产品介绍
微电子机械系统 ( Micro Electro - Mechanical System, MEMS ) ，简称微机械，是以微电子技术和微加工技术为基础的一项新技术。早在六十年代，随着微电子技术的产生和发展，一些富有创见的科学家便开始探索用硅微加工的方法制作传感器、执行器和控制器，并设想将它们集成在一个微小的几何空间内，从而形成高度自动化、智能化，可以大批生产，价格低廉的微电子机械系统。但在这个阶段，尚不具备成熟的用于制作微机械结构和器件的加工技术。微机械仅仅是一种概念或设计思想。八十年代，大规模集成电路技术己经成熟， 人们用IC工艺成功地制作出了微机械压力传感器以及微铰链、微连杆、微齿轮等等一系列微机械零部件。微机械是在八十年代后才润篮期崛起的一门新兴的前沿学科。[1]
发展情况
早在1941年就出现了半导体传感器—光敏电阻，但直到70年代集成电路出现以后它才得到发展。晶体管和集成电路的发明一方面促进了电子电路和结构型传感器的结合，另一方面使人们能够利用固态物性来制作传感器，从而导致了物性型传感器的出现，其中半导体传感器是最重要的一种。因为半导体材料(特别是硅)对力，热,磁等多种信号有敏感特性，而且可以利用开发集成电路的先进工艺技术，半导体传感器有立敏，光敏，磁敏，气敏，离子敏，生物敏等多种类型的产品。由于可以采用平面工艺，半导体传感器还具有微型化的潜力。经过不断地努力，人们研制出了多种微型传感器，部分还集成了简单的信号处理电路，同时也为微机械加工(Micro Machining)技术的出现奠定了基础。随着微机械加工察踏碑技术的内容不断扩充，水平不断提高，微机械加工技术成为力敏传感器的关键技术，并扩展了应用范围。
微机械加工技术的说热担迅速发展导致了微执行器的诞生。人们在实践中认识到，硅材料不仅有优异的电学和光学性质。微机械加工技术的出现，使得制作硅微机械部件成为可能。在80年代初，一些有远见的科学家提出了微机械执行器的概念。1987年，加州大学伯克利分校的拳姜主祝范龙生等人用表面微机械加工的方法制成了多晶硅齿轮，引起了国际学术界的震动。随后，汽车用微机械多路绝压传感器投入批量生产，从而表明MEMS技术作为一个重要的交叉学科出现了。
1988 年，美国加洲大学伯克利分校又首先用 IC工艺研制成功了60um的静电微电机。这一成果使世界为之轰动，它标志着微机械技术己经发展成了一门独立的新兴学科。人类在认识与改造微观世界方面的能力也进入了一个新的阶段， 作为二十一世纪的高新技术和潜在的庞大高新技术产业，微机械己引起世界各国的普遍关注，国内外众多的大学、科研和产业戒燥叠捉部门都正在进行广泛深入的研究。微型机械不是传统机械单纯地在尺度上微小型化，当特征尺寸达到微米级后，微型机械的力学系统特征、材料的物理性质及其对环境变化的响应与传统机械都有很大不同，它通常是指可以成批制作的集合微机构、微驱动器、微能源以及微传感器和控制电路、信号处糠叠懂理装置等于一体的微型机电系统，因而它远远超出了传统机械的概念和范畴。微机械学就是在研究微尺度力学特性和微构件机械特性的基础上进行微型机械的分析与设计，开发出与传统机械的结构、材料、功能和原理不同的机械装置。
自1947年Schockley、Bardeen和Brattain发明晶体管以来，微电子技术有了突飞猛进的发展。1953年，Charles S. Smith研究了半导体的压阻效应。Kulite公司于1970年和1976年，分别引入了各向同性和各向异性腐蚀技术。国家半导体公司于1974年将大批量生产的压力传感器推向市场。1982年，“微机械”这一名词应运而生。这时，体硅微机械加工技术已成为制作微机械器件的有效手段。1985年，牺牲层技术被引入微机械加工，“表面”微机械加工概念由此产生。1987年，U. C. Berkeley利用微机械加工技术制作出了世界上第一个微静电马达，掀开了微机械发展的新一页。1987-1988年间，一系列关于微机械和微动力学的学术会议召开，MEMS一词在这些会议中被广泛采纳并渐渐成为一个世界性的学术用语。1993年，ADI公司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MEMS技术商品化的开端。
