微机电系统 发表评论(0) 编辑词条 微机电系统（英语Microelectromechanical Systems缩写为MEMS）是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术，它的操作范围在微米范围内。比它更小的，在纳米范围的类似的技术被称为纳机电系统。
简介
微机电系统是微米大小的机械系统，其中也包括不同形状的三维平板印刷产生的系统。这些系统的大小一般在微米到毫米之间。在这个大小范围中日常的物理经验往往不适用。比如由于微机电系统的面积对体积比比一般日常生活中的机械系统要大得多，其表面现象如静电、润湿等比体积现象如惯性或热容量等要重要。它们一般是由类似于生产半导体的技术如表面微加工、体型微加工等技术制造的。其中包括更改的硅加工方法如压延、电镀、湿蚀刻、干蚀刻、电火花加工等等。
生产微机电系统的公司的大小各不相同。大的公司主要集中于为汽车、生物医学或电子工业生产大批量的便宜的系统。成功的小公司则集中于生产创新的技术。所有这些公司都致力于研究开发。随着传感器的发展微机电系统的复杂性和效率不断提高。
常见的应用有：
在喷墨打印机里作为压电元件
在汽车里作为加速规来控制碰撞时安全气囊防护系统的施用
在汽车里作为陀螺来测定汽车倾斜，控制动态稳定控制系统
在轮胎里作为压力传感器，在医学上测量血压
数字微镜芯片
在计算机网络中充当光交换系统，这是一个与智能灰尘技术的融合
设计微机电系统最重要的工具是有限元分析。
技术
微机电系统有多种原材料和制造技术，选择条件是系统的应用、市场等等。
硅
硅是用来制造集成电路的主要原材料。由于在电子工业中已经有许多实用硅制造极小的结构的经验，硅也是微机电系统非常常用的原材料。硅的物质特性也有一定的优点。单晶体的硅遵守胡克定律，几乎没有弹性滞后的现象，因此几乎不耗能，其运动特性非常可靠。此外硅不易折断，因此非常可靠，
其使用周期可以达到上兆次。一般微机电系统的生产方式是在基质上堆积物质层，然后使用平板印刷和蚀刻的方法来让它形成各种需要的结构。
表面微加工
表面微加工是在硅芯片上沉积多晶硅然后进行加工。
深层刻蚀
深层刻蚀如深层反应离子刻蚀技术向硅芯片内部刻蚀。刻蚀到芯片内部的一个牺牲层。这个牺牲层在刻蚀完成后被腐蚀掉，这样本来埋在芯片内部的结构就可以自由运动了。
体型微加工
体型微加工与深层刻蚀类似，是另一种去除硅的方法。一般体型微加工使用碱性溶液如氢氧化钾来腐蚀平板印刷后留下来的硅。这
些碱溶液腐蚀时的相对各向异性非常强，沿一定的晶体方向的腐蚀速度比其它的高1000倍。这样的过程往往用来腐蚀v状的沟。假如选择的原材料的晶向足够精确的话这样的沟的边可以非常平。
高分子材料
虽然电子工业对硅加工的经验是非常丰富和宝贵的，并提供了很大的经济性，但是纯的硅依然是非常昂贵的。高分子材料非常便宜，而且其性能各种各样。使用注射成形、压花、立体光固化成形等技术也可以使用高分子材料制造微机电系统，这样的系统尤其有利于微液体应用，比如可携测血装置等。汽车防撞系统
金属
金属也可以用来制造微机电系统。虽然比起硅来金属缺乏其良好的机械特性，但是在金属的适用范围内它非常可靠。
目录
? 微机电系统概述
? 硅谷革命的火种MEMS
? 微机电系统：从能看到能用
? 微机电系统学科的重大意义
? 微观”的机电一体化技术——微机电系统（MEMS）
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参考文献
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微机电系统概述编辑本段回目录 微机电系统是指可批量制作的，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、通信和电源等于一体的微型器件或系统。MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的。MEMS的特点是：
1）微型化：MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。
2）以硅为主要材料，机械电器性能优良：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨。
