微机电系统[1]

老鹰

[微机电系统近年很热，应用很多很尖端。找了几篇文章，是简介性质的，抛砖引玉，希望专业人士参加讨论，希望初学者在选定自己专业方向的时候可以参考。]

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一分钱硬币大小、头发丝粗细，这样的描述语我们都很熟悉。但是，要说一分钱硬币大小的飞机，头发丝粗细的马达，你可能就要瞠目结舌。微机电系统（简称为MEMS）就是这样一些令人“匪夷所思”的微型智能化系统。

　汽车工业广泛使用微机电系统

　　“像人体要感知外界环境变化一样，传感器要敏感地测算物质世界的速度、压力、温度等信息。随着微加工技术的发展，微机电系统应运而生。”说起自己的本行，MEMS重大专项总体组组长孙立宁侃侃而谈。

　　“目前，MEMS器件应用最成功、数量最大的产业当属汽车工业。”对于它的应用，孙立宁告诉记者。: T2 F: ?: {: s) H: e0 W

　　现代汽车采用的安全气囊、防抱死制动系统（ABS）、电喷控制、转向控制和防盗器等系统都使用了大量的MEMS器件。为了防止汽车紧急刹车时发生方向失控和翻车事故，目前各汽车制造公司除了装备ABS系统之外，又研制出电子稳定程序（ESP）系统与ABS系统配合使用。发生紧急刹车情况时，这一系统可以在几微秒之内对每个车轮进行制动，以稳定车辆行车方向。7 }6 c, {' h: d* `2 f

　　近年来，国际上MEMS的专利数正呈指数规律增长，MEMS技术全面“开花”，各式各样的MEMS器件，已成功地应用于自动控制、信息、生化、医疗、环境监测、航空航天和国防军事等领域。其中微型压力传感器、微加速度计、喷墨打印机的微喷嘴和数字微镜显示器件（DMD）已实现规模化生产，并创造了巨大的经济效益。美国ADI公司的集成加速度计系列已经大量生产，占据了汽车安全气囊的大部分市场，年销售额约为2亿美元；TI公司利用MEMS技术生产的DMD显示设备，占有高清晰投影仪市场的大部分份额。0 c5 V; e( Y# L/ o1 p! A- d2 U

　　重大专项瞄准产业化

　　我国MEMS的研究始于1990年代初，起步并不晚。经过10年的发展，我国已有数十家科研机构在进行MEMS的研究，初步形成了几个MEMS研究力量比较集中的地区，并且研制出了微型加速度计和微陀螺等多种样品和样机。0 i! q4 O1 w4 { @2 k! x

　　然而，令人遗憾的是，这些成果基本还处于实验室阶段，国内尚无一家批量生产MEMS产品的企业。与此同时，一些国外公司已开始在国内开展业务，进行与MEMS相关产品的合作生产，企图占领国内市场。]9 M+ S8 }% H$ X' h/ ?3 `

　　“由于力量分散，再加上投入严重不足，在共性关键技术、研究实力和产业化等方面与发达国家相比有较大差距。”说到这里，MEMS重大专项总体组组长孙立宁话锋一转，“但是，由于MEMS产品的多样性，并且是一种正在发展的高技术，所以美、日、欧等发达国家并不能垄断MEMS市场，我们尚有很大的创新和发展空间。”“一旦放松，则会坐失良机。”孙立宁补充说。

　　他告诉记者，研究国外MEMS的发展进程表明，政府行为在初期发展起到了主导作用。如1992年美国把“微米级和纳米级制造”列为“在经济繁荣和国防安全两方面都至关重要的技术”。美国国家自然基金会（NSF）把微米/纳米列为优先支持的领域。日本早在1991年开始启动了2.5亿美元的大型研究计划———“微机械十年计划”。这些国家微机电系统如火如荼的发展，离不开政府的大力支持。/ R% g) a. Z; E0 B" D! O

　　在这样的大背景下，2002年，国家863计划适时启动“微机电系统重大专项”，确定了MEMS重大专项的总体目标：针对国际MEMS发展趋势和未来的产业化前景，结合我国社会经济发展的需要和核心技术发展战略，以支撑我国MEMS产业化发展的应用基础和关键技术为切入点，重点研究MEMS器件、集成系统、先进制造与测试技术及应用，逐步建立我国的MEMS研发体系和产业化基地。围绕医疗、环境、石化等行业，开发出若干小批量、多品种、高质量MEMS器件及微系统，推动MEMS可持续发展和未来产业化的形成。2 U: `; e- R3 W7 n7 x9 m

　微机电系统化产品全面“开花”5 M. L$ l& M# P/ M) h

　　去年9月，随着一声巨大的爆炸声，基于MEMS的加速度传感器工程样机在山东泰安野外“一炮打响”。' y8 g3 i& q4 T& J. _" E

　　在石油勘探中，传统的检波器频率响应低，信号敏感度低，测油层时要像织渔网一样布阵，每隔大约10米就要埋一个，通过炸药爆炸产生地震波来检测。就是这样，勘测的精度并不高。, J7 o& y5 U3 G% ^1 q. e

　　如今，过去的所有工作只需一个硬币大小的微加速度传感器就轻松搞定。把微加速度传感器放入一个盒子里，插入地表1米左右，测出来的数据准确无误。目前，山东威海双丰电子集团有限公司、上海微系统所、南京石油物探研究所等单位正在联合攻关，攻克微加速度传感器的设计、制造和应用等方面的难题，进行批量制造和产业化开发工作。/ p/ _4 o; q0 E2 a( k( i

