微机电系统的进展分析与研究

　　科学的进步总是在延拓着人们的感觉器官,人们在通过显微镜观察大自然造就的微观世界的奇妙观的同时也在试图创造微观世界,来改变自身的生存空间和生活环境。从而引起了微电子技术、IC技术等的发展。而微电子技术的巨大成功在许多领域引发了一场微小型化革命,以加工微米/纳米结构和系统为目的的微米/纳米技术(Micro/Nano technology)在此背景下应运而生。

　　一方面人们利用物理化学方法将原子和分子组装起来,形成具有一定功能的微米/纳米结构;另一方面人们利用精细加工手段加工出微米/纳米级结构前者导致了纳米生物学、纳米化学等边缘学科的产生,后者则在小型机械制造领域开始了一场新的革命,导致了微机电系统(Micro-Electro-Mechanical-Sys-tems)的诞生。

　　1　概念[1,2]

　　MEMS一词来源于1989年美国国家自然科学基金会(NSF)主办的微机械加工技术讨论会的总结报告“MicroelectronTechnology applied to ElectricalMechan-ical system”,本次会议中微机械加工技术(Micromach-ing Technology)被MSF和美国国防部先进技术署(DARPA)确定为美国急需发展的新技术,从此,作为Micro-Electro-Mechanical-System缩写词的MEMS被广为流传。

　　微电子机械系统是微电子技术的拓宽和延伸,它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合,实现了微电子与机械融为一体的系统。从广义上讲,MEMS是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统.

　　MEMS主要包含微型传感器,执行器和相应的处理电路三部分,如图1所示。

　　MEMS将电子系统和外部世界有机地联系起来,它不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界信号,并将这些信号转换成电子系统可以识别的电信号,经过信号处理以后(模拟/数字/模拟)再通过微执行器对外部世界发生作用。传感器可以把能量从一种形式转化为另一种形式,从而将现实世界的信号(如热、运动等信号)转化为系统可以处理的信号(如电信号),信号处理器则可以对信号进行转换、放大和计算等处理。执行器根据信号处理电路发出的指令完成人们所需要的动作。

　　在MEMS当中,有一个很重要的概念———微型机械,在微小尺寸范围内,机械依其特征尺寸可以划分为1~10 mm的小型机械,1μm~1 mm的微型机械以及1 nm~1μm的纳米机械。所谓微型机械从广义上包含了微小型和纳米机械,但并非单纯微小化,而是指可批量制作的集微型机构,微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路,直至接口,通信和电源等于一体的微电型机械系统(Micro electronic Mechani-cal System)即MEMS。

　　MEMS的特点是: