MEMS技術(shù)概述

·對(duì)微結(jié)構(gòu)的橫向形狀沒(méi)有限制，橫向尺寸可以小到0.5UM，精度可達(dá) 0.1UM;·用材廣泛，金屬、合金、陶瓷、玻璃和聚合物都可以作為

的加工對(duì)象;·與微電鑄、鑄塑巧妙結(jié)合可實(shí)現(xiàn)大批量復(fù)制生產(chǎn)，成本低。

LIGA的主要工藝步驟如下：在經(jīng)過(guò) 光掩模制版和 光深度光刻后，進(jìn)行微電鑄，制造出微復(fù)制模具，并用它來(lái)進(jìn)行微復(fù)制工藝和二次微電鑄，再利用微鑄塑技術(shù)進(jìn)行微器件的大批量生產(chǎn)。

由于所要求的同步 X射線源比較昂貴，所以在LIGA的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了準(zhǔn) 技術(shù) ，它是用紫外光源代替同步X 射線源，雖然不能達(dá)到L,IGA 加工的工藝性能，但也能滿足微細(xì)加工中的許多要求。由上海交通大學(xué)和北京大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)、具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)DEM 技術(shù)，也屬于LIGA技術(shù)中的一種。該技術(shù)采用感應(yīng)耦合等離子體深層刻蝕工藝來(lái)代替同步輻射光深層光刻，然后進(jìn)行常規(guī)的微電鑄和微復(fù)制工藝，該技術(shù)因不需要光源和特制的 光掩摸板而具有廣泛的應(yīng)昂貴的同步輻射 。

MEMS的應(yīng)用

完整的MEMS系統(tǒng) 是由實(shí)體結(jié)構(gòu)、微控制器、微傳感器、微致動(dòng)器，以及動(dòng)力源等組成的復(fù)雜系統(tǒng)。但到目前為止，完整的

尚處于概念研究階段，真正形成實(shí)用化商品的微系統(tǒng)僅是一些微傳感器、微致動(dòng)器等微結(jié)構(gòu)裝置。這些產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用于信息、汽車(chē)、醫(yī)學(xué)、宇航和國(guó)防等領(lǐng)域。

信息 技術(shù)能在一個(gè)芯片和微型系統(tǒng)上將信息獲取、信息傳輸、信息處理及信息執(zhí)行等功能集成起來(lái)。信息器件可以取代信息領(lǐng)域中所采取的傳統(tǒng)器件，會(huì)促進(jìn)信息產(chǎn)品的集成化、微型化、智能化，提高器件和系統(tǒng)的性能，降低功耗。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多用于通信系統(tǒng)的器件，有光開(kāi)關(guān)、光調(diào)制器、光纖對(duì)準(zhǔn)器和集成化光編碼器等。MEMS器件主要是微傳感器。

在汽車(chē)工業(yè)中使用最廣泛的MEMS高精度、高效率、高可靠性和低成本的傳感器可以使汽車(chē)的各個(gè)系統(tǒng)更加智能化，安全性能更高。這些微傳感器主要包括以下幾種：微壓力傳感器，主要用于根據(jù)需要控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，以及檢測(cè)輪胎壓力;微加速度計(jì)，主要用于汽車(chē)的安全氣囊系統(tǒng)檢測(cè)和監(jiān)控前面后面的碰撞;微角加速度計(jì)，主要用于車(chē)輪側(cè)滑和打滾控制，改善汽車(chē)剎車(chē)、安全性能和導(dǎo)航性能等。

生物細(xì)胞尺寸的數(shù)量級(jí)在微米到納米之間，與MEMS尺寸的數(shù)量級(jí)相當(dāng)，另外臨床分析與基因分析所用的儀器也需MEMS技術(shù)制造，所以 在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用也很廣泛。主要有以下幾個(gè)方面：人造器官、體內(nèi)顯微手術(shù)、臨床化驗(yàn)分析、基因分析、遺傳診斷和試驗(yàn)儀器等

世界各國(guó)都高度重視在航天與軍事上的應(yīng)用，涉及以下幾個(gè)方面。

微電機(jī)

微電機(jī)作為 的核心驅(qū)動(dòng)設(shè)備，一直是 研究的熱點(diǎn)和突破點(diǎn)，根據(jù)電機(jī)的工作原理微電機(jī)可以分為以下幾類

靜電微電機(jī)，它選擇靜電作為微電機(jī)的換能形式，以靜電力代替體積力起主導(dǎo)作用;

電磁微電機(jī)，它是依照傳統(tǒng)的電磁原理制成的，具有驅(qū)動(dòng)力矩大的優(yōu)點(diǎn)，可作為微型機(jī)器人和微型

諧振式微電機(jī)，它是靠機(jī)械諧振驅(qū)動(dòng)的電飛行器的動(dòng)力源;具有高運(yùn)轉(zhuǎn)精度和高轉(zhuǎn)速的特性; 壓電微電機(jī)，是美國(guó)利用其先進(jìn)的IC工藝和材料技術(shù)率先制造出來(lái)的，具有低電壓驅(qū)動(dòng)、無(wú)電磁場(chǎng)干擾、不需懸浮等優(yōu)良特性，是 MEMS中最有前途的微驅(qū)動(dòng)器之一。

導(dǎo)航領(lǐng)域

MEMS陀螺和慣性測(cè)量系統(tǒng) ， 在導(dǎo)航中起到關(guān)鍵作用，它可以提供運(yùn)動(dòng)物體的姿態(tài)、位置和速度等信息。采用MEMS技術(shù)制造的微慣性測(cè)量組合系統(tǒng)，沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，在壽命、可靠性、成本、體積和質(zhì)量等方面都要優(yōu)于常規(guī)的慣性儀表。

