微机电系统-MEMS简介.
微机电系统结构
微机电系统结构
微机电系统（MEMS）是一种将微电子技术与机械工程结合的微型系统。
它的结构主要包括以下几个部分：
1.微传感器：这是MEMS的最基本组成部分，用于感知外部信号，如温度、
压力、声音等，并将其转换为可处理的电信号。
2.微执行器：这是MEMS的另一重要组成部分，负责将电能转换为机械能，
以实现驱动、控制等功能。
3.信号处理电路：为了对微传感器采集的信号进行处理，MEMS还包括相应
的信号处理电路，以便对信号进行放大、滤波、模数转换等处理。
4.通信接口：MEMS系统通常还需要一个通信接口，以便将MEMS传感器采
集的数据传输到外部设备或系统中。
5.电源：为使MEMS系统正常工作，通常需要为其提供电源。
这可以是内部
电池，也可以是外部电源。
6.封装：MEMS系统需要进行封装，以保护其内部的微机械结构和电路等免
受外界环境的影响。
封装可以采用各种材料和技术，以满足不同的应用需求。
MEMS系统的结构可以根据需要进行定制，以满足特定的应用需求。
其微型化的特点使得MEMS在许多领域都具有广泛的应用前景，如汽车、医疗、航空航天等。
微电子机械系统MEMS概述
微电子机械系统MEMS概述微电子机械系统（Micro-electromechanical Systems, MEMS）是一种将电子技术与机械工程相结合的技术领域，通过制造微尺度的电子器件和机械系统，可以实现微小化、集成化和高性能的微型设备。
MEMS用于制造传感器、执行器和微操纵系统等微型装置，已经广泛应用于通信、汽车、医疗、军事和消费电子等领域。
MEMS的核心技术包括微纳加工技术、传感器技术和微机电系统技术。
微纳加工技术是MEMS制造的基础，主要包括光刻、薄膜沉积、离子刻蚀、扩散和薄膜技术等。
这些技术可以制造出微米甚至纳米级别的微型结构和器件。
传感器技术是MEMS的重要应用领域之一，利用微型传感器可以实现对温度、压力、流量、位移、加速度和姿态等物理量的检测和测量。
而微机电系统技术则是将传感器和执行器等微型装置集成在一起，实现自动化控制和微操纵的功能。
MEMS具有以下几个显著的特点：微小化、集成化、多功能和低成本。
微小化可以实现高密度的集成和高灵敏度的检测，同时降低设备的功耗和重量。
而集成化可以将多个功能模块集成在一个芯片上，提高了系统性能和可靠性，同时减少了系统的体积和重量。
多功能则是指MEMS可以同时实现多种功能，如传感、处理和控制等。
此外，由于MEMS采用的是集成化的制造工艺，可以大规模制造，降低了生产成本，为大规模应用提供了可能。
MEMS在各个领域的应用也越来越广泛。
在通信领域，MEMS技术可以制造微型光机械开关，用于光通信网络的光信号调控和光路径选择。
在汽车领域，MEMS技术可以制造出压力传感器、加速度传感器和姿态传感器等，用于车辆的安全控制系统和车载导航系统。
在医疗领域，MEMS技术可以制造出微型生物传感器，用于检测体内的生物信号，如血压、血氧和葡萄糖等。
在军事领域，MEMS技术可以制造微型化的惯性导航系统和气体传感器，应用于导弹制导系统和化学生物探测等。
在消费电子领域，MEMS技术可以制造微型微镜头和投影显示器，应用于智能手机、平板电脑和智能手表等。
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的原理及应用
MEMS的原理及应用前言微机电系统（Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS）是一种将微米尺度的机械元件和微电子元件集成在一起的技术。
它结合了机械学、电子学和计算机科学等领域的知识，广泛应用于各个领域。
本文将介绍MEMS的原理及其在不同领域的应用。
MEMS的原理MEMS的核心原理是利用微米尺度的机械结构来感知和操控物理量。
这些微米尺度的结构通常由硅或其他材料制成，并且与电子元件集成在一起。
MEMS器件利用微机械结构的运动或变形来实现各种功能。
下面是一些常见的MEMS原理：1.微加工技术：MEMS器件通常是通过光刻和微加工技术制作的。
这些技术允许制造出微米级别的机械结构和电子元件。
2.机械传感器：MEMS器件中最常见的一类是机械传感器，用于感知物理量如压力、加速度、温度等。
典型的机械传感器包括压力传感器、加速度传感器和陀螺仪等。
