论述微机电系统mems原理应用以及发展趋势
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微机电系统的原理和应用技术微机电系统又称MEMS,是利用微纳米加工技术制造的一类微小机电系统,通常尺寸为毫米或微米级别。
其独特之处在于将机电元件、传感器、电子器件、控制器等集成在一个芯片上,实现了微小化、集成化、低成本化等优势。
微机电系统广泛应用于传感器、执行器、生物医学等领域,成为当前智能化、微型化、网络化的重要组成部分。
MEMS的原理主要基于微纳米加工技术,包括微电子加工技术、光刻技术、湿法腐蚀技术、离子注入技术等多种工艺的综合应用。
其制造过程包括设计、光刻、薄膜沉积、湿法腐蚀、离子注入等多个步骤,需要高精度、高技术的设备和技术人员进行操作。
由于MEMS器件具有微小、轻量、低功耗、高灵敏度等特点,因此在传感、控制、通讯、医疗、能源等诸多领域有广泛应用。
在MEMS技术中,传感器是最典型的应用之一,其主要功能是将物理量转化为电信号,并提供测量、检测、控制等重要信息。
常见的MEMS传感器包括加速度计、压力传感器、温度传感器、光学传感器等。
加速度计可用于汽车安全气囊、电子游戏、运动监测等领域,压力传感器可用于空气压力测量、液位控制、工业自动化等领域,温度传感器可用于电子电路温度补偿、环境温度测量等领域。
MEMS传感器具有体积小、响应速度快、适用于多种环境等优点,因此在智能手机、照相机、汽车等产品中得到广泛应用。
除了传感器之外,MEMS技术还可用于制造执行器,即将电信号转化为物理动作。
常见的MEMS执行器包括微型电机、振动器、泵、阀门等。
微型电机可用于风扇、马达、机器人等领域,振动器可用于手机震动、游戏手柄、体感控制等领域,泵和阀门一般应用于微流体控制、药物输送、化学反应等领域。
MEMS执行器具有灵活性高、响应速度快、能量密度高的特点,具有广泛的应用前景。
在医疗和生物医学领域,MEMS技术也被广泛应用。
MEMS传感器可用于生物监测、疾病诊断等领域,如Biosensor可用于葡萄糖监测、尿素测定、心肌酵素测定等;MEMS执行器可用于微型机器人、控制药物输送等领域,如微型钢丝操作器可用于微创手术、组织粉碎、药物输送等。
举例说明mems的应用及例中mems器件的原理MEMS(微机电系统)是一类集成在微米到毫米级别的机械系统和电气系统的微型器件,它们的作用是将电气信号转换成机械运动或将机械运动转换成电气信号。
这些微型器件通过在芯片上制造微小结构和微制造工艺,实现了微小化、低功耗、高灵敏度和多功能。
下面将介绍MEMS的应用及其中的器件原理。
MEMS的应用非常广泛,可以应用于汽车、医疗、航空航天、电子通信、消费电子等多个领域。
其中,一些最常见的MEMS应用包括:1.惯性感应器:MEMS加速度计和陀螺仪广泛应用于智能手机,队列追踪和姿态控制等。
通过利用惯性原理,它们可以检测设备的移动并提供相应的反馈,从而实现位置和方向的确定。
2.微波电子学:MEMS开关器,可变容器和可调谐滤波器等器件用于微波频段中,这些器件可以实现快速、准确的频率调谐,并且具有高的功率处理能力。
3.生物传感器:MEMS生物传感器可用于检测血糖、血压、呼吸和心率等,这些传感器通过检测体内细胞水平的变化,可以提供全新的医疗诊断工具。
其中,MEMS传感器是应用最广泛的一类器件。
下面将以MEMS传感器为例,介绍其原理。
MEMS传感器的原理是将待测值或物理现象转化为信号,在微机电系统中进行处理。
大多数MEMS传感器都是由感应结构和信号转换电路组成的。
其中感应结构通常采用压电、电容、电阻、温度、振动等技术,来实现感应现象和物理现象的转换。
而信号转换电路则用于转换、放大、滤波和数字化信号,从而使数据可以与其他设备通信。
以压电传感器为例,它主要由压电陶瓷、负载杆、方向夹具和输出电路组成。
当压电陶瓷受到力的作用时,它会产生电荷,从而产生电压信号。
这个信号可以通过负载杆和夹具传送到输出电路,最终转换成数字信号。
在MEMS传感器中,压电传感器广泛应用于机械和结构振动测量、气动测量、应变测量和加速度测量等。
总之,MEMS技术已经成为了多种新科技和应用的核心,这些应用不仅改善了我们的生活质量,而且为未来的技术创新提供了更广阔的空间。
微机电系统技术与应用随着科技的不断进步,微机电系统技术作为新兴技术在应用领域中迅速崛起,并取得了极大的进展。
