微机电系统(MEMS)与纳机电系统(NEMS)

　　1.引言

　　微机电系统(MEMS)和纳机电系统(NEMS)是微米/纳米技术的重要组成部分，逐渐形成一个新的技术领域。MEMS已经在产业化道路上发展，NEMS还处于基础研究阶段。

　　从微小化和集成化的角度，MEMS(或称微系统)指可批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统。而NEMS(或称纳系统)是90年代末提出来的一个新概念，是继MEMS后在系统特征尺寸和效应上具有纳米技术特点的一类超小型机电一体的系统，一般指特征尺寸在亚纳米～数百纳米、以纳米级结构所产生的新效应(量子效应、界面效应和纳米尺度效应)为工作特征的器件和系统。

　　MEMS在某种程度上可以看作是集成电路(IC)的扩展。如果IC(微处理器和信号电路)可以比喻作人的大脑和神经网络，那么MEMS就为这大脑提供了获取信号的微传感器和执行命令的微执行器，如在电路上加入诸如薄膜、梁、弹簧和齿轮等MEMS机械元件，就能够对环境具有感知、思考、决策和反应控制能力。基于新效应的NEMS器件具有更高的灵敏度、更低的功耗、更小的体积。因此，如果将MEMS、NENS和IC高密度地集成在一块很小的体积中，组成的智能微/纳机电系统，将提高系统信息处理能力和集成度，降低功耗和体积。例如美国正在研究用MEMS或NEMS谐振器代替RF信号处理器片外的电感和电容，使其尺寸减小100倍(从80 cm2减小到0.8 cm2以下)，功耗减小100倍(从300 mW减小到0.8 3 mW以下)，RF性能(效率和带宽)提高10倍。未来的UHF(超高频)通讯/ GPS接收机会如手表大小。

　　2. MEMS和NEMS的发展特点

　　MEMS和NEMS是一种多学科交叉的技术，几乎所有的自然及工程领域都可应用和发展自己的MEMS，如Optical-MEMS、RF-MEMS、Bio-MEMS、Power-MEMS等等。根据MEMS和NEMS的现状和发展，可以大致看出以下一些特点：

　　(1)制造技术是微/纳机电系统发展的基础

　　经过十几年的发展，已经开发出多种微制造技术：

　　a. 以硅表面加工和体加工为主的硅微加工技术;b. 利用X射线深层光刻、电铸的LIGA工艺;c. 传统的超精密机械加工技术的发展、微细电火花加工EDM、超声波加工等等特种微细加工技术;此外，还包括各种加工技术的结合。

　　随着微加工能力的提高，现在微机械加工的特征尺度正在向纳米延伸。硅微加工系统也可达到纳米级。80年代初出现的纳米科技研究的重要手段——扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)，不仅可用于直接观察原子、分子以及纳米粒子的相互作用与特性，表征纳米器件，并且作为一种纳制造技术手段，可移动原子、分子，构造纳米结构，在纳米尺度研究其相互作用。