　　“比如奥运会体育场馆周边的气象情况，随时随地都知道。”孙立宁拿着一个手机大小的仪器说，局部气象检测全靠这个“小家伙”———便携式气象检测微系统。

　　别看它小，温度、湿度、风速、风向、气压、能见度等气象参数，一测便知，指标还高于传统风向标的精度。对于野外、海上作业人员来说，绝对是个好帮手。“我们正准备把它集成到手机里，就变成了未来的智能手机。”6 y( @6 N2 a. N1 w- F/ o

　　“其实，这些相关技术和器件几年前就有了，但一直处于实验室阶段，重大专项推动了从概念和原理样机到实用化的进程。”孙立宁说，通过专项确定的产业化目标的实施，带动了MEMS从设计到加工的技术平台建设，提高了我国MEMS的研究、开发与产业化的能力。

　　他解释说，10年前，MEMS能做出来，就轰动一时；5年前，MEMS能动能转，就很了不起，但只能演示和少量的使用，还不能完全实用化。而“十五”期间，MEMS不仅能用上，还能小批量生产。像MEM加速度传感器、特种压力传感器、人体腔道诊疗微系统、微型血液（生化）检测微系统、气象检测微系统等MEMS器件和微系统基本达到实用化水平，开始进入产业化阶段。, Q9 _* N+ X4 T1 t6 X& ^" W

　　■我说863

孙立宁（微机电系统重大专项总体组组长）( O0 ?! I: ]2 g! \+ G" c& n9 r

　　微机电系统(MEMS)重大专项的定位是重点研究MEMS器件、集成系统、先进制造与测试技术及应用。“十五”期间，专项的工作重点是打基础，通过平台建设，掌握MEMS设计、制造、测试、工艺、装备与系统集成等方面的具有自主知识产权的关键技术，建立我国的MEMS研发体系和产业化基地，同时研究与开发具有创新性的器件与微系统。

　　目前，专项已突破了若干关键技术，加工能力和成品率得到很大的提高，为国内的MEMS研发提供了良好的服务和平台。围绕医疗、环境、石化等行业，开发出若干小批量、多品种、高质量MEMS器件及微系统。若干MEMS器件和微系统达到实用化水平，开始进入产业化阶段。MEMS加速度传感器、特种压力传感器、人体腔道诊疗微系统、微型血液（生化）检测微系统、气象检测微系统等MEMS器件和微系统取得可喜的进展，基本达到实用化阶段，并积极开展了多种方式的产业化工作。此外，在柔性传感器阵列、微型燃料电池、致冷器、透皮药物释放微系统等方面取得创新研究成果，为MEMS的可持续发展奠定了基础。

　　针对国际微纳技术发展趋势和我国未来的产业化前景，“十一五”将继续完善我国MEMS制造技术与研发体系，形成MEMS的自主开发与批量制造能力，部分MEMS器件与微系统实现产业化。围绕环境监测、医疗与健康、公共安全快速检测与预警等国家需要，研究开发有自主知识产权的微纳系统设计与制造核心技术、系统集成技术、关键装备和单元产品，提升我国微纳系统自主设计和微纳制造的核心竞争力，并在某些方面进入国际领先水平。

　　■链接- s) x4 v( q0 w3 v

　　微机电系统（MicroElectro-MechanicalSystems，简称为MEMS），是融合了硅微加工、光刻铸造成型（LIGA）和精密机械加工等多种微加工技术制作的微传感器、微执行器和微系统。

　　它是在微电子技术基础上发展起来的，但又区别于微电子技术(IC)。在IC中，有一个基本单元，即晶体管。利用这个基本单元的组合并通过合适的连接，就可以形成功能齐全的IC产品；在MEMS中，不存在通用的MEMS单元，而且MEMS器件不仅工作在电能范畴，还工作在机械能范畴或其它能量范畴如磁、热等。

　　1987年，美国UCBerkeley发明的微马达，引起国际学术界的轰动。1993年，美国ADI公司采用该技术成功地将微型加速度计商品化，并大批量应用于汽车防撞气囊，标志着微机电系统技术商品化的开端。1990年代，众多发达国家先后投巨资并设立国家重大项目促进MEMS技术发展。此后，MEMS技术发展迅速，特别是深槽刻蚀技术出现后，围绕该技术发展了多种新型加工工艺。一次性血压计是最早的MEMS产品，目前国际上每年都有几千万只的用量。

tatami0926

第一次听说微机电系统。感觉有些新鲜

minmin0000

我的老师就是搞微机电的，做的靠声波驱动的马达，微机电和细微加工有点差不多，要用加工芯片的技术来加工的，比如雕刻，腐蚀，积沉等！

minmin0000

to:老鹰，我不搞微机电，只是我大学的老师在搞，南京大学物理系有细微加工，芯片加工，这方面的研究，正好我的老师搞机电的就在这方面有点成果出来，我看过这方面的资料，上课时和老师聊聊就知道了些。

老鹰

晓鸣大侠，请带动一下微机电方面的讨论啊，这个技术很有前景，国内的科研和产业方面的最新情况，希望你能介绍一下，让必威体育网址工程师了解一些。谢谢！

minmin0000

太客气了，我过几天找个加速度传感器方面的资料来吧，用在汽车的安全气囊上的。我知道的也不多，学校图书馆里资料挺多的！可惜我现在不在学校了！

xiaohongmn

微机电系统,也是第一次听到啊,感觉很神奇哦!

liushuang198111

我有很多微机电系统的资料,有需要的可以联系我,都是英文的

轩轩

听说过，但是不甚了解。

amoysea

很有前景的一个行业。我在澳大利亚读研究型硕士时，就从美国ADI公司买了一个MEMS的陀螺仪和加速度芯片，自己封装用于测量赛车动力。

不了解国内半导体制造水平。很希望在这个领域发展。