MEMS介紹

MEMS, Micro-Electro-Mechanical System 微機(jī)電系統(tǒng)，也叫做微電子機(jī)械系統(tǒng)、微系統(tǒng)、微機(jī)械等，是在微電子技術(shù)（半導(dǎo)體製造技術(shù)）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，融合了光刻、腐蝕、薄膜、LIGA、矽微加工、非矽微加工和精密機(jī)械加工等技術(shù)製作的高科技電子機(jī)械器件。

微機(jī)電系統(tǒng)是集微感測(cè)器、微執(zhí)行器、微機(jī)械結(jié)構(gòu)、微電源微能源、信號(hào)處理和控制電路、高性能電子集成器件、介面、通信等於一體的微型器件或系統(tǒng)。MEMS是一項(xiàng)革命性的新技術(shù)，廣泛應(yīng)用於高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是一項(xiàng)關(guān)係到國家的科技發(fā)展、經(jīng)濟(jì)繁榮和國防安全的關(guān)鍵技術(shù)。 

MEMS側(cè)重於超精密機(jī)械加工，涉及微電子、材料、力學(xué)、化學(xué)、機(jī)械學(xué)諸多學(xué)科領(lǐng)域。它的學(xué)科面涵蓋微尺度下的力、電、光、磁、聲、表面等物理、化學(xué)、機(jī)械學(xué)的各分支。

MEMS是一個(gè)獨(dú)立的智慧系統(tǒng)，可大批量生產(chǎn)，其系統(tǒng)尺寸在幾毫米乃至更小，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級(jí)。常見的產(chǎn)品包括MEMS加速度計(jì)、MEMS麥克風(fēng)、微馬達(dá)、微泵、微振子、MEMS光學(xué)感測(cè)器、MEMS壓力感測(cè)器、MEMS陀螺儀、MEMS濕度感測(cè)器、MEMS氣體感測(cè)器等等以及它們的整合式產(chǎn)品。

MEMS概述

微機(jī)電系統(tǒng)。是指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級(jí)，是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)。主要由傳感器、動(dòng)作器（執(zhí)行器）和微能源三大部分組成。微機(jī)電系統(tǒng)涉及物理學(xué)、半導(dǎo)體、光學(xué)、電子工程、化學(xué)、材料工程、機(jī)械工程、醫(yī)學(xué)、信息工程及生物工程等多種學(xué)科和工程技術(shù)，為智能系統(tǒng)、消費(fèi)電子、可穿戴設(shè)備、智能家居、系統(tǒng)生物技術(shù)的合成生物學(xué)與微流控技術(shù)等領(lǐng)域開拓了廣闊的用途。常見的產(chǎn)品包括MEMS加速度計(jì)、MEMS麥克風(fēng)、微馬達(dá)、微泵、微振子、MEMS壓力傳感器、MEMS陀螺儀、MEMS濕度傳感器等以及它們的集成產(chǎn)品。

MEMS是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)，可大批量生產(chǎn)，其系統(tǒng)尺寸在幾毫米乃至更小，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級(jí)。例如，常見的MEMS產(chǎn)品尺寸一般都在3mm×3mm×1.5mm，甚至更小。
微機(jī)電系統(tǒng)在國民經(jīng)濟(jì)和軍事系統(tǒng)方面將有著廣泛的應(yīng)用前景。主要民用領(lǐng)域是電子、醫(yī)學(xué)、工業(yè)、汽車和航空航天系統(tǒng)。
概括起來，MEMS具有以下幾個(gè)基本特點(diǎn)，微型化、智能化、多功能、高集成度和適于大批量生產(chǎn)。MEMS技術(shù)的目標(biāo)是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。 MEMS技術(shù)是一種典型的多學(xué)科交叉的前沿性研究領(lǐng)域，幾乎涉及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域 ，如電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等。其研究內(nèi)容一般可以歸納為以下三個(gè)基本方面： 1．理論基礎(chǔ)： 在當(dāng)前MEMS所能達(dá)到的尺度下，宏觀世界基本的物理規(guī)律仍然起作用，但由于尺寸縮小帶來的影響（Scaling Effects），許多物理現(xiàn)象與宏觀世界有很大區(qū)別，因此許多原來的理論基礎(chǔ)都會(huì)發(fā)生變化，如力的尺寸效應(yīng)、微結(jié)構(gòu)的表面效應(yīng)、微觀摩擦機(jī)理等，因此有必要對(duì)微動(dòng)力學(xué)、微流體力學(xué)、微熱力學(xué)、微摩擦學(xué)、微光學(xué)和微結(jié)構(gòu)學(xué)進(jìn)行深入的研究。這一方面的研究雖然受到重視，但難度較大，往往需要多學(xué)科的學(xué)者進(jìn)行基礎(chǔ)研究。2. 技術(shù)基礎(chǔ)研究：主要包括微機(jī)械設(shè)計(jì)、微機(jī)械材料、微細(xì)加工、微裝配與封裝、集成技術(shù)、微測(cè)量等技術(shù)基礎(chǔ)研究。3. 微機(jī)械在各學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用研究。

