MEMS成為當(dāng)今世界的研究熱點，各國的科技工作人員將其作為一個獨立的邊緣學(xué)科站展開國際范圍內(nèi)的學(xué)術(shù)與工程研究。
       MEMS的定義微機(jī)電系統(tǒng) 是集多個微機(jī)構(gòu)、微傳感器、微執(zhí)行器、信號處理、控制電路、通信接口及電源于一體的微型電子機(jī)械系統(tǒng)。起源于微電子技術(shù)，并在機(jī)械領(lǐng)域或機(jī)電一體化領(lǐng)域拓寬和延技伸。有人將用于通信、多媒體、網(wǎng)絡(luò)和智能等領(lǐng)域中的技術(shù)，形成了光 技術(shù) 和射術(shù)稱為信息頻 微波無線電通訊系統(tǒng)中的 。

       研究的主要對象

       MEMS的主要研究內(nèi)容： 基礎(chǔ)理論和技術(shù)的研究、MEMS材料和MEMS 的制造工藝研究。

       基礎(chǔ)理論和技術(shù)的研究

       理論基礎(chǔ)：一般的學(xué)科常常是先有了基礎(chǔ)理論，然后才會有工程應(yīng)用，但MEMS 技術(shù)卻一種工程應(yīng)用先于基礎(chǔ)理論的技術(shù)學(xué)科，其工程實際應(yīng)用往往超前于基礎(chǔ)理論，因此MEMS中涉及到的基礎(chǔ)理論研究有待于加強(qiáng)。這種現(xiàn)象并非在MEMS中獨有，例如材料的塑性加工技術(shù)中的基礎(chǔ)理論部分就比較薄弱，卻也能夠得到很好的工程應(yīng)用。我們知道，當(dāng)構(gòu)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(jīng)不適用于，有許多宏觀物理量需要重新定義，這也可能就是 納米需要對微小型化的尺寸效應(yīng)和技術(shù) 的魅力所在。因此理論基礎(chǔ)做進(jìn)一步研究，包括微結(jié)構(gòu)學(xué)、微動力學(xué)、微流體力學(xué)、微摩擦學(xué)、微熱力學(xué)、微電子學(xué)、微光學(xué)和微生物學(xué)等。
       技術(shù)基礎(chǔ)：基于 與傳統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)在理論基礎(chǔ)上的差異，它所涉及的技術(shù)基礎(chǔ)研究也與傳統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)不同。主要涉及到的研究領(lǐng)域有：微系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)、微系統(tǒng)材料、復(fù)雜可動結(jié)構(gòu)微細(xì)加工、微裝配與封裝、微測量、微系統(tǒng)的集成與控制和微宏接口等技術(shù)。
       設(shè)計技術(shù)：主要研究設(shè)計方法 其中計算機(jī)輔助設(shè)計 是有力工具。計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步使 技術(shù)在器件的設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用 有限元分析技術(shù)可以預(yù)測和模擬 器件的靜態(tài)和動態(tài)性能。 設(shè)計應(yīng)包括：器件模擬、系統(tǒng)校驗、封裝、優(yōu)化、掩模板設(shè)計和過程規(guī)劃等還應(yīng)建立混合的機(jī)械、熱和電氣的耦合模型。但是 設(shè)計技術(shù)又不同于常規(guī)的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計，這是由于當(dāng)機(jī)械的尺寸縮小時，由于表面的摩擦力增加可能會導(dǎo)致建模分析時會遇到許多機(jī)械本身無法工作。因此，進(jìn)行新的問題，在實踐中要開發(fā)快速的計算表面作用力算法、宏模型的建立、多物理場耦合分析等，并且可以采用 等軟件。進(jìn)行耦合場的分析等.