3.微操控器件：除了传感器，MEMS还包括微操控器件，用于操控物理量如运动、振动等。
例如，微镜头用于手机的自动对焦功能就是一种微操控器件。
4.集成电子元件：最重要的一点是，MEMS器件通常与集成电子元件一起工作。
传感器通过电子元件将感知到的物理量转化为电信号，而操控器件则接收电信号并操控相应的物理量。
这种集成使得MEMS器件具有高度的智能化和自动化能力。
MEMS的应用MEMS技术在各个领域都有广泛的应用。
下面列举了几个典型的应用领域：1. 电子设备•手机：MEMS技术使得手机具备了更多的功能，如自动对焦摄像头、陀螺仪和加速度传感器等。
•智能手表：智能手表中的MEMS技术可以实现计步器、心率监测和气压计等功能。
•耳机：MEMS技术可以用于制作微型麦克风和降噪器，提高音质和通话质量。
2. 医疗领域•生物传感器：MEMS技术可以用于制作微型生物传感器，实现疾病的早期诊断和监测。
•药物传递系统：利用MEMS技术，可以制作微型药物传递系统，实现精确的药物控制和释放。
微机电系统(MEMS)技术介绍
微机电系统（MEMS）技术介绍微机电系统（MEMS），在欧洲也被称为微系统技术，或在日本被称为微机械，是一类器件，其特点是尺寸很小，制造方式特殊。
MEMS是指采用微机械加工技术批量制作的、集微型传感器、微型机构、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口、通讯等于一体的微型器件或微型系统。
MEMS 器件的特征长度从1毫米到1微米--1微米可是要比人们头发的直径小很多。
MEMS往往会采用常见的机械零件和工具所对应微观模拟元件，例如它们可能包含通道、孔、悬臂、膜、腔以及其它结构。
然而，MEMS器件加工技术并非机械式。
相反，它们采用类似于集成电路批处理式的微制造技术。
今天很多产品都利用了MEMS技术，如微换热器、喷墨打印头、高清投影仪的微镜阵列、压力传感器以及红外探测器等。
MEMS技术可以用于制造压力传感器、惯性传感器、磁力传感器、温度传感器等微型传感器，这些传感器以及它们的部分信号处理电路都可以在只有几毫米或更小的芯片上实现。
与传统的传感器相比，MEMS传感器不仅体积更小、功耗更低，而且它们往往会比传统传感器更加准确、更加灵敏。
随着人们对海洋观测的需求不断增加和海洋观测技术的不断发展，MEMS技术也在逐渐进入海洋观测技术研究领域。
一、MEMS概念“他们告诉我一种小手指指甲大小的电动机。
他们告诉我，目前市场上有一种装置，通过它你可以在大头针头上写祷文。
但这也没什么；这是最原始的，只是我打算讨论方向上的暂停的一小步。
在其下是一个惊人的小世界。
公元2000年，当他们回顾当前阶段时，他们会想知道为何直到1960年，才有人开始认真地朝这个方向努力。
”——理查德·费曼，《底部仍然存在充足的空间》发表于1959年12月29日于加州理工大学（Caltech）举办的美国物理学会年会。
但我们可能会问：为什么要在这样一个微小尺上生成这些对象？MEMS器件可以完成许多宏观器件同样的任务，同时还有很多独特的优势。
这其中第一个以及最明显的一个优势就是小型化。
MEMS微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems)
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。
微电子机械系统MEMS概述
MEMS概述孙舒畅生物与农业工程学院45090120一，MEMS的含义MEMS是英文Micro Electro Mechanical systems的缩写，即微电子机械系统。
微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术（micro/nanotechnology）基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。
它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。
这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。
它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。
