微机电系统（MEMS）技术介绍
微机电系统（MEMS），在欧洲也被称为微系统技术，或在日本被称为微机械，是一类器件，其特点是尺寸很小，制造方式特殊。
MEMS是指采用微机械加工技术批量制作的、集微型传感器、微型机构、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口、通讯等于一体的微型器件或微型系统。
MEMS 器件的特征长度从1毫米到1微米--1微米可是要比人们头发的直径小很多。
MEMS往往会采用常见的机械零件和工具所对应微观模拟元件，例如它们可能包含通道、孔、悬臂、膜、腔以及其它结构。
然而，MEMS器件加工技术并非机械式。
相反，它们采用类似于集成电路批处理式的微制造技术。
今天很多产品都利用了MEMS技术，如微换热器、喷墨打印头、高清投影仪的微镜阵列、压力传感器以及红外探测器等。
MEMS技术可以用于制造压力传感器、惯性传感器、磁力传感器、温度传感器等微型传感器，这些传感器以及它们的部分信号处理电路都可以在只有几毫米或更小的芯片上实现。
与传统的传感器相比，MEMS传感器不仅体积更小、功耗更低，而且它们往往会比传统传感器更加准确、更加灵敏。
随着人们对海洋观测的需求不断增加和海洋观测技术的不断发展，MEMS技术也在逐渐进入海洋观测技术研究领域。
一、MEMS概念
“他们告诉我一种小手指指甲大小的电动机。
他们告诉我，目前市场上有一种装置，通过它你可以在大头针头上写祷文。
但这也没什么；这是最原始的，只是我打算讨论方向上的暂停的一小步。
在其下是一个惊人的小世界。
公元2000年，当他们回顾当前阶段时，他们会想知道为何直到1960年，才有人开始认真地朝这个方向努力。
”——理查德·费曼，《底部仍然存在充足的空间》发表于1959年12月29日于加州理工大学（Caltech）举办的美国物理学会年会。
但我们可能会问：为什么要在这样一个微小尺上生成这些对象？
MEMS器件可以完成许多宏观器件同样的任务，同时还有很多独特的优势。
这其中第一个以及最明显的一个优势就是小型化。
如前所述，MEMS规模的器件，小到可以使用与目前集成电路类似的批量生产工艺制造。
如同集成电路产业一样，批量制造能显著降低大规模生产的成本。
在一般情况下，微机电系统也需要非常量小的材料以进行生产，可进一步降低成本。
除了价格更便宜，MEMS器件也比它们更大等价物的应用范围更广。
在智能手机、相机、气囊控制单元或类似的小型设备中，竭尽所能也设计不出金属球和弹簧加速度计；但通过减小了几个数量级，MEMS器件可以用在容不下传统传感器的应用中。
易于集成是MEMS技术的另一个优点。
因为它们采用与ASIC制造相似的制造流程，MEMS结构可以更容易地与微电子集成。
将MEMS与CMOS结构集成在一个真正的一体化器件中虽然挑战性很大，但并非不可能，而且在逐步实现。
与此同时，许多制造商已经采用了混合方法来创造成功商用并具备成本效益的MEMS产品。
德州仪器的数字微镜器件（DMD）就是其中一个案例。
DMD是TIDLP技术的核心，它广泛应用于商用或教学用投影机单元以及数字影院中。
每16平方微米微镜使用其与其下的CMOS存储单元之间的电势进行静电致动。
灰度图像是由脉冲宽度调制的反射镜的开启和关闭状态之间产生的。
颜色通过使用三芯片方案（每一基色对应一个芯片），或通过一个单芯片以及一个色环或RGB LED光源来加入。
采用后者技术的设计通过色环的旋转与DLP芯片同步，以连续快速的方式显示每种颜色，让观众看到一个完整光谱的图像。
二、MEMS现状
基于各种原因，许多MEMS产品在商业上取得了巨大成功，其中许多器件已经获得广泛应用。
汽车工业是MEMS 技术的主要驱动力之一。
例如MEMS振动结构陀螺仪，是一款新的相当便宜的设备，目前用于汽车防滑或电子稳定控制系统中。
村田电子的SCX系列MEMS加速度计、陀螺仪和
倾斜仪，以及将这些功能集成在一个单芯片中可助力特定的汽车应用---因为它们的精度要求可能会非常高。
基于MEMS 的气囊传感器自上世纪90年代起在几乎所有汽车中已经普遍取代了机械式碰撞传感器。
上图显示了一个简化的MEMS 加速度计示例，同碰撞传感器中使用的类似。
一个带有一定质量块的悬臂梁连接到一个或多个固定点以作为弹簧。
当传感器沿梁的轴线加速时，该梁会移动一段距离，这段距离可以通过梁的“牙齿”与外部固定导体之间的电容变化来测量。
许多商用和工业用喷墨打印机使用基于MEMS技术的打印机喷头，保持这些墨滴并在需要时精确地放下这些墨滴——这一技术被称为按需投放（DoD）。
