微纳技术进展、趋势与建议

　　1　产业发展趋势

　　近年来,MEMS产业发展迅速.据著名的国际MEMS咨询机构约尔公司(Yole)分析, 2005年全球基于硅和石英器件的MEMS市场高达50亿美元,预计2010年将达到100亿美元(如图1所示).其产品主要包括:喷墨打印头、光MEMS(主要是数字微镜器件)、压力传感器、惯性传感器、微流控器件、RFMEMS、硅麦克风及微型燃料电池.其中硅麦克风和微型燃料电池为新出现的产品(如图2所示).

　　从MEMS市场分类的角度,需要重点关注应用在生物领域中的微流控市场、恶劣环境中应用的MEMS市场、光MEMS市场、RFMEMS市场、惯性MEMS市场和移动电话中的MEMS市场等.

　　1.1　微流控/生命科学

　　探知生命的奥秘是人类一直努力的方向,微纳米技术的进步为这一领域的发展提供了机会.微流控科技在生物领域的应用是近年来微纳米技术最活跃的方向之一,具有降低分析成本、缩短反应时间、增加精度、多功能集成等优点.据统计, 2005年微流控市场已达9亿美元,预计到2010年将达到20亿美元.

　　目前,仅有少数微流控器件实现了商业化(主要是药物筛选或用于科学研究),大部分处于原理样机阶段.

　　微流控器件是在各种不同的衬底材料上制造完成的.硅衬底主要用于药物发明和流体配制;聚合物衬底则可以用于药物配制、诊断、实验室分析、生态学和农业食品等(如图3所示).

　　在聚合物衬底上加工微流控器件的主要方法有:①阳模/阴模制造,方法有光刻、激光消融、电火花加工、微机械加工、电铸;②原型制造,方法有激光消融、微型立体光刻、软光刻、纳米压印;③批量制造,方法有基于压模的制造技术、热模压、微注塑、扎制、直接等离子体腐蚀.后处理技术是发展中的瓶颈技术,包括激光焊接、热键合、超声键合、粘接、打孔和表面改性(如图4所示).

　　1.2　恶劣环境中的MEM S

　　MEMS器件通常的使用环境:温度在-60~150℃之间;而且是在非化学腐蚀和可控压力环境下.使用新型材料如碳化硅、绝缘体上硅(SOI)等,可以使MEMS在高温、低温、辐射、化学腐蚀环境中使用,这也是MEMS近年来出现的新的市场.据统计,恶劣环境中MEMS市场2005年约占1亿美元, 2010年将超过5亿美元.其应用领域主要包括汽车、航空、空间、工业、石油钻探等(如图5所示).

　　以航空应用为例,过去空客A320中仅使用了20个压力传感器,而现在A380中就使用了200个,从而提高了飞机的可靠性、降低了维护成本.

　　1.3　光MEM S

　　光MEMS的主要应用领域包括显示、红外成像、光谱仪、条形码读出、无掩膜光刻、自适应光学、指纹传感器和头盔显示器等.