MEMS微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems)
微机电系统
微机电系统制造工艺史微机电系统（Micro Electro-Me-chanical Systems，MEMS）是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的。
微机电系统是微米大小的机械系统，其中也包括不同形状的三维平板印刷产生的系统。
这些系统的大小一般在微米到毫米之间。
在这个大小范围中日常的物理经验往往不适用。
比如由于微机电系统的面积对体积比比一般日常生活中的机械系统要大得多，其表面现象如静电、润湿等比体积现象如惯性或热容量等要重要。
它们一般是由类似于生产半导体的技术如表面微加工、体型微加工等技术制造的。
其中包括更改的硅加工方法如压延、电镀、湿蚀刻、干蚀刻、电火花加工等等。
①微机电系统制造发展历程：19世纪照相制版;1951年显像管遮蔽屏(美国RCA公司)(光学应用);1952年表面微加工专利2749598(美);1954年压阻效应;1962年晶体的异向腐蚀;1963年半导体压力计(日本丰田中央研究所);1967年振动门晶体管(美国Westinghouse公司)(牺牲层腐蚀);1968年阳极键合(美国Mallory公司);1969年基于掺杂浓度的腐蚀;1970年硅微电极(斯坦福大学);1973年内窥镜用硅压力传感器(斯坦福大学);1974年集成气相质谱仪(斯坦福大学);1979年集成压力传感器(密西根大学);1982年LIGA工艺(德国原子力研究所);1986年硅反馈式加速度计(瑞士CSEM);1986年集成流量控制器(日本东北大学);1987年微齿轮等(美国加州大学伯克利分校，贝尔研究所);1987年微静电微马达(加州大学伯克利分校，Yu-Chong Tai，Long-Sheng Fan)。
发展阶段：硅微传感器阶段：1963年日本丰田研究中心制作出硅微压力传感器。
微机电系统技术及应用
微机电系统技术及应用微机电系统技术（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）是指一种集成微型机械、电子和计算机技术的系统，它利用微型加工技术将传感器、执行器和电子元器件等多种功能集成到一个芯片上，从而实现在微小空间内进行感测、信号处理和控制的复杂系统。
自20世纪80年代以来，MEMS技术在各个领域得到了广泛的应用，成为现代科技进步的重要方向之一。
一、MEMS技术的基本原理MEMS技术的实现基于微机械制造技术，即利用光刻、蚀刻、离子注入、薄膜沉积、微调工艺等多种微加工技术，在硅基底板上制造出微型机械和微型电子元器件，将它们集成在一起实现控制系统的复杂功能。
常见的MEMS元件包括传感器和执行器两类。
传感器一般是将物理量转换成电信号输出的元件，MEMS传感器主要有压力传感器、加速度传感器、角速度传感器、温度传感器、化学传感器等，它们的结构和工作原理各不相同。
以加速度传感器为例，它主要是通过微型悬臂等结构感受加速度的作用，在振动部件上加上感应电极，利用柔性连接器将机械运动转化成电信号输出。
执行器是将电信号转换成物理运动的设备，MEMS执行器主要有微型电机、微泵、微阀门和微喷头等。
以微型电机为例，它主要包括固定部件和旋转部件，其结构具有一定的复杂性。
电机的旋转部件通常采用转子-定子结构，采用MEMS技术可以制造出特殊形状的转子并将其悬挂在薄膜支撑结构上，转子与定子之间通过电容传感器实现控制，电容传感器输出的信号被用于控制电机的转速和方向。
二、MEMS技术的应用领域MEMS技术的应用范围非常广泛，包括空间、军事、医疗、汽车、电子信息等多个领域，在以下几个方面得到了广泛应用。
1.传感器MEMS传感器可以感测体积小、重量轻、功耗低、响应速度快、精度高等诸多优点，使之成为传感器领域的重要技术。
它广泛应用于汽车行业、工业自动化控制、医疗设备等领域，如安全气囊用于汽车碰撞检测、指纹识别传感器、手机加速度传感器等。
mems超声波传感器原理
MEMS超声波传感器原理1. 引言MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）超声波传感器是一种基于微机电系统技术的传感器，常用于测量距离、检测物体、检测流体等应用。
它利用超声波的特性来实现非接触式的测量和控制，具有高精度、高灵敏度和快速响应等优点。
本文将详细解释MEMS超声波传感器的基本原理。
2. 超声波的基本原理超声波是指频率超过20kHz的机械振动波，它是一种纵波，在介质中传播时，分子之间发生周期性的压缩和稀疏。
超声波具有以下几个特点：•高频：超过人类听觉范围（20Hz-20kHz），通常在40kHz以上。
•短波长：随着频率增加，波长减小，可以实现较高精度的测量。
•直线传播：由于短波长，超声波在空气或液体中以直线方式传播。
3. MEMS超声波传感器结构MEMS超声波传感器通常由以下几个部分组成：•超声波发射器：用于产生超声波信号。
•超声波接收器：用于接收返回的超声波信号。
•控制电路：用于控制发射和接收过程，并处理传感器的输出信号。
4. MEMS超声波传感器工作原理MEMS超声波传感器的工作原理可以分为以下几个步骤：步骤1：发射超声波1.控制电路向超声波发射器提供电压信号，激励超声波发射器产生高频振动。
2.高频振动通过耦合装置传递给传感器的震荡膜或谐振腔。
步骤2：超声波传播1.发射的超声波以直线方式在介质中传播，如空气或液体。