美國已研制成功用于汽車防撞和節(jié)油的微機(jī)電系統(tǒng)加速度表和傳感器，可提高汽車的安全性，節(jié)油10%。僅此一項(xiàng)美國國防部系統(tǒng)每年就可節(jié)約幾十億美元的汽油費(fèi)。微機(jī)電系統(tǒng)在航空航天系統(tǒng)的應(yīng)用可大大節(jié)省費(fèi)用，提高系統(tǒng)的靈活性，并將導(dǎo)致航空航天系統(tǒng)的變革。在軍事應(yīng)用方面，美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局正在進(jìn)行把微機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用于個(gè)人導(dǎo)航用的小型慣性測(cè)量裝置、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件、小型分析儀器、醫(yī)用傳感器、光纖網(wǎng)絡(luò)開關(guān)、環(huán)境與安全監(jiān)測(cè)用的分布式無人值守傳感等方面的研究。該局已演示以微機(jī)電系統(tǒng)為基礎(chǔ)制造的加速度表，它能承受火炮發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的近10.5個(gè)重力加速度的沖擊力，可以為非制導(dǎo)彈藥提供一種經(jīng)濟(jì)的制導(dǎo)系統(tǒng)。設(shè)想中的微機(jī)電系統(tǒng)的軍事應(yīng)用還有：化學(xué)戰(zhàn)劑報(bào)警器、敵我識(shí)別裝置、靈巧蒙皮、分布式戰(zhàn)場(chǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)等。

MEMS特點(diǎn)

一.微型化：MEMS器件體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短。
二.以硅為主要材料，機(jī)械電器性能優(yōu)良：硅的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng)，密度類似鋁，熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢。
三.批量生產(chǎn)：用硅微加工工藝在一片硅片上可同時(shí)制造成百上千個(gè)微型機(jī)電裝置或完整的MEMS。批量生產(chǎn)可大大降低生產(chǎn)成本。
四.集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致動(dòng)方向的多個(gè)傳感器或執(zhí)行器集成于一體，或形成微傳感器陣列、微執(zhí)行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復(fù)雜的微系統(tǒng)。微傳感器、微執(zhí)行器和微電子器件的集成可制造出可靠性、穩(wěn)定性很高的MEMS。
五.多學(xué)科交叉：MEMS涉及電子、機(jī)械、材料、制造、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)和生物等多種學(xué)科，并集約了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的許多尖端成果。
MEMS發(fā)展的目標(biāo)在于，通過微型化、集成化來探索新原理、新功能的元件和系統(tǒng)，開辟一個(gè)新技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)。MEMS可以完成大尺寸機(jī)電系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)，也可嵌入大尺寸系統(tǒng)中，把自動(dòng)化、智能化和可靠性水平提高到一個(gè)新的水平。21世紀(jì)MEMS將逐步從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没�，�?duì)工農(nóng)業(yè)、信息、環(huán)境、生物工程、醫(yī)療、空間技術(shù)、國防和科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。
微機(jī)電系統(tǒng)是微米大小的機(jī)械系統(tǒng)，其中也包括不同形狀的三維平板印刷產(chǎn)生的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的大小一般在微米到毫米之間。在這個(gè)大小范圍中日常的物理經(jīng)驗(yàn)往往不適用。比如由于微機(jī)電系統(tǒng)的面積對(duì)體積比比一般日常生活中的機(jī)械系統(tǒng)要大得多，其表面現(xiàn)象如靜電、潤濕等比體積現(xiàn)象如慣性或熱容量等要重要。它們一般是由類似于生產(chǎn)半導(dǎo)體的技術(shù)如表面微加工、體型微加工等技術(shù)制造的。其中包括更改的硅加工方法如壓延、電鍍、濕蝕刻、干蝕刻、電火花加工等等。微機(jī)電系統(tǒng)是指集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)，是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)。主要由傳感器、作動(dòng)器和微能源三大部分組成。微機(jī)電系統(tǒng)具有以下幾個(gè)基本特點(diǎn)，微型化、智能化、多功能、高集成度。微機(jī)電系統(tǒng)。它是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)。微機(jī)電系統(tǒng)涉及航空航天、信息通信、生物化學(xué)、醫(yī)療、自動(dòng)控制、消費(fèi)電子以及兵器等應(yīng)用領(lǐng)域。微機(jī)電系統(tǒng)的制造工藝主要有集成電路工藝、微米/納米制造工藝、小機(jī)械工藝和其他特種加工工種。微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)主要包括設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)、材料與加工技術(shù)、封裝與裝配技術(shù)、測(cè)量與測(cè)試技術(shù)、集成與系統(tǒng)技術(shù)等。