二，MEMS的特点1）微型化：MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。
2）以硅为主要材料，机械电器性能优良：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨。
3）批量生产：用硅微加工工艺在一片硅片上可同时制造成百上千个微型机电装置或完整的MEMS。
批量生产可大大降低生产成本。
4）集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。
微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的MEMS。
5）多学科交叉：MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。
MEMS发展的目标在于，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，把自动化、智能化和可靠性水平提高到一个新的水平。
微机电系统MEMS简介
陀螺仪
总结词
用于测量或维持方向的传感器
详细描述
陀螺仪是一种基于角动量守恒原理的传感器，用于测量或维持方向。它通过测量物体旋转轴的方向变 化来工作，通常由高速旋转的陀螺仪转子组成。陀螺仪广泛应用于导航、姿态控制、游戏控制等领域 ，如智能手机、无人机和导弹制导系统等。
压力传感器
总结词
用于测量流体或气体压力的传感器
MEMS市场应用领域
消费电子
汽车电子
医疗健康
工业自动化
MEMS传感器在消费电子产品 中的应用广泛，如智能手机、 平板电脑、可穿戴设备等。这 些设备中的传感器用于运动检 测、加速度计、陀螺仪、气压 计等。
随着汽车智能化的发展， MEMS传感器在汽车领域的应 用也越来越广泛，如车辆稳定 性控制、安全气囊、发动机控 制等。
MEMS材料
单晶硅
单晶硅是MEMS制造中最常用的材料 之一，具有高强度、高刚度和良好的 化学稳定性。
多晶硅
多晶硅在MEMS制造中常用于制造柔 性结构，具有较好的塑性和韧性。
玻璃
玻璃在MEMS制造中常用于制造光学 器件，具有较高的透光性和稳定性。
聚合物
聚合物在MEMS制造中常用于制造生 物传感器和柔性器件，具有较好的生 物相容性和可塑性。
集成化
未来的MEMS系统将更加集 成化，能够将多个MEMS器 件集成在一个芯片上，实现 更高效、更低成本的应用。
03
CATALOGUE
MEMS传感器与器件
加速度传感器
总结词
用于测量 物体运动状态的传感器
详细描述
加速度传感器是一种常用的MEMS传感器，主要用于测量物体运动状态的加速度。它通常由质量块和弹性支撑结 构组成，通过测量质量块因加速度产生的惯性力来计算加速度值。加速度传感器广泛应用于汽车安全气囊系统、 手机和平板电脑的姿态控制、运动检测等领域。
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。
微机电系统(mems)研究报告
微机电系统(mems)研究报告
微机电系统（MEMS）是一种将微米（微薄）尺度的机械系统与先
进的微电子技术和纳米加工技术相结合的领域。
它是一个综合性的交
叉学科，包括机械工程、电子工程、材料科学等多个领域。
MEMS通常
用于制造微型设备以及各种传感器、执行器、微机械系统等。
MEMS技术的发展始于20世纪60年代。
在此之前，人们只能制造出很大的电气机械系统。
然而，伴随着硅微米加工技术的进步，科学
家们终于有能力制造出微型机器。
现在，MEMS技术已经得到广泛应用，例如气体传感器、压力传感器、光学器件、生物传感器等。
MEMS设备的制造非常复杂。
尽管它的大小很小，但有时候需要数百步的加工流程，这通常需要利用高精密的光学和电子设备。
MEMS技
术还需要涉及到虚拟与实际的领域，制造出来的设备通常都需要通过
计算机模拟来测试性能，同时还要回到实验室进行物理实验。
MEMS技术不仅在实验室中被应用于研究，其实在各个领域都有应用。
这些应用通常涉及到小型手机、传感器、医学诊断等领域。
综上所述，MEMS技术代表了一个快速发展的领域，它的出现大大扩展了微电子技术的应用。
这种技术对于现代社会的重要性越来越广泛，它的不断发展和创新相信也会带来更多的惊喜和可能性。