3）批量生产：用硅微加工工艺在一片硅片上可同时制造成百上千个微型机电装置或完整的MEMS。批量生产可大大降低生产成本。
4）集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的MEMS。
5）多学科交叉：MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。
MEMS发展的目标在于，通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域和产业。MEMS可以完成大尺寸机电系统所不能完成的任务，也可嵌入大尺寸系统中，把自动化、智能化和可靠性水平提高到一个新的水平。21世纪MEMS将逐步从实验室走向实用化，对工农业、信息、环境、生物工程、医疗、空间技术、国防和科学发展产生重大影响。
微机电系统
（micro-electromechanicalsystem—MEMS）微机电系统基本上是指尺寸在几厘米以下乃至更小的小型装置，是一个独立的智能系统，主要由传感顺、作动器（执行器）和微能源三大部分组成。微机电系统涉及物理学、化学、光学、医学、电子工程、材料工程、机械工程、信息工程及生物工程等多种学科和工程技术。微机电系统的制造工艺主要有集成电路工艺、微米/纳米制造工艺、小机械工艺和其他特种加工工种。微机电系统在国民经济和军事系统方面将有着广泛的应用前景。主要民用领域是医学、电子和航空航天系统。美国已研制成功用于汽车防撞和节油的微机电系统加速度表和传感器，可提高汽车的安全性，节油10％。仅此一项美国国防部系统每年就可节约几十亿美元的汽油费。微机电系统在航空航天系统的应用可大大节省费用，提高系统的灵活性，并将导致航空航天系统的变革。例
如，一种微型惯性测量装置的样机，尺度为2厘米×2厘米×0.5厘米，重5克。在军事应用方面，美国国防部高级研究计划局正在进行把微机电系统应用于个人导航用的小型惯性测量装置、大容量数据存储器件、小型分析仪器、医用传感器、光纤网络开关、环境与安全监测用的分布式无人值守传感等方面的研究。该局已演示以微机电系统为基础制造的加速度表，它能承受火炮发射时产生的近10.5个重力加速度的冲击力，可以为非制导弹药提供一种经济的制导系统。设想中的微机电系统的军事应用还有：化学战剂报警器、敌我识别装置、灵巧蒙皮、分布式战场传感器网络等。
硅谷革命的火种MEMS编辑本段回目录 导读：MarketWatch今日撰文称，近来，惠普及其新的MEMS(micro-electro-mechanical system，微机电系统)加速器逐渐成为人们关注的焦点，这其实是在向硅谷传达着一个非常重要的讯息。
这讯息便是，MEMS技术实际上已经在生根发芽，很可能成为我们当前的所谓“绿”科技之后，下一波高科技风险投资的重要趋势。
其实，惠普(HPQ)从事MEMS相关的工作已经有很长的时间了，因为喷墨打印头恰恰便是一种MEMS设备。另外一种比较著名的MEMS设备则是DLP，即所谓数字光处理器，是由德州仪器(TXN)的霍恩贝克( Larry Hornbeck)1987前后发明的。现在，DLP已经广泛应用在从电视到数码电影的诸多领域之中。这一设备自身本质上就是一片小小的硅，上面布满了成千上万微小的镜片，可以高速运动，投射出设定好的影像。
这是一种典型的MEMS设备，使用芯片作为一个纳米机电系统的控制器，而这一系统也是芯片自身的一部分。我们在Kindle电子书籍阅读器上也领
教了这一技术，所谓电子墨水其实也是一种MEMS设备。
最初的MEMS设备是1960年代首度出现在世人眼前的，但是并没有明确的用途，当时只不过是用来证明硅可以将一些可以运动的东西整合到芯片上。这一理念真正开始大发展是在1990年代早期，当时德雷克斯勒(Eric Drexler)写了一本专着，介绍纳米技术和其潜力。
MEMS的应用前景是极为广泛的，甚至可以说是无所不在，比如没有弹簧的体重计，数码纸，或者是微型陀螺仪(就像任天堂Wii操纵系统使用的那样)，总之，任何的控制器或者是传感器都可以使用这一技术。
MEMS版本的传感器和那些使用旧技术的传感器相比，最大的优势一在体积，二在价格。新传感器的体积非常小，而且制造成本也非常低廉。