2.当遇到物体或界面时，部分超声波被反射回来。
步骤3：接收反射信号1.反射的超声波进入MEMS超声波传感器的接收装置，如震荡膜或谐振腔。
2.接收装置将机械能转换为电能，并输出相应的电压信号。
步骤4：信号处理1.控制电路接收到传感器输出的电压信号。
2.信号经过放大、滤波和调理等处理，以提高测量精度和减小噪声。
步骤5：测量和控制1.经过信号处理后的信号被用于测量距离、检测物体等应用。
2.控制电路可以根据测量结果进行相应的控制，如报警、反馈控制等。
mems三轴加速度计原理
mems三轴加速度计原理MEMS三轴加速度计原理1. 什么是MEMS三轴加速度计？MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）三轴加速度计是一种微型化的传感器设备，用于测量物体在三个方向上的加速度。
它的工作原理基于微机电系统技术，通过微型电子组件和微机械结构实现加速度的检测与测量。
该设备通常由微加速度感应器、信号处理电路和数据输出接口组成，能够广泛应用于移动设备、汽车安全系统、运动监测等领域。
2. MEMS三轴加速度计的工作原理微加速度感应器微加速度感应器是MEMS三轴加速度计的核心部件。
它通常由微结构和敏感电路组成。
微结构由多个微机械振动结构组成，其中包括微型质量块和弹簧。
当发生加速度时，微加速度感应器内的质量块会受到惯性力的作用而发生位移，从而引起弹簧的变形。
敏感电路敏感电路是用于检测和测量微加速度感应器产生的位移的电路部分。
它通常由压电传感器和信号放大器组成。
压电传感器可以将微加速度感应器的位移转化为电荷信号。
当微加速度感应器发生位移时，压电传感器产生电荷信号，这个信号会被传递到信号放大器。
信号放大器会放大压电传感器产生的微弱电荷信号，使之成为可以被读取和处理的电压信号。
3. MEMS三轴加速度计的工作过程MEMS三轴加速度计的工作过程可以分为三个阶段：感应阶段、转换阶段和读数阶段。
感应阶段在感应阶段，当加速度发生变化时，微加速度感应器内的质量块会受到惯性力作用而发生位移。
这个位移将被压电传感器转化为电荷信号。
转换阶段在转换阶段，压电传感器产生的电荷信号被信号放大器放大为可以进行读数和处理的电压信号。
信号放大器通常采用运算放大器等电路进行放大。
读数阶段在读数阶段，通过数据输出接口可以读取和处理由信号放大器产生的电压信号。
这些信号可以被转换成数字信号，从而得到物体在三个方向上的加速度数值。
MEMS三轴加速度计通过微机电系统技术，利用微加速度感应器和敏感电路实现对物体加速度的检测和测量。
mems微机电系统名词解释
mems微机电系统名词解释MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）是一种集成微型机械、电子与传感器功能于一身的微型设备。
它结合了传统的机械制造技术、半导体工艺和微纳米技术，将微型机械部件、传感器、电子电路以及微纳加工技术集成在一个晶圆上，以实现微型化、多功能化和集成化的目标。
以下是一些与MEMS相关的名词解释：1. 传感器（Sensor）：一种能够感知并转换外部物理量、化学量或生物量的设备，可以将感应到的物理量转化为电信号。
2. 执行器（Actuator）：一种能够接收电信号并将其转化为相应的机械运动的设备，用来实现对外界的控制或作用。
3. 微型机械（Micro-Mechanical）：指尺寸在微米或纳米级别的机械部件，由微细加工技术制造而成，具有微小、精确和高效的特点。
4. 纳米技术（Nanotechnology）：一种研究和应用物质在纳米尺度下的特性、制备和操作的技术，常用于MEMS器件的加工制造。
5. 惯性传感器（Inertial Sensor）：一种基于测量物体运动状态和变化的MEMS传感器，如加速度计和陀螺仪。
6. 压力传感器（Pressure Sensor）：一种可以测量气体或液体压力的MEMS传感器，常用于汽车、医疗、工业等领域。
7. 加速度计（Accelerometer）：一种测量物体在空间中加速度的MEMS传感器，常用于移动设备、运动检测等应用。
8. 微镜（Micro-Mirror）：一种利用MEMS技术制造的微型反射镜，通常用于显示、成像和光学通信等应用。
9. 微流体器件（Microfluidic Device）：一种用于实现微小流体控制的MEMS器件，常用于生化分析、药物传递和微生物学研究等领域。
10. 无线传感器网络（Wireless Sensor Network）：一种由多个分布式的MEMS传感器节点组成的网络系统，可以实现对环境信息的实时采集、处理和通信。
集成电路的微机电系统(MEMS)技术考核试卷
8. MEMS封装的主要目的是为了提供_______保护、电气连接和防止污染。（）
9.目前MEMS技术的主要应用领域包括消费电子、_______、医疗和汽车等。（）
10.随着技术的不断发展，MEMS技术的未来发展趋势将更加注重_______、_______和_______。（）
A.空气bag传感器
B.发动机控制系统
C.轮胎压力监测系统
D. GPS导航系统
19.以下哪种材料最适合用于MEMS的润滑？()
A.石蜡
B.氟化物
C.硅油
D.水
20.关于MEMS技术的未来发展趋势，以下哪个描述是不正确的？()
A.更高的集成度
B.更低的成本
C.更小的尺寸
D.更少的应用领域
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