MEMS技术
MEMS技术
三、MEMS微传感器的研究现状与发展方向
MEMS未来的发展趋势为微细化、集成化、多元化与产业化四方面。
1．微机械压力传感器
分类：压阻式和电容式两类。 结构：圆形、方形、矩形、E形等多种结构。
发展方向:
1）智能化
2）低量程
3）拓宽温度范围
4）开发谐振式微机械压力传感器
2．微加速度传感器
分类：压阻式、电容式、力平衡式和谐振式。
第二轮商业化出现在20世纪90年代，主要围绕着PC和信息技术的 兴起。
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 相关机器而成为光纤通信的补充。
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他应用包括一 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。
图4-14 微气敏传感器
MEMS技术
6．微机械温度传感器
微机械传感器与传统的传感器相比，具有体积小、重量轻的特 点，其固有热容量仅为10-8～10-15J/K，使其在温度测量方面具 有传统温度传感器不可比拟的优势。
物联网
MEMS技术
图4-13 质量流量传感器
MEMS技术
5．微气敏传感器
气敏传感器的工作原理是声表面波器件的波速和频率会随外界环 境的变化而发生漂移。气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表 面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气 体相互作用（化学作用、生物作用或物理吸附），使得气敏薄膜的 膜层质量和导电率发生变化，引起 压电晶体的声表面波频发生 漂移；气体浓度不同，膜层 质量和导电率变化程度亦 不同，即引起声表面 波频率的变化也不 同。通过测量声表 面波频率的变化就 可以准确地反映气 体浓度的变化。
微机电系统的研究和应用
微机电系统的研究和应用一、微机电系统简介微机电系统（MEMS）是指结合微处理技术、微机电技术和纳米技术的多学科交叉领域。
它是一种新型的微型化智能系统，能够实现传感、处理和控制功能。
微机电系统是将传感器、执行器、处理器、电子器件与微观结构集成在一起的微型化智能化系统。
二、微机电系统研究微机电系统的研究包括了微观加工技术、传感器技术、器件制造技术、封装和集成技术、信号处理和智能算法、系统控制和应用开发等方面的内容。
1、微观加工技术微观加工技术是微机电系统的关键技术之一，它是制造微型器件和元件的核心技术。
常用的微观加工方法包括光刻技术、电子束曝光技术、激光加工技术、离子束加工技术和微影技术等。
2、传感器技术传感器是微机电系统中最核心的部分之一。
微机电系统的传感器包括光学传感器、压力传感器、温度传感器、加速度传感器、惯性传感器、磁传感器等。
传感器的设计、制造和测试技术对微机电系统的性能和可靠性有着至关重要的影响。
3、器件制造技术微机电系统的器件包括微型加速度计、微型陀螺仪、微型电机、微型振动器、微型热电池等。
这些器件的制造技术对于微机电系统的实现具有重要影响。
4、封装和集成技术微机电系统的封装和集成技术是其实现的重要组成部分。
微型器件在封装过程中需要考虑到封装的材料、封装的结构形式以及封装的工艺，同时还需要考虑如何把微型器件和其他器件进行集成。
5、信号处理和智能算法微机电系统的信号处理和智能算法是其实现的关键技术。
传感器产生的信号需要进行处理和分析，从而得到需要的信息。
同时，微机电系统的智能算法也是其具有智能化特征的关键技术。
6、系统控制和应用开发微机电系统的系统控制和应用开发是其重要应用方向之一。
在微机电系统的应用过程中，需要考虑到微型器件与其他器件的集成，同时还需要设计和开发控制系统。
三、微机电系统应用微机电系统是一种集成微型化的智能技术，它在多个领域都有广泛的应用，如汽车、生物医学、化工、环境监测等。
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
（2）光刻电铸 LIGA 技术是将深度X 射线光刻、微电铸成 技术是将深度X 型和塑料铸模等技术相结合的一种综合性加 工技术，它是进行非硅材料三维立体微细加 工的首选工艺。LIGA 工的首选工艺。LIGA 技术制作各种微图形的 过程主要由两步关键工艺组成，即首先利用 同步辐射X 同步辐射X 射线光刻技术光刻出所要求的图 形，然后利用电铸方法制作出与光刻胶图形 相反的金属模具，再利用微塑铸制备微结 构。
