MEMS技术的发展与应用

　　1 引言

　　MEMS(微机电系统)技术是多学科交叉的新兴领域，融合微电子与精密机械加工技术，包含微传感器、微执行器及信号处理、控制电路等，利用三维加工技术制造微米或纳米尺度的零件、部件或集光机电于一体，完成一定功能的复杂微细系统，是实现“片上系统”的发展方向。MEMS 固有的低成本、微型化、可集成、多学科综合、广阔的应用前景等特点，使MEMS的研发在世界范围内受到良好的资助。重大的支持来自于 DARPA(美国国防预研计划管理局)，NEXUS (欧洲委员会)和日本的微机械中心。我国在科技部、国家自然基金委、教育部和总装备部的资助下，积极开展 MEMS的研究。据 In-stat公司[1]报道，最近一年半里许多 MEMS 产品进入量产，市场不断扩大。五年内，MEMS 产品的复杂化和廉价化，使世界MEMS市场在2000~2005年间从30亿美元提升到 120 亿美元。可以认为，MEMS 技术和微电子技术一样，将给世界带来巨大影响，甚至会引发一场新的产业革命。

　　2 M E M S 器件的分类及应用

　　当前对MEMS的需求主要来自汽车工业、通信领域(全光网络、无线通信)、生物医学(生物芯片和微流量计部件)和军事应用(惯性制导、分布传感与控制、信息技术)。MEMS 器件可归并为四大类[2]，如表1所示。微型构件也称为无源类。

　　MEMS，是由没有可动部分的微结构组成。微传感器用以把外部环境的机械、物理、化学量、生物量等转化为电参数，经信号处理后，微执行器把电信号转化为控制量，对外部环境发生作用。微系统类集成了微传感器、微执行器等，能独立完成一定的功能。

　　目前全世界对具有巨大市场潜力的MEMS进行深入研究的主要是传感器类、光学 MEMS 类、流体和生物 M E M S 类、射频 M E M S 类。

　　2.1 传感器类 MEMS

　　微传感器使用的敏感元件原理有电容、压电、压阻、热电耦、谐振、隧道电流变化来检测物理量、化学量和生物量等，是 MEMS 的一个重要组成部分。自1962年第一个硅微机械压力传感器问世以来，目前主导MEMS市场的传感器已形成产业，其中压力传感器及加速度计在90年代已商品化，主要用于汽车电子、医疗、工业控制系统。

　　现在已经形成产品和正在研究中的微型传感器有：压力、温度、湿度、加速度、角速度、微陀螺、光学、位置、电量、磁场、质量流量、气体成分、pH 值、离子浓度和生物浓度、触觉传感器等。将三个方向上的加速度计和陀螺组合起来，通过信号处理电路，形成微惯性测量组合(M I M U )，用于定位、导航和制导系统。目前微型传感器正朝着阵列化、集成化和智能化的方向发 展 。