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mems簡(jiǎn)介
微機(jī)電系統(tǒng)（英語(yǔ)：Microelectromechanical Systems，縮寫為MEMS）是將微電子技術(shù)與機(jī)械工程融合到一起的一種工業(yè)技術(shù)，它的操作范圍在微米范圍內(nèi)。比它更小的，在納米范圍的類似的技術(shù)被稱為納機(jī)電系統(tǒng)。
基本簡(jiǎn)介
微機(jī)電系統(tǒng)是微米大小的機(jī)械系統(tǒng)，其中也包括不同形狀的三維平板印刷產(chǎn)生的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的大小一般在微米到毫米之間。在這個(gè)大小范圍中日常的物理經(jīng)驗(yàn)往往不適用。比如由于微機(jī)電系統(tǒng)的面積對(duì)體積比比一般日常生活中的機(jī)械系統(tǒng)要大得多，其表面現(xiàn)象如靜電、潤(rùn)濕等比體積現(xiàn)象如慣性或熱容量等要重要。它們一般是由類似于生產(chǎn)半導(dǎo)體的技術(shù)如表面微加工、體型微加工等技術(shù)制造的。其中包括更改的硅加工方法如壓延、電鍍、濕蝕刻、干蝕刻、電火花加工等等。
生產(chǎn)微機(jī)電系統(tǒng)的公司的大小各不相同。大的公司主要集中于為汽車、生物醫(yī)學(xué)或電子工業(yè)生產(chǎn)大批量的便宜的系統(tǒng)。成功的小公司則集中于生產(chǎn)創(chuàng)新的技術(shù)。所有這些公司都致力于研究開發(fā)。隨著傳感器的發(fā)展微機(jī)電系統(tǒng)的復(fù)雜性和效率不斷提高。
常見應(yīng)用
在噴墨打印機(jī)里作為壓電元件
在汽車?yán)镒鳛榧铀僖?guī)來(lái)控制碰撞時(shí)安全氣囊防護(hù)系統(tǒng)的施用
在汽車?yán)镒鳛橥勇輥?lái)測(cè)定汽車傾斜，控制動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)
在輪胎里作為壓力傳感器，在醫(yī)學(xué)上測(cè)量血壓
數(shù)字微鏡芯片
微型麥克風(fēng)陣列
MEMS微型投影儀
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)光交換系統(tǒng)，這是一個(gè)與智能灰塵技術(shù)的融合
設(shè)計(jì)微機(jī)電系統(tǒng)zui重要的工具是有限元分析。
基本技術(shù)
微機(jī)電系統(tǒng)有多種原材料和制造技術(shù)，選擇條件是系統(tǒng)的應(yīng)用、市場(chǎng)等等。
硅
硅是用來(lái)制造集成電路的主要原材料。由于在電子工業(yè)中已經(jīng)有許多實(shí)用硅制造極小的結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)，硅也是微機(jī)電系統(tǒng)非常常用的原材料。硅的物質(zhì)特性也有一定的優(yōu)點(diǎn)。單晶體的硅遵守胡克定律，幾乎沒(méi)有彈性滯后的現(xiàn)象，因此幾乎不耗能，其運(yùn)動(dòng)特性非?？煽?。此外硅不易折斷，因此非常可靠，其使用周期可以達(dá)到上兆次。一般微機(jī)電系統(tǒng)的生產(chǎn)方式是在基質(zhì)上堆積物質(zhì)層，然后使用平板印刷和蝕刻的方法來(lái)讓它形成各種需要的結(jié)構(gòu)。
表面微加工
表面微加工是在硅芯片上沉積多晶硅然后進(jìn)行加工。
深層刻蝕
深層刻蝕如深層反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)向硅芯片內(nèi)部刻蝕?？涛g到芯片內(nèi)部的一個(gè)犧牲層。這個(gè)犧牲層在刻蝕完成后被腐蝕掉，這樣本來(lái)埋在芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)就可以自由運(yùn)動(dòng)了。
體型微加工
體型微加工與深層刻蝕類似，是另一種去除硅的方法。一般體型微加工使用堿性溶液如氫氧化鉀來(lái)腐蝕平板印刷后留下來(lái)的硅。這些堿溶液腐蝕時(shí)的相對(duì)各向異性非常強(qiáng)，沿一定的晶體方向的腐蝕速度比其它的高1000倍。這樣的過(guò)程往往用來(lái)腐蝕v狀的溝。假如選擇的原材料的晶向足夠的話這樣的溝的邊可以非常平。
高分子材料
雖然電子工業(yè)對(duì)硅加工的經(jīng)驗(yàn)是非常豐富和寶貴的，并提供了很大的經(jīng)濟(jì)性，但是純的硅依然是非常昂貴的。高分子材料非常便宜，而且其性能各種各樣。使用注射成形、壓花、立體光固化成形等技術(shù)也可以使用高分子材料制造微機(jī)電系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)尤其有利于微液體應(yīng)用，比如可攜測(cè)血裝置等。
金屬
金屬也可以用來(lái)制造微機(jī)電系統(tǒng)。雖然比起硅來(lái)金屬缺乏其良好的機(jī)械特性，但是在金屬的適用范圍內(nèi)它非?？煽俊?/span>
研究和開發(fā)
MEMS研究人員使用一系列的工程軟件工具來(lái)對(duì)他們的設(shè)計(jì)經(jīng)行仿真和原型測(cè)試。MEMS設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到有限元分析。對(duì)動(dòng)態(tài)力，熱度等等的仿真可以通過(guò)ANSYS，COMSOL、InliSuite和CoventorWare-ANALYZER等軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。其他軟件，比如ConvertorWare-ARCHITECT和MEMS-PRO，被用來(lái)開發(fā)更適合加工制造的產(chǎn)品布局，甚至用來(lái)仿真嵌入型的MEMS系統(tǒng)。當(dāng)原型機(jī)開發(fā)完成后，研究人員能夠各種儀器比如激光多普勒掃描震動(dòng)計(jì)，顯微鏡，頻閃觀測(cè)儀等來(lái)對(duì)它們經(jīng)行測(cè)試。