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微机电系统及应用 目 录 微机电系统概述 微机电系统设计 微机电系统的制造技术 微机电系统的应用 微型机电系统（MEMS） 微型机电系统MEMS（Micro Electro Mechanical System）技术是近二十年来发展起来的一个新兴的技术领域。 不仅涉及微机械学、微电子学、微光学、微流体力学、微热力学、自动控制、物理、化学、生物学以及材料学等学科领域，而且涉及从选材、设计、制造、控制到检测、集成、封装等一系列技术环节，属于典型的多学科交叉的前沿性研究领域。 微电子技术的巨大成功在许多领域引发了微小型化革命。 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/纳米结构； 另一方面人们利用精细加工手段加工出微/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，后者则在微小型机械制造领域开始了一场新的革命，导致了微型机电系统的诞生。 作为一个综合性的新型学科，微型机电系统技术已经成为当今世界范围内的研究热点，被列为二十一世纪关键技术之首。 微机电系统的概念 微型机电系统概念正式出现于20世纪80年代末，它主要是指： 外形轮廓尺寸在毫米量级以下，构成它的机械零件和半导体元器件尺寸介于微米至纳米量级(10-6m—10–9m)，可对声、光、热、磁、化学、生物、运动等信息进行感知、识别、控制和处理的微型机电装置。 微型机电系统将微型电机、微型电路、微型传感器、微型执行器等微型装置和器件集成在一块芯片上，这种微型机电系统不仅能够搜集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。 微型机电系统模型 MEMS的基本特点 体积小，重量轻，多功能，智能化，工作效率高，灵敏度高，可靠性高等，利用MEMS技术可以实现真正的“系统在片”； 制造成本低，消耗原料少，适于大批量生产和使用； 对工作环境影响小，能够在特殊环境中工作等。 是一项极具前途的军民两用技术。 硅制的发动机与人的头发比较（人的头发直径约为100μm） 在当前MEMS所能达到的尺度下，宏观世界基本的物理规律仍然起作用，但由于尺寸缩小带来的影响，许多物理现象与宏观世界有很大区别，许多原来的理论基础都会发生变化，如力的尺寸效应、微结构的表面效应、微观摩擦机理等。因此，微机械的结构、原理和作用规律与一般的传统机械不同，它不是传统机械尺度的微缩，有许多特殊现象和规律有待进一步的探索和研究，不能用对传统机械的认识去看待微机械。需要对微动力学、微流体力学、微热力学、微摩擦学、微光学和微结构学等进行深入的研究。 微机电系统的设计 MEMS器件及系统的设计加工与传统的设计加工不同。 传统的设计加工思路是从零件到装配最后到系统，是自下而上的方法。 MEMS系统则是采用微电子和微机械加工技术将所有的零件、电路和系统在通盘考虑下几乎同时制造出来，零件和系统是紧密结合在一起的，是一种自上而下的方法。因此要采用新观念，站在系统高度来设计加工。 微机电系统的发展现状及前景 利用MEMS技术，可制成突破通信瓶颈的全光交换机、准确检测病变的基因芯片、比手掌还小的微型飞行器、重量仅有几十克的纳米卫星等。 微机电系统的发展现状及前景 在通信方面，光通信正在向有着光交换功能的全光通信网络方向发展，无线通信则要求增强功能和减小功耗与体积。包括美国朗讯公司在内的一些公司和大学正在研究全光通信网用的MEMS及无线通信用射频MEMS，该公司采用美国Coventor公司的Coventorware软件开发的MEMS路由器其速度是原来的16倍，交换密度是原来的32倍，能耗比原来的减少100倍。 微机电系统的发展现状及前景 在空间应用方面：美国航天局（NASA）和欧洲航天局等部门研制的用作运行参数测量的微加速度计已进行了地面辐照实验，正在进行飞行搭载实验。微陀螺、微推进和微喷管等MEMS的基础研究也在同时积极进行。 微机电系统的发展现状及前景 在生物医学方面，MEMS正应用于DNA排序、生物传感、化学成分分析、药物给送等许多方面。 在过去的十多年中，MEMS技术已经应用于安全气囊传感器（加速度计）、压力传感器、自适应光器件、数字微镜器件、扫描仪、血压测量传感器、图像传感器、微继电器、视频应用的微型透镜、喷墨打印头以及数据存储器等各技术领域。 微机电系统的发展现状及前景 在军事工业方面，美国国防部将MEMS的应用归纳为：武器制导，超小型、超低功耗无线通信的信号处理，无人值守分布式传感器，集成流量系统，武器安全保险与引信，嵌入式传感器和执行器，高密度大规模数据存储器，集成光学机械器件，飞机动力学控制与自适应光学的主动共型表面等九大方面。在美国甚至有人已经提出了微型军队乃至微型战争的概念。 MEMS的研究 就世界范围