MEMS介紹

MEMS, Micro-Electro-Mechanical System 微機電系統(tǒng)，也叫做微電子機械系統(tǒng)、微系統(tǒng)、微機械等，是在微電子技術（半導體製造技術）基礎上發(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械加工等技術製作的高科技電子機械器件。

微機電系統(tǒng)是集微感測器、微執(zhí)行器、微機械結構、微電源微能源、信號處理和控制電路、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是一項革命性的新技術，廣泛應用於高新技術產業(yè)，是一項關係到國家的科技發(fā)展、經(jīng)濟繁榮和國防安全的關鍵技術。 

MEMS側重於超精密機械加工，涉及微電子、材料、力學、化學、機械學諸多學科領域。它的學科面涵蓋微尺度下的力、電、光、磁、聲、表面等物理、化學、機械學的各分支。

MEMS是一個獨立的智慧系統(tǒng)，可大批量生產，其系統(tǒng)尺寸在幾毫米乃至更小，其內部結構一般在微米甚至納米量級。常見的產品包括MEMS加速度計、MEMS麥克風、微馬達、微泵、微振子、MEMS光學感測器、MEMS壓力感測器、MEMS陀螺儀、MEMS濕度感測器、MEMS氣體感測器等等以及它們的整合式產品。

MEMS概述

微機電系統(tǒng)。是指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置，其內部結構一般在微米甚至納米量級，是一個獨立的智能系統(tǒng)。主要由傳感器、動作器（執(zhí)行器）和微能源三大部分組成。微機電系統(tǒng)涉及物理學、半導體、光學、電子工程、化學、材料工程、機械工程、醫(yī)學、信息工程及生物工程等多種學科和工程技術，為智能系統(tǒng)、消費電子、可穿戴設備、智能家居、系統(tǒng)生物技術的合成生物學與微流控技術等領域開拓了廣闊的用途。常見的產品包括MEMS加速度計、MEMS麥克風、微馬達、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品。

MEMS是一個獨立的智能系統(tǒng)，可大批量生產，其系統(tǒng)尺寸在幾毫米乃至更小，其內部結構一般在微米甚至納米量級。例如，常見的MEMS產品尺寸一般都在3mm×3mm×1.5mm，甚至更小。
微機電系統(tǒng)在國民經(jīng)濟和軍事系統(tǒng)方面將有著廣泛的應用前景。主要民用領域是電子、醫(yī)學、工業(yè)、汽車和航空航天系統(tǒng)。
概括起來，MEMS具有以下幾個基本特點，微型化、智能化、多功能、高集成度和適于大批量生產。MEMS技術的目標是通過系統(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技術是一種典型的多學科交叉的前沿性研究領域，幾乎涉及到自然及工程科學的所有領域 ，如電子技術、機械技術、物理學、化學、生物醫(yī)學、材料科學、能源科學等。其研究內容一般可以歸納為以下三個基本方面： 1．理論基礎： 在當前MEMS所能達到的尺度下，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都會發(fā)生變化，如力的尺寸效應、微結構的表面效應、微觀摩擦機理等，因此有必要對微動力學、微流體力學、微熱力學、微摩擦學、微光學和微結構學進行深入的研究。這一方面的研究雖然受到重視，但難度較大，往往需要多學科的學者進行基礎研究。2. 技術基礎研究：主要包括微機械設計、微機械材料、微細加工、微裝配與封裝、集成技術、微測量等技術基礎研究。3. 微機械在各學科領域的應用研究。

美國已研制成功用于汽車防撞和節(jié)油的微機電系統(tǒng)加速度表和傳感器，可提高汽車的安全性，節(jié)油10%。僅此一項美國國防部系統(tǒng)每年就可節(jié)約幾十億美元的汽油費。微機電系統(tǒng)在航空航天系統(tǒng)的應用可大大節(jié)省費用，提高系統(tǒng)的靈活性，并將導致航空航天系統(tǒng)的變革。在軍事應用方面，美國國防部高級研究計劃局正在進行把微機電系統(tǒng)應用于個人導航用的小型慣性測量裝置、大容量數(shù)據(jù)存儲器件、小型分析儀器、醫(yī)用傳感器、光纖網(wǎng)絡開關、環(huán)境與安全監(jiān)測用的分布式無人值守傳感等方面的研究。該局已演示以微機電系統(tǒng)為基礎制造的加速度表，它能承受火炮發(fā)射時產生的近10.5個重力加速度的沖擊力，可以為非制導彈藥提供一種經(jīng)濟的制導系統(tǒng)。設想中的微機電系統(tǒng)的軍事應用還有：化學戰(zhàn)劑報警器、敵我識別裝置、靈巧蒙皮、分布式戰(zhàn)場傳感器網(wǎng)絡等。

MEMS特點

一.微型化：MEMS器件體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、響應時間短。
二.以硅為主要材料，機械電器性能優(yōu)良：硅的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當，密度類似鋁，熱傳導率接近鉬和鎢。
三.批量生產：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電裝置或完整的MEMS。批量生產可大大降低生產成本。
四.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.多學科交叉：MEMS涉及電子、機械、材料、制造、信息與自動控制、物理、化學和生物等多種學科，并集約了當今科學技術發(fā)展的許多尖端成果。
MEMS發(fā)展的目標在于，通過微型化、集成化來探索新原理、新功能的元件和系統(tǒng)，開辟一個新技術領域和產業(yè)。MEMS可以完成大尺寸機電系統(tǒng)所不能完成的任務，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MEMS將逐步從實驗室走向實用化，對工農業(yè)、信息、環(huán)境、生物工程、醫(yī)療、空間技術、國防和科學發(fā)展產生重大影響。
微機電系統(tǒng)是微米大小的機械系統(tǒng)，其中也包括不同形狀的三維平板印刷產生的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的大小一般在微米到毫米之間。在這個大小范圍中日常的物理經(jīng)驗往往不適用。比如由于微機電系統(tǒng)的面積對體積比比一般日常生活中的機械系統(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半導體的技術如表面微加工、體型微加工等技術制造的。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。微機電系統(tǒng)是指集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統(tǒng)，是一個獨立的智能系統(tǒng)。主要由傳感器、作動器和微能源三大部分組成。微機電系統(tǒng)具有以下幾個基本特點，微型化、智能化、多功能、高集成度。微機電系統(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)微機電系統(tǒng)。微機電系統(tǒng)涉及航空航天、信息通信、生物化學、醫(yī)療、自動控制、消費電子以及兵器等應用領域。微機電系統(tǒng)的制造工藝主要有集成電路工藝、微米/納米制造工藝、小機械工藝和其他特種加工工種。微機電系統(tǒng)技術基礎主要包括設計與仿真技術、材料與加工技術、封裝與裝配技術、測量與測試技術、集成與系統(tǒng)技術等。