微机械技术发展现状

    微机械技术是近十几年来新出现的一门技术,它对现代科技的影响,将超过曾经出现过的晶体管,堪称为跨时代的技术^[1]。早在70年代初在集成电路的基础上发展了固态器件,出现了用于固态压力传感器的专门技术,同时一些有远见的科学家设想一个真正的系统应该有输入和输出两个通道,于是又引出了固态执行器的概念。以上固态传感器和固态执行器的概念孕育了微机械技术的基本思想^[2]。1981年国际固态传感器与固态执行器会议的首届会议(Transducer′81)召开,同年固态传感器的专门学术刊物“传感器与执行器”(Sensors and Actuators)创刊,建立了微机械技术的专门学术园地^[3,4]。直到在Transducer′87会议上报导了用微机械技术制造的多晶硅齿轮、连杆、弹簧和两种多晶硅静电马达的设计(U.C.Berkeley and AT&TLabs),它标志着微机械技术的重大突破_^[5]。

    机械依其特征尺寸可以划分为:小型机械,1~10m;微型机械,1μm~1m;纳米机械,1nm~1μm^[1]。微型机械包含了微小型和纳米机械,但它并非是机械的单纯微小化,而是指可以批量制作的集微型机构、微传感器、微执行器以及信号处理和控制电路、通讯接口以及电源等于一体的微型电子机械系统(MEMS),或称之为微系统。MEMS的意义不仅在于缩小尺寸和体积,还在于通过微型化、集成化来探索新原理和新功能的器件和系统,开辟一个新技术领域^[6]。1990年在柏林召开了第一届国际微系统技术会议(Microsys-tem Technology′90),涉及到微系统的设计和模拟、测量和实验、材料和工艺、基本元件和应用。

    随着微机械技术的发展和对未来世界将产生的巨大影响,微机械技术已被所有发达国家所确认,并投入巨大的人力和物力进行研究。他们投入的力量大体分为三方面:基础研究;产品开发生产、尤其是消费品生产;军事方面的应用^[7]。微机械技术是未来战场的技术,关系到国家的最高利益。1993年美国国家关键技术委员会将“微米和纳米级制造技术”列为国家关键技术,美国国家自然科学基金会(NSF)也将微机械加工技术确认为急需发展的新技术。同时以发展两用技术为宗旨的美国国防部先进技术署(DARPA)将微型电子机械系统(MEMS)和专用集成微型仪器(ASIM)视为直接关系国防与经济发展的高技术而加以重点发展^[8]。我国对于微机械技术的研究也已经起步,主要研究力量集中在大学和研究所,初步取得了一定的成果,但与发达国家相比,还有不小的差距^[9]。

    1　微机械加工技术

    微机械加工技术的基础是微电子工业,为了制造出更大规模的集成电路芯片,各技术发达国家都在积极地向着制作出更小线宽的芯片而努力,目前可制作的最小线宽已达0.1~0.2μm。而在微机械加工技术中,直接采纳了集成电路制造的技术,如集成硅压力传感器、集成温度传感器等。采用与标准集成电路工艺相兼容的技术来制作微机械器件,将标准双极型与CMOS型集成电路工艺与微机械制作工艺相兼容,是MEMS的重要方面^[10]。