微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是一種技術(shù)，其最一般的形式可以定義為使用微細(xì)加工技術(shù)制成的小型機(jī)械和機(jī)電元件（即設(shè)備和結(jié)構(gòu)）。MEMS器件的關(guān)鍵物理尺寸可能從尺寸范圍的下端的一微米以下到幾毫米不等。同樣，MEMS裝置的類(lèi)型可以從沒(méi)有運(yùn)動(dòng)元件的相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)變化到在集成微電子的控制下具有多個(gè)運(yùn)動(dòng)元件的極其復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)。MEMS的一個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)是至少有一些元件具有某種機(jī)械功能，而無(wú)論這些元件是否可以移動(dòng)。用于定義MEMS的術(shù)語(yǔ)在世界各地有所不同。在美國(guó)，它們主要被稱(chēng)為MEMS，而在世界其他地區(qū)，它們被稱(chēng)為“微系統(tǒng)技術(shù)”或“微機(jī)械設(shè)備”。

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盡管MEMS的功能元件是小型化的結(jié)構(gòu)，傳感器，致動(dòng)器和微電子器件，但最值得注意的（也許是最有趣的）元件是微傳感器和微致動(dòng)器。微型傳感器和微型執(zhí)行器適當(dāng)?shù)貧w類(lèi)為“換能器”，其定義為將能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式的設(shè)備。在微傳感器的情況下，該設(shè)備通常會(huì)將測(cè)得的機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

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在過(guò)去的幾十年中，MEMS研究人員和開(kāi)發(fā)人員已經(jīng)針對(duì)幾乎所有可能的傳感方式（包括溫度，壓力，慣性力，化學(xué)物質(zhì)，磁場(chǎng)，輻射等）展示了數(shù)量眾多的微型傳感器。值得注意的是，許多此類(lèi)微型機(jī)械傳感器已經(jīng)展示了的表現(xiàn)超過(guò)了他們的宏觀水平。即，例如壓力傳感器的微加工版本通常勝過(guò)使用最精確的宏觀水平加工技術(shù)制成的壓力傳感器。不僅MEMS裝置的性能優(yōu)異，而且其生產(chǎn)方法還利用了集成電路行業(yè)中使用的批量生產(chǎn)技術(shù)，這可以轉(zhuǎn)化為較低的每裝置生產(chǎn)成本，以及許多其他好處。因此，不僅可以實(shí)現(xiàn)恒星器件的性能，而且可以以相對(duì)較低的成本水平實(shí)現(xiàn)。毫不奇怪，基于硅的分立式微傳感器在商業(yè)上得到了迅速的開(kāi)發(fā)，這些設(shè)備的市場(chǎng)繼續(xù)以快速的速度增長(zhǎng)。

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最近，MEMS研究與開(kāi)發(fā)團(tuán)體已經(jīng)展示了許多微致動(dòng)器，包括：用于控制氣體和液體流動(dòng)的微閥；以及用于控制氣體和液體流動(dòng)的微閥。光學(xué)開(kāi)關(guān)和反射鏡以重定向或調(diào)制光束；用于顯示器的獨(dú)立控制的微鏡陣列，用于許多不同應(yīng)用的微諧振器，用于產(chǎn)生正流體壓力的微泵，用于調(diào)節(jié)翼型上氣流的微瓣以及許多其他產(chǎn)品。令人驚訝的是，即使這些微致動(dòng)器非常小，它們也經(jīng)常會(huì)在宏觀水平上產(chǎn)生影響。也就是說(shuō)，這些微型執(zhí)行器可以執(zhí)行的機(jī)械性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其尺寸所暗示的。例如，

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當(dāng)這些小型化的傳感器，致動(dòng)器和結(jié)構(gòu)都可以與集成電路（即微電子）一起合并到一個(gè)共同的硅基板上時(shí)，MEMS的真正潛力就開(kāi)始得到滿(mǎn)足。在使用集成電路（IC）工藝流程（例如CMOS，雙極或BICMOS工藝）制造電子設(shè)備的同時(shí)，使用兼容的“微加工”工藝制造微機(jī)械組件，該工藝選擇性地蝕刻掉一部分硅晶片或添加新的結(jié)構(gòu)層形成機(jī)械和機(jī)電裝置。如果MEMS不僅可以與微電子技術(shù)融合，還可以與光子學(xué)，納米技術(shù)等其他技術(shù)融合，那就更加有趣了。這有時(shí)被稱(chēng)為“異構(gòu)集成”。顯然，

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雖然更復(fù)雜的集成水平是MEMS技術(shù)的未來(lái)趨勢(shì)，但目前的技術(shù)水平相對(duì)較低，通常涉及單個(gè)離散微傳感器，單個(gè)離散微致動(dòng)器，單個(gè)與電子器件集成的微型傳感器，實(shí)質(zhì)上涉及多種與電子設(shè)備集成的相同微傳感器，與電子設(shè)備集成的單個(gè)微致動(dòng)器，或與電子設(shè)備集成的多個(gè)基本相同的微致動(dòng)器。然而，隨著MEMS制造方法的發(fā)展，其前景是巨大的設(shè)計(jì)自由度，其中任何類(lèi)型的微傳感器和任何類(lèi)型的微致動(dòng)器都可以與微電子以及光子學(xué)，納米技術(shù)等合并到單個(gè)基板上。

