mems技术及发展建言

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1、科学·创新·振兴MEMS技术及发展建言徐开先(沈阳仪表科学研究院)摘要：本文概述了MEMS技术的定义、研究内容、发展趋势度应用，井对发展我国MEMS技术提出了若干建言。MEMS技术之所以越来越引起业界的广泛重视与共识，是因为MEMS技术彤晟的产品具有ate_化、高性／价比、能大批量生产且与Ic技术兼容等特点而成为一个全新的技术领域。现将MEMS技术的一些基本情况概述如下，并对我国MEMS技术的发展提出看法。1MEMS的一些基本概念11定义目前对MEMS(MicroElectrOnMechanicsystems)的定义尚无一个统一的标准，通常有几下几种：1．1．1广义讲MEMS是指集微传感器、微

2、执行器、信号处理及控制电路、接口电路、通讯电路和电源于一体的完整的微型机电系统。它可将机械构件、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。1．1．2狭义讲(1)MEMS专指构成元件尺寸是微(纳)米量级的可控制、可运动的微型机电系统。(2)或指用微米／纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的系统。(3)从工艺看，MEMS是用微电子技术、微加工技术(硅体微加工、硅表面微加工、LIGA技术、键合技术等)相结合的制造工艺，制造出微传感器、微执行器、微驱动器及微系统。1．2MEMS的研究内容1．2．1基础理论研究主要研究微尺寸效应、微磨擦、微构件的机械效应。微机械、微传感器、微执行器等的设计原理

3、和控制方法。12．2制造工艺研究主要研究微材料性能、微加工工艺技术、微器件的集成和装配、微测量技术等。目前世界上制作MEMS器件的工艺技术主要有三种：第一种是以美国为代表的利用化学腐蚀或Ic工艺，对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件。国内目前主要利用该方法研究MEMS器件，该方法可比与Ic工艺兼容，可实现微机械和微电子的系统集成，适舍批量生产，成为制备MEMS器件的主要技术；第二种是以德国为代表的LIGA技术(德文Lithographie--光刻，Galvanoformung--电铸，Abformang---铸塑三个词的缩写)，它利用X射线光刻技术，通过电铸成型和铸塑工艺形成深层微结构的方法

4、，制作MEMS器件。该方法需一套独特的工艺装备，但可制作深刻蚀器件；第三种方法以日本为代表，利用传统的机械加工手段，即利用“大机器”制造“小机器”，再用“小机器”制造“微器件”。1．2．3应用研究主要是研究MEMS器件，如微传感器、微电机、微型阎、微加速度计、惯性器件等的应用方法，特别是研究其应用领域的拓展和应用中出现的问题，可靠性和稳定性问题是应用过程中主要研究的内容之一。1．3MEMS的发展趋势1．3．1系统单片集成化即将敏感器件(sensor)+专用集成电路(ASIC)，集成在同一芯片上，以提高MEMS器件的灵敏度4∞科学·创新·振兴和可靠性。美国AD公司生产的集成加速度传感器就是如此。

5、1．3．2制备工艺多样化研究MEMS器件的各种制备工艺，如：体硅加工工艺、表面牺牲层工艺、溶硅工艺、L[GA工艺(光刻、电铸和铸塑)、声激光刻蚀、非平面电子束光刻、镀膜(溅射)工艺、硅一硅键合工艺、电火花加工、微量切削⋯⋯等等，新工艺层出不穷。沈阳仪表科学研究院最近研制成功的“喷淋”腐蚀工艺(和装备)、带油电阻焊接等，都取得了较好效果。1．3．3研究方向广泛化对MEMS的研究，不仅涉及基础理论、制备工艺和器件应用，更涉及到一些新兴学科和一些前沿技术的综合分柝和应用。MEMS技术在许多领域引发了一场“微小型”革命。特另4是MEMS器件的应用十分广泛，从几次大型的国际会议，其研究方向大约有十余个方

6、面，如微传感器——力、热、磁、光、声、化学、生物器件等；微执行器——微型泵、微阀、微轴承、微电机、微探针等；惯性器件——微加速度、陀螺等。特别是在军工方面的应用更为军界所重视。1．34追求器件实用化MEMS器件实用化有二个概念。一是器件有良好的性能／价格比，能进行批量生产，MEMS器件与Ic芯片不同，MEMS器件一般都有活动部件，必须考虑在生产过程中的成品率问题。因此器件的结构形式和封装水平，对器件的实用影响甚大，应引起高度重视。另一方面必须考虑MEMS器件在应用时的可靠性问题，特别是在器件的设计、制造劐具体应用的各个环节都需考虑器件的可靠性问题。包括MEMS器件的测试标准和测试方法的研究。1

7、．4MEMS的应用1．4．1工业自动控制领域MEMS器件在工业自动控制领域有着广阔的应用前景。特别是对“温度、压力、流量”三大参数的检测与控制，MEMS器件大有“用武之地”。目翦普遍采用的微压力、微流量和徽测温器{牛，对～些技术要求高，应用场合特殊的条件，MEMS器件就有其特殊的优势。1．4．2生物医学领域MEMS器件在生物医学领域的应用越来越广泛，如微型血压计、神经系统检测、细胞组织探针、生物医