微机电系统-mems简介

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1、微机电系统-MEMS简介19/17/20211早在二十世纪六十年代，在硅集成电路制造技术发明不久，研究人员就想利用这些制造技术和利用硅很好的机械特性，制造微型机械部件，如微传感器、微执行器等。如果把微电子器件同微机械部件做在同一块硅片上，就是微机电系统——MEMS:MicroelectromechanicalSystem。由于MEMS是微电子同微机械的结合，如果把微电子电路比作人的大脑，微机械比作人的五官（传感器）和手脚（执行器），两者的紧密结合，就是一个功能齐全而强大的微系统。MEMS定义9/17/20212微机电系统的组成框图如

2、图1所示，它是将微机械、信息输入的微型传感器、控制器、模拟或数字信号处理器、输出信号接口、致动器(驱动器)、电源等都微型化并集成在一起，成为一个微机电系统。微机电系统内部可分成几个独立的功能单元，同时又集成为一个统一的系统。图1微机电系统的组成框图9/17/202131959年就有科学家提出微型机械的设想，但直到1962年才出现属于微机械范畴的产品—硅微型压力传感器。其后尺寸为50～500微米的齿轮、齿轮泵、气动蜗轮及联接件等微型机构相继问世。而1987年由华裔留美学生冯龙生等人研制出转子直径为60微米和100微米的硅微型静电电机，

3、显示出利用硅微加工工艺制作微小可动结构并与集成电路兼容制造微小系统的潜力，在国际上引起轰动，科幻小说中描述把自己变成小昆虫钻到别人的居室或心脏中去的场景将要成为现实展现在人们面前。同时，也标志着微电子机械系统(MEMS)的诞生。微电子机械系统是以微电子、微机械及材料科学为基础，研究、设计和制造具有特定功能的微型装置（包括微结构器件、微传感器、微执行器和微系统等方面）的一门科学。9/17/20214世界上第一个微静电马达9/17/20215MEMS的发展过程20世纪60年代：采用将传感器和电子线路集成在一个芯片上的设计思想来制作集成传

4、感器。20世纪60年代后期：硅刻蚀技术用于制作能将压力转换为电信号的应变薄膜结构。20世纪70年代：人们使用硅各向异性选择性腐蚀制作薄膜，掺杂以及基于电化学的腐蚀停刻技术也出现了，随之而来的是“体硅加工”技术。9/17/2021620世纪80年代：“表面微加工”技术在加速度计、压力传感器和其他微电子机械结构制作中得到了应用。20世纪80年代后期：MEMS在世界范围内受到了广泛重视，在美国、欧洲和亚洲，投入的研究资金和研究人员都以令人惊讶的速度在大幅增长。MEMS正在处于蓬勃发展的关键时期，不断地有新型器件和新型技术给予报道，人们见证

5、了基于MEMS技术的喷墨打印头、压力传感器、流量计、加速度计、陀螺仪、非冷却红外成像仪和光学投影仪等设备的不断开发和产业化的进程。（如同IC）9/17/202171939年P-N结半导体(W.Schottky)1948年晶体管(J.Bardeen,W.H.Brattain,W.Shockley)1954年半导体压阻效应(C.S.Smith)1958年集成电路（IC）(J.S.Kilby)1959年“Thereisplentyofroomatthebottom”(R.Feynman)1962年硅集成压力驱动器(O.N.Tufte,P.

6、W.Chapman,D.Long)1965年表面微机械加速度计(H.C.Nathanson,R.A.Wichstrom)1967年硅各向异性深度刻蚀(H.A.Waggener)1973年微型离子敏场效应管(TohokuUniversity)1977年电容式硅压力传感器(Stanford)MEMS的发展过程的重要历史事件9/17/202181979年集成化气体色谱仪(C.S.Terry,J.H.Jerman,J.B.Angell)1981年水晶微机械(YokogawaElectric)1982年“Siliconasamechanica

7、lmaterial”(K.Petersen)1983年集成化压力传感器(Honeywell)1985年LIGA工艺(W.Ehrfeldetal.)1986年硅键合技术(M.Shimbo)1987年微型齿轮(UCBerkeley)1988年压力传感器的批量生产(NovaSensor)1988年微静电电机(UCBerkeley)1992年   体硅加工工艺(SCREAMprocess,Cornell)1993年数字微镜显示器件(TexasInstruments)1994年商业化表面微机械加速度计(AnalogDevices)1999年光

8、网络开关阵列(Lucent)9/17/20219由于MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗小、成本低、可靠性高、性能优异、功能强大、可以批量生产等传统传感器无法比拟的优点，因此在航空、航天、汽车、生物医学、环境监测、军事以及几乎人