       MEMS材料

       MEMS材料包括用于敏感元件和致動元件的功能材料、結(jié)構(gòu)材料和智能材料， 材料應(yīng)具有良好機(jī)械、電氣性能和適合微細(xì)加工的新材料。 中使用的結(jié)構(gòu)材料通常是以硅為主體的半導(dǎo)體材料;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主。此外還有玻璃、陶瓷等材料及其力學(xué)分析是 設(shè)計的重要方面，其研究的關(guān)鍵問題包括材料及物理性能的研究和 結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析與失效研究等。
       MEMS的制造工藝是 的核心技術(shù)，也是 研究領(lǐng)域中最為活躍的部分，加工 器件的技術(shù)目前主要有以下三種。面向MEMS 的微細(xì)加工技術(shù)是在集成電路的基礎(chǔ)上形成，先后有了超精密機(jī)械加工、深反應(yīng)離子刻蝕、LIGA及準(zhǔn)LIGA技術(shù)和分子裝配技術(shù)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(xué)和電化學(xué)等。MEMS研究已從基礎(chǔ)研究領(lǐng)域進(jìn)入開發(fā)使用階段，目前，MEMS的應(yīng)用研究對象主要包括微構(gòu)件、微傳感器、微執(zhí)行器、MEMS專用 器件及系統(tǒng)等。這些研究成果的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，涉及到信息通訊、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)和航空航天等。因此MEMS技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景。

       MEMS加工技術(shù)

