MEMS器件及其在生物医学上的应用

　　M EM S 即微机电系统，它是以微电子、微机械及材料科学为基础，研究、设计创造具有特定功能的微型装置，包括微结构器件、微传感器、微执行器和微系统等。在不同的场合，微机电系统又被称做微机械、微构造或微电子机械系统。微机械多指构造简单、动作单一的微构造，它是构成微机电系统的要素之一，而微机电系统指出微机械和控制电路组成的微系统[1]。M EM S 技术通过微加工技术传感元件、执行元件和驱动与处理电路部分全部都集成到一个硅片上，使得这种技术可以用来实现真正的片上系统，它的发展对科学技术的各个领域产生了革命性的变化[2]。

　　1 MEMS 技术应具备的要素

　　M EM S 技术是从微电子技术的基础上发展起来的，但又引入了特殊的微加工技术和特种加工手段。和传统微电子线路采用 IC 工艺不一样，用于 M EM S技术的微加工工艺，通常通过选择性地刻蚀硅片的某些部分，或者添加一些结构层来构成机械结构[3]。M EM S 技术是不同学科相互融合的一种新型学科，它包括微电子学、材料学、化学、生物学、物理学和信息学等。M EM S 技术的发展，和这些相关学科的发展分不开，同时它也反过来刺激着这些学科的快速发展。微电子集成电路，就像是一个微系统的大脑，M EM S就好比是眼睛和手臂，其增强了集成电路决策能力，使得一个微系统能够传感和控制周围的环境。传感器通过测量机械、热、生物、化学、光学、磁学现象，来获取各种外部环境信息。集成电路通过处理这些信息，然后做出相应的判断，来指导执行器做出各种反应，比如移动、旋转、泵浦、滤波等。因此，可以对环境变化做出一些所希望的反应。因为和微电子一样，M EM S器件是批量生产的，所以它可以用相对比较低的成本，实现前所未有功能，可靠性和精度也比较高[4]。

　　关于 M EM S 器件，科学界比较统一的认识，是应该具备以下几个要素：

　　(1)尺寸在 m m /μm 范围，区别于一般宏观大尺度“机械”，又区别于物理层面的纳观尺寸;

　　(2)基于硅微加工技术制造，并结合其他材料或是特种未加工手段;

　　(3)与微电子芯片类似，并渴望与传统的 IC 工艺兼容，在洁净室里面实现大批量、低成本生产，使性价比比传统“机械”制造技术大幅度提高;

　　(4)M EM S 中的功能效应包括了力、热、光、磁，乃至化学与生物，M EM S 已经不是传统的“机械”，是一切具有能量转化、传输等功能的效应[5]。

　　2 MEMS 的国内外发展概况

　　微机械的发展史，最早可追溯到 19 世纪，如表 1所示。