国内外MEMS器件现状及发展趋势

　　由半导体工业中的微细加工技术与机械工业中的微型机械加工技术结合而产生并逐渐发展起来的微电子机械系统(MEMS: Microelectro Mechanical Sys-tem)是微米、纳米电子学的重要领域,是一项极具发展前景的军民两用高技术,它的出现,将引发一场新的技术革命。

　　微电子机械系统涉及到微电子学、自动控制、光学、气动力学、流体力学和声学磁学等多种领域,可以说是一门多学科的综合技术。它研究的主要内容包括微型传感器、微型执行器和复杂的微系统。

　　MEMS是由0.5~500μm的可动元件构成的机器。微电子机械系统的特征是超小型化,尺寸可以做到微米和亚微米。其最大特点是制作工艺与集成电路相同,能批量生产。其用的主要材料是单晶硅、多晶硅和氮化硅等。硅是良好的机械材料,屈服强度是不锈钢的两倍,强度质量比超过了铝。硅具有比不锈钢高的弹性模量,但密度仅为钢的1/3。硅良好的机械特性和对外部及环境因素的高灵敏性使它可用于许多微型传感器和微型执行器的制作。

　　硅微机械传感器和执行器可以利用和集成电路行业相同的技术制作,因此能够借用非常庞大的集成电路基础设施,进行批量加工,生产出较低成本较多功能的元件和系统。利用硅制作传感器和执行器的另一个重要优点就是传感器和执行器可以很方便的与集成电路集成,形成微电子机械系统。

　　MEMS的制作工艺主要是光刻和腐蚀,以光刻形成图形,利用腐蚀加工出主体形状。目前一次可以在150 mm晶片上加工出数10万个微机械元件。MEMS技术的开发始于20世纪60年代,其迅速发展是在20世纪80年代末期,由于MEMS技术的迅速发展,在1987年便决定把MEMS从IEEE国际微机器人与过程操作年会分开,单独召开年会。目前每年在美、日、欧三地轮回举行名为IEEE国际MEMS年会(MicroelectroMechanical Systems Workshop )。

　　美国是研究开发MEMS最早的国家,早在上世纪60年代加利福尼亚大学和贝尔实验室就开始这方面的研究,曾开发出微型硅压力传感器,后又在20世纪70年代开发出硅片色谱仪、微型继电器。特别是在20世纪90年代初,加大利用“牺牲层”技术,制造出一台直径小于人发的超微静电电动机,曾在世界引起很大轰动,专家纷纷预测其广阔的应用前景。美国政府也拨款支持,每年达25亿美元之多,另外还有很多财团也和大学合作投资具有商业价值的项目。为了更有效合理地使用资金,美国科学财团(NSF)于1997年制定了项目招标指南,集中在6个方面研究开发:

　　(1)硅微型机械、材料、掩模设计、腐蚀及装配;

　　(2)静电电动机及其传动装置;