微光机电系统国内外研究进展

　　1概述

　　微光机电系统是由机械、电子、光学及其他一些功能元件集成在单片或多片芯片上构成的微型智能系统.其实质是一种微小型化的装置，是采用微小型加工技术制造的。微光机电系统亦称微机械或微系统，这个设想是由美国物理学家、诺贝尔奖获得者FeynmanR于1959年提出的。自80年代末期，美国NSF(国家自然科学基金委)和DARPA(美国国防部先进研究计划署)对这一研究给予了大力资助.日本通产省自1991年度开始实施为期10年、总投资250亿日元的“微型机械技术”研究开发计划。90年代后期欧洲联络T300多个相关机构，组成NEXUS(Net-workofExeelleneeinMultifunetionalM卜erosystems).德国1994年~1999年的MST计划每年投资6000万美元。

　　我国80年代末开始微光机电系统研究，到90年代末已发展到40多个单位50多个研究小组，在新原理微器件、通用微器件、新工艺和测试技术以及初步应用方面取得显著进展，初步形成以下几个研究方向:1.三维微细加工技术;2.微型惯性器件和微型惯性测量组合;3.微型传感器和微执行器;4.微流量器件和系统;5.生物传感器、生物芯片和微操作系统;6.微机器人。

　　微光机电系统有其独特的优点，如体积小、重量轻、性能稳定、可批量生产、性能一致性好、惯性小、功耗低、谐振频率高及响应时间短等，能完成大尺寸系统不能完成的任务。

　　微光机电系统的研究涉及到微电子学、微机械学、微动力学、微流体学、微热力学、微摩擦学、微光学及材料学、物理学、化学、生物学等。因此，微光机电系统具有多学科综合性、关键性、带动性及创新性等特点。只有跨学科合作才能产生创新思路。微制作技术是微光机电系统的技术基础，它包括设计、材料、工艺、测试技术及其微机理的研究;微器件是微系统的基本组成单元，它包括微传感器、微执行器、微结构、信号处理与控制、接口与能源等。本文对微光机电系统国内外研究进展作以介绍。

　　2微制造技术

　　微制造技术是微光机电系统的基础，它包括设计、材料、工艺、测试技术及微机理的研究。微光机电系统的制造工艺最初是在微电子工艺基础上发展的表面硅和体硅加工工艺。后来，又逐渐开发出深反应离子刻蚀(DRIE)、LIGA类工艺技术(LIGA、准LIGA及LASER - LIGA ) , DEM及其光固化成型等。精密机械的精细加工技术(如电火花加工、超声波加工等)也在微光机电系统制造中占一席之地。

　　美国、法国、德国、日本等发达国家近年来投入大量人力和物力对微制造技术进行了深入细致的研究，在设备、材料、工艺方法及微结构技术参数方面不断有新的突破。我国也在微制造方面进行了数年研究。目前，我国至少有十几家研究单位的多个研究小组从事各种以微工艺为基础的研究工作，并且用这些工艺研究成果制作了多种微结构与微器件。中科院长春光机所、北京高能所、中国科技大学及上海交通大学等单位先后开展了LIGA技术基础研究。图1(a)为长春光机所用自制掩模在BSRF国家实验室进行软X射线曝光获得的PMMA材料的端面摇摆式微型电磁电机的联轴器SEM照片。该结构深度为500 μm，深宽比为8. 3。掩模的金吸收体厚度为20 μm。图1(b)为中科院北京高能所用LIGA技术制作出的步进电机转子的金属微结构部件，厚度467 um。图2为中科院长春光机所、上海光机所及吉林大学联合开展的激光LIGA技术研究结果。图2(a)为聚酞亚胺材料的微马达零件;图2(b>为PMMA材料的微齿轮，齿轮直径500 μm，厚度220 μm,测量表明齿轮各齿距及直径尺寸都很均匀。