納米衛(wèi)星

從太陽(yáng)能電池到導(dǎo)航模塊和通信模塊都是硅材料制造的制造工藝是納米級(jí)的，目前正在研究的一種簡(jiǎn)單的納米衛(wèi)星可以由外表帶有太陽(yáng)能電池和天線的、在硅基片上堆砌的專用集成微型儀器而組成，在體積和質(zhì)量上都小得多，而且成本也低許多，應(yīng)用更為廣泛。

微型飛行器

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，作為新型的戰(zhàn)場(chǎng)偵察和對(duì)敵對(duì)通信進(jìn)行干擾的裝備已經(jīng)成為信息戰(zhàn)的重要組成部分。 1995年美國(guó)率先提出了微型飛行器的概念，并在這方面取得了突破性的成果，預(yù)計(jì)5至10 年內(nèi)，就能研制出可供實(shí)際使用的微型飛行器。

微型軍用機(jī)器人

這種機(jī)器人通常由傳感器系統(tǒng)、信息處理與自主導(dǎo)航系統(tǒng)機(jī)動(dòng)系統(tǒng)、破壞系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電源組成。微型軍用機(jī)器人大致可以分為三種類型：固定式、移動(dòng)式和昆蟲(chóng)式微型機(jī)器人。這些機(jī)器人是廉價(jià)的，可以大批量部署?？梢源嫒诉M(jìn)入人難以進(jìn)入或危險(xiǎn)的地區(qū)進(jìn)行偵察、排雷和探測(cè)生化武器等。

MEMS的研究狀況

自1989 年制造出直徑只有頭發(fā)絲大小的微馬達(dá)以來(lái)，MEMS技術(shù)就開(kāi)始受到世界各國(guó)的高度重視。 1993年美國(guó)ADI公司采用MEMS 技術(shù)成功地將微型加速度計(jì)商品化，并大批量用于汽車(chē)防撞氣囊，標(biāo)志著MEMS 技術(shù)商品化的開(kāi)端。1992 年美國(guó)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)管理機(jī)構(gòu)計(jì)劃把 微米級(jí)和納米級(jí)制造 列為在經(jīng)濟(jì)繁榮和國(guó)防安全兩方面都至關(guān)重要的技術(shù) 。

國(guó)外許多大型企業(yè)、實(shí)驗(yàn)室及高校都積極投入到研究的各個(gè)領(lǐng)域，并取得了許多成就。美國(guó)加州斯坦福大學(xué)與加州理工學(xué)院協(xié)作研究開(kāi)發(fā)了腦細(xì)胞組織探針，還與公司聯(lián)手開(kāi)發(fā)了深度活性離子蝕刻 技術(shù)。俄亥俄州的大學(xué)正在進(jìn)行微機(jī)械加工生物傳感器高密度陣列結(jié)構(gòu)。朗訊公司的貝爾試驗(yàn)室在光開(kāi)關(guān)、光調(diào)制器、分插復(fù)用器上也取得了突破。日本東北大學(xué)正在研制一種作為驅(qū)動(dòng)器的自主式移動(dòng)內(nèi)用窺鏡系用形狀記憶合金機(jī)器人。加拿大 大學(xué)研制出最高分辨率為 的遙控納米專利數(shù)正呈指數(shù)增長(zhǎng)，說(shuō)明

。近年來(lái)國(guó)際上MEMS技術(shù)的全面發(fā)展和產(chǎn)業(yè)快速起步的階段已經(jīng)來(lái)到。目前，國(guó)外已研制成的 器件有微閥門(mén)、微彈簧、微齒輪、微馬

達(dá)、微陀螺、微型慣性測(cè)量組合、硅微壓力傳感器和微加速度計(jì)等已成為商品，并且應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。

MEMS技術(shù)已開(kāi)始在我國(guó)的社會(huì)生活中發(fā)揮作用，微操作機(jī)器人已開(kāi)始用于生物工程中的細(xì)胞分割、顯微手術(shù)和生物芯片的制造工藝中;微傳感器已用于飛行器的加速度、壓力等參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量;納米薄膜潤(rùn)滑技術(shù)已用于 長(zhǎng)征三號(hào) 火箭和計(jì)算機(jī)硬盤(pán)的制造工藝上。但是由于歷史原因造成的條塊分割、產(chǎn)業(yè)界對(duì)MEMS認(rèn)識(shí)尚不明確，MEMS的研究還量分散，而且主要是國(guó)家投資，因而投資力度嚴(yán)重不足，盡管已有不少成果，但在質(zhì)量、性能價(jià)格比及商品化等方面與國(guó)外的差距還很大。

結(jié)束語(yǔ)

MEMS技術(shù)從 世紀(jì) 年代末開(kāi)始受到世界的廣泛重視以來(lái)，到現(xiàn)今短短的十幾年里，已經(jīng)在幾乎所有的自然和工程領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響。我國(guó)應(yīng)充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)，緊貼國(guó)際MEMS技術(shù)發(fā)展的大脈搏，根據(jù)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略方針，在對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響的工業(yè)自動(dòng)化、信息技術(shù)等行業(yè)，掌握與MEMS 技術(shù)相關(guān)的設(shè)計(jì)、加工、測(cè)試、封裝、裝配和系統(tǒng)集成等具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的理論方法和關(guān)鍵技術(shù)。應(yīng)該采取目標(biāo)產(chǎn)品帶動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)研究帶動(dòng)器件開(kāi)發(fā)，逐步建立起我國(guó) 研發(fā)體系和產(chǎn)業(yè)化基地。