微電子機械系統技術與應用領域研究

摘 要 微電子機械系統技術是一個新興的應用的技術，其以硅為加工材料將制作對象微型化。腐蝕技術犧牲層技術等技術或復合技術是其所使用的基礎技術。文章首先闡述微電子機械系統概念與特點，進而對其技術類別進行了簡要介紹，最后對微電子機械技術的應用進行了分析，包括環境科學領域、軍事領域以及醫療領域，以期更大程度的發揮微電子機械系統技術的價值。

【關鍵詞】微電子機械 應用價值 機械加工技術

知識經濟時代里人們所制造的物體微型化趨勢愈加明顯，尤其是在軍事、醫療、環境、通信、航空等領域，機械裝置微型化的要求逐漸增加。上個世紀80年代微電子機械系統開始實現了飛速的發展與創新，其又被成為微機械與微系統。微電子機械系統是一種集成化的機電裝置，微小的尺寸和智能化、集成化是微電子機械系統的獨特優勢和特征。其最小尺寸已經達到1nm-1um的納米的機械。微電子機械系統技術從出現到應用的時間里獲得了國際的廣泛關注，目前其應用領域與實際價值已經不言而喻。

1 微電子機械系統的概述

1.1 微電子機械系統的概念

微電子機械系統主要結構有微型傳感器、制動器以及處理電路。其是一種微電子電路與微機械制動器結合的尺寸微型的裝置，其在電路信息的指示下可以進行機械操作，并且還能夠通過裝置中的傳感器來獲取外部的數據信息，將其進行轉化處理放大，進而通過制動器來實現各種機械操作。而微電子機械系統技術是以微電子機械系統的理論、材料、工藝為研究對象的技術。微電子系統并不只是單純的將傳統的機電產品微型化，其制作材料、工藝、原理、應用等各個方面都突破了傳統的技術限制，達到了一個微電子、微機械技術結合的全新高度。微電子機械系統是一種全新的高新科學技術，其在航天、軍事、生物、醫療等領域都有著重要的作用。

1.2 微電子機械系統技術的特點

1.2.1 尺寸微型化

傳統機械加工技術的最小單位一般是cm，而微電子機械系統技術下的機械加工往往最小單位已經涉及到了微米甚至納米。這以尺寸的巨大變化使得微電子機械系統技術下的原件具有微型化的特點，其攜帶方便，應用領域更加廣闊。

1.2.2 集成化

微電子機械系統技術下的原件實現了微型化為器件集成化提供了有力的基礎。微型化的器件在集成上具有無可比擬的優勢，其能夠隨意組合排列，組成更加復雜的系統。

1.2.3 硅基材料

微電子機械系統技術下的器件都是使用硅為基加工原料。地面表面有接近30%的硅，經濟優勢十分明顯。硅的使用成本低廉這就使得微電子機械系統技術的下的器件成本大大縮減。硅的密度、強度等于鐵相近，密度與鋁相近，熱傳導率與鎢相近。

1.2.4 綜合學科英語

微電子機械系統技術幾乎涉及到所有學科，電子、物理、化學、醫學、農業等多個學科的頂尖科技成果都是微電子機械系統技術的基礎。眾多學科的最新成果組合成了全新的系統和器件，創造了一個全新的技術領域。

2 微電子機械系統的技術類別

2.1 體微機械加工技術

體微機械加工技術主要將單晶硅基片加工為微機械機構的工藝，其最大的優勢就是可以制作出尺寸較大的器件，最大的弊端是難以制造出精細化的靈敏系統。并且使用體微加工工藝難以優化器件的平面化布局，制作出來的器件難以與微電子線路直接兼容。體微機械加工工藝一般在壓力傳感器和加速度傳感器的制造中普遍應用。

2.2 表面微機械加工技術

表面微機械加工技術就是通過集成電路中的平面化技術來實現微機械裝置的制造。其主要優勢表現在充分利用了已有的IC工藝，能夠靈活掌握機械器件的尺寸，因此表面為微機械加工技術與IC之間是兼容的。表面微機械加工技術與集成電路的良好兼容性使得其在應用領域實現了快速普及。

2.3 復合微機械加工技術

復合微機械加工技術就是體微機械技工技術與表面微機械加工技術的結合，其結合了兩者的優點，但又同時避免了相應缺點。

3 微電子機械技術的應用

3.1 環境科學領域

微電子機械系統技術下的微型設備可以在環境監測和數據處理分析上發揮巨大的作用。由化學傳感器、生物傳感器以及數據處理系統所集合的測量與處理設備。該微型裝置可以用來監測空氣和液體的成分，其獨特優勢在于尺寸微小，便于攜帶。

3.2 軍事領域

納米器件所構成的裝置先要對半導體器件運行速度高，攜帶方便，信息輸出和處理快捷，在軍事領域其能夠用來制作各種微型設備，例如“蚊子導彈”、“麻雀衛星”等。

3.3 醫療領域

在臨床化驗分析、介入治療領域其也能夠實現巨大的價值。近幾年獲得發展的介入治療技術與傳統治療技術相比臨床治療效果優越，能夠有效緩解患者痛苦。但是當前介入治療儀器價格高，體積巨大，準確性難以保證，尤其是在治療重要器官時風險較大。微電子機械系統技術的微型與智能特性可以顯著降低介入治療的風險。

4 結束語

微電子機械系統技術將機電系統的實用性、智能化和多樣化發展到了一個全新的高度。當今微電子機械系統技術已經對農業、環境、醫療、軍事等領域產生了重大的影響，也影響著人們的生產和生活方式，相信在不久的以后微電子機械系統技術將會成為我國社會經濟發展不可或缺的重要部分，為我國經濟發展起到巨大的推動作用。

參考文獻

[1]張曉丹，柯熙政，張志禹.微電子機械系統數字地震檢波器模擬方法的研究[J].機械科學與技術，2011（09）：1592-159.

[2]陳德勇，曹明威，王軍波.諧振式MEMS壓力傳感器的制作及圓片級真空封裝[J].光學精密工程，2014（05）：1235-1242.

[3]殷志碗，吳榮年.微電子機械系統及其加工工藝簡述[J].科技致富向導，2013（33）：303.

[4]吳菲菲，彭巧語，黃魯成.基于集合論的技術應用領域轉移研究[J].科學學研究，2014（03）：327-333.

[5]吳向東.MEMS器件在航天領域的應用及發展[J].微納電子技術，2012（08）：542-547.

[6]朱昊樞，胡進，朱新生.用于微電子機械系統的干膜光刻工藝研究[J].蘇州大學學報（自然科學版），2011（04）：53-56.

作者簡介

王志宏（1977-），男，吉林省長春市人。現為中國科學院長春精密機械與物理研究所工程師。

作者單位

中國科學院長春精密機械與物理研究所 吉林省長春市 130033endprint