本文将深入探讨微机电系统技术的基础知识、发展历程以及其在各种领域中的应用。
一、微机电系统技术的基础知识微机电系统,简称MEMS,是指微小机电系统,主要由微机电元器件组成。
其主要原理是“微小化、整合化、智能化、多功能化”。
微机电系统技术自20世纪60年代就开始出现,随着纳米技术、信息技术、生物技术等相关技术的发展,它的应用领域也越来越广泛。
微机电系统技术主要包括微机械、微传感、微制造、微流体、微生物等学科,涵盖了力学、电学、光学、生物学等多个学科的交叉研究。
它不仅能够实现微小化的设计和制造,而且在许多领域中应用非常广泛,例如,医疗、航空航天、通讯、汽车等领域。
二、微机电系统技术的发展历程微机电系统技术的发展历程可以概括为四个阶段:起源期、发展期、成熟期和全面应用期。
起源期是20世纪60年代到70年代初,当时主要以生物学、医学为主要应用领域,主要研究微机械和微生物学。
发展期是70年代中期到80年代末期。
随着信息技术和微电子技术的快速发展,微机电元器件的制造技术得到了飞速发展,微传感器、微流体系统、微光机电系统等得到了广泛的应用。
成熟期是90年代,微机电技术逐步成熟、产业化,已发展起了芯片级、封装级和系统级的MEMS制造技术路线。
全面应用期是21世纪,微机电技术逐渐从传统的行动终端领域,向智能家居、智慧物流、智能医疗等领域延伸,未来其应用领域将更加广泛。
三、微机电系统技术在各种领域中的应用1. 医疗领域微机电系统技术在医疗领域的应用非常广泛,例如微型心脏起搏器、微型“人工肝”、体内检测等。
除此之外,微流控芯片、微制造技术也在医疗设备的制造中扮演着重要的角色,为医疗诊断和治疗提供了更多的选择。
2. 航空航天领域在航空和航天领域,微机电系统技术主要应用于姿态控制、气动力学、失速预警等方面。
微型惯性器件也可以用于导航和制导。
微机电系统技术及应用微机电系统技术(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)是指一种集成微型机械、电子和计算机技术的系统,它利用微型加工技术将传感器、执行器和电子元器件等多种功能集成到一个芯片上,从而实现在微小空间内进行感测、信号处理和控制的复杂系统。
自20世纪80年代以来,MEMS技术在各个领域得到了广泛的应用,成为现代科技进步的重要方向之一。
一、MEMS技术的基本原理MEMS技术的实现基于微机械制造技术,即利用光刻、蚀刻、离子注入、薄膜沉积、微调工艺等多种微加工技术,在硅基底板上制造出微型机械和微型电子元器件,将它们集成在一起实现控制系统的复杂功能。
常见的MEMS元件包括传感器和执行器两类。
传感器一般是将物理量转换成电信号输出的元件,MEMS传感器主要有压力传感器、加速度传感器、角速度传感器、温度传感器、化学传感器等,它们的结构和工作原理各不相同。
以加速度传感器为例,它主要是通过微型悬臂等结构感受加速度的作用,在振动部件上加上感应电极,利用柔性连接器将机械运动转化成电信号输出。
执行器是将电信号转换成物理运动的设备,MEMS执行器主要有微型电机、微泵、微阀门和微喷头等。
以微型电机为例,它主要包括固定部件和旋转部件,其结构具有一定的复杂性。
电机的旋转部件通常采用转子-定子结构,采用MEMS技术可以制造出特殊形状的转子并将其悬挂在薄膜支撑结构上,转子与定子之间通过电容传感器实现控制,电容传感器输出的信号被用于控制电机的转速和方向。
二、MEMS技术的应用领域MEMS技术的应用范围非常广泛,包括空间、军事、医疗、汽车、电子信息等多个领域,在以下几个方面得到了广泛应用。
1.传感器MEMS传感器可以感测体积小、重量轻、功耗低、响应速度快、精度高等诸多优点,使之成为传感器领域的重要技术。
它广泛应用于汽车行业、工业自动化控制、医疗设备等领域,如安全气囊用于汽车碰撞检测、指纹识别传感器、手机加速度传感器等。
mems原理和发展MEMS原理和发展MEMS,全称为微电子机械系统,是指在微米或纳米尺度上设计、制造和集成的机械、电子、光学和化学等多种技术的集成。
MEMS技术被广泛应用于医疗、汽车、航空、石油和天然气等行业,具有重要的经济和社会价值。
本文将从MEMS的原理和发展两个方面阐述该技术。
MEMS的原理MEMS技术的核心是将微观元件制作在同一芯片上,通过集成电子、机械和其他可感测元素等多个部件,实现智能化、微型化和多功能化。
