由上海交通大學和北京大學聯合開發、具有獨立知識產(chan) 權DEM 技術，也屬於(yu) LIGA技術中的一種。該技術采用感應耦合等離子體(ti) 深層刻蝕工藝來代替同步輻射光深層光刻，然後進行常規的微電鑄和微複製工藝，該技術因不需要光源和特製的 光掩摸板而具有廣泛的應昂貴的同步輻射 。

       MEMS的應用

       完整的MEMS係統 是由實體(ti) 結構、微控製器、微傳(chuan) 感器、微致動器，以及動力源等組成的複雜係統。但到目前為(wei) 止，完整的尚處於(yu) 概念研究階段，真正形成實用化商品的微係統僅(jin) 是一些微傳(chuan) 感器、微致動器等微結構裝置。這些產(chan) 品廣泛地應用於(yu) 信息、汽車、醫學、宇航和國防等領域。

      信息技術能在一個(ge) 芯片和微型係統上將信息獲取、信息傳(chuan) 輸、信息處理及信息執行等功能集成起來。信息器件可以取代信息領域中所采取的傳(chuan) 統器件，會(hui) 促進信息產(chan) 品的集成化、微型化、智能化，提高器件和係統的性能，降低功耗。目前已經開發出許多用於(yu) 通信係統的器件，有光開關(guan) 、光調製器、光纖對準器和集成化光編碼器等。MEMS器件主要是微傳(chuan) 感器。

      在汽車工業(ye) 中使用最廣泛的MEMS高精度、高效率、高可靠性和低成本的傳(chuan) 感器可以使汽車的各個(ge) 係統更加智能化，安全性能更高。這些微傳(chuan) 感器主要包括以下幾種：微壓力傳(chuan) 感器，主要用於(yu) 根據需要控製發動機的工作狀態，以及檢測輪胎壓力;微加速度計，主要用於(yu) 汽車的安全氣囊係統檢測和監控前麵後麵的碰撞;微角加速度計，主要用於(yu) 車輪側(ce) 滑和打滾控製，改善汽車刹車、安全性能和導航性能等。

       生物細胞尺寸的數量級在微米到納米之間，與(yu) MEMS尺寸的數量級相當，另外臨(lin) 床分析與(yu) 基因分析所用的儀(yi) 器也需MEMS技術製造，所以 在醫學上的應用也很廣泛。主要有以下幾個(ge) 方麵：人造器官、體(ti) 內(nei) 顯微手術、臨(lin) 床化驗分析、基因分析、遺傳(chuan) 診斷和試驗儀(yi) 器等

      世界各國都高度重視在航天與(yu) 軍(jun) 事上的應用，涉及以下幾個(ge) 方麵：

     微電機

      微電機作為(wei) 的核心驅動設備，一直是 研究的熱點和突破點，根據電機的工作原理微電機可以分為(wei) 以下幾類

     靜電微電機，它選擇靜電作為(wei) 微電機的換能形式，以靜電力代替體(ti) 積力起主導作用;

     電磁微電機，它是依照傳(chuan) 統的電磁原理製成的，具有驅動力矩大的優(you) 點，可作為(wei) 微型機器人和微型諧振式微電機，它是靠機械諧振驅動的電飛行器的動力源;具有高運轉精度和高轉速的特性; 壓電微電機，是美國利用其先進的IC工藝和材料技術率先製造出來的，具有低電壓驅動、無電磁場幹擾、不需懸浮等優(you) 良特性，是 MEMS中最有前途的微驅動器之一。

      導航領域

      MEMS陀螺和慣性測量係統 ， 在導航中起到關(guan) 鍵作用，它可以提供運動物體(ti) 的姿態、位置和速度等信息。采用MEMS技術製造的微慣性測量組合係統，沒有轉動的部件，在壽命、可靠性、成本、體(ti) 積和質量等方麵都要優(you) 於(yu) 常規的慣性儀(yi) 表。

       納米衛星

      從(cong) 太陽能電池到導航模塊和通信模塊都是矽材料製造的製造工藝是納米級的，目前正在研究的一種簡單的納米衛星可以由外表帶有太陽能電池和天線的、在矽基片上堆砌的專(zhuan) 用集成微型儀(yi) 器而組成，在體(ti) 積和質量上都小得多，而且成本也低許多，應用更為(wei) 廣泛。

