微机电系统的研究与应用前景

ＳＣＩ—ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　２００６年第ｌ６卷第２４期　

文章编号：１００５—６０３３（２００６）２４—０１８０—０２　收稿日期：２００６—０７—１５　

对微机电系统发展趋势和面临挑战的思考　

张栋　

（中北大学，山西太原，０３００５１）　

摘要：近年来，微机电系统在技术进步和应用数量上有了长足的发展。介绍了微机电　

系统的特点，分析了微机电系统的发展趋势，对微机电系统面临的挑战进行了探讨。　

关键词：前沿学科；微机电系统；发展趋势　

中图分类号：ＴＨ～３９　文献标识码：Ａ　

微机电系统（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｃｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＭＥＭＳ）是多种学科交　

叉融合并具有战略意义的前沿高新技术，是未来的主导产业之一。微机　

电系统是指微型化的器件或器件组合，把电子功能与机械的、光学的或　

其他功能相结合的综合集成系统。ＭＥＭＳ主要包括微型机构、微刑传感　

器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工　

技术，并应用微电子投术和最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学　

科。微机电系统以其微型化的优势，在汽车、电子、家电、机电等行业和军　

事领域有着极为广阔的应用前景。　

由于ＭＥＭ￥是－Ｉ＇－Ｊ日新月异、快速发展的学科，在过去的２Ｏ年微　

传感器和执行器取得了飞速发展。ＭＥＭＳ技术Ｊ下发展成为一个巨大的　

产业，就像近２Ｏ年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化　

一样，ＭＥＭＳ也正在孕育一场深刻的技术变革。，ｆ＝对人类社会产生新一　

轮的影响。采用ＭＥＭＳ技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微　

机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航Ｉ火、汽印、　

生物医学、环境监控、军事以及儿乎人们所接触到的所有领域中都有着　

十分广阔的应用前景。目前，ＭＥＭＳ市场的主导产品为压力传感器、加　

速度ｆｔ‘、微陀螺仪、墨水喷嘴和硬盘驱动头等，大多数工业观察家预测，　

２００８年第２７卷第２期　传感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ａｎｄ　Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）　

微机电系统的现状与展望　

陆敬予，张飞虎，张勇　

（哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）　

摘要：在过去２０多年中，微机电系统（ＭＥＭＳ）已经从早期的技术开发、设备探索和实验室研究的阶段　发展到当前的实际应用阶段，并逐渐扩展到许多新的研究和探索领域，ＭＥＭＳ已经成为２１世纪最具潜力　的研究领域之一。对ＭＥＭＳ进行了简要的介绍，包括ＭＥＭＳ应用，ＭＥＭＳ的市场情况，以及３种主要的　ＭＥＭＳ微制造技术，即体微制造、面微制造和ＬＩＧＡ技术。最后，提出了ＭＥＭＳ将来研究和发展的趋势。　关键词：微机电系统；微细加工；展望　中图分类号：ＴＮ３０１　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００－－９７８７（２００８）０２－－０００１—０３　

Ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　ｆｕｔｕｒｅ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ＭＥＭＳ　

ＬＵ　Ｊｉｎｇ—ｙｕ，ＺＨＡＮＧ　Ｆｅｉ—ｈｕ，ＺＨＡＮＧ　Ｙｏｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｌａｓｔ　ｔｗｏ　ｄｅｃａｄｅｓ，ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｅａｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ）ｈａｓ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｅａｒｌｙ　ｓｔａｇｅ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｄｅｖｉｃｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｔａｇｅ　ｏｆ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，　ａｎｄ　ｉｓ　ｅｘｐａｎｄｉｎｇ　ｔｏ　ｍａｎｙ　ｎｅｗ　ａｒｅａｓ　ｏｆ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ．ＭＥＭＳ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ　ｆｉｅｌｄｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　２１　ｓｔ　ｃｅｎｔｕｒｙ．Ａ　ｔｕｔｏｒｉａｌ　ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ＭＥＭＳ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　

微机电系统工程专业学什么

微机电系统工程（Microelectromechanical Systems Engineering，简称MEMS

Engineering）是一门结合了微电子技术、机械工程和材料科学的交叉学科，旨在研究和应用微型机电系统的设计、制造和集成。在现代科技的发展中，MEMS Engineering具有广泛的应用前景，涉及到诸多领域，如生物医学、航空航天、消费电子等。

