微机电系统MEMS技术及其应用.pdfVIP

第 24 卷第 6 期 泰 安 师 专 学 报 Vol. 24 　NO. 6 2002 年 11 月 JOURNAL OF TAIAN TEACHERS COLLEGE Nov 　2002 ( ) 微机电系统 MEMS 技术及其应用 魏　强 (泰山学院 物理系 ,山东 泰安 　271021) [摘 　要] 　微机电系统是一个新兴的技术领域. 阐述了微机电系统的特点、加工工艺、应用及其现状和发 展趋势. [ 关键词] 　微机电系统 ;微机械 ;微传感器 ;微细加工技术 ( ) [ 中图分类号] 　TH - 39 　　　[文献标识码] 　A 　　　[文章编号] 　1003 - 7888 2002 06 - 0056 - 03 0 　引言 微电子技术的巨大成功在许多领域引发了一场微小型化革命 , 以加工微米/ 纳米结构和系统为目的的微米/ 纳米技 ( ) 术 Micro/ Nano Technology 在此背景下应运而生 ,利用精细加工手段加工出来的微米/ 纳米级结构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:Micro Electro Mechanical System 的诞生. MEMS 是指采用微机械加工技术批量制作的、集微型传感器、微型机构、微型执行器以及信号处理和控制电路、接 口、通讯等于一体的微型器件或微型系统. 主要包括微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分 , 图 1 给出了典型的 MEMS 系统与外部世界相互作用的示意 图. 作为输入信号的自然界中的各种信息 首先通过传感器转换成电信号 ,信号处理 后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换成另一 种形式 ,从而将现实世界的信号转换为系 统可以处理的信号 ;执行器根据信号处理 图 1 　典型的 MEMS 系统与外部世界相互作用的示意图 电路发出的指令完成所需要的操作;信号 处理器则可以对信号进行转换、放大和计算等处理. Analog 公司已研制成功集成微加速度传感器和处理电路的芯片. 1 　MEMS 的特点 ( ) ( ) ( ) MEMS 的技术特点可以用3 个 M 来概括 :即小尺寸 Miniaturization 、多样化 Multiplicity 、微电子 Micro electronics . ( ) ( ) 1 微型化 :MEMS 体积小 纳米/ 微米级 、质量轻、功耗低、惯性小. 如 :一个压力成像器的微系统 ,含有 1024 个微型压力 传感器 ,整个膜片尺寸仅为 10 nm ×10 nm ,每个压力芯片尺寸为 50 μ μ ( ) m ×50 m ; 2 多样化 :MEMS 包含有数字接口、自 检、自调整和总线兼容功能 ,具备在网络中应用的基本条件 ,具有标准的输出 ,便于与系统集成在一起 ,且能按要求灵活 地设计制造出多样化的 MEMS; (3) 微电子化 :采用 MEMS 工艺可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器 或执行器集成于一体 ,或形成微传感器阵列、微执行器阵列 ,甚至