MEMS概述孫舒暢生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院45090120一，MEMS的含義MEMS是英文MicroElectroMechanicalsystems的縮寫，即微電子機(jī)械系統(tǒng)。微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)是建立在微米/納米技術(shù)（micro/nanotechnology）基礎(chǔ)上的21世紀(jì)前沿技術(shù)，是指對微米/納米材料進(jìn)行設(shè)計、加工、制造、測量和控制的技術(shù)。它可將機(jī)械構(gòu)件、光學(xué)系統(tǒng)、驅(qū)動部件、電控系統(tǒng)集成為一個整體單元的微型系統(tǒng)。這種微電子機(jī)械系統(tǒng)不僅能夠采集、處理與發(fā)送信息或指令，還能夠按照所獲取的信息自主地或根據(jù)外部的指令采取行動。它用微電子技術(shù)和微加工技術(shù)（包括硅體微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片鍵合等技術(shù)）相結(jié)合的制造工藝，制造出各種性能優(yōu)異、價格低廉、微型化的傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動器和微系統(tǒng)。二，MEMS的特點(diǎn)1） 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)時間短。2） 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。3） 批量生產(chǎn)：用硅微加工工藝在一片硅片上可同時制造成百上千個微型機(jī)電裝置或完整的MEMS。批量生產(chǎn)可大大降低生產(chǎn)成本。4） 集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致動方向的多個傳感器或執(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。5） 多學(xué)科交叉：MEMS涉及電子、機(jī)械、材料、制造、信息與自動控制、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，把自動化、智能化和可靠性水平提高到一個新的水平。21世紀(jì)MEMS將逐步從實(shí)驗室走向?qū)嵱没?，對工農(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。三，MEMS的研究現(xiàn)狀MEMS是一種全新的必須同時考慮多種物理場混合作用的研發(fā)領(lǐng)域，相對于傳統(tǒng)的機(jī)械，它們的尺寸更小，最大的不超過一個厘米，甚至僅僅為幾個微米，其厚度就更加微小。采用以硅為主的材料，電氣性能優(yōu)良，硅材料的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng)，密度與鋁類似，熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢。采用與集成電路（IC）類似的生成技術(shù)，可大量利用IC生產(chǎn)中的成熟技術(shù)、工藝，進(jìn)行大批量、低成本生產(chǎn)，使性價比相對于傳統(tǒng)“機(jī)械”制造技術(shù)大幅度提高。目前MEMS產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)的新趨勢是產(chǎn)品應(yīng)用的擴(kuò)展，其開始向工業(yè)、醫(yī)療、測試儀器等新領(lǐng)域擴(kuò)張。推動第四輪商業(yè)化的其它應(yīng)用包括一些面向射頻無源元件、在硅片上制作的音頻、生物和神經(jīng)元探針，以及所謂的'片上實(shí)驗室'生化藥品開發(fā)系統(tǒng)和微型藥品輸送系統(tǒng)的靜態(tài)和移動器件。四，MEMS的應(yīng)用狀況及將來應(yīng)用前景MEMS傳感器已經(jīng)存在幾十年了，并成功的滲透到一些大規(guī)模應(yīng)用的市場，如醫(yī)療壓力傳感器和安全汽囊加速度計等。盡管取得了這些成功，但MEMS傳感器很大程度上還是局限于這些零散的應(yīng)用。受到汽車電子和消費(fèi)類電子市場的驅(qū)動，這種狀況在下一個十年中有望得到改變。汽車市場MEMS傳感器在汽車工業(yè)中的主要應(yīng)用是壓力和慣性，這兩個領(lǐng)域預(yù)期在未來的十年內(nèi)都會蓬勃成長。胎壓傳感器，美國國會在TREADAct法案的引言中強(qiáng)制命令為所有的交通車輛安裝壓力傳感器，要求傳感器在偵測到輪胎充氣不足時，在二十分鐘內(nèi)向司機(jī)發(fā)出警告。在2008年生產(chǎn)的所有模型車、小型貨車、卡車和運(yùn)動型車（SUVs）上都將具備這項功能。慣性傳感器，加速度計在汽車中的應(yīng)用包括了安全汽囊、傾翻偵測、電子動態(tài)控制系統(tǒng)、導(dǎo)航、安全系統(tǒng)和靈活性背負(fù)系統(tǒng)。陀螺儀應(yīng)用于穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，抗傾翻系統(tǒng)和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。MEMS陀螺儀實(shí)現(xiàn)慣性導(dǎo)航（DeadReckoning,即慣性導(dǎo)航技術(shù)，也稱方位推估技術(shù)，讓GPS斷訊時仍能繼續(xù)定位）的GPS系統(tǒng)在日本等國家被廣泛采用，在這里它成為所有車輛的標(biāo)準(zhǔn)配置。消費(fèi)類電子自從上世紀(jì)90年代后期，MEMS傳感器已經(jīng)被用于攝錄像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)中來增強(qiáng)圖像的穩(wěn)定性。隨著上述數(shù)碼產(chǎn)品的尺寸越來越小以及像素越來越高，由于手的抖動，圖片變得越來越容易模糊。為了解決這一問題，由ADI、InvenSense、意法半導(dǎo)體以及其他公司開發(fā)的MEMS陀螺儀測量相機(jī)的運(yùn)動軌跡并向微控制器發(fā)送信號，微控制器直接控制鏡頭或者圖像傳感器進(jìn)行微小的線性運(yùn)動從而補(bǔ)償意外的相機(jī)抖動。麥克風(fēng)與目前廣泛使用的電介質(zhì)電容器麥克風(fēng)相比，MEMS麥克風(fēng)更耐熱，并且對抖動和震動有更強(qiáng)的免疫能力。KnowlesAcoustics公司是首家將硅MEMS麥克風(fēng)推向市場的公司。英飛凌公司則提供兩芯片的解決方案，包括MEMS芯片和ASIC（特定應(yīng)用集成電路），兩者同時封裝在一起。移動電話在移動電話中加速度計被用來增加圖像穩(wěn)定性、震動偵測、菜單導(dǎo)航、文本滾動、游戲控制、靜音模式下的激活、搖動撥號以及其它功能。例如，索尼愛立信W910i，當(dāng)用戶晃動電話時，運(yùn)用加速度計來改變音調(diào)；或者通過一個振動讓用戶知道音軌已經(jīng)發(fā)生變化。醫(yī)療保健領(lǐng)域例如，胰島素注射泵能夠精確的模擬胰島腺分泌過程，向人體持續(xù)輸入胰島素，同時還能檢測注射泵可能發(fā)生的故障，為病患提供更深一層的保護(hù)。基于ME