MEMS器件的特征長度從1毫米到1微米--1微米可是要比人們頭發(fā)的直徑小很多。MEMS往往會采用常見的機(jī)械零件和工具所對應(yīng)微觀模擬元件，例如它們可能包含通道、孔、懸臂、膜、腔以及其它結(jié)構(gòu)。然而，MEMS器件加工技術(shù)并非機(jī)械式。相反，它們采用類似于集成電路批處理式的微制造技術(shù)。

 

今天很多產(chǎn)品都利用了MEMS技術(shù)，如微換熱器、噴墨打印頭、高清投影儀的微鏡陣列、壓力傳感器以及紅外探測器等。MEMS技術(shù)可以用于制造壓力傳感器、慣性傳感器、磁力傳感器、溫度傳感器等微型傳感器，這些傳感器以及它們的部分信號處理電路都可以在只有幾毫米或更小的芯片上實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)的傳感器相比，MEMS傳感器不僅體積更小、功耗更低，而且它們往往會比傳統(tǒng)傳感器更加準(zhǔn)確、更加靈敏。隨著人們對海洋觀測的需求不斷增加和海洋觀測技術(shù)的不斷發(fā)展，MEMS技術(shù)也在逐漸進(jìn)入海洋觀測技術(shù)研究領(lǐng)域。

 

 

一、我們?yōu)楹涡枰狹EMS？

 

“他們告訴我一種小手指指甲大小的電動機(jī)。他們告訴我，目前市場上有一種裝置，通過它你可以在大頭針頭上寫禱文。但這也沒什么；這是最原始的，只是我打算討論方向上的暫停的一小步。在其下是一個(gè)驚人的小世界。公元2000年，當(dāng)他們回顧當(dāng)前階段時(shí)，他們會想知道為何直到1960年，才有人開始認(rèn)真地朝這個(gè)方向努力。”——理查德·費(fèi)曼，《底部仍然存在充足的空間》發(fā)表于1959年12月29日于加州理工大學(xué)（Caltech）舉辦的美國物理學(xué)會年會。但我們可能會問：為什么要在這樣一個(gè)微小尺上生成這些對象？

 

MEMS器件可以完成許多宏觀器件同樣的任務(wù)，同時(shí)還有很多獨(dú)特的優(yōu)勢。這其中第一個(gè)以及最明顯的一個(gè)優(yōu)勢就是小型化。如前所述，MEMS規(guī)模的器件，小到可以使用與目前集成電路類似的批量生產(chǎn)工藝制造。如同集成電路產(chǎn)業(yè)一樣，批量制造能顯著降低大規(guī)模生產(chǎn)的成本。在一般情況下，微機(jī)電系統(tǒng)也需要非常量小的材料以進(jìn)行生產(chǎn)，可進(jìn)一步降低成本。

 

除了價(jià)格更便宜，MEMS器件也比它們更大等價(jià)物的應(yīng)用范圍更廣。在智能手機(jī)、相機(jī)、氣囊控制單元或類似的小型設(shè)備中，竭盡所能也設(shè)計(jì)不出金屬球和彈簧加速度計(jì)；但通過減小了幾個(gè)數(shù)量級，MEMS器件可以用在容不下傳統(tǒng)傳感器的應(yīng)用中。

 

易于集成是MEMS技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樗鼈儾捎门cASIC制造相似的制造流程，MEMS結(jié)構(gòu)可以更容易地與微電子集成。將MEMS與CMOS結(jié)構(gòu)集成在一個(gè)真正的一體化器件中雖然挑戰(zhàn)性很大，但并非不可能，而且在逐步實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，許多制造商已經(jīng)采用了混合方法來創(chuàng)造成功商用并具備成本效益的MEMS產(chǎn)品。

 

 

數(shù)字微鏡像素的拆解視圖

 