MEMS芯片是一种由多个构件联成的微型机械系统,通常由传感器和执行器组成。
其中,传感器是将物理量转换为微观电信号的元件,而执行器则是将微观电信号转换为物理量的元件。
MEMS传感器有许多种类,例如有压力传感器、加速度传感器、温度传感器、力传感器和荷重传感器等。
在MEMS芯片中,这些传感器通常采用晶体硅等材料制成。
MEMS执行器也有类型很多,例如电声换能器、微轴承、微泵和微阀等。
在一些特定应用场合,这些执行器可以实现非常精确的动态调节,保证产品的精度和输出可靠性。
MEMS的发展MEMS技术的发展历程可以追溯到20世纪70年代,由于制造技术的限制,早期MEMS组件在成本、性能和可靠性方面存在许多问题。
但是,自20世纪80年代中期以来,由于微纳加工技术和仿生学的进展,MEMS技术已经成为制造微型元件的主流技术之一。
当前,MEMS技术被广泛应用于多个领域,包括医疗、汽车、航空、石油和天然气等。
在医疗行业,MEMS技术可以用于开发医疗设备和医疗器械。
在汽车行业,MEMS技术可以用于制造气囊控制系统、距离传感测量系统和安全带预张力系统等。
在天然气和油田行业,MEMS技术可以用于排放控制、超高温计和压力传感器等。
总之,MEMS技术是未来的发展方向。
通过MEMS技术,可以将传感器和执行器等功能组件集成到单个芯片上,从而实现微型化和智能化。
随着微纳加工等技术的不断突破,MEMS芯片的制造成本将进一步降低,其应用领域也会不断拓展。
mems微热板芯片Mems微热板芯片是一种新型的微热板传感器,它的出现给传感器领域带来了巨大的变革。
本文将从Mems微热板芯片的原理、应用以及未来发展方向等方面进行探讨。
Mems微热板芯片是一种基于微机电系统技术的热敏传感器,它利用微小的热敏电阻来测量环境中的温度。
与传统的热敏电阻相比,Mems微热板芯片具有体积小、响应速度快、功耗低等优势,可以广泛应用于温度测量、气体检测、红外成像等领域。
Mems微热板芯片的工作原理是利用微小的热敏电阻片加热周围环境,通过测量电阻的变化来确定环境的温度。
当电流通过热敏电阻时,电阻片会发热,周围环境的温度会使电阻片的阻值发生变化。
通过测量电阻值的变化,就可以得到环境的温度信息。
Mems微热板芯片具有许多应用领域。
首先,它可以用于温度测量。
由于Mems微热板芯片具有快速响应的特点,可以准确地测量温度的变化。
这在工业控制、医疗设备等领域有着广泛的应用。
其次,Mems微热板芯片还可以用于气体检测。
当特定的气体存在时,Mems 微热板芯片的热敏电阻值会发生变化,通过测量电阻值的变化,可以判断气体的浓度。
这在环境监测、室内空气质量检测等方面有着重要的应用。
此外,Mems微热板芯片还可以结合红外技术进行红外成像。
通过测量不同区域的温度变化,可以得到物体的热分布图像,广泛应用于夜视仪、安防监控等领域。
未来,Mems微热板芯片有着广阔的发展空间。
首先,随着微电子技术的不断进步,Mems微热板芯片的制造工艺将变得更加精细,性能将进一步提升。
其次,Mems微热板芯片可以与其他传感器相结合,形成多传感器系统,实现更复杂的功能。
例如,结合加速度传感器可以实现智能手机的重力感应功能,结合湿度传感器可以实现空调的自动调节功能。
此外,Mems微热板芯片还可以应用于无人驾驶、智能家居等领域,为人们的生活带来更多的便利。
Mems微热板芯片作为一种新型的微热板传感器,具有体积小、响应速度快、功耗低等优势,广泛应用于温度测量、气体检测、红外成像等领域。
MEMS的原理及应用前言微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS)是一种将微米尺度的机械元件和微电子元件集成在一起的技术。
它结合了机械学、电子学和计算机科学等领域的知识,广泛应用于各个领域。
本文将介绍MEMS的原理及其在不同领域的应用。
MEMS的原理MEMS的核心原理是利用微米尺度的机械结构来感知和操控物理量。
这些微米尺度的结构通常由硅或其他材料制成,并且与电子元件集成在一起。
MEMS器件利用微机械结构的运动或变形来实现各种功能。
下面是一些常见的MEMS原理:1.微加工技术:MEMS器件通常是通过光刻和微加工技术制作的。
这些技术允许制造出微米级别的机械结构和电子元件。