墨滴放置在横跨压电材料（比如lead zirconatetitanate，）组成的元件中，通过施加的电压来进行挤压。
这增加了打印头墨水室的压力，通过施力形成一个非常小量（相对压缩）的墨水，并从喷嘴中喷出。
与此同时，其它一些MEMS技术才刚开始大规模进入市场。
微机械继电器（MMR），比如欧姆龙开发的，这种继电器更快，更高效，其集成度前所未有。
欧姆龙发挥了自己的微机电系统专业优势，为市场带来新款温度传感器：D6T非接触式MEMS温度传感器。
该D6TMEMS制作过程中集成了ASIC和热电堆元件，所以这种小型化的非接触式温度传感器大小仅为18×14×8.8毫米（4x4元件类型）。
当然，当前的MEMS技术不限于单个传感器器件，考虑
一下人的感官：单只眼带给我们颜色、运动和（一些）位置信息，而两只眼睛将带来双眼视觉，改善立体感知。
事实上，我们的许多感知体验需要感官的组合，这样的感知才是最终有意义的。
我们的思路是，通过将传感数据组合起来，可以弥补单个感官器官的弱点和缺点，并达到某种程度上最佳的环境理解。
在人类领域，这就是所谓的“多通道整合”；而在电子领域，这就是所谓的传感器融合。
传感器融合，特别是当它涉及到MEMS时，是移动设备中传感器技术的一个重要的进展。
许多制造商已经开始提供完整的解决方案，如飞思卡尔面向Win8的12轴Xtrinsic传感器平台。
该平台集成了3轴加速度计，3轴磁力计，压力传感器，3轴陀螺仪，环境光传感器，并带有一个ColdFire+MCU，以提供一个完全硬件解决方案——还打包提供专用的传感器融合软件。
随着MEMS器件的优势获得认可，MEMS市场步伐也在持续加快。
据YoleDéveloppement2012年MEMS产业报告中所述，在接下来6年，MEMS“将继续保持平稳、持续的两位数增长”，2017年全球市场价值将达到210亿美元。
三、MEMS的应用领域
MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异、功能强大、可以批量生产等传统机械无法比拟的优点, 在很多领域得到广泛的应用。
（一）信息业
信息技术的发展，对设备提出了更高的要求，功能更加强大的同时体积缩小。
从多媒体人机界面(HI)看，使用微麦克风的语音输入和使用微摄像系统的图形输入都有广阔市场，如今正在大力研制的微型智能机器人更是控制系统的最高目标之一。
用微陀螺装在鼠标上以稳定其运动，把微机械及其控制电路集成的微器件装于磁头上可使其在磁道上运行精度大大提高(<0.1μm)，提高磁盘的磁道密度。
至于微喷头用于打印则早已有所报道。
（二）航空、航天业
由于卫星及其发射的高成本，工作者早已提出小卫星、微小卫星、微卫星和纳米卫星等概念。
在1995年的国际会议上已有人提出研制全硅卫星，即整个卫星由硅太阳能电池板、硅导航模块、硅通信模块等组合而成，这样可使整个卫星的重量缩小到以千克计算，大幅度降低卫星的成本，使较密集的分布式卫星系统成为现实。
MEMS对航空器的性能改善也值得一提，今后在飞机的要害部位都可装上各种SMART传感器，包括力学、声学、气流等，及时提供信息和进行实时控制各种执行部件，从而使飞行更加平稳，噪声大大的被抑制，并节省燃料。
（三）医疗和生物技术
生物细胞的典型尺寸为1～10μm，生物大分子的厚度为纳米量级，长为微米量级。
微加工技术制造的器件尺寸在这个范围内，因而适合于操作生物细胞和生物大分子，各种微泵、微阀、微镊子、微沟槽、微器皿和微流量计都可以用MEMS技术制造。
利用这种技术，可以在指甲盖大小的硅片上制作出包含有10万种DNA片段的芯片，无疑对遗传学研究、疾病诊断、检测和治疗等具有极其重要的作用。
Stanford 和Affmetrix公司制作的DNA芯片是通过在玻璃上刻蚀出非常小的图案来检测DNA基因，该芯片已能够检测到6000多种DNA基因片段。
（四）环境科学
利用MEMS制造的由化学传感器、生物传感器和数据处理系统组成的微型测量和分析设备，用来检测气体和液体的化学成分，检测核生物、化学物质及有毒物品，其优势在于体积小、价格低、功耗小、便于携带。
美国密执安大学1998年发表了环境监测用无线微系统样机—μCluster，由无线通讯、微系统控制和传感器前端等三个方块组成。
该微系统未封装时体积为10cm3，当扫描速度较低时，功耗小于1mW，遥测半径50m，压力测量范围80KPa～105KPa，精度为±13Pa。
该系统已在美国海军使用。