德州儀器的數(shù)字微鏡器件（DMD）就是其中一個(gè)案例。DMD是TIDLP技術(shù)的核心，它廣泛應(yīng)用于商用或教學(xué)用投影機(jī)單元以及數(shù)字影院中。每16平方微米微鏡使用其與其下的CMOS存儲單元之間的電勢進(jìn)行靜電致動?；叶葓D像是由脈沖寬度調(diào)制的反射鏡的開啟和關(guān)閉狀態(tài)之間產(chǎn)生的。顏色通過使用三芯片方案（每一基色對應(yīng)一個(gè)芯片），或通過一個(gè)單芯片以及一個(gè)色環(huán)或RGB LED光源來加入。采用后者技術(shù)的設(shè)計(jì)通過色環(huán)的旋轉(zhuǎn)與DLP芯片同步，以連續(xù)快速的方式顯示每種顏色，讓觀眾看到一個(gè)完整光譜的圖像。

 

 

簡化的MEMS加速度計(jì)

 

二、MEMS現(xiàn)狀

 

基于各種原因，許多MEMS產(chǎn)品在商業(yè)上取得了巨大成功，其中許多器件已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。汽車工業(yè)是MEMS技術(shù)的主要驅(qū)動力之一。例如MEMS振動結(jié)構(gòu)陀螺儀，是一款新的相當(dāng)便宜的設(shè)備，目前用于汽車防滑或電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)中。村田電子的SCX系列MEMS加速度計(jì)、陀螺儀和傾斜儀，以及將這些功能集成在一個(gè)單芯片中可助力特定的汽車應(yīng)用---因?yàn)樗鼈兊木纫罂赡軙浅８摺；贛EMS的氣囊傳感器自上世紀(jì)90年代起在幾乎所有汽車中已經(jīng)普遍取代了機(jī)械式碰撞傳感器。上圖顯示了一個(gè)簡化的MEMS加速度計(jì)示例，同碰撞傳感器中使用的類似。一個(gè)帶有一定質(zhì)量塊的懸臂梁連接到一個(gè)或多個(gè)固定點(diǎn)以作為彈簧。當(dāng)傳感器沿梁的軸線加速時(shí)，該梁會移動一段距離，這段距離可以通過梁的“牙齒”與外部固定導(dǎo)體之間的電容變化來測量。

 

 

基于MEMS按需投放的打印機(jī)頭

 

許多商用和工業(yè)用噴墨打印機(jī)使用基于MEMS技術(shù)的打印機(jī)噴頭，保持這些墨滴并在需要時(shí)精確地放下這些墨滴——這一技術(shù)被稱為按需投放（DoD）。墨滴放置在橫跨壓電材料（比如lead zirconatetitanate，）組成的元件中，通過施加的電壓來進(jìn)行擠壓。這增加了打印頭墨水室的壓力，通過施力形成一個(gè)非常小量（相對壓縮）的墨水，并從噴嘴中噴出。

 

與此同時(shí)，其它一些MEMS技術(shù)才剛開始大規(guī)模進(jìn)入市場。微機(jī)械繼電器（MMR），比如歐姆龍開發(fā)的，這種繼電器更快，更高效，其集成度前所未有。歐姆龍發(fā)揮了自己的微機(jī)電系統(tǒng)專業(yè)優(yōu)勢，為市場帶來新款溫度傳感器：D6T非接觸式MEMS溫度傳感器。該D6TMEMS制作過程中集成了ASIC和熱電堆元件，所以這種小型化的非接觸式溫度傳感器大小僅為18×14×8.8毫米（4x4元件類型）。

 