பைடு நூலகம் 2.微细加工工艺
（1）半导体加工技术 半导体加工技术即半 导体的表面和立体的微细加工是在硅为主要 材料的基片上，进行沉积与腐蚀的工艺过程。 半导体加工技术使MEMS的制作具有低成本、 半导体加工技术使MEMS的制作具有低成本、 大批量生产的潜力。
1）光刻加工技术。光刻加工是用照片复印的 方法将光刻掩模上的图形印制在涂有光致抗 蚀剂（光刻胶）的薄膜或基材表面，然后进 行选择性腐蚀，刻蚀出规律图形。 2）体微型机械加工技术。体微型机械加工就 是一种对硅衬底的某些部位用腐蚀技术有选 择地除去一部分形成微型机械结构的工艺， 常用的主要有湿法腐蚀和干法腐蚀。 3）表面微型机械加工技术。表面微型机械加 工技术是在硅表面根据需要生长多层薄膜， 采用选择腐蚀技术，去除部分不需要的膜层， 在硅表面上形成是需要的形状，甚至是可动 部件
MEMS发展的目标在于，通过微型化、集成 MEMS发展的目标在于，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 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 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、生物工程、医疗、空间技术、国 防和科学发展产生重大影响。
微机电系统在机械工程中的应用与发展
微机电系统在机械工程中的应用与发展微机电系统（MEMS）是指由微米级机械元件、传感器、执行器和整合电路组成的一个微型技术系统。
近年来，随着科技的快速发展，MEMS在机械工程中的应用与发展变得越来越重要。
一、MEMS简介MEMS技术是一种集微纳加工、微机电器件和整体系统集成技术于一体的交叉学科，具有体积小、重量轻、能耗低、成本低等特点。
MEMS器件通常是微米级别的尺寸，可以实现各种功能，如传感、测量、控制等。
二、MEMS在机械工程中的应用1. 传感器应用MEMS传感器是MEMS技术的重要应用方向之一。
通过利用微型机械元件的应变变化或物理量的变化来实现对外部环境的感知和测量。
例如，压力传感器可以用于测量气体或液体中的压力，加速度传感器可以用于测量加速度等。
这些传感器广泛应用于机械工程中的力学性能测试、结构健康监测等方面。
2. 压力控制应用MEMS技术的另一个重要应用是压力控制系统。
由于MEMS技术的特点，可以制造出体积小、响应速度快的微压力传感器和微纳流阻元件，用于控制和调节气体或液体的流动，并实现对气压或液压系统的精确控制。
这种技术在机械工程中广泛应用于气压传动系统、液压系统和流量控制系统等领域。
3. 惯性导航应用MEMS惯性传感器是一类基于微机电技术制造的高性能、低成本的惯性传感器。
它可以通过检测物体的加速度和角速度来实现姿态测量和导航。
惯性导航技术在机械工程中应用广泛，例如在飞行器、导弹、汽车以及无人机等领域中。
三、MEMS在机械工程中的发展趋势1. 高精度和高可靠性随着技术的发展，MEMS传感器和执行器的精度和可靠性不断提高，能够满足对精确测量和控制的需求。
这使得MEMS在机械工程领域的应用更加广泛。
2. 多功能集成MEMS技术可以实现多种功能的集成，例如加速度传感器、气压传感器和温度传感器的集成。
这种多功能集成可以减小体积和重量，提高系统的性能和可靠性。
3. 纳米级尺寸随着纳米技术的进展，MEMS器件的尺寸越来越小。
MEMS简介
MEMS简介MEMS是Micro Electro Mechanical System的缩写，称为微机电系统或微系统。
MEMS所包含的器件尺寸在1微米到1毫米之间，这些MEMS器件通过封装或一次集成形成一个微系统，该系统主要包含微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分，尺寸介于毫米与厘米之间，我们可以通过MEMS系统微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。
