浅析微电子机械系统技术研究综述

杜杨

摘 要：微电子机械系统技术的特点是可使制品微型化、集成化并以硅作为加工材料。该技术可分为体微机械加工、表面微机械加工、金属微机械加工和复合微机械加工四类。所采用的基础技术主要有：腐蚀技术、硅键合技术、多层无应力薄膜沉积技术、牺牲层技术、LIGA 技术以及以上技术的复合，该项技术应用广泛。本文阐述了微电子机械系统的概念，分析了微电子机械系统加工工艺，最后提出来MEMS技术发展的趋势及展望。

关键词：微电子机械系统；研究综述

微电子机械系统（简称为MEMS）就是利用微细加工技术，把电子和机械器件集成在一微小空间内，并能完成一定功能的优化复杂系统。而与其相关的一系列技术，如制造技术、微检测技术、微系统分析及控制技术等，则统称为微电子机械技术，简称为MEMT）。早在70年代初，人们就已开始了有关微电子机械系统技术的研究，直到80年代中后期，这个领域才有了实质性的进展，并已成为以美国、日本、德国为代表的许多发达国家的研究热点。微电子机械系统技术是自微电子技术问世以来，人们不断追求高新技术装置微型化的必然结果，有着及其广泛的应用前景，因而被列为二十一世纪关键技术之一。

一、微电子机械系统的概念

微机电系统是一种集成了微电子电路和微机械致动器的微小器件或装置，它可根据电路信息的指令，控制致动器实现机械操作，还可以利用传感器接收外部信息，将转换出来的信号经电路处理放大，再由致动器变为机械操作，去执行命令。可以说，微机电系统是一种获取、处理信息和执行机械操作的集成器件。研究微机电系统的基础理论、设计、材料、加工、检测和应用的学科叫做微机电系统技术。MEMS并不是传统机械电子的直接微型化，在物质结构、尺度、材料、制造工艺和工作原理等方面远远超出传统机械电子的概念和范畴。它可以说是微电子技术的拓宽和延伸，将微电子、一体的系统，这是一种面向新世纪的高新技术，其意义和应用将涉及航空航天、军事、生物医学工程、太空探险、深海探查等领域，因此一旦技术上成熟并形成产业，将对国民经济建设、国防建设乃至社会发展产生深远影响。它主要由微型传感器、执行器和相应的处理电路部分组成。

二、微电子机械系统加工工艺分析

在微电子机械系统中，硅微机械加工是主要的加工技术，对制作微传感器和微执行器提供了有效的技术支持，因此对微电子机械加工工艺的研究主要针对硅微电子机械系统的加工工艺，主要分为以下几种：

1. 键合

键合是指在不使用粘合剂的情况下，借助化学键和物理作用将材料进行紧密的结合，一般而言是将硅与硅直接结合，将硅与玻璃进行静电键结合。这种加工工艺操作简单方面，结合效果好。

2. 腐蚀

腐蚀是硅微电子机械系统最为常用的加工工艺，主要是将硅微腐蚀成型，一般分为湿法腐蚀和干法腐蚀，前者的操作简单、成本低且效果好，成为微电子机械加工中使用最广泛的工艺，后者主要是借助离子刻蚀和激光加工。

3. 扩散

扩散是掺杂工艺的一种，主要是在高温的条件下，向半导体晶片的内部进行扩散，进而改变杂质的分布情况，最终影响到整个微电子系统的运作情况。

4. 光刻

光刻是借助照相复印的理论，将光刻版上的图形复印在金属蒸发层上，然后有选择性的进行化学腐蚀，得出相应的图形，可见，光刻是将复印图像和化学腐蚀结合的一种加工工艺，其基本思想是利用光刻刻蚀出一定的图形，然后借助化学腐蚀技术将周围的多余材料进行腐蚀。

5. 氧化

氧化主要是将硅置于高温炉内，使硅片表面形成一层薄膜，然后再借助干氧化和湿氧化进行处理，在这一过程中要注意氧化层的生长速度以及氧化稳定和水汽含量的变化。

可见，随着技术的进步和工艺的不断发展，用于微电子机械加工的工艺标新立异，为机械加工制作提供了重要的技术支持。

三、MEMS技术发展的趋势及展望

21世纪微电子机械系统（MEMS）将在机器智能化、生物模拟、信息科学方面取进展。

随着MEMS技术的发展———MEMS器件加工工艺和加工手段的多样化，系统单片集成化等，可以将拥有高性能传感器和处理器的MEMS器件嵌入机器中，传感器可以从外部环境中获取各种详细的信息，处理器就地处理、判断这些信息，然后通过反馈回路驱动执行装置在最短的时间内做出正确的反应，使机器具有智能化。MEMS技术的不断发展，使微电子机械部件的尺寸越来越小，甚至达到生物细胞的尺寸数量级。这些微电子机械部件能够模拟生物器官的功能，将许多这样的微电子机械部件并联和串联起来，可以自由地控制、操作细胞和生物大分子，实现复杂的功能，可广泛应用于外科手术、人造器官以及基因工程。在信息科学方面，本身具有信息的采集、处理、传输和存储的MEMS器件无疑是将来信息交换的根本。

MEMS技术的发展目标在于，通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域和产业。MEMS可以完成大尺寸机电系统所不能完成的任务，也可嵌入大尺寸系统中，把机电系统的自动化、智能化和可靠性水平提高到一个新的水平。21世纪MEMS将逐步从实验室走向实用化，对工农业、信息、环境、航空、航天、生物工程、医疗、空间技术、国防和科学发展产生重大影响，人类的生产和生活方式也会因此而发生某些改变。

四、结语

MEMS技术的发展目标在于，通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域和产业。MEMS可以完成大尺寸机电系统所不能完成的任务，也可嵌入大尺寸系统中，把机电系统的自动化、智能化和可靠性水平提高到一个新的水平。MEMS技术是80年代中期国际上崛起的一项非常值得重视的高新技术，经过10余年的功夫，一代崭新的MEMS产品已经问世并推向市场.它们的实现和应用必将对许多领域，如工农业、信息、环境、航空、航天、生物工程、医疗、空间技术、国防和科学领域的发展产生深远的影响。

参考文献：

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[2] 林良明，颜国正，宋一然.微机械技术应用于医疗工程的研究[J].中国医疗器械杂志，1999，23（5）.