由于 MEMS 具有的划时代的意义，世界各国都极为关注其发展，在人力和物力两方面均给予了强有力的支持。据有关机构统计，MEMS研发活动最积极的国朵放家和地区依次为美国、德国、日本、斯堪的纳维亚地区、法国、中国、韩国、英国、瑞典和中国台湾地区。[1]
结构及意义
微型机械具有广阔的应用前景，它的出现无疑将深刻影响国民经济和国防工业各个部门的未来发展。微电机是一种独立的微小型化的机电系统，主要由微驱动器，微传感器，微执行器、微控制器以及能源等几种要素组成。以微电机为代表的微驱动器一直是微机械系统的关键技术和研究热点之一， 微电机的技术水平在一定程度上反应了一个国家微机械发展的侧面。电磁微电机具有一些其他类电机无法比拟的优点，是最有前途的微驱动器之一。十几年来，人们己经设计制作出了多种形式和结构的电磁微电机，但是有关电磁微电机的设计理论和实验研究仍然处于探索完善阶段，微机械的结构尺寸尚无统一的标准。按照一种习惯划分，结构尺寸在 1 毫米～1 0 毫米的，称为微小机械 ( Minimechanism) ； 1微米～1毫米的称为微型机械 ( Submicromechansm ) ， 统称为“ 微机械” 。0.1纳米～0.1微米的称为纳米机械。[1]
微机械引发的商业化浪潮
MEMS第一轮商业化浪潮始于20世纪70年代末80年代初，当时用大型蚀刻硅片结构和背蚀刻膜片制作压力传感器。由于薄硅片振动膜在压力下变形，会影响其表面的压敏电阻走线，这种变化可以把压力转换成电信号。后来的电路则包括电容感应移动质量加速计，用于触发汽车安全气囊和定位陀螺仪。
第二轮商业化出现于20世纪90年代，主要围绕着PC和信息技术的兴起。TI公司根据静电驱动斜微镜阵列推出了投影仪，而热式喷墨打印头仍然大行其道。
第三轮商业化可以说出现于世纪之交，微光学器件通过全光开关及相关器件而成为光纤通讯的补充。尽管该市场萧条，但微光学器件从长期看来将是MEMS一个增长强劲的领域。
推动第四轮商业化的其它应用包括一些面向射频无源元件、在硅片上制作的音频、生物和神经元探针，以及所谓的“片上实验室”生化药品开发系统和微型药品输送系统的静态和移动器件。近来对MEMS关注的提高部分来自于表面微加工技术，它把牺牲层(结构制作时使其它层分开的材料)在最后一步溶解，生成悬浮式薄移动谐振结构。[2]
未来发展趋势
（1）研究方向多样化。从历次大型MEMS国际会议的论文来看，MEMS技术的研究日益多样化。MEMS技术涉及的领域主要包括惯性器件(如加速度计与陀螺)、原子力显微镜、数据存储、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、微型机电器件性能模拟、各种制造工艺、封装键合、医用器件、实验表征器件、压力传感器、麦克风以及声学器件等。内容涉及军事、民用等各个应用领域。
（2）加工工艺多样化。正在使用和研究的加工工艺有传统的体硅加工工艺、表面牺牲层工艺、溶硅工艺、深槽刻蚀与键合相结合的加工工艺、SCREAM工艺、LIGA加工工艺、厚胶与电镀相结合的金属牺牲层工艺、MAMOS工艺、体硅工艺与表面牺牲层工艺相结合等，而具体的加工手段更是多种多样。
（3）系统单片集成化。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。
（4）MEMS器件芯片制造与封装统一考虑。MEMS器件与集成电路芯片的主要不同在于：MEMS器件芯片一般都有活动部件，比较脆弱，在封装前不利于运输。所以，MEMS器件芯片制造与封装应统一考虑。封装技术是MEMS的一个重要研究领域，几乎每次MEMS国际会议都对封装技术进行专题讨论。