MEMS是融合了硅微加工、LIGA和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息技术构成的微型系统。
它在微电子技术的基础上发展起来的，但又区别于微电子技术，包括感知外界信息(力、热、光、生、磁、化等)的传感器和控制对象的执行器，以及进行信号处理和控制的电路。
MEMS的显著特点是多种学科前沿技术高度综合、交叉和渗透，又为多种学科的发展服务，是国际公认的二十一世纪科技发展的前沿和基础。
它的主要特点是：⏹学科上的交叉综合：MEMS涉及力学、材料、电学、光学、热学、机械、生物、化学等学科，是这些学科前沿的综合。
⏹技术上的微型化、集成化、智能化。
⏹产品上的高功能密度，并能低成本的批量生产。
⏹应用上的高度广泛：MEMS的应用领域包括信息、生物、医疗、环保、电子、机械、航空、航天和军事等等。
它不仅可形成新的产业，还能通过产品的性能提高、成本降低，有力地改造传统产业。
MEMS技术的成功应用是建立在技术进步的基础上的，七十年代KOH腐蚀技术的进步，推动了体加工技术的发展，促进了压力传感器的大量研制、生产和应用，这可认为是MEMS发展的开端；八十年代后期发明的表面牺牲层技术，开发出硅微电机，使人们发现了采用微电子技术制备可大批量、低成本地制作包括可动部件在内的微系统加工手段，MEMS技术开始进入高速发展阶段；九十年代开发出的表面牺牲层技术，可与大规模集成电路技术协同制作，极大地推进了微加速度计的产业化进程，标志着MEMS技术开始走向成熟；近年来，国际上MEMS专利申请更是呈指数上升趋势，预计在未来几年，MEMS将进入产业快速发展阶段。
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。
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1983年 集成化压力传感器 (Honeywell)
1985年 LIGA工艺 (W. Ehrfeld et al.) 1986年 硅键合技术 (M. Shimbo)
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在军事上的应用
MEMS已在空间超微型卫星上得到应用 ,该卫星外形尺寸为 2. 54 cm ×7. 62 cm ×10. 6 cm,重量仅为 250 g 。2000年 1月 ,发射的两颗试验小卫 星是证明空基防御能力增强的一个范例。对小卫星试验来说幸运的是 ,因 其飞行寿命短 ,所以 ,暴露在宇宙辐射之下并不是关键问题。小卫星上基 于硅的 RF开关在太空应用中表现出优异的性能 ,这得益于它的超微小尺
2、MEMS在军事国防上的应用
3、MEMS在汽车工业上的应用
4、MEMS在医疗和生物技术上的应用 5、MEMS在环境科学上的应用
6、MEMS在信息技术领域中的应用
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在汽车上的应用
MEMS传感器及其组成的微型惯性测量组合在汽车自动 驾驶、汽车防撞气囊、汽车防抱死系统（ABS）、减震 系统、防盗系统等。GPS定位系统。 *在汽车里作为加速表来控制碰撞时安全气囊防护系统 的施用 * 在汽车里作为陀螺来测定汽车倾斜，控制动态稳定 控制系统 * 在轮胎里作为压力传感器。
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影像工作站
OMOM胶囊内镜的工作原理是：患者像服药一样用水将智 能胶囊吞下后，它即随着胃肠肌肉的运动节奏沿着胃→十 二指肠→空肠与回肠→结肠→直肠的方向运行，同时对经 过的腔段连续摄像，并以数字信号传输图像给病人体外携 带的图像记录仪进行存储记录，工作时间达6～8小时，在 智能胶囊吞服8～72小时后就会随粪便排出体外。医生通过 影像工作站分析图像记录仪所记录的图像就可以了解病人 整个消化道的情况，从而对病情做出诊断。 优点: 操作简单:整个检查仅为吞服胶囊、记录与回放观察三个 过程。医生只需在回放观察过程中，通过拍摄到的图片即 可对病情做出准确判断。 安全卫生:胶囊为一次性使用，避免交叉感染 ;外壳采用不 能被消化液腐蚀的医用高分子材料，对人体无毒、无刺激 性 ,能够安全排出体外。 扩展视野:全小肠段真彩色图像清晰微观，突破了小肠检 查的盲区，大大提高了消化道疾病诊断检出率。 方便自如:患者无须麻醉、无须住院，行动自由，不耽误 正常的工作和生活。
