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微机电系统技术的发展趋势研究

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  0 引言

  当前, 微机电系统技术的出现开辟了一个全新的领域和产业。它们具有许多传统传感器无法比拟的优点,因此在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控和军事等领域都有着十分广阔的应用前景。微机电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。具体来说, 微机电系统是专指外形轮廓尺寸在毫米量级以下, 构成它的机械零件和半导体元器件尺寸在微米至纳米量级 (10-6>10-9m), 可对声、光、热、磁、运动等自然信息进行感知、识别、控制和处理的微型机电装置。它是正在飞速发展的微米和纳米技术的一项十分重要的成果。它将微型电机、微型电路、微型传感器、微型执行器等微型装置和器件集成在硅片上, 不仅能收集、处理与发送信息或指令, 还能按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。

  1 微机电系统的内涵

  微机电系统( Micro Electro Mechanical Systems,MEMS) 一般是指以集成电路等工艺批量制作的, 集微型机构、微型传感器、微型执行器及信号处理和控制电路等于一体的装置。1959 年著名物理学家 RichardFeynman 提出了微型机械的设想。1962 年第一只微型压力传感器问世, 其后又有一些微型机构开发成功, 如微型齿轮、气动涡轮等。但直到 80 年代, 随着微电子工业、材料及控制等技术的发展成熟, 微机电系统才具备了发展的技术基础。1987 年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为 60~120μm 的硅微型静电电机, 引起人们的极大关注。十几年来 MEMS 有了飞速的发展, 并被认为有光明的发展前景。它具有尺寸小、重量轻、响应快、精度高、性能好和成本低等特点, 使其在工业、信息处理和通讯、国防、航空航天、航海、医学和生物工程、农业和家庭服务等领域有着潜在的巨大应用前景, 日本有人甚至把其称为 “机械复兴 (mechanical re-naissance)”。MEMS 技术是一新兴技术领域, 主要属于微米技术范畴。MEMS 技术的发展已经历了 10 多年时间, 大都基于现有技术, 用由大到小的技术途径制作出来的, 发展了一批新的集成器件, 大大提高了器件的功能和效率, 已显示出了巨大的生命力。随着时间的推移和技术的逐步发展, MEMS 所包含的内容正在不断增加, 并变得更加丰富。世界著名信息技术期刊 《IEEE论文集》在 1998 年的 MEMS 专辑中将 MEMS 的内容归纳为: 集成传感器、微执行器和微系统。人们还把微机械、微结构、灵巧传感器和智能传感器归入 MEMS 范畴。制作 MEMS 的技术包括微电子技术和微加工技术两大部分。微电子技术的主要内容有: 氧化层生长、光刻掩膜制作、光刻选择掺杂 ( 屏蔽扩散、离子注入) 、薄膜 ( 层) 生长、连线制作等。微加工技术的主要内容有: 硅表面微加工和硅体微加工 ( 各向异性腐蚀、牺牲层)技术、晶片键合技术、制作高深宽比结构的 LIGA 技术等。利用微电子技术可制造集成电路和许多传感器。微加工技术很适合于制作某些压力传感器、加速度传感器、微泵、微阀、微沟槽、微反应室、微执行器、微机械等, 这就能充分发挥微电子技术的优势, 利用 MEMS 技术大批量、低成本地制造高可靠性的微小卫星。

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标签: MEMS
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