2.机械传感器:MEMS器件中最常见的一类是机械传感器,用于感知物理量如压力、加速度、温度等。
典型的机械传感器包括压力传感器、加速度传感器和陀螺仪等。
3.微操控器件:除了传感器,MEMS还包括微操控器件,用于操控物理量如运动、振动等。
例如,微镜头用于手机的自动对焦功能就是一种微操控器件。
4.集成电子元件:最重要的一点是,MEMS器件通常与集成电子元件一起工作。
传感器通过电子元件将感知到的物理量转化为电信号,而操控器件则接收电信号并操控相应的物理量。
这种集成使得MEMS器件具有高度的智能化和自动化能力。
MEMS的应用MEMS技术在各个领域都有广泛的应用。
下面列举了几个典型的应用领域:1. 电子设备•手机:MEMS技术使得手机具备了更多的功能,如自动对焦摄像头、陀螺仪和加速度传感器等。
•智能手表:智能手表中的MEMS技术可以实现计步器、心率监测和气压计等功能。
•耳机:MEMS技术可以用于制作微型麦克风和降噪器,提高音质和通话质量。
2. 医疗领域•生物传感器:MEMS技术可以用于制作微型生物传感器,实现疾病的早期诊断和监测。
•药物传递系统:利用MEMS技术,可以制作微型药物传递系统,实现精确的药物控制和释放。
VLSI系统设计与CAD方法期末论文电子工程学院2012111203班黄奕龙学号:2012140619微机电系统(MEMS)的系统介绍与论述摘要: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,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。
本文主要的内容是对其的原理特点与应用等进行了介绍和论述。
关键字:MEMS;微机电系统;Abstract:MEMS(Microelectromechanical Systems) is a an industrial technology which is an integration of microelectronic technology and mechanical engineering,and it can massify micro-institutions, micro sensors, micro actuators and signal processing and control circuits,interface, communicationand power into one system.This paper is to introduce and discuss the principle,characteristics and applications of MEMS. Keyword:MEMS; Microelectromechanical Systems;简介微机电系统(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。
微纳机电系统的研究与发展随着科技的不断发展,微纳机电系统(MEMS)已成为一个重要的研究领域。
它利用微电子加工技术和微机电系统技术,制造出微尺度的机电系统和器件,应用于多个领域,如汽车工业、医疗设备、电子设备等。
本文将探讨微纳机电系统的研究与发展。
一、微纳机电系统的概述微纳机电系统是一种基于微机电技术制造的微型机电系统和器件。
主要由微缩化处理、精密加工、微型制造和信息技术等组成。
这种系统可以通过微型化设计、加工和制造,实现普通机电元件的小型化、轻量化和高集成化,同时实现了电子器件和机械器件的集成化。
在多个领域中,微纳机电系统已成为了一种关键技术。
二、微纳机电系统的应用微纳机电系统已广泛应用于许多领域。
其中最重要的应用是汽车工业。
传感器、执行器和电子控制器是现代汽车中的关键部件。
微纳机电系统可以制造出小巧而高精度的传感器和执行器,用于控制汽车的发动机、刹车、气囊等系统。
通过微纳机电系统的应用,汽车不仅更加安全可靠,而且更加节能环保。
此外,微纳机电系统还可以应用于医疗设备领域。
例如,使用微纳机电系统制造的仿生智能手术机器人,可以帮助医护人员更加精准地进行手术。
这种机器人可以通过微型力传感器、光学传感器和微型执行器,大大提高手术的精度和安全性。
在电子设备领域,微纳机电系统也有重要的应用。
例如,扫描式显示器、数字相机和激光打印机中,都需要微弱的光源。