5. A, B, C, D
6. A, B, D
7. A, B, C, D
8. A, B, C, D
9. A, B, C, D
10. A, B, C, D
11. A, B, C
12. A, B, C
13. A, B, C, D
14. A, B, D
15. B, D
16. A, B, C
17. A, B, C
10.低成本、低功耗、多功能（Low cost, Low power consumption, Multi-function）
四、判断题
1. ×
2. ×
3. √
4. √
5. √
6. √
mems激光雷达原理
mems激光雷达原理
MEMS激光雷达（Micro-Electro-Mechanical Systems LiDAR）原理是利用微机电系统技术将激光雷达的光源、接收器和扫描器等组件集成在一个芯片上，实现小型化和低成本化，具有高分辨率、高精度和高可靠性的特点。
激光雷达使用激光束对目标物体进行扫描，其原理是利用发射激光器发出的激光束照射到目标物体上，部分激光会被物体反射回来，通过接收器接收并进行记录。
MEMS激光雷达采用微机电系统平台，通过微型梁、微型镜等微结构来实现扫描系统。
微型梁和微型镜可以通过电机或电磁场控制来改变方向，从而组成不同方向的扫描组件。
当激光照射到垂直方向时，微型梁和微型镜会反射并扫描激光束，使激光束扫描一定范围内的物体，接收器接收到反射回来的激光信号并进行处理，最终生成三维图像。
MEMS激光雷达的原理是利用微型梁、微型镜等微结构扫描激光束，实现目标物体的三维测量和图像重建。
由于其用途广泛、高效且具有低成本的特点，成为激光雷达研究中的热点和关注焦点。
mems 定位简介
MEMS辅助定位技术MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写。
MEMS是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统，它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，目前MEMS加工技术还被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域，从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。
智能手机中常用到的MEMS辅助定位器件在当前市面上销售的智能手机中，大多数都内置了GPS接收器和低成本的MEMS运动传感器，例如，加速度计、陀螺仪和/或磁力计。
在没有GPS卫星信号的建筑物内或GPS信号很弱的高楼林立的大都市内，个人导航或航位推测对于导航变得非常重要。
鉴于GPS接收器在户内户外测量高度都不够精确，在智能手机内集成MEMS运动传感器可以辅助GPS测量高度。
个人导航系统(PNS)与个人航位推测(PDR)系统相似。
从基本原理看，当无法获得GPS卫星信号时，PNS或PDR可以在智能手机的电子地图上继续提供方位和前进信息，引导用户到达兴趣点，获得位置关联服务(LBS)。
前进信息可以来自磁力计或陀螺仪或两者的模组。
PNS是利用惯性导航原理(INS)对加速度计的测量值进行双重积分求解决方位信息，而PDR是计步器和步长估算器根据典型计步器原理计算加速度计提供的测量数据而获得的方位信息。
在一定时间内获得前进方向和行进路程的信息后，导航系统在智能手机的电子地图上更新行人在户内的方位。
惯性导航系统惯性导航系统是一种利用安装在运载体上的陀螺仪和加速度计来测定运载体位置的一个系统。
通过陀螺仪和加速度计的测量数据，可以确定运载体在惯性参考坐标系中的运动，同时也能够计算出运载体在惯性参考坐标系中的位置。
不同于其他类型的导航系统，惯性导航系统是完全自主的，它既不向外部发射信号，也不从外部接收信号。
2024年微机电系统(MEMS)市场前景分析
2024年微机电系统(MEMS)市场前景分析引言微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，简称MEMS）是在微米尺度上集成机械、电子、光学和生物传感器的芯片技术。
近年来，随着科技的快速发展和应用领域的不断扩展，MEMS技术在各个行业中发挥了重要作用。
本文将对MEMS市场的前景进行分析，并探讨其未来发展趋势。
MEMS市场现状目前，MEMS市场已经涵盖了多个领域，包括消费电子、医疗保健、汽车、航空航天等。
在消费电子领域，MEMS技术被广泛应用于智能手机、智能穿戴设备等产品中。
医疗保健领域的MEMS应用包括生命体征监测、药物传输和医疗诊断等。
汽车行业中，MEMS技术可用于汽车安全系统、动力传输和车辆稳定性控制等方面。
此外，MEMS还在无人机、机器人等领域展现出巨大的潜力。
MEMS市场前景1.市场规模持续扩大：随着MEMS技术的成熟和应用领域的扩展，MEMS市场规模将继续扩大。
根据市场研究机构的预测，MEMS市场的年复合增长率将超过10%。
2.5G技术的推动作用：5G技术的快速发展将对MEMS市场产生积极影响。
5G通信需要更高的频率和更宽的频谱，这将加速对MEMS传感器的需求，促进MEMS市场的增长。
3.人工智能的应用：人工智能的快速发展将进一步推动MEMS市场的发展。
MEMS传感器和芯片技术可以提供大量的数据，为人工智能算法提供支持和优化，从而实现更智能化的应用。
4.新兴应用领域的崛起：MEMS技术在新兴应用领域的应用潜力巨大。