當(dāng)然，當(dāng)前的MEMS技術(shù)不限于單個(gè)傳感器器件，考慮一下人的感官：單只眼帶給我們顏色、運(yùn)動和（一些）位置信息，而兩只眼睛將帶來雙眼視覺，改善立體感知。事實(shí)上，我們的許多感知體驗(yàn)需要感官的組合，這樣的感知才是最終有意義的。我們的思路是，通過將傳感數(shù)據(jù)組合起來，可以彌補(bǔ)單個(gè)感官器官的弱點(diǎn)和缺點(diǎn)，并達(dá)到某種程度上最佳的環(huán)境理解。在人類領(lǐng)域，這就是所謂的“多通道整合”；而在電子領(lǐng)域，這就是所謂的傳感器融合。傳感器融合，特別是當(dāng)它涉及到MEMS時(shí)，是移動設(shè)備中傳感器技術(shù)的一個(gè)重要的進(jìn)展。許多制造商已經(jīng)開始提供完整的解決方案，如飛思卡爾面向Win8的12軸Xtrinsic傳感器平臺。該平臺集成了3軸加速度計(jì)，3軸磁力計(jì)，壓力傳感器，3軸陀螺儀，環(huán)境光傳感器，并帶有一個(gè)ColdFire+MCU，以提供一個(gè)完全硬件解決方案——還打包提供專用的傳感器融合軟件。

 

隨著MEMS器件的優(yōu)勢獲得認(rèn)可，MEMS市場步伐也在持續(xù)加快。據(jù)YoleDéveloppement2012年MEMS產(chǎn)業(yè)報(bào)告中所述，在接下來6年，MEMS“將繼續(xù)保持平穩(wěn)、持續(xù)的兩位數(shù)增長”，2017年全球市場價(jià)值將達(dá)到210億美元。

 

 

三、MEMS的應(yīng)用領(lǐng)域

 

MEMS器件和系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異、功能強(qiáng)大、可以批量生產(chǎn)等傳統(tǒng)機(jī)械無法比擬的優(yōu)點(diǎn), 在很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

 

⒈ 信息業(yè)

 

信息技術(shù)的發(fā)展，對設(shè)備提出了更高的要求，功能更加強(qiáng)大的同時(shí)體積縮小。從多媒體人機(jī)界面(HI)看，使用微麥克風(fēng)的語音輸入和使用微攝像系統(tǒng)的圖形輸入都有廣闊市場，如今正在大力研制的微型智能機(jī)器人更是控制系統(tǒng)的最高目標(biāo)之一。用微陀螺裝在鼠標(biāo)上以穩(wěn)定其運(yùn)動，把微機(jī)械及其控制電路集成的微器件裝于磁頭上可使其在磁道上運(yùn)行精度大大提高(<0.1μm)，提高磁盤的磁道密度。至于微噴頭用于打印則早已有所報(bào)道。

 

⒉ 航空、航天業(yè)

 

由于衛(wèi)星及其發(fā)射的高成本，工作者早已提出小衛(wèi)星、微小衛(wèi)星、微衛(wèi)星和納米衛(wèi)星等概念。在1995年的國際會議上已有人提出研制全硅衛(wèi)星，即整個(gè)衛(wèi)星由硅太陽能電池板、硅導(dǎo)航模塊、硅通信模塊等組合而成，這樣可使整個(gè)衛(wèi)星的重量縮小到以千克計(jì)算，大幅度降低衛(wèi)星的成本，使較密集的分布式衛(wèi)星系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)。

 

MEMS對航空器的性能改善也值得一提，今后在飛機(jī)的要害部位都可裝上各種SMART傳感器，包括力學(xué)、聲學(xué)、氣流等，及時(shí)提供信息和進(jìn)行實(shí)時(shí)控制各種執(zhí)行部件，從而使飛行更加平穩(wěn)，噪聲大大的被抑制，并節(jié)省燃料。

 

⒊ 醫(yī)療和生物技術(shù)

 

生物細(xì)胞的典型尺寸為1～10μm，生物大分子的厚度為納米量級，長為微米量級。微加工技術(shù)制造的器件尺寸在這個(gè)范圍內(nèi)，因而適合于操作生物細(xì)胞和生物大分子，各種微泵、微閥、微鑷子、微溝槽、微器皿和微流量計(jì)都可以用 MEMS技術(shù)制造。利用這種技術(shù)，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有10萬種DNA片段的芯片，無疑對遺傳學(xué)研究、疾病診斷、檢測和治療等具有極其重要的作用。Stanford和Affmetrix公司制作的DNA芯片是通過在玻璃上刻蝕出非常小的圖案來檢測DNA基因，該芯片已能夠檢測到6000多種DNA基因片段。