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MEMS的愿景是將微傳感器，微致動(dòng)器和微電子技術(shù)及其他技術(shù)集成到單個(gè)微芯片中，這有望成為未來(lái)最重要的技術(shù)突破之一。通過(guò)利用微傳感器和微執(zhí)行器的感知和控制能力來(lái)增強(qiáng)微電子的計(jì)算能力，這將有助于開(kāi)發(fā)智能產(chǎn)品?？梢詫⑽㈦娮蛹呻娐芬暈橄到y(tǒng)的“大腦”，而MEMS通過(guò)“眼睛”和“手臂”增強(qiáng)了這種決策能力，從而允許微系統(tǒng)感知和控制環(huán)境。傳感器通過(guò)測(cè)量機(jī)械，熱，生物，化學(xué)，光學(xué)和磁現(xiàn)象從環(huán)境中收集信息。然后，電子設(shè)備處理從傳感器獲得的信息，并通過(guò)某種決策能力引導(dǎo)執(zhí)行器通過(guò)移動(dòng)，定位，調(diào)節(jié)，泵送和過(guò)濾進(jìn)行響應(yīng)，從而為某些所需的結(jié)果或目的控制環(huán)境。此外，由于MEMS器件是使用類(lèi)似于IC的批量制造技術(shù)制造的，因此可以以相對(duì)較低的成本將前所未有的功能，可靠性和復(fù)雜性水平放置在小型硅芯片上。MEMS技術(shù)在其預(yù)期的應(yīng)用領(lǐng)域以及器件的設(shè)計(jì)和制造方式上都極為多樣化和豐富。MEMS通過(guò)實(shí)現(xiàn)完整的片上系統(tǒng)已經(jīng)在革新許多產(chǎn)品類(lèi)別。

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納米技術(shù)是在原子或分子水平上操縱物質(zhì)以使其在納米尺度上有用的能力?；旧?，有兩種實(shí)現(xiàn)方法：自頂向下和自底向上。在自上而下的方法中，器件和結(jié)構(gòu)是使用與MEMS中使用的許多相同的技術(shù)制造的，除了通常通過(guò)采用更先進(jìn)的光刻和蝕刻方法來(lái)使其尺寸更小之外。自下而上的方法通常涉及沉積，生長(zhǎng)或自組裝技術(shù)。納米器件相對(duì)于MEMS的優(yōu)勢(shì)主要來(lái)自縮放定律，這也可能帶來(lái)一些挑戰(zhàn)。

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一些專(zhuān)家認(rèn)為，納米技術(shù)有望：允許我們將每個(gè)原子或分子基本上放置在所需的位置和位置–即組裝的精確位置控制，b）。允許我們制造幾乎任何可以在原子或分子水平上指定的符合物理定律的結(jié)構(gòu)或材料；和c）。使我們的制造成本不會(huì)大大超過(guò)制造中所需原材料和能源的成本（即大規(guī)模并行性）。

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盡管有時(shí)將MEMS和納米技術(shù)稱(chēng)為獨(dú)立和不同的技術(shù)，但實(shí)際上兩者之間的區(qū)別并不是很明確。實(shí)際上，這兩種技術(shù)高度依賴(lài)。用于檢測(cè)納米級(jí)單個(gè)原子和分子的眾所周知的掃描隧道尖端顯微鏡（STM）是MEMS設(shè)備。類(lèi)似地，用于操縱襯底表面上單個(gè)原子和分子的放置和位置的原子力顯微鏡（AFM）也是MEMS器件。實(shí)際上，為了與納米級(jí)領(lǐng)域相接口，需要各種MEMS技術(shù)。

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同樣，許多MEMS技術(shù)正變得越來(lái)越依賴(lài)納米技術(shù)來(lái)獲得成功的新產(chǎn)品。例如，由于檢測(cè)質(zhì)量和基板之間的動(dòng)態(tài)使用中粘滯效應(yīng)，使用MEMS技術(shù)制造的安全氣囊加速度計(jì)的長(zhǎng)期可靠性可能會(huì)下降?，F(xiàn)在，通常使用一種稱(chēng)為自組裝單層（SAM）涂層的納米技術(shù)來(lái)處理運(yùn)動(dòng)中的MEMS元件的表面，以防止在產(chǎn)品的使用壽命內(nèi)發(fā)生粘連效應(yīng)。

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許多專(zhuān)家得出的結(jié)論是，MEMS和納米技術(shù)本質(zhì)上是一種技術(shù)的兩個(gè)不同標(biāo)簽，該技術(shù)涵蓋了人眼無(wú)法看到的高度微型化的事物。注意，即使最先進(jìn)的IC技術(shù)通常具有尺寸為數(shù)十納米的器件，在集成電路領(lǐng)域中也存在類(lèi)似的廣義定義，其通常被稱(chēng)為微電子技術(shù)。不管MEMS和納米技術(shù)是否相同，毫無(wú)疑問(wèn)，這兩種技術(shù)之間存在著壓倒性的相互依存關(guān)系，只會(huì)隨著時(shí)間的推移而增加。也許最重要的是這些技術(shù)帶來(lái)的共同利益，包括：增強(qiáng)的信息功能；系統(tǒng)小型化；新科學(xué)產(chǎn)生的微型尺寸的新材料；并增加了系統(tǒng)的功能和自治性。

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