例如，MEMS传感器在环境监测、智能家居和农业领域有着广阔的应用前景。
随着这些领域的不断发展，MEMS市场将进一步扩大。
5.创新驱动的竞争加剧：MEMS市场的竞争将更加激烈，创新将成为企业持续发展的关键。
企业需要不断研发新的MEMS产品和应用，以满足市场需求并保持竞争力。
发展趋势1.小型化和集成化：随着技术的进步，MEMS设备将越来越小型化和集成化。
微机电系统(MEMS)技术 射频MEMS环行器和隔离器-最新国标
微机电系统(MEMS)技术射频MEMS环行器和隔离器1 范围本文件规定了射频MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)环行器和隔离器的术语、基本额定值、特征参数以及测量方法。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 4937.12 半导体器件机械与气候试验方法第12部分：扫频振动（GB/T 4937.12—2018，IEC 60749-12：2002，IDT）GB/T 4937.21 半导体器件机械与气候试验方法第21部分：可焊性（GB/T 4937.21—2018，IEC 60749-21:2011，IDT）GB/T 4937.22 半导体器件机械与气候试验方法第22部分：键合强度（GB/T 4937.22—2018，IEC 60749-22：2002，IDT）GB/T 26111 半导体器件微机电器件第1部分：术语和定义（GB/T 26111—2023，IEC 62047-1:2016，MOD）IEC 60747-1:2010 半导体器件第1部分：总则（Semiconductor devices – Part 1: General）注：GB/T 17573-1998 半导体器件分立器件和集成电路第1部分：总则（IEC 60747-1：1983，IDT）IEC 60749-10 半导体器件机械与气候试验方法第10部分：机械冲击（Semiconductor devices –Mechanical and climatic test methods—Part 10: Mechanical shock）IEC TS 61967-3，集成电路-电磁辐射测量-第3部分-辐射发射测量-表面扫描法3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
微机电系统中压电材料的应用研究
微机电系统中压电材料的应用研究微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，简称MEMS）是利用微纳米加工技术将机械和电子元件集成在一起的系统。
在MEMS中，压电材料扮演着重要的角色。
压电材料具备机械能与电能的相互转换性能，可以用来实现微尺寸的机械振动器件、能量转换器件以及传感器等。
本文将对压电材料在微机电系统中的应用研究进行探讨。
一、压电材料的基本特性压电材料是一类具有压电效应的材料，主要包括压电陶瓷和压电聚合物等。
其特点是在外加电场或应力下产生电荷或电势差，使得材料发生形变或振动。
同时，压电材料对外界的压力和加速度等变化非常敏感，可以作为传感器来检测和测量这些物理量。
二、压电材料在微振动器件中的应用压电材料的压电效应可以被用来制造微尺寸的振动器件，如微振荡器和微谐振器。
在通信领域中，微振动器件被广泛应用于无线通信和频谱分析等方面。
通过利用压电材料的特性，可以实现频率稳定、功耗低的微振动器件，极大地提高了通信设备的性能和可靠性。
三、压电材料在能量转换器件中的应用压电材料也可以用来制造微尺寸的能量转换器件，如压电发电器和压电马达。
在能量采集领域中，巨大的应力下能产生电荷的特性使得压电材料成为一种理想的能量转换材料。
通过利用压电材料的压电效应，可以将机械能转化为电能，从而实现电能的自动采集和储存。
四、压电材料在传感器中的应用压电材料的特性使得它在传感器领域中具备广泛的应用前景。
例如，压电材料可以用来制造微尺寸的压力传感器、加速度传感器以及其他各种形式的传感器。
在汽车工业中，压电陶瓷可以被应用在安全气囊系统中的碰撞传感器上，有效地检测到车辆发生碰撞的瞬间并触发气囊的充气。
在医疗设备领域中，压电材料可以用来制造心脏监护仪、血压计和人工关节等设备，提供了快速、准确的生理参数监测。
综上所述，微机电系统中的压电材料应用研究具有广泛的应用前景和深远的影响力。
通过利用压电材料的特性，可以实现微尺寸的振动器件、能量转换器件和传感器等，从而提高了微机电系统的功能性和性能。
mems原理
mems原理MEMS原理。
MEMS，即微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems），是一种将微小的机械和电子元件集成在一起的系统，它将微机械技术、微电子技术和信息处理技术相结合，是微纳技术的重要组成部分。
MEMS技术的发展，极大地推动了传感器、执行器、微型化机械和微型化电子系统的发展，广泛应用于医疗、军事、通信、汽车、航空航天等领域。
MEMS的工作原理主要基于微机械结构和微电子元件的相互作用。
微机械结构是MEMS的核心，它由微型传感器和微型执行器组成。
微型传感器可以将机械、热、光、声、化学等各种信号转换为电信号，而微型执行器则可以将电信号转换为机械、光、热等各种形式的能量输出。
微电子元件则是用于控制和处理传感器采集到的信号，以及驱动执行器进行相应的操作。