微纳机电系统可以制造出高性能的微型光源,加强显示器的亮度和色彩的还原度。
三、微纳机电系统的研究与发展随着科技的不断发展,微纳机电系统的研究与发展已取得了令人瞩目的成果。
其中重要的进展包括微纳机电元件的尺度缩小、集成度提高和新型功能器件的开发。
首先,微纳机电元件的尺度缩小是一个重要的进展。
微电子加工技术和微机电系统技术的发展,使得微型机电元件的尺寸越来越小。
例如,压力传感器和气体传感器的尺寸已缩小到微米级别。
这种尺度的缩小,有助于提高微纳机电系统的集成度和性能。
论述危机电系统(MEMS)原理应用以及发展趋势090920413 贾猛机制四班首先,我们了解什么叫MEMS。
MEMS是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems)的英文缩写。
MEMS是美国的叫法,在日本被称为微机械,在欧洲被称为微系统,它是指可批量制作的,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,目前MEMS加工技术还被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域,从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。
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。
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发展现状及市场规模:MEMS技术发展日新月异,各种新产品不断涌现。
随着新微机电系统和微系统产品的诞生和不断发展,这些产品的市场扩展非常迅速,MEMS产品在商业市场的每个方面都将占据主导地位。
根据市场研究机构The Information Network预估,2008年全球MEMS应用市场将成长11%,市场规模可达78亿美元,其中MEMS在消费电子应用比例可近五成,规模将为35亿美元,预估到2012年全球MEMS应用市场规模将达154亿美元,其中MEMS消费电子应用规模可成长至71亿美元。
iSuppli的报告则指出,手机将会是MEMS 下一阶段最具潜力的应用市场,成长预期可超过PC周边和汽车感测领域;到2012年MEMS在手机领域的应用规模将达8.669亿美元,约为2007年3.048亿美元的3倍,出货量达2.009亿颗,是2007年的4倍。
市调机构Yole Development的报告更为乐观,其预计2012年MEMS零组件在手机应用市场规模可望达到25亿美元。
部分MEMS重要应用介绍:IT/消费电子领域众多机构都看好未来MEMS在IT/消费电子领域的应用,这一领域也是MEMS未来最大的市场。
的确,Wii和iPhone的热销使得电子产品终端厂商不得不提高对MEMS的重视,加快了MEMS的普及。
MEMS赋予电子产品独特的人机交互体验,使得电子产品更娱乐化、智能化。
伴随着MEMS技术的不断成熟以及应用领域的不断拓展,MEMS产品将广泛地应用于喷墨打印头、投影仪、笔记本等计算机类产品,手机等通讯产品以及MP3、MP4、游戏机、麦克风等消费电子产品中。
汽车工业汽车工业是微机电系统的主要应用市场之一,规模较大。
MEMS可以使汽车更安全,使驾驶更舒适,并可提高燃烧效率和降低排放。
1993年,美国ADI公司采用MEMS技术成功将微型加速度计商品化,并大批量应用于汽车防撞气囊,标志着MEMS技术商品化的开端。
现阶段,MEMS在汽车中的应用可分为四类,即安全、发动机和动力系统、舒适和便利及汽车诊断和健康监测。
生物医学MEMS技术极大地推动了生物医学工程及相关领域的进步,使得诸如医学检测与分析、介入治疗、监测等方面获得很大的发展。
举个例子,灵巧药丸或靶药物输送,实际上是包含传感器,储药囊和微压力泵的微型仪器,可注入人体,并在人体内部的精确部位施放精确剂量的药物;监测皮肤或体内温度的集成无线微型食品,可用来监测皮肤或相关器官温度等参数,并将信息以350Hz的载波频率传送到接收器,在尺寸为4.6mm*6.8mm的芯片上集成了传感器的电子线路和微天线。
医学领域,细胞操作、临床化验、基因分析和遗传诊断、介入治疗以及生物芯片等都将是未来MEMS可以发挥优势的领域。