 

⒋ 環(huán)境科學(xué)

 

利用MEMS制造的由化學(xué)傳感器、生物傳感器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成的微型測量和分析設(shè)備，用來檢測氣體和液體的化學(xué)成分，檢測核生物、化學(xué)物質(zhì)及有毒物品，其優(yōu)勢在于體積小、價(jià)格低、功耗小、便于攜帶。

 

美國密執(zhí)安大學(xué)1998年發(fā)表了環(huán)境監(jiān)測用無線微系統(tǒng)樣機(jī)—μCluster，由無線通訊、微系統(tǒng)控制和傳感器前端等三個(gè)方塊組成。該微系統(tǒng)未封裝時(shí)體積為10cm3，當(dāng)掃描速度較低時(shí)，功耗小于1mW，遙測半徑50m，壓力測量范圍80KPa～105KPa，精度為±13Pa。該系統(tǒng)已在美國海軍使用。

 

 

四、在海洋觀測領(lǐng)域的應(yīng)用

 

MEMS傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，體積更小，靈敏度更高，響應(yīng)速度更快，功耗更小，而且可以制作傳感器陣列以及與處理電路相集成?？梢猿浞譂M足海洋觀測領(lǐng)域高集成度、小型化、智能化、低功耗的需求。目前，國內(nèi)外已有一些基于MEMS的海洋觀測技術(shù)的研究。

 

⒈ 基于MEMS的CTD設(shè)備

 

CTD設(shè)備是海洋觀測中常用的測量儀器，它可以測量海水的溫度、鹽度和深度。通常 CTD 設(shè)備包括三個(gè)傳感器件：溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器和壓力傳感器?；贛EMS的CTD傳感器已有較廣泛的研究。

 

在基于MEMS的CTD設(shè)備中，溫度傳感器通常采用在硅基底上摻雜鉑或金制成的電阻溫度計(jì)。這類MEMS溫度傳感器具有低成本、結(jié)構(gòu)簡單、易于封裝等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于它直接制作在硅基底上，可以與處理電路或其他制作在硅基底上的傳感器相集成。鉑電阻溫度計(jì)可以達(dá)到很高的精度，在0～50℃的范圍內(nèi)，精度可以達(dá)到10－3℃～10－4℃。

 

基于MEMS的電導(dǎo)率傳感器通常采用平行板結(jié)構(gòu)來測量極板間海水的電導(dǎo)率。為了提高測量的精度，消除誤差及其他影響，人們對平行板電導(dǎo)率傳感器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了許多改良。平行板電導(dǎo)率傳感器工作時(shí)，電場會分布在較大的區(qū)域內(nèi)，任何導(dǎo)體或絕緣體進(jìn)入電場范圍內(nèi)都會干擾測量結(jié)果。為了減少外部電場帶來的影響，可通過設(shè)計(jì)將電場限制在所需的區(qū)域內(nèi)。對于電極位于平行板兩個(gè)極板表面的電導(dǎo)率傳感器，外部電場只出現(xiàn)在相對電極四周的板間區(qū)域，通?？梢圆捎迷谝粋?cè)電極的四周加保護(hù)環(huán)的設(shè)計(jì)來于減弱或消除外部電場。另一種平行板電導(dǎo)率傳感器，電極位于其中一個(gè)極板上，這種結(jié)構(gòu)雖然具有較高的分辨率，但其產(chǎn)生的外電場分布范圍更大，不僅極板間的區(qū)域、極板外側(cè)也分布有外電場。對于這種結(jié)構(gòu)，人們通過增加電極以及增加輔助電路的方式限制電場。

 

