微机电系统的构成及其关键技术

　　微机电系统(MicroElectroMechanical Systems,MEMS)是上个世纪末本世纪初兴起的工程科学前沿技术，是当前一个十分活跃的研究领域。微机电系统的研究涉及到电子工程、材料工程、机械工程、信息工程、物理学、化学、光学、以及生物等多种工程技术和学科。微机电系统被认为是21 世纪的朝阳产业，是新世纪世界经济新的增长点，它通过微型化和集成化来建筑微观新的工作原理、新的功能、新的材料、新的结构、新的工艺，开辟了一个新的科学技术研究应用领域,并迅速产业化和规模化，已经在工业过程控制、计算机、机器人、通讯、环境保护与检测、医学健康和交通运输等领域，尤其是在军事领域得到广泛应用[1]。目前，美、日、德、荷兰等世界许多国家都已把微机电系统的研究纳入到战略性的研究领域，纷纷投入巨资进行专项研究。我国的微机电系统研究起不晚，已经建立了一些比较先进的基础实验设施，并在基础研究和相关技术方面取得了一些有特色的成果，有些已经达到国际先进水平，其中很多成果正在向产业化迈进，出现了一批有着广阔应用前景，即将实现产业化的产品。

　　1 微机电系统的定义与构成

　　1.1 微机电系统的定义

　　关于微机电系统的定义，目前还没有统一的确切的形式，美国、日本、欧洲由于各自发展微机电系统的途径和技术条件不一样，所以各自的定义也各不相同。在国际上用得较多的是美国惯用词 ME-MS(Micro Electro Mechanical System)，日本称之为微机械(Micromachine)，欧洲称之为微系统(Micro-system)[2，3]。

　　其实，三个名称虽不同，但研究的内容却是同一领域。综合起来，微机电系统定义为可以批量制作的，集微型机构、微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通信接口及电源等于一体的微型电子机械系统[4]，如图 1 所示[5]。

　　其实，微机电系统并不仅仅是只是传统机械在尺寸上的缩小，与传统机械相比，微机电系统除了尺寸小到微米级或亚微米级以外，它还是一个高度智能化的，高度集成的系统。通常，一个微机电系统是通过微制造加工技术，把微机械元件，传感器，执行器以及微电子控制元件集成了一个硅基片上，具有高度的集成性[6]。

　　1.2 微机电系统的构成

　　一个典型的微机电系统的构成可以看成是如下图 2 所示的一个控制系统。可以看出，微机电系统主要由微传感器、微执行器和微电子逻辑控制电路三大部分组成，其中，微传感器用于检测被控参数的变化，电子逻辑控制电路根据传感器检测到的信号控制微执行机构的运动，使被控参数达到期望的范围[7]。