       如前所述， 加工技術(shù)主要分為三種，分別以美國為代表集成電路技術(shù)、日本以精密加工為特征的MEMS 技術(shù)和德國的LIGA技術(shù).
       第一種是以美國為代表的硅基 技術(shù)，它是利用化學(xué)腐蝕或集成電路工藝技術(shù)對硅材料進(jìn)行加工，形成硅基器件。這種方法可與傳統(tǒng)的 工藝兼容，并適合廉價批技術(shù)量生產(chǎn)，已成為目前的硅基主流.各向異性腐蝕技術(shù)就是利用單晶硅的不同晶向的腐蝕速率存在各向異性的特點而進(jìn)行腐蝕技術(shù)，其主要特點是硅的腐蝕速率和硅的晶向、攙雜濃度及外加電位有關(guān)。它靠調(diào)整器件結(jié)構(gòu)，使它和快腐蝕的晶面或慢腐蝕的晶面方向相適應(yīng)，利用腐蝕速度依賴雜質(zhì)濃度和外加電位這一特性可以實現(xiàn)適時停止腐的精密三維結(jié)構(gòu)。固相鍵合技術(shù)就是不用液態(tài)粘連劑而將兩塊固體材料鍵合在一起，且鍵合過程中材料始終處于固相狀態(tài)的方法。主要包括陽極鍵合 靜電物理作用 和直接鍵合兩種。陽極鍵合主要用玻璃鍵合，可以使硅與玻璃兩者的表面之間的距離達(dá)到硅分子級。直接鍵合技術(shù) 依靠化學(xué)鍵 主要用于硅 硅鍵合，其最大特點是可以實現(xiàn)硅一體化微機(jī)械結(jié)構(gòu)，不存在邊界失配的問題。表面犧牲層技術(shù)由美國加州大學(xué)分校開發(fā)出來的，它以多晶硅為結(jié)構(gòu)層，二氧化硅為犧牲層。表面犧牲層技術(shù)與集成電路技術(shù)最為淀積的基礎(chǔ)上，利用光刻、腐蝕等相似，其主要特點是在薄膜:常用工藝制備微機(jī)械結(jié)構(gòu)，最終利用選擇腐蝕技術(shù)釋放結(jié)構(gòu)單元，獲得可動結(jié)構(gòu)。最成功的表面犧牲層技術(shù)目前采用多晶硅薄膜作結(jié)構(gòu)材料、二氧化硅薄膜作犧牲層材料，該工藝為薄膜工藝，最大的優(yōu)點是容易將機(jī)械結(jié)構(gòu)與處理電路批量集成制造。
       第二種是以日本為代表的利用傳統(tǒng)機(jī)械加工手段，用大機(jī)器制造小機(jī)器，再用小機(jī)器制造微機(jī)器的方法。此加工方法可以分為兩大類：超精密機(jī)械加工及特種微細(xì)加工。超精密機(jī)械加工以金屬為加工對象，用硬度高于加工對象的工具，將對象以下。此材料進(jìn)行切削加工，所得的三維結(jié)構(gòu)尺寸可在技術(shù)包括鉆石刀具微切削加工、微鉆孔加工、微銑削加工及微磨削與研磨加工等。特種微細(xì)加工技術(shù)是通過加工能量的直接作用，實現(xiàn)小至逐個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(xué)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(jī)械加工和特種微細(xì)加工技術(shù)的加工精度已達(dá)微米、亞微米級，可以批量制作模數(shù)僅為械元件，以及其它加工方法無法制造的復(fù)雜微結(jié)構(gòu)器件。
       第三種是以德國為代表的 LIGA技術(shù)，它是利用X 射線光刻技術(shù)，通過電鑄成型和鑄塑工藝，形成深層微結(jié)構(gòu)的方法。LIGA技術(shù)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(xì)結(jié)構(gòu)，其加工深度可達(dá)幾百微米。LIGA技術(shù)與其它立體微加工技術(shù)相比有以下特點：可制作高度達(dá)數(shù)百至1000UM，深寬比可大于200 ，側(cè)壁·可平行偏離在亞微米范圍內(nèi)的三維立體微結(jié)構(gòu);對微結(jié)構(gòu)的橫向形狀沒有限制，橫向尺寸可以小到0.5UM，精度可達(dá) 0.1UM;·用材廣泛，金屬、合金、陶瓷、玻璃和聚合物都可以作為的加工對象;·與微電鑄、鑄塑巧妙結(jié)合可實現(xiàn)大批量復(fù)制生產(chǎn)，成本低。
       LIGA的主要工藝步驟如下：在經(jīng)過 光掩模制版和 光深度光刻后，進(jìn)行微電鑄，制造出微復(fù)制模具，并用它來進(jìn)行微復(fù)制工藝和二次微電鑄，再利用微鑄塑技術(shù)進(jìn)行微器件的大批量生產(chǎn)。
       由于所要求的同步 X射線源比較昂貴，所以在LIGA的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了準(zhǔn) 技術(shù) ，它是用紫外光源代替同步X 射線源，雖然不能達(dá)到L,IGA 加工的工藝性能，但也能滿足微細(xì)加工中的許多要求。由上海交通大學(xué)和北京大學(xué)聯(lián)合開發(fā)、具有獨立知識產(chǎn)權(quán)DEM 技術(shù)，也屬于LIGA技術(shù)中的一種。該技術(shù)采用感應(yīng)耦合等離子體深層刻蝕工藝來代替同步輻射光深層光刻，然后進(jìn)行常規(guī)的微電鑄和微復(fù)制工藝，該技術(shù)因不需要光源和特制的 光掩摸板而具有廣泛的應(yīng)昂貴的同步輻射 。