完整的CTD系統(tǒng)中通常還包含壓力傳感器，但在一些系統(tǒng)中也會省去壓力傳感器。壓力傳感器可以采用壓阻或壓電式傳感器，目前壓阻式傳感器技術(shù)較為成熟，CTD設(shè)備中的壓力傳感器往往采用壓阻式傳感器。壓力傳感器的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)固定隔膜結(jié)構(gòu)，隔膜結(jié)構(gòu)作為彈性元件感應(yīng)壓力，通過壓阻特性將壓力轉(zhuǎn)變?yōu)樽柚档淖兓?。單晶硅本身就是很好的壓阻材料，可以直接作為結(jié)構(gòu)材料，加工時(shí)通常在單晶硅基底上進(jìn)行體加工形成隔膜，再在隔膜邊緣少量摻雜形成p型或n型電阻以便于測量。

 

⒉ 基于MEMS的聲學(xué)換能器

 

聲學(xué)換能器能夠使聲波和電信號相互轉(zhuǎn)化，具有接收聲波和發(fā)射聲波的功能。聲學(xué)換能器在海洋觀測中有著重要的作用，可以用于水聽器、水下聲納探測裝置，或用于水下通信，構(gòu)建水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)?；?MEMS 的聲學(xué)換能器具有與壓力傳感器相近的結(jié)構(gòu)，分別有基于壓電效應(yīng)和電容檢測的聲學(xué)換能器。

 

基于壓電效應(yīng)的聲學(xué)換能器利用的是壓電效應(yīng)以及與之相反的逆壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)可以將隔膜的形變轉(zhuǎn)化為電荷的移動，用于感應(yīng)聲波的震動，產(chǎn)生電信號。而逆壓電效應(yīng)則相反，通過對壓電材料施加縱向的外電場，使壓電材料產(chǎn)生單一方向的側(cè)應(yīng)力，導(dǎo)致隔膜彎曲?？刂齐妶鲋芷谛缘母淖儯纯僧a(chǎn)生一定頻率的聲波。電容式聲學(xué)換能器一般采用平行板電容結(jié)構(gòu)，也可以采用叉指電容等相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。平行板電容結(jié)構(gòu)上極板為可動(形變)的隔膜，下極板為固定的硅基底，可包含多個(gè)電極。作為聲波發(fā)射裝置時(shí)，在上下極板間外加直流的偏置電壓形成靜電場，再通過加載交流電壓信號驅(qū)動隔膜震動，產(chǎn)生聲波。作為聲波接收裝置時(shí)，隔膜結(jié)構(gòu)感應(yīng)震動，轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫邪彘g電容的變化。

 

MEMS聲學(xué)換能器體積小巧，集成度高，并且可以在片內(nèi)集成信號處理電路，用以補(bǔ)償換能器本身的非線性等。高集成度的MEMS器件可以實(shí)現(xiàn)微米級尺寸緊密排布的二維陣列結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用與三維成像。

 

⒊ 基于MEMS的慣性傳感器

 

慣性(加速度)傳感器是一種技術(shù)比較成熟，應(yīng)用比較廣泛的MEMS傳感器，主要應(yīng)用于波浪觀測。目前國內(nèi)外波浪測量浮標(biāo)通常采用傳統(tǒng)的加速度傳感器，這些傳感器體積大、重量重、價(jià)格昂貴，從而使浮標(biāo)的制作成本增加。近年來，隨著基于MEMS的慣性傳感器的技術(shù)逐漸成熟，MEMS慣性傳感器逐漸推廣應(yīng)用于波浪的觀測。慣性傳感器的基本原理與壓力傳感器相似，是利用壓電效應(yīng)或壓阻效應(yīng)或電容位移檢測的原理，不同的是它不是感應(yīng)外力引發(fā)的形變，而是在彈性結(jié)構(gòu)上增加一個(gè)懸空的質(zhì)量塊，當(dāng)傳感器處于加速或減速運(yùn)動時(shí)，由于慣性作用，質(zhì)量塊的運(yùn)動相對于基底的運(yùn)動存在一定滯后，使得連接質(zhì)量塊和基底的彈性隔膜產(chǎn)生形變，從而感應(yīng)加速度。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，單一的慣性傳感器也可以檢測多個(gè)方向的加速度變化。由于波浪測量的原理與之前一致，從而促進(jìn)了國外波浪測量浮標(biāo)的更新?lián)Q代。