      微型飛行器

       在現代戰爭(zheng) 中，作為(wei) 新型的戰場偵(zhen) 察和對敵對通信進行幹擾的裝備已經成為(wei) 信息戰的重要組成部分。 1995年美國率先提出了微型飛行器的概念，並在這方麵取得了突破性的成果，預計5至10 年內(nei) ，就能研製出可供實際使用的微型飛行器。

      微型軍(jun) 用機器人

      這種機器人通常由傳(chuan) 感器係統、信息處理與(yu) 自主導航係統機動係統、破壞係統和驅動電源組成。微型軍(jun) 用機器人大致可以分為(wei) 三種類型：固定式、移動式和昆蟲式微型機器人。這些機器人是廉價(jia) 的，可以大批量部署。可以代替人進入人難以進入或危險的地區進行偵(zhen) 察、排雷和探測生化武器等。

      MEMS的研究狀況

       自1989 年製造出直徑隻有頭發絲(si) 大小的微馬達以來，MEMS技術就開始受到世界各國的高度重視。 1993年美國ADI公司采用MEMS 技術成功地將微型加速度計商品化，並大批量用於(yu) 汽車防撞氣囊，標誌著MEMS 技術商品化的開端。1992 年美國國家關(guan) 鍵技術管理機構計劃把 微米級和納米級製造 列為(wei) 在經濟繁榮和國防安全兩(liang) 方麵都至關(guan) 重要的技術 。

      國外許多大型企業(ye) 、實驗室及高校都積極投入到研究的各個(ge) 領域，並取得了許多成就。美國加州斯坦福大學與(yu) 加州理工學院協作研究開發了腦細胞組織探針，還與(yu) 公司聯手開發了深度活性離子蝕刻 技術。俄亥俄州的大學正在進行微機械加工生物傳(chuan) 感器高密度陣列結構。朗訊公司的貝爾試驗室在光開關(guan) 、光調製器、分插複用器上也取得了突破。日本東(dong) 北大學正在研製一種作為(wei) 驅動器的自主式移動內(nei) 用窺鏡係用形狀記憶合金機器人。加拿大 大學研製出最高分辨率為(wei) 的遙控納米專(zhuan) 利數正呈指數增長，說明近年來國際上MEMS技術的全麵發展和產(chan) 業(ye) 快速起步的階段已經來到。目前，國外已研製成的 器件有微閥門、微彈簧、微齒輪、微馬達、微陀螺、微型慣性測量組合、矽微壓力傳(chuan) 感器和微加速度計等已成為(wei) 商品，並且應用領域十分廣泛。

       MEMS技術已開始在我國的社會(hui) 生活中發揮作用，微操作機器人已開始用於(yu) 生物工程中的細胞分割、顯微手術和生物芯片的製造工藝中;微傳(chuan) 感器已用於(yu) 飛行器的加速度、壓力等參數的實時測量;納米薄膜潤滑技術已用於(yu) 長征三號 火箭和計算機硬盤的製造工藝上。但是由於(yu) 曆史原因造成的條塊分割、產(chan) 業(ye) 界對MEMS認識尚不明確，MEMS的研究還量分散，而且主要是國家投資，因而投資力度嚴(yan) 重不足，盡管已有不少成果，但在質量、性能價(jia) 格比及商品化等方麵與(yu) 國外的差距還很大。
 

      結束語

      MEMS技術從(cong) 世紀 年代末開始受到世界的廣泛重視以來，到現今短短的十幾年裏，已經在幾乎所有的自然和工程領域產(chan) 生了重大影響。我國應充分利用現有基礎，緊貼國際MEMS技術發展的大脈搏，根據國家發展戰略方針，在對社會(hui) 經濟發展有重要影響的工業(ye) 自動化、信息技術等行業(ye) ，掌握與(yu) MEMS 技術相關(guan) 的設計、加工、測試、封裝、裝配和係統集成等具有自主知識產(chan) 權的理論方法和關(guan) 鍵技術。應該采取目標產(chan) 品帶動關(guan) 鍵技術、係統研究帶動器件開發，逐步建立起我國 研發體(ti) 係和產(chan) 業(ye) 化基地。