这就让我们的芯片技术拥有了又一个发展方向。比如，一家葡萄酒厂可以装备成千上万的传感器，基于每一根葡萄藤的具体情况来精确控制灌溉系统。
只要是你能够想到的会使用传感器的地方，我们都可以用到这种技术。这种研究目前在美国还不是很
火热，但是在欧洲情况便截然不同。不过，尽管欧洲人做得红红火火，将MEMS视作他们半导体行业未来的发展方向，但是在现实当中，惠普和德州仪器已经分别成为了这一领域的一号和二号角，确立了自己在全世界范围内的地位。
目前，MEMS初创公司在硅谷还没有形成真正意义上的潮流。在一定程度上，这也是初始股市场冰封的现状使然，受到初始股市场现状压制的，其实也不仅仅只是硅谷。
假如《萨班斯-奥克斯利法案》的约束得以放松，这种情况可能就会迅速发生变化。这一法案使得企业束手束脚，难以得到他们所需要的公众融资。在当今的架构之下，一家初创公司假如想要获得成功，一般就只有两条路可走，一是成为某一大玩家的潜在收购对象，一是获得政府的支持，就像现在那些清洁能源公司那样。
当我们改变这种跛行的状况时，记得关注一下MEMS方面的发展。假如你看到惠普在MEMS领域大放异彩，千万不要感到吃惊，因为他们的Thinkjet早在1984年就已经开始使用这样的技术，他们的MEMS研究从那时就已经开始了。
根据Gartner的估算，MEMS业务的规模到2012年就将超过44亿美元。我想，这还是一个保守的估计。
或许，惠普现在还没有意识到自己在MEMS领域的优势所具有的重大意义，而这实际上很可能是他们企业发展的新方向。且让我们拭目以待，看看一场硅谷革命是怎样从这里开始的。
微机电系统：从能看到能用编辑本段回目录汽车工业广泛使用微机电系统
“像人体要感知外
界环境变化一样，传感器要敏感地测算物质世界的速度、压力、温度等信息。随着微加工技术的发展，微机电系统应运而生。”说起自己的本行，MEMS重大专项总体组组长孙立宁侃侃而谈。
“目前，MEMS器件应用最成功、数量最大的产业当属汽车工业。”对于它的应用，孙立宁告诉记者。
现代汽车采用的安全气囊、防抱死制动系统（ABS）、电喷控制、转向控制和防盗器等系统都使用了大量的MEMS器件。为了防止汽车紧急刹车时发生方向失控和翻车事故，目前各汽车制造公司除了装备ABS系统之外，又研制出电子稳定程序（ESP）系统与ABS系统配合使用。发生紧急刹车情况时，这一系统可以在几微秒之内对每个车轮进行制动，以稳定车辆行车方向。
近年来，国际上MEMS的专利数正呈指数规律增长，MEMS技术全面“开花”，各式各样的MEMS器件，已成功地应用于自动控制、信息、生化、医疗、环境监测、航空航天和国防军事等领域。其中微型压
力传感器、微加速度计、喷墨打印机的微喷嘴和数字微镜显示器件（DMD）已实现规模化生产，并创造了巨大的经济效益。美国ADI公司的集成加速度计系列已经大量生产，占据了汽车安全气囊的大部分市场，年销售额约为2亿美元；TI公司利用MEMS技术生产的DMD显示设备，占有高清晰投影仪市场的大部分份额。
重大专项瞄准产业化
我国MEMS的研究始于1990年代初，起步并不晚。经过10年的发展，我国已有数十家科研机构在进行MEMS的研究，初步形成了几个MEMS研究力量比较集中的地区，并且研制出了微型加速度计和微陀螺等多种样品和样机。
然而，令人遗憾的是，这些成果基本还处于实验室阶段，国内尚无一家批量生产MEMS产品的企业。与此同时，一些国外公司已开始在国内开展业务，进行与MEMS相关产品的合作生产，企图占领国内市场。
“由于力量分散，再加上投入严重不足，在共性关键技术、研究实力和产业化等方面与发达国家相比有较大差距。”说到这里，MEMS重大专项总体组组长孙立宁话锋一转，“但是，由于MEMS产品的多样性，并且是一种正在发展的高技术，所以美、日、欧等发达国家并不能垄断MEMS市场，我们尚有很大的创新和发展空间。”“一旦放松，则会坐失良机。”孙立宁补充说。
他告诉记者，研究国外MEMS的发展进程表明，政府行为在初期发展起到了主导作用。如1992年美国把“微米级和纳米级制造”列为“在经济繁荣和国防安全两方面都至关重要的技术”。美国国家自然基金会（NSF）把微米/纳米列为优先支持的领域。日本早在1991年开始启
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