MEMS的工作原理可以简单概括为三个步骤，传感、处理和执行。
首先是传感，传感器将外界的各种信号转换为电信号，然后是处理，微电子元件对传感器采集到的信号进行处理和分析，最后是执行，执行器根据处理后的信号进行相应的操作。
这三个步骤相互配合，完成了MEMS系统对外界信号的感知、处理和响应。
在MEMS的工作原理中，微机械结构的设计和制造是至关重要的。
微机械结构的设计需要考虑到微小尺寸、高灵敏度、低功耗等特点，同时还需要考虑到材料的选择、制造工艺、可靠性等方面的问题。
微机械结构的制造则需要借助微纳加工技术，例如光刻、薄膜沉积、离子刻蚀等工艺，来实现微米甚至纳米级别的精密加工。
除了微机械结构的设计和制造，MEMS的工作原理还与微电子技术密切相关。
微电子元件的设计和制造需要考虑到功耗、集成度、信噪比等因素，同时还需要考虑到与微机械结构的集成和互联。
微电子元件的制造则需要借助半导体工艺，例如光刻、薄膜沉积、离子注入等工艺，来实现微型电子元件的制造和集成。
综上所述，MEMS的工作原理是基于微机械结构和微电子元件的相互作用，通过传感、处理和执行三个步骤来实现对外界信号的感知、处理和响应。
微机电系统资料
主要特点
• MEMS是受到集成电路工艺的启发而发展起来的，它不 仅具有集成电路系统的许多优点，同时集约了多种学科 发展的尖端成果。
1、微型化特点 4、集成化特点
2、多样化特点
3、稳定性特点
5、批量化特点
6、广义化特点
应用 • MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领 域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、 微执行器、微型构件、微机械光学器件、 真空微电子器件、电力电子器件等在航空、 航天、汽车、生物医学、环境监控、军事 以及几乎人们所接触到的所有领域中都有 着十分广阔的应用前景。
发展
MEMS第一轮商业化浪潮始于20世纪70年代末80 年代初，当时用大型蚀刻硅片结构和背蚀刻膜片制 作压力传感器。由于薄硅片振动膜在压力下变形， 会影响其表面的压敏电阻曲线，这种变化可以把压 力转换成电信号。后来的电路则包括电容感应移动 质量加速计，用于触发汽车安全气囊和定位陀螺仪。 第二轮商业化出现于20世纪90年代，主要围绕 着PC和信息技术的兴起。TI公司根据静电驱动斜微 镜阵列推出了投影仪，而热式喷墨打印头现在仍然 大行其道。 第三轮商业化可以说出现于世纪之交，微光学 器件通过全光开关及相关器件而成为光纤通讯的补 充。尽管该市场现在萧条，但微光学器件从长期看 来将是MEMS一个增长强劲的领域。 目前MEMS产业呈现的新趋势是产品应用的扩展， 其开始向工业、医疗、测试仪器等新领域扩张。推 动第四轮商业化的其它应用包括一些面向射频无源 元件、在硅片上制作的音频、生物和神经元探针， 以及所谓的'片上实验室'生化药品开发系统和微型药 品输送系统的静态和移动器件。
微光扫描器 光编码器 微光开关 微光阀 微透镜
2 MEMS典型器件
MEMS典型器件-微机械陀螺仪
电容式MEMS传感器的设计与制备技术
电容式MEMS传感器的设计与制备技术一、背景介绍MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微电子机械系统）传感器是一种具有微米级别尺寸的微机电系统（Micro-electromechanical systems），它是结合微机电技术和传感器技术而发展出来的一种重要的传感器。
MEMS传感器可用于从基本的加速度、角速度、压力和温度等到其他环境作为输入信号发生了变化的感知应用场合，而且它在健康监测、汽车安全、、智能家居等领域的应用十分广泛。
电容式MEMS传感器是MEMS传感器领域中一种很重要的传感器。
它发挥着重要作用在压力、湿度和其他环境界面的应用中。
本文将着重介绍电容式MEMS传感器的设计与制备技术。
二、电容式MEMS传感器原理电容式MEMS传感器是基于一个微式电容被设计而成的。
其工作原理是利用自身的结构产生电容，通过电容的变化判断测量对象的特征，例如质量、压力、湿度等。
电容式MEMS传感器主要通过测量微小电容变化而实现信号分析，其核心是感应电极与测试电极。
本文主要介绍两种常见的电容式MEMS传感器：压力式和湿度式。
1. 压力式对于压力式MEMS传感器，当压力作用于感应电极时，感应电极会移动变化，进而改变电容器内部的电容，从而记录测量对象的压力。
通常电容式MEMS传感器采用双平行板电容器，其中一个电极为感应电极，另一个电极是实际测量压力的电极。
2. 湿度式湿度式电容式MEMS传感器也是用类似的原理。
电容器中充满了水或气体，搭载了感应电极和测试电极。
当环境的湿度变化时，气体中的水分改变了电容器中气体的数量和场强与测试电极的距离，造成电容变化。
三、电容式MEMS传感器的设计成功的设计电容式MEMS传感器是非常重要的。
设计需要考虑传感器的应用环境、精度和稳定性等。
1. 设计过程和步骤要设计一个电容式MEMS传感器，需要语言硬件、软件工具平台和仿真工具。
设计过程包括以下步骤：（1）确定测量量：选择测量量并确定传感器的参数。
微机电系统分析报告
微机电系统分析报告微机电系统（Micro-electro-mechanical systems, MEMS）是一种以微米尺度的微观机械设备、电路和系统为基础的技术体系。
该系统结合了电子、机械和材料科学，具有体积小、重量轻、功耗低和集成度高等特点，广泛应用于无线通信、医疗诊断、汽车控制、环境检测等领域。
