微電子機械系統技術與應用實踐微探

王寧 山東大學微電子學院

在現代科學技術水平持續發展中，人們對微型裝置設計提出了更高要求，尤其是在航天航空、醫療器械及數字通信等領域當中，機械裝置微型化發展的需求越來越多。因此，在新時代背景下，針對微電子機械系統進行深層探索，不僅可以滿足知識經濟時代發展提出的制造需求，而且能為多個行業領域發展提供新的平臺。下面對微電子機械系統技術與應用實踐進行研究。

一、概念

其作為微電子電路與微機械制動器整合的微型裝置，包含處理電路、微型傳感器等內容，可以在電路信息的引導下實施機械操作，同時也能結合傳感器獲取外界信息，并在電路系統處理放大后，為制動器的機械操作提供有效依據。換句話說，微電子機械系統的應用優勢要高于以往機械電子技術。通過以微電子技術為核心，充分融合微電子、傳感器及微機械技術，微電子機械系統技術可以為當前各個行業領域發展提供優質革新技術，因此對未來社會經濟發展和國防建設具有積極作用[1]。

二、微電子機械系統技術的特點

（一）微型化。通常情況下，機械加工技術都會達到厘米以上，而微電子機械系統技術的加工可以達到納米以上。在這一背景下，各行業領域在引用微電子機械系統技術進行裝置制造時，不管是能源消耗還是體積重量等都有了改變，且方便安裝和攜帶。

（二）集成化。一般來講，體積小的東西更容易集成化。因此，微電子機械系統技術制作出的微小器件，可以方便集成操作，并構建多種功能的陳列，有的還可以形成更為繁瑣的微系統。

（三）硅基材料。硅作為微電子機械系統制造器件的重要材料，其擁有的強度和硬度與鐵一致，密度與鋁接近，且成本支出非常少，熱傳導率也與鎢和鋁逼近。因此，在引用微電子機械系統技術進行裝置制造時，會將硅選作理想材料，進而實現預期設定的大批量生產目標。

（四）智能化。通過引用硅的光電效應可以制造光電傳感器，而結合壓阻效應能制造微力學傳感器。為了提升微電子機械系統的信噪比，可以充分融合以硅為基材料的傳感、信號處理與轉換電路，這樣不僅能加強微電子機械系統測量工作的靈敏性和準確性，且可以提升響應速度，減少不必要的操作步驟。

三、微電子機械系統技術類型分析

（一）體微機械加工技術

這種技術是指，依據摻雜和結晶濕化學腐蝕，可以讓整體材料加工成微機械結構，如單晶硅基片等。其在應用過程中，最大的優勢在于可以更簡便制造出較大的器件，而缺點為無法制造精確性和靈敏度極高的系統。由于這種技術不能用于器件的平面化布局工作中，因此無法與微電子線路直接兼容。當前，體微機械加工技術最常引用在加速度傳感器和壓力傳感器中[2]。

（二）表面微機械加工技術。這種技術是指，引用集成電路中的平面制造技術進行裝置制造。了解當前微機械機械系統技術應用情況可知，其在制造過程中，一方面會用電連結的多晶硅層，另一方面會用更多的機械加工多晶硅層，兩者可以構建多種機械部件。這種技術的應用優勢在于可以全面引用現代化IC生產工藝，且可以科學管控機械部件尺度，促使其與IC完全兼容。而在應用中受沉積薄膜厚度的制約，這種技術制造的機械結構大都是二維的。需要注意的是，隨著機械加工層的增加，雖然可以制造功能更強、內容越發復雜的微型機械，但也會涌現出大量難以解決的問題，如平面化問題、布局設計等。

（三）金屬微機械加工技術。上述兩種技術都是以硅為核心的加工技術，而這種技術是以傳統機械加工技術為核心革新提出的，主要引用LIGA技術進行操作。其中，LIGA工藝是指以X射線光刻技術為核心的微機電加工技術，具體操作步驟分為：其一，X光深度同步輻射光刻；其二，電鑄制模；其三，注模復制。

（四）復合微機械加工技術。這種技術屬于體微機械加工技術與表面微機械加工技術的有效融合，不僅可以充分展現其他兩種技術的制造優勢，而且可以有效避免它們存在的缺陷。

四、微電子機械系統技術應用分析

了解當前市場發展情況可知，微電子機械系統的應用范圍非常廣，涉及到生物、電子及航天等多個行業領域，下面對最常見的幾種進行研究：其一，微傳感器。從二十世紀六十年代初期開始，第一個硅微壓力傳感器提出后，這種應用得到了全世界的關注。現階段，經常應用的微傳感器有真空微電子傳感器、面陣觸覺傳感器等；其二，微電機。隨著硅加工工藝的嫻熟，促使集成電路加工尺寸可以實現深壓微米，并解決了以往靜電電機的機械加工問題，提升了整體工作的精確性。微電機的出現，不但優化了電機測速范圍，而且突破了視頻影像測速系統的限制，并展現出工藝兼容和測量便捷等優勢；其三，機械濾波器和諧振器。這種應用展現出了極高的Q值（衡量電感器件的主要參數），且具備良好的穩定性和低損耗，但相應的諧振頻率較低，且空氣阻尼影響較大。因此，要想提升工作頻率，研究人員提出了一種引用和IC工藝兼容的表面加工制造的雙諧振梁四階濾波器，工作頻率可以到達14.6兆赫。需要注意的是，在頻率提高的同時，也會引發新的問題，這就要求研究人員在整合實踐應用經驗的基礎上，提出有效的處理措施。

結束語：綜上所述，微電子機械系統技術的提出，對各行領域發展都產生了新的挑戰和機遇。因此，在未來發展中，必須要加大對微電子機械系統技術的深層探索，注重整合以往應用經驗，明確未來行業發展需求，提出更為優質的應用技術，從而為我國社會經濟持續發展奠定基礎保障。