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航空航天的应用
在 1995年的国际会议上已有人正式提出研制全硅卫星的概念 。 即整个卫星由硅太阳能电池板、硅导航模块、硅通信模块等组 合而成 ,这样 ,可使整个卫星的质量缩小到以 kg计算 ,从而使卫 星的成本大幅度降低 。
美国提出的硅固态 卫星的概念图，这 个卫星除了蓄电池 外，全由硅片构成 ，直径仅15cm。
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MEMS的发展过程的重要历史事件
1939年 P-N结半导体 (W. Schottky)
1948年
1954年 1958年
晶体管 (J. Bardeen, W.H. Brattain, W. Shockley)
半导体压阻效应 (C.S. Smith) 集成电路（IC） (J.S. Kilby)
1987年 微型齿轮 (UC Berkeley)
1988年 压力传感器的批量生产 (Nova Sensor) 1988年 微静电电机 (UC Berkeley)
1992年 体硅加工工艺 (SCREAM process, Cornell)
1993年 数字微镜显示器件 (Texas Instruments) 1994年 商业化表面微机械加速度计 (Analog Devices)
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OMOM智能胶囊消化道内窥镜系统
• 金山科技集团研制的胶囊内镜
“胶囊内镜”是集图像处理、信息通讯、光电工程、生 物医学等多学科技术为一体的典型的微机电系统 （MEMS）高科技产品，由智能胶囊、图像记录仪、手 持无线监视仪、影像分析处理软件等组成。
工作时间：8小时左右 视 角 度：140度 视 距：3cm 分 辨 力：0.1mm 体 积：13mm ×27.9mm 重 量：<6g 外 壳：无毒耐酸耐碱高分子材料 图象记录仪
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图1微机电系统的组成框图 微机电系统的组成框图如图1所示，它是将微机械、信息输 入的微型传感器、控制器、模拟或数字信号处理器、输出信号 接口、致动器 ( 驱动器 ) 、电源等都微型化并集成在一起，成为 一个微机电系统。微机电系统内部可分成几个独立的功能单元， 同时又集成为一个统一的系统。
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生物医疗和医学上的应用
微机械技术在生物医疗中的应用尤其令人惊叹。例如:将微型传感器用 口服或皮下注射法送入人体,就可对体内的五脏六腑进行直接有效的监测。 将特制的微型机器人送入人体 ,可刮去导致心脏病的油脂沉积物,除去体内的
胆固醇,可探测和清除人体内的癌细胞 ,进行视网膜开刀时 ,大夫可将遥控机
1999年 光网络开关阵列 (Lucent)
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MEMS的应用领域
由于MEMS器件和系统具有体积小、重量 轻、功耗小、成本低、可靠性高、性能优异、 功能强大、可以批量生产等传统传感器无法比 拟的优点，因此在航空、航天、汽车、生物医 学、环境监测、军事以及几乎人们接触到的所 有领域中都有着十分广阔的应用前景。
微机电系统-MEMS简介
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MEMS定义
早在二十世纪六十年代，在硅集成电路制造技术发 明不久，研究人员就想利用这些制造技术和利用硅很好 的机械特性，制造微型机械部件，如微传感器、微执行 器等。如果把微电子器件同微机械部件做在同一块硅片 上，就是微机电系统——MEMS: Microelectromechanical System。 由于MEMS是微电子同微机械的结合，如果把微 电子电路比作人的大脑，微机械比作人的五官（传感 器）和手脚（执行器），两者的紧密结合，就是一个 功能齐全而强大的微系统。