 

⒋ 基于MEMS的多傳感器觀測系統(tǒng)

 

除上述幾類MEMS傳感器外，地磁傳感器、光學(xué)傳感器等MEMS器件也能應(yīng)用在海洋觀測中。相比與許多傳統(tǒng)器件，MEMS傳感器除了具有體積小、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)外，高集成度也是它的一個(gè)重要優(yōu)勢。利用先進(jìn)的 MEMS 制造技術(shù)，可以在單一芯片上集成多個(gè)傳感器，同時(shí)觀測多方面的數(shù)據(jù)。CTD設(shè)備就是一個(gè)典型的多傳感器系統(tǒng)，通常集成有溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器和壓力傳感器，相比于應(yīng)用傳統(tǒng)傳感器的CTD設(shè)備，基于MEMS的CTD設(shè)備具有更低的功耗和更高的靈敏度及分辨率。同時(shí)基于MEMS的CTD設(shè)備也具有非常小的體積，這使它不僅僅可以作為單獨(dú)的海洋觀測設(shè)備使用，也可以與其他海洋觀測設(shè)備相結(jié)合，組成功能更豐富的海洋觀測系統(tǒng)。

 

海洋觀測浮標(biāo)通常也是多傳感器系統(tǒng)，因?yàn)楦?biāo)本身體積較大，往往可以根據(jù)需要集成多種傳感器。應(yīng)用MEMS慣性傳感器和地磁傳感器設(shè)計(jì)的測波浮標(biāo)，它的MEMS傳感器具有極低的功耗和極小的體積，其中MEMS慣性傳感器的功耗只有不到400μW，包括封裝和PCB 板在也只有幾厘米大小。除了應(yīng)用于波浪觀測，觀測浮標(biāo)還可以同時(shí)采集其他所需的數(shù)據(jù)，如溫度和鹽度等。因?yàn)镸EMS傳感器的功耗低，體積小，海洋浮標(biāo)觀測系統(tǒng)一般都具有充足的空間和電源供應(yīng)，可以靈活自由的配置所需的傳感器。同時(shí)，配置在距離較近的范圍內(nèi)的浮標(biāo)還可以彼此進(jìn)行無線通信，組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)。

 

MEMS傳感器具有極高的集成度，多傳感器系統(tǒng)也可以集成在很小的體積內(nèi)，由于這個(gè)特點(diǎn)，MEMS多傳感器系統(tǒng)可以應(yīng)用在比傳統(tǒng)傳感器更廣泛的領(lǐng)域里，海洋動物標(biāo)簽就是一種充分利用MEMS傳感器高集成度這一優(yōu)勢的海洋觀測儀器，研究者們已經(jīng)進(jìn)行了很多關(guān)于海洋動物標(biāo)簽的研究。海洋動物標(biāo)簽是一種包含MEMS傳感器、數(shù)據(jù)采集和控制電路、通信電路(有源或無源標(biāo)簽)和電源等于一體的小型標(biāo)簽設(shè)備，通常包括封裝在內(nèi)也只有幾厘米大小，可以固定在魚類身上而不影響魚類的活動，當(dāng)被標(biāo)記的魚再次被捕獲時(shí)，通過射頻閱讀設(shè)備讀取標(biāo)簽中存儲的數(shù)據(jù)，這種標(biāo)簽通常用于漁業(yè)和生態(tài)研究等。丹麥技術(shù)大學(xué)微納技術(shù)系的Anders Hyldg rd等人設(shè)計(jì)了一種用于漁業(yè)研究的多傳感器標(biāo)簽。該多傳感器系統(tǒng)包括了溫度、鹽度、壓力和光敏傳感器，這些傳感器全部集成于一塊芯片，傳感器芯片的尺寸僅為4×6mm2。該標(biāo)簽系統(tǒng)還包括控制芯片、存儲器、射頻標(biāo)簽和電源等，這些模塊安置在一塊PCB板上，通過盆栽管(potted－tube)封裝以密封電路部分。