本报告将从微机电系统的概念和分类、工作原理和应用等方面进行分析。
一、概念和分类微机电系统是一种利用微纳技术和集成电路技术制造微米级尺度的机械设备的系统。
它通常由微感知器件、微执行器件和微电子器件等组成，通过微机电传感器、微机电执行器实现对信号的检测和控制。
根据应用领域的不同，微机电系统可以分为加速度传感器、气压传感器、陀螺仪、压力传感器、光学器件等多个类别。
二、工作原理微机电系统通过微机电传感器将物理量转化为电信号，再经过微处理器的处理实现信号的放大和转换。
以加速度传感器为例，它采用压阻式或电容式传感方式，将物体的加速度通过微电子器件转化为电信号，再通过微处理器进行分析和处理。
三、应用领域微机电系统在无线通信、医疗诊断、汽车控制、环境检测等领域均有广泛应用。
在无线通信领域，微机电系统可以实现手机的运动感应和摄像头的自动对焦等功能；在医疗诊断领域，微机电系统可以用于心脏病监测和药物释放等应用；在汽车控制领域，微机电系统可以实现车辆稳定控制和平衡感应等功能；在环境检测领域，微机电系统可以用于气体浓度传感和水质检测等应用。
四、优势和挑战微机电系统具有体积小、重量轻、功耗低和集成度高等优势，可以实现高精度和多功能集成。
然而，微机电系统的制造和集成技术较为复杂，对设备和材料的要求较高，生产成本也相对较高。
五、发展趋势随着尺寸更小、功能更强的微机电系统的不断开发，微机电系统将逐渐应用到更多领域。
未来，微机电系统有望在智能家居、医疗治疗、军事安防等领域实现更广泛的应用。
综上所述，微机电系统是一种以微米级尺度的微观机械设备、电路和系统为基础的技术体系。
MEMS
1．什么是MEMS？有哪些应用，列举三种以上MEMS产品及其应用。
答：MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的缩写。
MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。
MEMS特点：微型化；集成化；多学科交叉产品：压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷嘴和硬盘驱动头等应用：2222①跟上发展步伐步程计。
它用于测量人行走时的速度或距离。
②让GPS更可靠：微加速度计。
在汽车安全气袋系统中，用于检测和监控前面和侧面的碰撞。
③为游戏应用提供更佳的控制能力：MEMS加速器。
在改善电子游戏的体验方面，改善控制盘和操纵杆的倾斜及运动敏感功能。
④微型医疗机器人：注入人体血管，进行测量、诊断以及做出相应的治疗。
⑤角速度计：用于车轮侧滑和打滚控制。
2．尺度效应的定义，在MEMS设计中如何利用尺度效应？答：尺度效应是指在微成形过程中，由于制品整体或局部尺寸的微小化引起的成形机理及材料变形规律表现出不同于传统成形过程的现象。
从微成形工艺系统角度出发,要分析微尺度效应的动态性和相关性；本构理论出发,要分析产生微尺度效应的原因。
MEMS中使用的材料结构为单晶体，在进行微观力学分析时，作为纯的单晶体，不考虑其内部的点缺陷，线缺陷和面缺陷的分布。
单晶硅的变形可用晶格理论来解释：在外力作用下，处于晶格格点位置上的原子偏起始所处的平衡位置，并在新的位置处于平衡。
由此计算该原子在外力作用下的位移。
3．湿法刻蚀和干法刻蚀的概念及其在MEMS中应用？答: 湿法刻蚀：将被腐蚀材料氧化，然后通过化学反应生成一种或多种氧化物再溶解。
这个过程有时在高温中以气相的形式完成刻蚀。
干法刻蚀：应用气态腐蚀介质，通过电场气态离子被加速到衬底上。
湿法刻蚀应用：砷化镓的湿法刻蚀；SiO2膜的湿法刻蚀；磷硅玻璃(PSG)湿法刻蚀；混合氧化物的湿法刻蚀；氮化硅的湿法刻蚀；多晶硅和半绝缘多晶硅的湿法刻蚀；硅化物薄膜的湿法刻蚀；金属薄膜的湿法刻蚀等。
微机电系统对传感器技术发展的推动作用
微机电系统对传感器技术发展的推动作用近年来，微机电系统（Micro-electro-mechanical systems, MEMS）在传感器技术领域发挥了巨大的推动作用。
微机电系统是一种集成了微传感器、微执行器和微器件的技术，具有体积小、功耗低、成本低以及快速响应等优势。
本文将探讨微机电系统对传感器技术发展的重要作用，并从几个方面进行详细阐述。
首先，微机电系统为传感器技术的微型化提供了可能。
传感器的微型化一直以来都是科学家和工程师们努力追求的目标，而微机电系统的出现给了实现这一目标的新途径。
通过微米级的加工工艺，可以在微机电系统上集成多种功能，并将传感器的微型化程度提高到一个新的水平。
例如，利用微机电系统可以制造出微型压力传感器、微型加速度传感器、微型光学传感器等，这些微小而高效的传感器在诸多领域都发挥了重要的作用。
其次，微机电系统在传感器技术中提供了更高的灵敏度和更大的信号处理能力。
传感器的灵敏度指的是其对于输入信号的变化程度的感知能力，而信号处理能力则是传感器对信号进行转换、放大和滤波等处理的能力。
微机电系统利用先进的微纳加工技术和集成电路技术，能够制造出高度灵敏的传感器，例如微型气体传感器、微型生物传感器等，这些传感器对微小变化的感知能力非常强。
同时，微机电系统还通过内置的处理单元和算法，实现了对信号的即时处理和分析，大大提高了传感器的信号处理能力。
此外，微机电系统为传感器技术的多元化提供了平台和条件。
传感器的应用领域非常广泛，涵盖了环境监测、医疗诊断、工业控制等多个领域。