       MEMS的應(yīng)用

       完整的MEMS系統(tǒng)是由實體結(jié)構(gòu)、微控制器、微傳感器、微致動器，以及動力源等組成的復(fù)雜系統(tǒng)。但到目前為止，完整的MEMS系統(tǒng)尚處于概念研究階段，真正形成實用化商品的微系統(tǒng)僅是一些微傳感器、微致動器等微結(jié)構(gòu)裝置。這些產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用于信息、汽車、醫(yī)學(xué)、宇航和國防等領(lǐng)域。
       信息技術(shù)能在一個芯片和微型系統(tǒng)上將信息獲取、信息傳輸、信息處理及信息執(zhí)行等功能集成起來。信息器件可以取代信息領(lǐng)域中所采取的傳統(tǒng)器件，會促進(jìn)信息產(chǎn)品的集成化、微型化、智能化，提高器件和系統(tǒng)的性能，降低功耗。目前已經(jīng)開發(fā)出許多用于通信系統(tǒng)的器件，有光開關(guān)、光調(diào)制器、光纖對準(zhǔn)器和集成化光編碼器等。MEMS器件主要是微傳感器。
       在汽車工業(yè)中使用最廣泛的MEMS高精度、高效率、高可靠性和低成本的傳感器可以使汽車的各個系統(tǒng)更加智能化，安全性能更高。這些微傳感器主要包括以下幾種：微壓力傳感器，主要用于根據(jù)需要控制發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)，以及檢測輪胎壓力;微加速度計，主要用于汽車的安全氣囊系統(tǒng)檢測和監(jiān)控前面后面的碰撞;微角加速度計，主要用于車輪側(cè)滑和打滾控制，改善汽車剎車、安全性能和導(dǎo)航性能等。
       生物細(xì)胞尺寸的數(shù)量級在微米到納米之間，與MEMS尺寸的數(shù)量級相當(dāng)，另外臨床分析與基因分析所用的儀器也需MEMS技術(shù)制造，所以 在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用也很廣泛。主要有以下幾個方面：人造器官、體內(nèi)顯微手術(shù)、臨床化驗分析、基因分析、遺傳診斷和試驗儀器等.

       世界各國都高度重視在航天與軍事上的應(yīng)用，涉及以下幾個方面。

       微電機(jī)
       微電機(jī)作為 的核心驅(qū)動設(shè)備，一直是 研究的熱點和突破點，根據(jù)電機(jī)的工作原理微電機(jī)可以分為以下幾類
       靜電微電機(jī)，它選擇靜電作為微電機(jī)的換能形式，以靜電力代替體積力起主導(dǎo)作用;
       電磁微電機(jī)，它是依照傳統(tǒng)的電磁原理制成的，具有驅(qū)動力矩大的優(yōu)點，可作為微型機(jī)器人和微型
       諧振式微電機(jī)，它是靠機(jī)械諧振驅(qū)動的電飛行器的動力源;具有高運轉(zhuǎn)精度和高轉(zhuǎn)速的特性; 壓電微電機(jī)，是美國利用其先進(jìn)的IC工藝和材料技術(shù)率先制造出來的，具有低電壓驅(qū)動、無電磁場干擾、不需懸浮等優(yōu)良特性，是 MEMS中最有前途的微驅(qū)動器之一。

       導(dǎo)航領(lǐng)域
       MEMS陀螺和慣性測量系統(tǒng) ， 在導(dǎo)航中起到關(guān)鍵作用，它可以提供運動物體的姿態(tài)、位置和速度等信息。采用MEMS技術(shù)制造的微慣性測量組合系統(tǒng)，沒有轉(zhuǎn)動的部件，在壽命、可靠性、成本、體積和質(zhì)量等方面都要優(yōu)于常規(guī)的慣性儀表。

       納米衛(wèi)星
       從太陽能電池到導(dǎo)航模塊和通信模塊都是硅材料制造的制造工藝是納米級的，目前正在研究的一種簡單的納米衛(wèi)星可以由外表帶有太陽能電池和天線的、在硅基片上堆砌的專用集成微型儀器而組成，在體積和質(zhì)量上都小得多，而且成本也低許多，應(yīng)用更為廣泛。

       微型飛行器
       在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，作為新型的戰(zhàn)場偵察和對敵對通信進(jìn)行干擾的裝備已經(jīng)成為信息戰(zhàn)的重要組成部分。 1995年美國率先提出了微型飛行器的概念，并在這方面取得了突破性的成果，預(yù)計5至10 年內(nèi)，就能研制出可供實際使用的微型飛行器。

