微机电系统的系统特性

1)小型化:MEMS器件体积小、重量轻、能耗低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。

2)以硅为主要材料,力学和电学性能优异:硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当,密度与铝相近,热导率与钼、钨接近。

3)大规模生产:通过硅微机械加工工艺,可以在一个硅片上同时制造数百个微机电器件或完整的MEMS。批量生产可以大大降低生产成本。

4)集成:可以将多个不同功能、不同敏感方向或致动方向的传感器或致动器集成为一个整体,也可以形成微传感器阵列和微致动器阵列,甚至可以将具有多种功能的器件集成在一起,形成一个复杂的微系统。微传感器、微致动器和微电子器件的集成可以产生高可靠性和稳定性的微机电系统。

5)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、生物等多个学科,聚集了当今科技发展的诸多前沿成果。

MEMS发展的目标是通过小型化和集成化探索新的原理、新的功能元件和系统,开辟新的技术领域和产业。MEMS可以完成大型机电系统无法完成的任务,也可以嵌入到大型系统中,将自动化、智能化和可靠性提高到一个新的水平。21世纪,MEMS将逐步从实验室走向实际应用,对工农业、信息、环境、生物工程、医疗、空间技术、国防和科学发展产生重大影响。

微机电系统是微米级的机械系统,还包括不同形状的三维光刻系统。这些系统的尺寸通常在微米和毫米之间。在这个尺寸范围内,日常物理经验往往不适用。例如,由于MEMS的面积体积比远大于日常生活中普通机械系统的面积体积比,其静电、润湿等表面现象比惯性或热容等体积现象更重要。它们通常由类似于半导体生产的技术制成,例如表面微机械加工和体微机械加工。其中包括改良的硅加工方法,如压延、电镀、湿法蚀刻、干法蚀刻、EDM等。微机电系统是一个独立的智能系统,它集成了微传感器、执行器、信号处理与控制电路、接口电路、通信和电源。主要由传感器、执行器和微能三部分组成。微机电系统具有以下基本特征:小型化、智能化、多功能和高集成度。微电子机械系统。它是通过系统的小型化和集成化来探索具有新原理和功能的元器件和系统MEMS。MEMS涉及航空航天、信息通信、生物化学、医疗、自动控制、消费电子和武器。微机电系统的制造技术主要包括集成电路技术、微/纳米制造技术、小型机械技术和其他特殊加工工作。微机电系统的技术基础主要包括设计与仿真技术、材料与加工技术、封装与装配技术、测量与测试技术、集成与系统技术。

特性

(1)与半导体电路相同,采用蚀刻、光刻等制造工艺,无需组装和调整;

②机械活动部件、电子电路、传感器等。可以进一步集成到硅板中;

(3)占用空间小,可以用在狭窄的地方或一般机器人达不到的条件恶劣的地方;

(4)由于工作部件质量小,高速动作是可能的;

⑤由于体积小,热膨胀的影响小;

⑥它产生的力和储存的能量都很小,本质上是安全的。

优势

经济效益:

1.大规模并行制造过程;

2.系统级集成;

3.包装一体化;

4.与IC技术兼容。

技术优势:

1.精度高;

2.重量轻,体积小;

3.效率高。MEMS光学扫描仪

随着信息技术和光通信技术的飞速发展,MEMS发展的另一个领域是与光学相结合,即将微电子、微机械、光电子等基础技术集成起来,开发新的光学器件,称为微机电系统(MOEMS)。它可以将各种MEMS结构与微光学器件、光波导器件、半导体激光器件、光电探测器件等集成在一起。形成全新的功能体系。MOEMS具有体积小、成本低、可批量生产、驱动和控制精确等特点。成功的应用科学研究主要集中在两个方面:

一种是基于MOEMS的新型显示和投影设备,主要研究如何通过反射面的物理运动来调制空间中的光。典型代表是数字微镜阵列芯片和光栅光阀。另一个是通信系统,主要研究如何通过微镜的物理运动来控制光路按预期变化。成功的光通信器件包括光开关调制器、光滤波器和复用器。MOEMS是一项综合性、跨学科的高科技,该领域的科技研究可以带动大量新概念功能器件的开发。射频MEMS技术传统上分为两类:固定式和移动式。固定MEMS器件包括体微机械加工传输线、滤波器和耦合器,而可移动MEMS器件包括开关、调谐器和可变电容器。按照技术层面分为由MEMS开关、可变电容和电感谐振器组成的基础器件层。元件级包括移相器、滤波器和VCO应用系统级由单片接收机、可变波束雷达和相控阵雷达天线组成。

随着时间的推移和技术的逐步发展,MEMS的内容越来越多,越来越丰富。世界著名的信息技术期刊《IEEE Proceedings》在1998的MEMS专辑中将MEMS的内容概括为集成传感器、微致动器和微系统。人们还把微机械、微结构、智能传感器和智能传感器归入MEMS范畴。制造MEMS的技术包括微电子技术和微机械加工技术。微电子技术的主要内容包括:氧化层生长、光刻掩膜制作、光刻选择性掺杂(屏蔽扩散、离子注入)、薄膜(层)生长、布线制作等。微机械加工技术的主要内容包括:硅表面微机械加工和硅体微机械加工(各向异性刻蚀、牺牲层)技术、晶片键合技术、制作高深宽比结构的LIGA技术等。集成电路和许多传感器可以用微电子技术制造。微加工技术非常适合制作一些压力传感器、加速度传感器、微泵、微阀、微槽、微反应室、微致动器、微机械等。,可以充分发挥微电子技术的优势,利用MEMS技术大批量、低成本地制造高可靠性微小卫星。

MEMS技术是一个新的技术领域,主要属于微米技术。MEMS技术的发展经历了10多年。它们大多是在现有技术的基础上发展起来的,开发出了一批新的集成器件,大大提高了器件的功能和效率,显示出了强大的生命力。MEMS技术的发展可能会像微电子一样对科学技术和人类生活产生革命性的影响,特别是对微小卫星的发展,必将为低成本、高可靠性微小卫星的大规模生产打开大门。