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9 微機(jī)電系統(tǒng) Micro-Electro-Mechanical Systems 引 言 信息系統(tǒng)微型化 系統(tǒng)體積大大減小 性能、可靠性大幅度上升 功耗和價格大幅度降低 信息系統(tǒng)的目標(biāo)：微型化和集成化 微電子解決電子系統(tǒng)的微型化 非電子系統(tǒng)成為整個系統(tǒng)進(jìn)一步縮小的關(guān)鍵 9 微機(jī)電系統(tǒng) 9.1 微機(jī)電系統(tǒng)的基本概念 9.2 幾種重要的MEMS器件 9.3 MEMS加工工藝 9.4 MEMS技術(shù)發(fā)展趨勢 從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng) MEMS技術(shù)是一種多學(xué)科交叉的前沿性領(lǐng)域，它幾乎涉及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子、機(jī)械、光學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等 MEMS在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景 微慣性傳感器及微型慣性測量組合能應(yīng)用于制導(dǎo)、衛(wèi)星控制、汽車自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(tǒng)(ABS)、穩(wěn)定控制和玩具 微流量系統(tǒng)和微分析儀可用于微推進(jìn)、傷員救護(hù) MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、高密度存儲和顯示、光譜分析、信息采集等等 已經(jīng)制造出尖端直徑為5m的可以夾起一個紅細(xì)胞的微型鑷子，可以在磁場中飛行的象蝴蝶大小的飛機(jī)等 MEMS技術(shù)的應(yīng)用 空間應(yīng)用 用作運(yùn)行參數(shù)測量的微加速度計已進(jìn)行了地面輻照實(shí)驗，正在進(jìn)行飛行搭載實(shí)驗 微陀螺、微推進(jìn)和微噴管等微系統(tǒng)基礎(chǔ)研究 通信方面 光通信正在向有光交換功能的全光通信網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展 無線通信則要求增強(qiáng)功能（如聯(lián)網(wǎng)等）和減小功耗。包括美國朗訊公司在內(nèi)的一些公司和大學(xué)正在研究全光通信網(wǎng)用的微系統(tǒng)及無線通信用射頻微系統(tǒng) MEMS技術(shù)的應(yīng)用 在生物醫(yī)學(xué)方面，將光、機(jī)、電、液、生化等部件集成在一起，構(gòu)成一個微型芯片實(shí)驗室，用于臨床醫(yī)學(xué)檢測，為醫(yī)生甚至家庭提供簡單、廉價、準(zhǔn)確和快捷的檢測手段 光顯示、高密度存儲、汽車、國防等微系統(tǒng) MEMS技術(shù)的應(yīng)用 MEMS技術(shù)的歷史 微系統(tǒng)是從微傳感器發(fā)展而來的，已有幾次突破性的進(jìn)展 70年代微機(jī)械壓力傳感器產(chǎn)品問世 80年代末研制出硅靜電微馬達(dá) 90年代噴墨打印頭，硬盤讀寫頭、硅加速度計和數(shù)字微鏡器件等相繼規(guī)�；�生產(chǎn) 充分展示了微系統(tǒng)技術(shù)及其微系統(tǒng)的巨大應(yīng)用前景 MEMS技術(shù) MEMS用批量化的微電子技術(shù)制造出尺寸與集成電路大小相當(dāng)?shù)姆请娮酉到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)和非電子系統(tǒng)的一體化集成 從根本上解決信息系統(tǒng)的微型化問題 實(shí)現(xiàn)許多以前無法實(shí)現(xiàn)的功能 今天的MEMS與40年前的集成電路類似，MEMS對未來的社會發(fā)展將會產(chǎn)生什么影響目前還難以預(yù)料，但它是21世紀(jì)初一個新的產(chǎn)業(yè)增長點(diǎn)，則是無可質(zhì)疑的 研究領(lǐng)域 理論基礎(chǔ)：隨著MEMS尺寸的縮小，有些宏觀的物理特性發(fā)生了改變，很多原來的理論基礎(chǔ)都會發(fā)生變化，如力的尺寸效應(yīng)、微結(jié)構(gòu)的表面效應(yīng)、微觀摩擦機(jī)理等等， 微動力學(xué) 微流體力學(xué) 微熱力學(xué) 微摩擦學(xué) 微光學(xué) 微結(jié)構(gòu)學(xué) 研究領(lǐng)域 技術(shù)基礎(chǔ)：設(shè)計、工藝加工(高深寬比多層微結(jié)構(gòu))、微裝配工藝、微系統(tǒng)的測量等。 應(yīng)用研究：如何應(yīng)用這些MEMS系統(tǒng)也是一門非常重要的學(xué)問。人們不僅要開發(fā)各種制造MEMS的技術(shù)，更重要的是如何將MEMS器件用于實(shí)際系統(tǒng)，并從中受益。 MEMS的分類 微傳感器： 機(jī)械類：力學(xué)、力矩、加速度、速度、角速度(陀螺)、位置、流量傳感器 磁學(xué)類：磁通計、磁場計 熱學(xué)類：溫度計 化學(xué)類：氣體成分、濕度、PH值和離子濃度傳感器 生物學(xué)類：DNA芯片 MEMS的分類 微執(zhí)行器：微馬達(dá)、微齒輪、微泵、微閥門、微開關(guān)、微噴射器、微揚(yáng)聲器、微諧振器等 微型構(gòu)件：微膜、微梁、微探針、微齒輪、微彈簧、微腔、微溝道、微錐體、微軸、微連桿等 微機(jī)械光學(xué)器件：微鏡陣列、微光掃描器、微光閥、微斬光器、微干涉儀、微光開關(guān)、微可變焦透鏡、微外腔激光器、光編碼器等 9.2.1 體微加工 B、硅體的各向同性刻蝕 2 硅刻蝕的干法技術(shù) 3 LIGA體微加工技術(shù) 電容式微加速度計 光開關(guān) 光開關(guān) MEMS技術(shù) MEMS技術(shù)及其產(chǎn)品的增長速度非常之高，并且目前正處在加速發(fā)展時期ZDv紅軟基地