mems将成为21世纪新技术增长点

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1、MEMS将成为21世纪新技术增长点MEMS——TheNewGrowingTechnologyinthe21stCentury■北京大学微电子学研究所　张兴微电子技术的巨大成功在许多领域引发了一场微型化革命，以加工微米/纳米结构和系统为目的的微米/纳米技术(Micro/NanoTechnology)在此背景下应运而生。一方面人们利用物理化学方法将原子和分子组装起来，形成具有一定功能的微米/纳米结构；另一方面人们利用精细加工手段加工出微米/纳米级结构。前者导致了纳米生物学、纳米化学等边缘学科的产生，后者则

2、在小型机械制造领域开始了一场新的革命，导致了微机电系统(MEMS)的诞生。MEMS将电子系统和外部世界有机地联系起来，它不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界信号，并将这些信号转换成电子系统可以认识的电信号，而且还可以通过电子系统控制这些信号，进而发出指令，控制执行部件完成所需要的操作。从广义上讲，MEMS是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。MEMS主要包含微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分，图1给出了典型的MEMS系统与外部世界相

3、互作用的示意图。作为输入信号的自然界各种信息首先通过传感器转换成电信号，经过信号处理以后(模拟/数字)再通过微执行器对外部世界发生作用。传感器可以把能量从一种形式转化为另一种形式，从而将现实世界的信号(如热、运动等信号)转化为系统可以处理的信号(如电信号)。执行器根据信号处理电路发出的指令完成人们所需要的操作。信号处理器则可以对信号进行转换、放大和计算等处理。MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS技术开辟了一个全新的领域和产业。它们不仅可以降低机电系

4、统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统无法完成的任务。例如尖端直径很小的微型镊子可以夹起一个红细胞，3mm大小的能够开动小汽车，可以在磁场中飞行的象蝴蝶大小的飞机等。MEMS技术及其产品的增长速度非常之高，并且正处在加速发展时期。MEMS技术的应用MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域，它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等。而它与不同的技术结合，往往便会产生一种新型的MEMS器件。正因为如此，MEMS器件的种类极为繁杂

5、，几乎没有人可以列出所有的MEMS器件。根据目前的研究情况，除了进行信号处理的集成电路部件以外，微机电系统内部包含的单元主要有以下几大类：(1)微传感器：传感器种类很多，主要包括机械类、磁学类、热学类、化学类、生物学类等等，每一类中又包含有很多种。例如机械类中又包括力学、力矩、加速度、速度、角速度(陀螺)、位置、流量传感器等，化学类中又包括气体成分、湿度、PH值和离子浓度传感器等。(2)微执行器：主要包括微马达、微齿轮、微泵、微阀门、微开关、微喷射器、微扬声器、微谐振器等。(3)微型构件：三维微型构件

6、主要包括微膜、微梁、微探针、微齿轮、微弹簧、微腔、微沟道、微锥体、微轴、微连杆等。(4)微机械光学器件：即利用MEMS技术制作的光学元件及器件，由于利用MEMS技术可以很方便地制作驱动装置，因此制作可动的光学器件是自然而然的事。目前制备出的微光学器件主要有微镜阵列、微光扫描器、微光阀、微斩光器、微干涉仪、微光开关、微可变焦透镜、微外腔激光器、光编码器等。(5)真空微电子器件：它是微电子技术、MEMS技术和真空电子学发展的产物，它是一种基于真空电子输运器件的新技术，它采用已有的微细加工工艺在芯片上制造集

7、成化的微型真空电子管或真空集成电路。它主要由场致发射阵列阴极、阳极、两电极之间的绝缘层和真空微腔组成。由于电子输运是在真空中进行的，因此具有极快的开关速度、非常好的抗辐照能力和极佳的温度特性。目前研究较多的真空微电子器件主要包括场发射显示器、场发射照明器件、真空微电子毫米波器件、真空微电子传感器等。(6)电力电子器件：主要包括利用MEMS技术制作的垂直导电型MOS(VMOS)器件、V型槽垂直导电型MOS(VVMOS)器件等各类高压大电流器件。MEMS加工工艺目前，常用的制作MEMS器件的技术主要有三种

8、。第一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机器制造小机器，再利用小机器制造微机器的方法；第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件；第三种是以德国为代表的LIGA(LIGA是德文Lithograpie－光刻、Galvanoformung－电铸和Abformung－铸塑三个词的缩写)技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和铸塑形成深层微结构的方法。其中第二种方法与传统IC工艺兼容，可以实现微机