航空航天和国防军事MEMS技术首先将促进航天器内传感器的微型化、节能、降低成本和大幅度提高系统可靠性,其微小,灵活和智能化的特点正是在国防军事应用方面难得的优点。
如,可作为侦察敌情用的微型航空器,可称为芯片级的微型航天器和纳卫星,以及能跟踪,监测的分布式无人值守传感器群等。
美国国防部正在推动的军事领域MEMS应用主要有:(1)武器、制导和平衡中采用MEMS惯性测量;(2)分布式传感、控制维护、智能化和化学识别;(3)大容量数据存储、显示的信息技术。
除此之外,近年来,科技人员也提出了智能卫星小组(Intelligent satellite teams)的概念,主要致力于数十个,上百个,上千个同类卫星,如纳米卫星(10g-10kg)或皮卫星(10mg-10g)的协同工作,完成太空任务,如空间硬件的构建,地球和空间科学等。
MEMS未来技术发展趋势根据MEMS发展的现状,人们对今后MEMS技术的发展进行了大量的预测,MEMS技术在今后的主要发展趋势如下:1.应用领域广,需求市场大。
MEMS技术涉及的领域主要包括惯性器件如微加速度计与微陀螺、微镜、三维微型结构的制作、微型阀门、泵和微型喷口、流量器件、微型光学器件、各种执行器等十几个技术领域,研究内容在航空航天、汽车、生物技术、消费产品、军事、环境保护、保健制药以及远程通信等方面都有应用。
1999年微电子市场已经接近1500亿美金,2005年大概是1800亿美金,需求增长率超过30%,市场发展得非常迅速。
2.MEMS器件芯片制造与封装的加工工艺多样化。
随着物理、化学等基础技术和材料、机械等工程技术的发展,MEMS制造技术和封装技术将是微机电系统未来发展的一个重要研究领域。
3.微系统集成化程度更高。
由于一般传感器的输出信号(电流或电压)很弱,若将它连接到外部电路,则寄生电容、电阻等的影响会彻底掩盖有用的信号,因此采用灵敏元件外接处理电路的方法已不可能得到质量很高的传感器。
只有把两者集成在一个芯片上,才能具有最好的性能。
美国DARPA预测的不同用途的MEMS器件中集成的晶体管和机械部件来制成系统单片达到高集成化的。
4.研究对象的差异性大。
由于研究领域广泛,涉及方方面面,因而研究的个体差异性大,普通商用的低性能MEMS器件如压力传感器与高性能特殊用途如航空、航天、军事用MEMS器件并存,例如在加速度计的制造中,可广泛应用于汽车安全气囊等的具有很高经济价值的加速度计要求精度为0.5g;应用于航空航天等高科技领域的加速度计要求精度为10g~8g。
微机电系统面临的挑战1.由于MEMS加工设备的昂贵以及微加工工艺的多样性,许多研究单位都不可能拥有自己的生产线和实验设备,所以迫切需要更有效的利用MEMS加工资源。
先进光刻机的单台价格已超过1000万美元,20.32cm(8英寸)硅片清洗机的价格也已超过200万美元。
巨额投资已成为制约我国微机电产业发展加速的因素,所以亟需建立设备共享,建立有效的高技术设备的平台,提高有限的设备资源。
采取国家支持、供需结合或与院校合作成立实验室等方式,创造设备单位与研究单位密切配合的条件。
2.设计MEMS器件都需要精确的解析模型和仿真系统来预测其行为,从MEMS涉及到加工成品都需满足可靠性能应用要求,所以需要高效率的模拟设计模型和系统仿真工具,精确预测MEMS器件执行情况,以缩短研究开发时间。
3.MEMS器件的制作工艺和封装必须开发出相应的标准技术,将一些制作工艺标准化,提供与工艺相关的交互式设计接口,降低MEMS的设计门槛,提高器件的工艺性;同时将一些封装技术标准化,可以在同类型MEMS器件中避免为每种器件单独开发相应的封装技术,在不影响MEMS器件性能的前提下,大大节约封装成本较高。
4.由于MEMS新工艺缺乏工程理论和实践支持,导致成品率不高,MEMS的基础理论还没有太大的突破,导致器件的设计很多还是处于大东西单纯的变小,对微米尺度的基本现象的研究理论指导还不系统。
所以需要建立MEMS技术的质量控制标准,这对提高MEMS器件的成品率有着决定性的作用。
相信这个瓶颈问题得到解决,就可以摆脱很多MEMS东西用起来不可靠、性能又不见得比同类传统产品好的尴尬局面。
5.目前MEMS专业技术人员还非常匮乏,MEMS专业人员培养时间长、投入大、要求的知识面广,因此需要建立起有效的人才培训及保障体制,通过多种机制和特惠政策支持,吸引国内外MEMS研发的高层次人才,积极开展MEMS的国际交流合作。