淺析微電子機械系統技術研究綜述

杜楊

摘 要：微電子機械系統技術的特點是可使制品微型化、集成化并以硅作為加工材料。該技術可分為體微機械加工、表面微機械加工、金屬微機械加工和復合微機械加工四類。所采用的基礎技術主要有：腐蝕技術、硅鍵合技術、多層無應力薄膜沉積技術、犧牲層技術、LIGA 技術以及以上技術的復合，該項技術應用廣泛。本文闡述了微電子機械系統的概念，分析了微電子機械系統加工工藝，最后提出來MEMS技術發展的趨勢及展望。

關鍵詞：微電子機械系統；研究綜述

微電子機械系統（簡稱為MEMS）就是利用微細加工技術，把電子和機械器件集成在一微小空間內，并能完成一定功能的優化復雜系統。而與其相關的一系列技術，如制造技術、微檢測技術、微系統分析及控制技術等，則統稱為微電子機械技術，簡稱為MEMT）。早在70年代初，人們就已開始了有關微電子機械系統技術的研究，直到80年代中后期，這個領域才有了實質性的進展，并已成為以美國、日本、德國為代表的許多發達國家的研究熱點。微電子機械系統技術是自微電子技術問世以來，人們不斷追求高新技術裝置微型化的必然結果，有著及其廣泛的應用前景，因而被列為二十一世紀關鍵技術之一。

一、微電子機械系統的概念

微機電系統是一種集成了微電子電路和微機械致動器的微小器件或裝置，它可根據電路信息的指令，控制致動器實現機械操作，還可以利用傳感器接收外部信息，將轉換出來的信號經電路處理放大，再由致動器變為機械操作，去執行命令。可以說，微機電系統是一種獲取、處理信息和執行機械操作的集成器件。研究微機電系統的基礎理論、設計、材料、加工、檢測和應用的學科叫做微機電系統技術。MEMS并不是傳統機械電子的直接微型化，在物質結構、尺度、材料、制造工藝和工作原理等方面遠遠超出傳統機械電子的概念和范疇。它可以說是微電子技術的拓寬和延伸，將微電子、一體的系統，這是一種面向新世紀的高新技術，其意義和應用將涉及航空航天、軍事、生物醫學工程、太空探險、深海探查等領域，因此一旦技術上成熟并形成產業，將對國民經濟建設、國防建設乃至社會發展產生深遠影響。它主要由微型傳感器、執行器和相應的處理電路部分組成。

二、微電子機械系統加工工藝分析

在微電子機械系統中，硅微機械加工是主要的加工技術，對制作微傳感器和微執行器提供了有效的技術支持，因此對微電子機械加工工藝的研究主要針對硅微電子機械系統的加工工藝，主要分為以下幾種：

1. 鍵合

鍵合是指在不使用粘合劑的情況下，借助化學鍵和物理作用將材料進行緊密的結合，一般而言是將硅與硅直接結合，將硅與玻璃進行靜電鍵結合。這種加工工藝操作簡單方面，結合效果好。

2. 腐蝕

腐蝕是硅微電子機械系統最為常用的加工工藝，主要是將硅微腐蝕成型，一般分為濕法腐蝕和干法腐蝕，前者的操作簡單、成本低且效果好，成為微電子機械加工中使用最廣泛的工藝，后者主要是借助離子刻蝕和激光加工。

3. 擴散

擴散是摻雜工藝的一種，主要是在高溫的條件下，向半導體晶片的內部進行擴散，進而改變雜質的分布情況，最終影響到整個微電子系統的運作情況。

4. 光刻

光刻是借助照相復印的理論，將光刻版上的圖形復印在金屬蒸發層上，然后有選擇性的進行化學腐蝕，得出相應的圖形，可見，光刻是將復印圖像和化學腐蝕結合的一種加工工藝，其基本思想是利用光刻刻蝕出一定的圖形，然后借助化學腐蝕技術將周圍的多余材料進行腐蝕。

5. 氧化

氧化主要是將硅置于高溫爐內，使硅片表面形成一層薄膜，然后再借助干氧化和濕氧化進行處理，在這一過程中要注意氧化層的生長速度以及氧化穩定和水汽含量的變化。

可見，隨著技術的進步和工藝的不斷發展，用于微電子機械加工的工藝標新立異，為機械加工制作提供了重要的技術支持。

三、MEMS技術發展的趨勢及展望

21世紀微電子機械系統（MEMS）將在機器智能化、生物模擬、信息科學方面取進展。

隨著MEMS技術的發展———MEMS器件加工工藝和加工手段的多樣化，系統單片集成化等，可以將擁有高性能傳感器和處理器的MEMS器件嵌入機器中，傳感器可以從外部環境中獲取各種詳細的信息，處理器就地處理、判斷這些信息，然后通過反饋回路驅動執行裝置在最短的時間內做出正確的反應，使機器具有智能化。MEMS技術的不斷發展，使微電子機械部件的尺寸越來越小，甚至達到生物細胞的尺寸數量級。這些微電子機械部件能夠模擬生物器官的功能，將許多這樣的微電子機械部件并聯和串聯起來，可以自由地控制、操作細胞和生物大分子，實現復雜的功能，可廣泛應用于外科手術、人造器官以及基因工程。在信息科學方面，本身具有信息的采集、處理、傳輸和存儲的MEMS器件無疑是將來信息交換的根本。

MEMS技術的發展目標在于，通過微型化、集成化來探索新原理、新功能的元件和系統，開辟一個新技術領域和產業。MEMS可以完成大尺寸機電系統所不能完成的任務，也可嵌入大尺寸系統中，把機電系統的自動化、智能化和可靠性水平提高到一個新的水平。21世紀MEMS將逐步從實驗室走向實用化，對工農業、信息、環境、航空、航天、生物工程、醫療、空間技術、國防和科學發展產生重大影響，人類的生產和生活方式也會因此而發生某些改變。

四、結語

MEMS技術的發展目標在于，通過微型化、集成化來探索新原理、新功能的元件和系統，開辟一個新技術領域和產業。MEMS可以完成大尺寸機電系統所不能完成的任務，也可嵌入大尺寸系統中，把機電系統的自動化、智能化和可靠性水平提高到一個新的水平。MEMS技術是80年代中期國際上崛起的一項非常值得重視的高新技術，經過10余年的功夫，一代嶄新的MEMS產品已經問世并推向市場.它們的實現和應用必將對許多領域，如工農業、信息、環境、航空、航天、生物工程、醫療、空間技術、國防和科學領域的發展產生深遠的影響。

參考文獻：

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