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国外MEMS 技术在引信中的应用
• MEMS 技术在精确打击弹药引信中的应用
美国FMU2159/ B 硬目标侵彻灵巧引信及加速度计
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采用MEMS 技术的弹道修正引信
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装有弹道修正引信的MK64 制导炮弹
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单兵20 mm 高 爆榴弹微机电引信
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器人放入眼球内,在细胞操作、细胞融合、精细外科、血管、肠道内自动送 药等方面应用甚广。
MEMS的微小可进入很小的器官和组织和能自动地进行细微精确的操作的特
点 ,可大大提高介入治疗的精度 ,直接进入相应病变地进行工作 ,降低手术风 险。同微电子,集成电路,IC,工艺,设计,器件,封装,测试,MEMS时,可进行基因 分析和遗传诊断 ,利用微加工技术制造各种微泵、微阀、微摄子、微沟槽、 微器皿和微流量计的器件适合于操作生物细胞和生物大分子。所以,微机械 在现代医疗技术中的应用潜力巨大,为人类最后征服各种绝症延长寿命带来 了希望。
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微电子机械系统是以微电子、微机械及材料科学为基础， 研究、设计和制造具有特定功能的微型装置（包括微结构器件、 微传感器、微执行器和微系统等方面）的一门科学。
• 1959年就有科学家提出微型机械的设想，但直到1962年 才出现属于微机械范畴的产品—硅微型压力传感器。其 后尺寸为50～500微米的齿轮、齿轮泵、气动蜗轮及联 接件等微型机构相继问世。而1987年由华裔留美学生冯 龙生等人研制出转子直径为60微米和100微米的硅微型 静电电机，显示出利用硅微加工工艺制作微小可动结构 并与集成电路兼容制造微小系统的潜力，在国际上引起 轰动，科幻小说中描述把自己变成小昆虫钻到别人的居 室或心脏中去的场景将要成为现实展现在人们面前。同 时，也标志着微电子机械系统(MEMS)的诞生。
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MEMS的应用领域
1、MEMS在空间科学上的应用
MEMS在导航、飞行器设计和 微型卫星等方面有着重要应用。 如：基于航天领域里的小卫星、 采用体微加工技术制作的各种 微卫星、纳米卫星和皮米卫星 用 MEMS 技术制造的微型飞行 微泵、微阀、微镊子、微沟槽 的概念，提出了全硅卫星的设 器、战场侦察传感器、智能军 和微流量计等器件适合于操作 计方案 ，整个卫星的重量缩小 用机器人和其他 MEMS器件， 汽车发动机控制模块是最早使 生物细胞和生物大分子。由于 到以千克计算，进而大幅度降 在军事上的无人技术领域发挥 用MEMS 技术的汽车装备，在 MEMS 器件的体积小，能够进 利用 MEMS 技术制造的微型仪 低成本，使较密集的分布式卫 着重要作用。美国采用 MEMS 汽车领域应用最多的是微加速 入很小的器官和组织，同时又 器在环境检测、分析和处理方 星系统成为现实。 技术已制成尺寸只有 10cm×10 MEMS 技术的发展对信息技术 度计和微压力传感器，并且以 能进行细微精细的操作，因此 面大有作为，它们主要是由化 cm 的微型侦察机。 每年 20%的比例在迅速增长。 产生了深远的影响。近年来， 可以大大提高介入治疗的精度， 学传感器、生物传感器和数据 MEMS 又逐渐向光通讯领域渗 此外，角速度计也是应用于汽 降低医疗风险。 处理系统组成的微型测量和分 车行业的重要 MEMS传感器， 透，形成了由微光学、微电子 析设备 ,其优势在于体积小、价 它可用于车轮的侧滑控制。 学、微机械学和材料科学相结 格低、功耗小和易于携带。 合的全新研究领域，即微光电 子机械系统（MOEMS）。
1959年
1962年 1965年
“There is plenty of room at the bottom” (R. Feynman)