学术基础

微机电系统工程专业的学生首先需要打好学术基础，包括电子技术、机械工程和材料科学等方面的基础知识。学生需要学习电路原理、信号处理、传感器原理、控制理论等相关课程，以便理解和应用于微机电系统的设计和制造。此外，学生还需要掌握机械设计原理、工程材料学、微纳米技术等方面的知识，以便进行微机电系统的设计和制造工作。

设计与制造

微机电系统工程专业的学生需要学习微机电系统的设计和制造技术。他们将学习CAD（计算机辅助设计）工具的使用，以进行微机电系统设计的建模和仿真。学生还需要学习MEMS制造工艺，包括光刻、薄膜沉积、离子蚀刻等等。此外，学生还需要学习微机电系统的封装和测试技术，以确保其性能和可靠性。 传感器与其应用

微机电系统工程专业的学生还需学习各种传感器的原理、特性和应用。他们将学习加速度计、陀螺仪、压力传感器、温度传感器等各种微机电传感器的工作原理，以及其在生物医学、环境监测、机器人等领域的应用。此外，学生还需要学习传感器接口电路的设计和应用，以能够与传感器进行有效的数据交互。

控制与系统集成

微机电系统工程专业的学生还需要学习控制理论和系统集成技术。他们将学习反馈控制、系统建模与仿真等相关知识，以能够设计和实现对微机电系统的控制。此外，学生还需要学习系统集成技术，将微机电系统与其他电子设备和系统进行集成，以实现更复杂的功能。

应用与发展

微机电系统工程专业的学生还需学习微机电系统在各种应用领域的具体应用和发展趋势。他们将了解生物医学领域的微机电系统应用、无人机和智能车等领域的应用，并关注最新的技术和趋势。此外，学生还需了解MEMS产业的发展现状和未来的发展方向，以为自己的职业规划做好准备。

微光机电系统总结

MOEMS(Micro Optical Electro-Mechanical-System) 是指微电子、微机械与光电子技术的整合，它是在微机电（MEMS）的基础上发展起来的一种新技术系，在信息、工业、医学等方面有广阔的应用前景。它的前身可追溯到1946年2月15日在美国诞生的第一台电子计算机ENIAC。随着技术和工艺的的革新，渐渐趋于小型化，微型化。1987年10月IEEE的机器人和自动化委员会组织了有关讨论会，会后来自MIT、Berkeley、Stanford和NSF的15名科学家提出了“小机器,大机遇:关于新兴领域——微动力学的报告”的国家计划建议书，并引起美国政府的高度重视，从此微机电系统——MEMS技术正式诞生。

微光技术的发展可以追溯到1960年半导体激光波导的出现，微电子技术的发展则来自于1958年完整晶体管电路的出现，1967年Nathanson发明的谐振闸电晶体结合了电与机械。

MOEMS是MEMS在21世纪产生的重要应用之一，光子学的引入使常见的MEMS机械部件更为可靠。光的引用体现了以下的优势：比率高，消耗低，干扰低；光与微机电都具有高度的平行性；很小的芯片上可以集成许多微型的设备。普通机械和MOEMS最重要的区别是，MOEMS不需要体力性质的装配，而是装置在螺线管中以构造出三维结构。

MOEMS 微光学设备可完成普通光学设备的基本功能，这样会减小许多光学系统的成本、尺寸和重量，特别是在一些特殊的环境下使用的光学仪器，如航天、核生化、机器人、汽车、生物医学等。因而微光机电系统在通信、军事、航空航天、工业、医学等领域有着广阔的应用前景，尤其是在通信领域中有着非常诱人的发展前景。采用微光机电系统的技术将光纤通信系统中的许多诸如波分复用器、光发射与接收装置以及其它补偿器、调制器、隔离器、衰减器、光开关等重要器件集成于微光机电系统中，对于开发新一代高速光纤传输系统 ,以及提高通信系统的容量、传输速率、信噪比等都具有十分重要的意义。微光机电系统的出现将会对通信技术的发展起到很大的促进作用。另外 ,军用光电侦察装备要求重量轻、功耗低 ,采用 MOEMS 也是未来军用光电侦察装备的主要趋势之一。