 

MEMS多傳感器系統(tǒng)具有極高的靈活性和集成度。可將許多不同種類的傳感器以及控制、數(shù)據(jù)處理和存儲、通信模塊等集成在一塊PCB板上，甚至是一塊芯片上。可根據(jù)應(yīng)用需求定制不同的器件，應(yīng)用范圍十分廣泛。

 

 

五、在我國的研制現(xiàn)狀及未來展望

 

⒈ 我國MEMS的研制現(xiàn)狀

 

我國的MEMS研究始于20世紀(jì)90年代初，在“八五”、“九五”期間得到了科技部、教育部、中科院、國家自然科學(xué)基金委的支持，研制了微陀螺與微加速度計(jì)、微型傳感器和微型執(zhí)行器、微流量器件和系統(tǒng)、生物芯片和微電泳儀、微型光開關(guān)和RF MEMS器件、微型機(jī)器人和微操作系統(tǒng)、硅和非硅制造工藝。其中微型壓力傳感器、微型加速度計(jì)、微流量傳感器和微氣體傳感器已經(jīng)得到少量應(yīng)用.目前全國約有50多個(gè)MEMS研制單位，形成了幾個(gè)MEMS研究力量相對集中的地區(qū)。如上海交通大學(xué)研制了用于小型直升飛機(jī)試驗(yàn)的直徑2mm的微型馬達(dá)。

 

由于各種原因，我國的MEMS研究在質(zhì)量、性能價(jià)格比及商品化等方面與國外有很大的差距。政府加大投入、企業(yè)參與開發(fā)應(yīng)為MEMS從業(yè)人員提供更加強(qiáng)大的資金、技術(shù)支持。

 

⒉ MEMS發(fā)展趨勢

 

當(dāng)前MEMS技術(shù)正處于突破和高速發(fā)展前夕，21世紀(jì)肯定會展現(xiàn)一個(gè)大發(fā)展的局面，其廣泛應(yīng)用和效益將強(qiáng)有力的顯示出來，對信息、航天、航空、自動控制、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、近代物理和工程學(xué)等領(lǐng)域的影響將是深刻的人類的生產(chǎn)和生活方式也會因此而發(fā)生某些變化。

 

MEMS技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是不斷提高集成系統(tǒng)的性能及價(jià)格比，因此提高芯片的集成度是不斷縮小半導(dǎo)體器件特征尺寸的動力源泉。研究方向的多樣化、加工工藝的多樣化、系統(tǒng)單片集成化將是MEMS技術(shù)的發(fā)展方向。

 

六、結(jié)束語

 

MEMS技術(shù)目前仍屬于新興的技術(shù)領(lǐng)域，并不是很成熟，許多領(lǐng)域的研究仍比較匱乏。但通過目前國內(nèi)外的研究成果可以看到，MEMS傳感器系統(tǒng)具有高集成度、高靈敏度、高分辨率、低功耗、低成本等優(yōu)勢。MEMS是21世紀(jì)推動國民經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)重要的技術(shù)，它們的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用必將對許多重要技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

 

在海洋觀測中應(yīng)用MEMS傳感器技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)傳感器的高集成度、小型化和低功耗，從而令海洋觀測儀器體積更小、功耗更低、配置更靈活。另外MEMS聲學(xué)換能器不僅可以作為一種觀測設(shè)備，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)水下通信，以構(gòu)建水下無線傳感網(wǎng)。

 

隨著人們對海洋研究的深入和未來海洋觀測技術(shù)智能化、網(wǎng)絡(luò)化和小型化的發(fā)展，MEMS傳感器技術(shù)將以其特有的優(yōu)勢，在海洋觀測技術(shù)的發(fā)展中發(fā)揮更重要的作用。相信隨著MEMS技術(shù)的日趨成熟，MEMS傳感器技術(shù)將更廣泛的應(yīng)用在海洋觀測的各個(gè)領(lǐng)域中。

 

 

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