而微机电系统的出现使得不同领域的传感器能够集成在一个芯片上，从而实现传感器的多元化。
例如，利用微机电系统可以同时集成温度传感器、湿度传感器和气压传感器，实现对环境的全面监测。
另外，微机电系统还可以与其他技术相结合，如光学技术、生物技术等，实现传感器的高级功能。
这些多元化的传感器技术使得传感器在不同的应用领域中得到了更广泛的应用。
微机电系统(MEMS)
何谓微机电系统(MEMS)为了说明什么是微机电系统MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)，首先来解释一下什么是机电系统。
20多年以前，汽车还是一个单纯的机械系统，后来随着电子技术的发展，汽车的很多零部件(例如电子点火器、燃油电子喷射装置、电控自动变速箱等)都依靠电子系统进行控制，因此现在的汽车实际上就是一个大的机械电子系统。
而微机电系统则是指微小的机械电子系统，例如比一粒花生米还要小的飞机或汽车，是由很多只有几百微米大小的零件组成的，而这些零件是用微电子等微细加工技术制备出来的，既包含机械部件又包含电子部件，因此我们称这类微小的机械电子系统为微机电系统。
微机械电子系统是微电子技术的拓宽和延伸，它是将微电子技术和精密机械加工技术相互融合，并将微电子与机械融为一体的系统。
MEMS将电子系统和外部世界有机地联系起来，它不仅能感受运动、光、声、热、磁等自然界的外部信号，使之转换成电子系统可以识别的电信号，而且还能通过电子系统控制这些信号，进而发出指令，控制执行部件完成所需的操作。
MEMS主要包含微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分。
作为输入信号的自然界各种信息首先通过传感器转换成电信号，经过信号处理以后(模拟/数字)再通过微执行器对外部世界发生作用。
传感器可以把能量从一种形式转化为另一种形式，从而将现实世界的信号(如热、运动等信号)转化为系统可以处理的信号(如电信号)。
执行器根据信号处理电路发出的指令完成人们所需要的操作。
信号处理器则可以对信号进行转换、放大和计算等处理。
美国AnalogDevice公司已经研制出很多种将集成电路与MEMS集成在一起的集成微加速度计、微陀螺等产品。
MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域，它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、光学、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等。
MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。
微机电系统(MEMS)的学习
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?光传感方式?成像系统(Imager)➢CCD➢CMOS?发光系统➢LED➢半导体激光器➢等离子➢生物发光?光调节器
传统的光传感器
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电容式微加速度计
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光学MEMS器件?定义➢Optical Transducers , MOEMS, Optical MEMS?分类➢传统的光传感器 、转换器√光传感 、成像 、发光器件（光电子） ➢利用光进行传感的器件√位置传感器 、光谱仪 、DNA芯片➢利用微机械加工方法形成的器 、环境 监控 、汽车都有广泛应用。2000年有120- 140亿美元市场相关市场达1000亿美元
2年后市场将迅速成长分子和原子级加工
MEMS 从顶层向下
大机器加工 小机器 , 小 机器加工微 机器
• 从底层向上
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用微电子加 工技术MEMS系统
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MEMS技术的应用?在生物医学方面 , 将光 、机 、 电 、液、生化等部件集成在一起 , 构成一个微型 芯片实验室 , 用于临床医学检测 , 为医 生甚至家庭提供简单 、廉价 、准确和快 捷的检测手段?光显示 、 高密度存储 、汽车 、 国防等微 系统
惯性器件?加速度计➢压阻式加速度计➢电容式加速度计 ➢压电式加速度计
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惯性器件
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研究领域?技术基础: 设计 、工艺加工(高深宽比多层微结构) 、微装配工艺 、微系统的测量等。?应用研究: 如何应用这些MEMS系统也是一 门非常重要的学问 。人们不仅要开发各种制造MEMS的技术 ， 更重要的是如何将MEMS器件用于实际系统 ， 并从中受益。
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体硅工艺
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?表面牺牲层与CMOS工艺集成➢ 结构单独制造 , 灵活性较大➢灵敏度高 、寄生小 、体积小➢简化封装和组装 , 可靠性高➢加工工艺复杂 , 成品率较低 ➢工艺兼容的材料种类较少
