1。1 MEMS的基本概念及特点

随着微电子技术的飞速发展，其集成度越来越高，加工尺度也越来越小，已逐渐开始进入亚微米时代。微电子技术的进展促进了微机电系统技术的迅速兴起和发展。在20世纪50年代硅和砷化镓等半导体押阻特征的发现促进了硅传感器和换能器的发展，1971年Case Westem Reserve大学研制出集成微压力传感器。1977年Stanford大学研制出电容式硅压力微电视。1987年美国利用集成电路制造工艺首次制造出了直径为100um的硅静电微电视，转子的直径仅为60um。这一突破性技术成就开创了采用微电子技术制造微机械的崭新领域。随后，微膜、微梁、微齿轮、微弹簧、微椎体、微轴承等微机械构件相继被研制出来。微机械技术与为电子技术相结合，形成了一个新兴的技术领域—微机电系统。

1。1。1。基本概念

微机电系统（MEMS）是指微机械加工技术制作的包括微机械传感器、微机械执行器等微机械基本部分以及微能源和由集成电路加工技术制作的高性能电子集成线路组成的微机电器件、设置或系统[1]。其关键尺寸在亚微米至亚毫米范围内。MEMS涉及多个学科，包括微机械学、微电子学、自动控制、物理、化学、生物以及材料科学等多门学科，是近些年发展起来的一门新兴的、高新技术的交叉学科。

简单来说，微机电系统相当于一个微小的系统，这个系统由三方面组成，它们分别是集成微电子电路、微机械集成器以及微机械传感器。这种系统不但可以依照电路信息给予的指令控制某些执行器来实现特定的机械操作；而且可以通过它的传感器来探测或接受信息，传感器相当于一个中转站，它传出的信息经电路处理后，去执行命令。也就是说，微机电系统是一种获取并处理信息且执行机械操作的一类集成器件。

一个完整的MEMS系统是由多个部分组成，它们分别是微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通信接口及电源，由于它的尺寸小，相对于大尺寸机电系统具有一定的优势，还可以使用独立的微型器件，如微型传感器，嵌入大型系统中使用，从而大大提高系统自动化，智能化和可靠性程度。

1。1。2。微机电系统的典型特征

a。器件尺寸非常小

微机电系统的大小通常控制在微米甚至纳米级，例如，ADXL202加速度计和微型马达的尺寸在一百到几百微米之间，而单分子操纵器的局部尺寸仅为微米甚至纳米。尽管MEMS器件的绝对尺寸很小，但是一般来说其相对尺寸误差和间隙却比较大，例如传统宏观机械的相对精度高达1:2000000，而MEMS的相对精度一般只有1:100左右。

b。具有多能力域 

信息与能量的交流和控制是微机电系统的主要功能，因为它由一个或多个微传感器、微结构、微执行器和信息处理电路共同组成，所以其具有感知和传出信息到外部的能力，并切实能够实现微观尺度下电热、机械、磁、光和生化等多个领域的测量和控制。例如加速度传感器将机械能转换成电信号，打印机喷头将电能转换为机械能，生化传感器将化学和生物反应转换为电能或机械能。

c。基于微加工技术制造

MEMS起源于IC制造技术，大量的利用了IC制造方法，力求与IC制造技术一致。然而，由于MEMS的多样性，其制造过程引入了许多新方法。 引入这种方法，使得MEMS制造和IC制造业的差异在不断增加。

d。微机电系统不是宏观对象比例缩小

尽管许多不同领域的微型化都可以发展和应用自己的压缩版，可是MEMS并不只是外观表象上的的缩小，还蕴含着的宏观系统所没有的原理乃至功能，这是由比例影响决定的。例如微电机不仅结构与宏观电机不同，其利用静电驱动的工作原理也与传统宏观电机的磁力驱动明显不同。