微电子机械系统技术与具体应用
微电子机械系统技术与具体应用 概述 微电子机械系统简写为MEMS,近年来在高新科学技术领域发展十分迅速， 微电子机械系统是集信号处理、微执行器、微能源、微型机械、智能控制于一体 的装置。其结构微小结构高度集成化，高度智能是微电子机械系统的主要特点。世界各国都投入了大量的资金和人员向这个领域，可见微电子机械系统的重要地 位，这必然大大加速微电子机械系统技术的发展。目前，微电子机械系统技术在 各个领域都有了一席之地，并以迅雷不及掩耳之势震惊微电子学界，同样它也可 以像微电子学一样定义一个技术时代。以前还是新生事物的微型机械，而今已经 获得了很大的经济效益。下面对微电子机械系统技术的具体应用进行探究。
微电子机械系统的基本概念 微电子机械系统集成了微机械制动器和微电子电路，它可以通过电路 信息的指令，去控制制动器的操作，传感器还可以接受外部信息，将收到的信息 进过电路系统处理放大，再传到制动器变成机械操作。也就是说，微电子机械系 统集成了机械操作、获取和处理信息为一体。微电子机械系统的优势远远高于传 统的机械电子，去不仅仅是传统的机械电子直接微型化，而是从物质的结构、尺 度、材料和工作原理方面远优于传统的机械电子概念和范畴。微电子机械系统是 在微电子技术的基础上发展出来的，是把微电子、微机械、传感器结合到一起的 技术。此技术已经逐渐发延伸到通讯、军事、航空航天等各个领域，如若这个技 术一且步入成熟形成产业，必将对国家经济发展，国防建设以及社会进步产生重 大影响。
微电子机械系统技术的特点 微电子机械系统与传统的机械加工技术相比具有明显的优势，主要体 现在加工微型化、微型化的加工器件髙度集成、以硅为基材料。
微型化 一般的机械加工技术都是在厘米水平上进行的，而微电子机械系统技 术的加工是在纳米水平上，这就必然使得用微电子机械系统技术制造的东西从体 积、重量、功耗等方面大大降低，成品也便于携带。集成化 一般来说越小的东西越容易集成化，微电子机械系统技术微小的器件 便有利于集成，可以构成不同功能的阵列，甚至是十分复杂的微系统。
硅基材料 砝是微电子机械系统的器件的主要加工材料，因为，贵的强度、硬度 和铁相当，密度有接近于吕，热传导率又接近钨和钼，而且价格上也比较便宜， 这使得硅成为微电子机械系统器件的理想基材料，使大批量生产成为可能。
智能化 我们可以利用硅的光电效应制备光电传感器，压阻效应制备微力学传 感器，PN结和“Hell”效应制备温度和气敏传感器。为了提髙微电子机械系统的信 噪比，通常把以硅为基材料的传感及信号处理器和转换电路结合在一起。这样还 可以提高微电子机械系统的测量灵敏度和精确度，极大的提高响应速度，省去的 复杂的接口技术。
低能耗、高灵敏度.高效率 微电子机械系统和传统的机械电子系统相比所消耗的能量大大降低， 但却可以比其快十倍以上的速度去完成相同的任务。比如微型泵（5x5x0.7mm) 的流速比小型泵快一千多倍，而且工作时，不会出现信号延迟等问题。
微电子机械体统技术的基础 微电子机械技术的基础由微体机械加工技术、表面微机械加工技术、 金属微机械加工技术。下面我们进行一一介绍。
微体机械加工技术 (1)腐蚀技术：形成微体结构的重要手段是腐蚀技术， 所以微机械加工技术的关键就是腐蚀技术。腐蚀技术主要分为三类：
各向异性腐蚀技术，它是根据某种腐蚀液在硅的各个晶体上具有不同的腐蚀效果 及腐蚀速度也不同来制作微型零件的；
电化学腐蚀技术，它是利用了湿法腐蚀技 术的电化学原理，此技术可以子宫终止腐蚀，精确控制腐蚀程度，现在主要应用于桂结构的制备；
干法腐蚀技术，这个腐蚀技术的分辨率和精确度很高，主要包 含了等离子提腐蚀、离子束腐蚀、反应离子腐蚀等方法。
(2)硅键合技术：为了将加工过程中分开值周的部件结合在一起我们 通常采用键合技术，此技术主要分为两类：一种是在高温下使硅-砝直接键合的 技术，另一种是在静电引力作用下使硅和玻璃结合，叫做静电键合。
