关于微机电系统mems 发展的研究.pdf

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1、科技发展研究第17期（总第247期）上海科技发展研究中心2010年9月25日编者按：微机电系统(MEMS)是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的新兴学科，被认为是继微电子之后又一个对国民经济和军事具有重大影响的技术领域。近年来，许多发达国家和地区十分关注MEMS技术的发展，并将其作为高新技术产业发展的制高点。本期简报基于上海科技1情报所相关研究成果，介绍MEMS产业国内外发展态势，并对上海发展MEMS提出了相关建议。供参考。关于微机电系统（MEMS）发展的研究诺贝尔物理奖得主理查德•费曼（RichardFeynman）1959年

2、发文指出，在微尺度上操控物体的研究还是一片空白，并预言该领域“将会有大量新技术和新应用出现”。此后许多科学家致力于微米技术和纳米技术的研究，并由此产生了微机电系统技术。通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统，微机电系统无疑开辟了一个崭新的领域，将对工农业、信息、环境、生物工程、医疗、空间技术、国防和科技产生重大影响。经过20多年的发展，国内外对微机电系统技术研究及产业化开展了大量研究和实践，取得了重要进展。1上海市科技发展基金软科学研究项目《高技术产业国内外发展态势研究》（项目编号：09692108000）1一、概念和特

3、点微机电系统（MicroElectro-MechanicalSystems，简称MEMS）又称为微机械（MicroMachine）或微系统（MicroSystem），是指以集成电路等工艺批量制造的，具有毫米级尺寸和微米级分辨力的微细集成设备或系统。微机电系统主要由微型传感器、执行器和处理电路三部分构成。它可以采集外部的运动、光、声、热、磁等自然界信号，由微传感器转换成电信号，经过微处理单元处理后，由微执行器执行动作，与外部环境进行“互动”。微机电技术属于交叉技术领域，其与不同的领域技术结合，可以制造出各种类型的器件，如压力传感器、加

4、速器、陀螺仪、生物传感器、微开关等等。MEMS的出现开辟了全新的技术领域并推动了其它领域技术、产业的快速发展。MEMS是目前科技界公认最具发展潜力的研究领域之一。与传统机电系统相比，微机电系统具有以下特点：一是尺寸小，成本低。相对于传统的机电系统，MEMS器件尺寸非常小，且具有功耗低、灵敏度高、可阵列化等优点。MEMS的发展将极大的促进产品的微型化、集成化与便携化，成数量级的提高器件与系统的功能密度、信息密度与互连密度，节能、节材效果明显。二是应用广，带动大。MEMS在汽车电子、生物医药、消费电子、航空航天、环境监控、能源、军事等领

5、域有广泛的应用（见图1）。随着任天堂Wii游戏机及苹果iPhone手机等产品的推出，MEMS在消费电子领域应用迅速壮大。目前MEMS已经进入技术全面进步和产业快速起步阶段，对各领域尤其是消费电子领域的发展起到了很好的推动作用。根据TheInformationNetwork公司测算，2008年全球MEMS在消费电子领域的市场规模已达到35亿美元，预计到2012年可增长至71亿美元。2图1MEMS主要应用领域三是集成化，跨学科。MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，可以把不同功能、不同敏感方向或

6、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，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统；同时，微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的MEMS。需要指出的是，MEMS技术是迈向纳米级系统的重要技术。发展MEMS技术一方面可以推动原子/分子组装技术、精细加工技术的研发，为纳米器件研发奠定技术基础；另一方面可以为微小型机电系统的应用培育市场，积累经验，为今后纳米器件的推广奠定产业化基础。二、国外发展现状3许多发达国家和地区高度重视MEMS技术的发展。美国把MEMS作为科技发展的

7、三大重点领域之一，其技术创新领先全球。欧盟积极鼓励MEMS技术研发，制定了多个支持计划促进MEMS技术进步和产业化进程。日本近年来推出了若干国家级项目，结合生物、纳米技术等开展MEMS新应用研究。澳大利亚、加拿大、新加坡、韩国、中国台湾地区均纷纷设立大型科研项目计划，开展MEMS研发工作。国外MEMS的发展主要呈现以下特点：一是各类应用技术发展迅速，加工技术标准化逐步形成。当前，传感MEMS技术方面，已具备生产毫米级各类传感器的能力；生物MEMS技术方面，已研制出多种临床化验分析器、基因分析器及介入治疗器等；光学MEMS技术（微光机

8、电系统）方面，可制造体积小成本低的可变式光衰减器、厘米级尺寸的光开关列阵等产品；射频MEMS技术方面，单片晶圆片上已具备量产1万个微麦克风的能力。MEMS在多领域尤其是消费电子领域中的广泛应用，促使其技术更加强调规模化、批量化和加工制