微机电系统技术的研究现状和展望

　　微型化是近几十年自然科学和工程技术发展领域的一个重要方向，而微/纳米技术的研究则是该领域发展的重中之重。微机电系统(Mi-cro-Electro-Mechanical-Systems，简称 MEMS) 是指集微型结构的传感器、微型执行器和信号处理与控制电路于一体，形成同时具有信息获取、处理和执行功能的智能微型器件或微型系统。微机电系统的加工的特征尺寸在微米数量级，系统的特征尺寸在毫米数量级，材料基于硅但不仅限于硅，区别于传统的机械。

　　自 20 世纪 80 年代起，MEMS 已经走出了最初的理论研究、器件开发和实验室研究，发展到一个相当成熟的阶段，不仅可以大规模生产，而且应用到很多新兴领域。在未来的 5～10 年间，世界各地不同领域的科研工作者对 MEMS 的研究将延伸至机械、材料、光学、流体、化学、医学、生物等学科，技术影响遍及包括各种传感器件、医疗、生物芯片、机器人、通信、能源、武器、航空航天等领域。

　　在最初的 10 到 15 年里，除了像喷墨打印机喷头、汽车传感器、数字微镜器件等少数成功实现产业化的案例外，MEMS 研究的重点主要致力于微加工技术、器件设计和 MEMS 研究方法的探索，这些研究工作奠定MEMS 进一步研究的基础，并使MEMS 技术延伸到其他领域成为可能。近年来，MEMS 技术逐渐成熟，并成功实现了应用，建立起了 MEMS 产业，无疑将有利地促进MEMS 研究和产业的可持续发展。

　　在早期的 MEMS 研究发展中，经历过许多重要的历史事件，甚至是关乎整个 MEMS 进程的里程碑事件。下面摘录了其中一些事件：

　　1954年，西储大学的 C. S. Smith 教授利用离开俄亥俄州克利夫陆的度假时间，在贝尔电话实验室发表了一篇关于测量锗和硅的压阻系数的论文。这些测量数据为今天压力、位移和应变传感器研究设计铺平了道路[1]。1959年，Richard Feynman教授发表了一篇题目为“底部有大量空间”的论文[2]。它预示着微加工、微器件和微纳米技术新时代的到来。20 世纪 60 年代，谐振栅晶体管[3]、加速度器[4]、硅基压力传感器和应变传感器[5]的问世为微器件研究奠定了基础。图 1 是 1976 年发明的声表面波压力传感器[6]。1981 年，“传感器技术报”问世，关于固态传感器，执行器和微系统的国际会议第一次在美国的波士顿召开。1982 年，K.E. Peterson教授发表了一篇题为“硅用作微加工材料”的论文[7]，该文章对微加工技术进行了介绍。1987 年，第一次与“MEMS”相关的研讨会“微型机器人和远程控制”，在美国麻省海恩尼斯举行。紧接着关于MEMS 的研讨会在美国和世界各地如雨后春笋般　　召开，打开了微加工，微系统，微加工技术，MEMS研究的大门。1992 年，“MEMS 期刊”首次亮相。在过去的 20 年，科研研究机构和公司进行了大量的 MEMS 研究工作。其中不乏一些成功产业化的案例：