       微型軍用機(jī)器人
       這種機(jī)器人通常由傳感器系統(tǒng)、信息處理與自主導(dǎo)航系統(tǒng)機(jī)動系統(tǒng)、破壞系統(tǒng)和驅(qū)動電源組成。微型軍用機(jī)器人大致可以分為三種類型：固定式、移動式和昆蟲式微型機(jī)器人。這些機(jī)器人是廉價的，可以大批量部署。可以代替人進(jìn)入人難以進(jìn)入或危險的地區(qū)進(jìn)行偵察、排雷和探測生化武器等。

       MEMS的研究狀況

       自1989 年制造出直徑只有頭發(fā)絲大小的微馬達(dá)以來，MEMS技術(shù)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(shù)成功地將微型加速度計商品化，并大批量用于汽車防撞氣囊，標(biāo)志著MEMS 技術(shù)商品化的開端。1992 年美國國家關(guān)鍵技術(shù)管理機(jī)構(gòu)計劃把 微米級和納米級制造 列為在經(jīng)濟(jì)繁榮和國防安全兩方面都至關(guān)重要的技術(shù) 。
       國外許多大型企業(yè)、實驗室及高校都積極投入到研究的各個領(lǐng)域，并取得了許多成就。美國加州斯坦福大學(xué)與加州理工學(xué)院協(xié)作研究開發(fā)了腦細(xì)胞組織探針，還與公司聯(lián)手開發(fā)了深度活性離子蝕刻 技術(shù)。俄亥俄州的大學(xué)正在進(jìn)行微機(jī)械加工生物傳感器高密度陣列結(jié)構(gòu)。朗訊公司的貝爾試驗室在光開關(guān)、光調(diào)制器、分插復(fù)用器上也取得了突破。日本東北大學(xué)正在研制一種作為驅(qū)動器的自主式移動內(nèi)用窺鏡系用形狀記憶合金機(jī)器人。加拿大 大學(xué)研制出最高分辨率為 的遙控納米專利數(shù)正呈指數(shù)增長，說明近年來國際上MEMS技術(shù)的全面發(fā)展和產(chǎn)業(yè)快速起步的階段已經(jīng)來到。目前，國外已研制成的 器件有微閥門、微彈簧、微齒輪、微馬
達(dá)、微陀螺、微型慣性測量組合、硅微壓力傳感器和微加速度計等已成為商品，并且應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。
       MEMS技術(shù)已開始在我國的社會生活中發(fā)揮作用，微操作機(jī)器人已開始用于生物工程中的細(xì)胞分割、顯微手術(shù)和生物芯片的制造工藝中;微傳感器已用于飛行器的加速度、壓力等參數(shù)的實時測量;納米薄膜潤滑技術(shù)已用于 長征三號 火箭和計算機(jī)硬盤的制造工藝上。但是由于歷史原因造成的條塊分割、產(chǎn)業(yè)界對MEMS認(rèn)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(yán)重不足，盡管已有不少成果，但在質(zhì)量、性能價格比及商品化等方面與國外的差距還很大。

       結(jié)束語

       MEMS技術(shù)從 世紀(jì) 年代末開始受到世界的廣泛重視以來，到現(xiàn)今短短的十幾年里，已經(jīng)在幾乎所有的自然和工程領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響。我國應(yīng)充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)，緊貼國際MEMS技術(shù)發(fā)展的大脈搏，根據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略方針，在對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響的工業(yè)自動化、信息技術(shù)等行業(yè)，掌握與MEMS 技術(shù)相關(guān)的設(shè)計、加工、測試、封裝、裝配和系統(tǒng)集成等具有自主知識產(chǎn)權(quán)的理論方法和關(guān)鍵技術(shù)。應(yīng)該采取目標(biāo)產(chǎn)品帶動關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)研究帶動器件開發(fā)，逐步建立起我國 研發(fā)體系和產(chǎn)業(yè)化基地。