金属微机械加工技术 金属微机械加工技术简称LIGA技术，此技术利用X射线加工金属材料， 或者陶瓷和塑料等，对它们进行深层光刻电铸。这项技术还可以用来加工三维结 构。用金属制作模型的微型，用来制作其他材料零部件。
表面微机械加工技术 (1)多层无应力薄膜沉积技术，如何选取适当的工艺条件是此技术的 关键。这个技术可以制作多种母材，如眭、氮化硅、聚酖亚胺等。
(2)牺牲层技术，此技术将两层薄膜的上层保留下层腐蚀掉，从而得 到一个空腔结构。这是一个非常重要的技术。
微电子机械系统的具体应用 如今，微电子机械系统已经渗入各行各业，在通讯、电子、生物等很 多领域占有重要地位。下面主要介绍几种应用。
微传感器 1962年第一台硅微压力传感器问世。发展到今天微压力传感器已经有 了多种多样的形式，主要包括.面阵触觉传感器，微型加速度传感器、谐振力敏 传感器等等。利用微电子机械系统技术和信号处理技术可以制成的阵列触觉传感 器可以通过分布正在阵列中的力敏原件，获取三维力信息，以实现对总力信息的 检测；
在传感器中加入激振元件盒测振元件制成谐振力敏传感器，用来检测机械 结构中的固有频率随外力作用而产生的频率变化，从而检测外力的变化；
微型加 速度传感器中的敏感结构由四角支撑的高度对称结构组成。通过压阻电桥和电阻 热激振同步来检测信号输出。并在四边和支撑框架之间加了四根谐振梁。
微电机硅加工工艺的成熟解决了静电电机的加工时精度难控制的问题，使加 工尺寸做到亚纳米水平。这极大地缩小了在两个正负电极定子和转子之间的距离， 从而大幅度降低工作时的电压。光电测度系统是由测量电机的转速器和取样示波 器组成，当转子旋转的时候，转子下面的光电二极管，转子上的发射的激光照射 到光电二极管上。二极管上的亮电流和暗电流会发生变化。这个系统不仅使得测 速范围得到提髙，而且解决了测速系统测速范围低的问题。此外，此系统测量方 便，小巧轻便。
机械谐振器和滤波器 微电子机械系统中机械谐振器和滤波器具有较高的稳定性和较低的 能耗损失。具有很强的灵活性在材料的选择和设计方面。由于其振动的频率较低， 所以，空气阻尼还是有很大的影响的。研究人员研制出了和〗C1:艺兼容的技术， 使得工作频率可以达到14.5MHz，大大提高了工作频率。但工作频率的上升会带 来其它麻烦。比如：能量的消耗增加。
微电子机械系统技术展望 微电子机械系统技术的发展势不可挡，已经逐步渗入各个领域，也必 将推动它们的髙速发展。主要体现在对移动通信系统的推动。
(1)RF开关：微机械元件可以制作RF开关。现在有很多元件已经在开 发，虽然，存在着一些亟待解决的问题，比如，导电材料很小，这样极易磨损消 失。相信经过科研人员的不懈努力，在不久的将来这个技术将会应用到我们的生 活中去。
(2)可调电容：可调电容的频率一般低于在50kHz,为了消除机械动力和 RF信号的交互影响，我们可以充分发挥器件的机械惯性。从而得到优良性能的 电容。但如何使得电容值和RF信号的均方根电平无影响以及如何消除串联电阻 依然有待研究。
(3)高频微机械谐振器：MEM系统也可以利用微机械谐振器来建成。
但这也只是设想，要实现这个想法必须将元件终端和1C集成一体，这需要很长 的时间。要是可以保证微电子机械谐振器受温度影响足够小，那么这个设想的基 准振荡器就可以实现。结语 综合以上的讲述，微电子机械系统技术已经广泛的应用于工业生产的 各个领域，也必将长期的在各个领域占据重要地位，特别是在以后推动通信技术 的发展上，将会起到十分重要的作用。
如今，微电子机械系统技术在我国乃至世界的研究已经进入高潮期。
不仅仅是微电子机械的概念，其工艺工程、跨学科的应用都是全新的领域，此技 术的发展会带动工业技术的飞速发展，并从一定程度上带动经济的发展。为了促 进和加速微电子机械系统技术的发展，必须逐步建立系统完备的自主知识体系， 开发制造平台，给微电子机械系统的发展提供发展环境和技术平台。
郭俊莉 （德州职业技术学院）