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MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写。
MEMS 是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统，它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，目前MEMS加工技术还被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域，从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。
MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。
MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。
MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，就象近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。
目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。
大多数工业观察家预测，未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增加率约为18%，因此对对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。
MEMS是一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域，相对于传统的机械，它们的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，甚至仅仅为几个微米，其厚度就更加微小。
采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。
采用与集成电路（IC）类似的生成技术，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺，进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。
完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。
其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。
沿着系统及产品小型化、智能化、集成化的发展方向，可以预见：MEMS会给人类社会带来另一次技术革命，它将对21世纪的科学技术、生产方式和人类生产质量产生深远影响，是关系到国家科技发展、国防安全和经济繁荣的一项关键技术。
制造商正在不断完善手持式装置，提供体积更小而功能更多的产品。
但矛盾之处在于，随着技术的改进，价格往往也会出现飙升，所以这就导致一个问题：制造商不得不面对相互矛盾的要求——在让产品功能超群的同时降低其成本。
解决这一难题的方法之一是采用微机电系统，更流行的说法是MEMS，它使得制造商能将一件产品的所有功能集成到单个芯片上。
MEMS对消费电子产品的终极影响不仅包括成本的降低、而且也包括在不牺牲性能的情况下实现尺寸
和重量的减小。
事实上，大多数消费类电子产品所用MEMS元件的性能比已经出现的同类技术大有提高。
手持式设备制造商正在逐渐意识到MEMS的价值以及这种技术所带来的好处——大批量、低成本、小尺寸，而且开始转向成功的MEMS公司，其所实现的成本削减幅度之大，将影响整个消费类电子世界，而不仅是高端装置。
MEMS
在整个20世纪90年代都由汽车工业主导；在过去几年中，由于iPhone和Wii 的出现，使全世界的工程师都看到运动传感器带来的创新，使 MEMS在消费电子产业出现爆炸式的增长，成为改变终端产品用户体验以及实现产品差异化的核心要素。
国内MEMS芯片（Die）供应商主要有：上海微系统所、沈阳仪表所、电子部13研究所、北京微电子所等，目前形成生产的主要是MEMS压力传感器芯片（Die）。
MEMS第一轮商业化浪潮始于20世纪70年代末80年代初，当时用大型蚀刻硅片结构和背蚀刻膜片制作压力传感器。
由于薄硅片振动膜在压力下变形，会影响其表面的压敏电阻曲线，这种变化可以把压力转换成电信号。
后来的电路则包括电容感应移动质量加速计，用于触发汽车安全气囊和定位陀螺仪。
第二轮商业化出现于20世纪90年代，主要围绕着PC和信息技术的兴起。
TI公司根据静电驱动斜微镜阵列推出了投影仪，而热式喷墨打印头现在仍然大行其道。
第三轮商业化可以说出现于世纪之交，微光学器件通过全光开关及相关器件而成为光纤通讯的补充。
尽管该市场现在萧条，但微光学器件从长期看来将是MEMS一个增长强劲的领域。
目前MEMS产业呈现的新趋势是产品应用的扩展，其开始向工业、医疗、测试仪器等新领域扩张。
推动第四轮商业化的其它应用包括一些面向射频无源元件、在硅片上制作的音频、生物和神经元探针，以及所谓的'片上实验室'生化药品开发系统和微型药品输送系统的静态和移动器件。