微米纳米技术是指研究尺度在微米纳米范围的技术解读

绪论微米纳米技术是指研究尺度在微米纳米范围的技术，包括系统、器件及相应的材料与加工技术。

特点：

1．多数微米纳米系统、器件会保持宏观基本性质，这就为大型器件和系统微小型化提供了空间，而微小型化会带来占用空间、能量消耗、材料耗费、应用范围等方面的巨大好处2．一些微米纳米尺度的系统、器件、材料具有宏观不具备的一些特殊性质，产生前所未有的新功能

3．在微米纳米尺度上的科学研究还进行得很少，已有研究一般都停留在现象上，有关加工、操作和理论上的研究涉及较少

4．理论有别于宏观理论和微观理论，为科学研究留下较大空间

5．加工方式特殊

6．交叉性和渗透性强

7．应用广泛

MEMS是将热、光、磁、化学、生物等结构和器件通过微电子工艺及其他微加工工艺加工到芯片上，并通过与电路的集成乃至相互之间的集成组成复杂的微型系统。

特点：

1．微小结构。体积小重量轻

2．智能化

3．交叉性与渗透性

4．具备集成电路的一些特点，如批量化、低成本等

纳米技术的分类：

纳米电子学、纳米材料、纳米结构、NEMS纳机电系统、纳米操作和纳米制造、纳米结构的检测与表征。

当把微机电系统的特征尺寸缩小到100纳米以下变成了纳机电系统，其特点是尺寸更小、质量更小、更灵敏精确、更低功耗，可用于精密测量，机械结构更高的固有频率，但噪声大，加工难度大。

对社会的影响：

新型材料、生物与医学、能源、环境、国土安区和反恐、科学发展

微纳米技术的应用微纳力学传感器包括微惯性、压力传感器、应变力传感器、触觉传感器、微麦克风等。

压力传感器

把压力转换成电信号输出的传感器，分为绝对压力传感器和差压传感器。

压力传感器应用早且广泛，是目前MEMS最大的市场之一，早期用于汽车发动机的进气管绝对压力（MAP）测量，另一个重要的应用是检测轮胎压力,其他的应用包括血压计、工业控制、环境监测等方面。

微型惯性传感器包括加速度计和陀螺，是利用物体的惯性来测量物体运动情况的一类传感器。

加速度计

稳态条件下

即已知质量块的位移就可以知道外界的加速度。加大惯性质量快的质量，降低弹簧的等效弹性系数都可以提高灵敏度。

最成功应用的是汽车安全气囊控制的加速度计，另外还有电子悬挂系统，笔记本电脑里安装以保护数据，手机的网页浏览、图像翻转、游戏等，数码相机和摄像机的防抖、投影仪的倾斜校正等。军事领域直接用于武器的安全和保险，使惯性导航和制导的重要组成部分。

微机械陀螺

振动式陀螺，通过科里奥利力来测量转动角速度。应用：防侧翻系统、电子稳定系统（ESP）和刹车防抱死系统（ABS）。由多轴加速度计和微陀螺组成的微型惯性测量组合（MEMS IMU）可用于导航和自动驾驶、虚拟现实、人体姿态检测，和导航制导、姿态控制等

微麦克风

特殊的压力传感器，把声压转换成电信号，应用于超薄折叠手机和网络电话

光学MEMS

显示

典型器件：用于投影显示的数字驱动微镜阵列芯片（DMD）和数字光处理器DLP技术、光栅光阀（GLV）、光栅电子机械系统（GEMS）、空间光阀（SLV）

通信

光开关、光可调衰减器、可调激光发射器和滤波器、片上光波导等

传感

微型光谱仪、自适应光学系统、电子纸张、可调激光器等

RF MEMS

优点：微型化、集成化、高Q值、好的隔离度、插入损耗小、信道容量高

应用：用于射频收发前段电路，如无线通讯和GPS

开关/继电器

体积小、重量轻、可批量制造、可与IC集成、加工成本低、可靠性高、功耗低、无谐波失真，串联电阻低，优异的高频性能、低插入损耗、高隔离度和高线性度等优点

电感

有源电路的方法得到的微型化电感相噪声大和功耗大，IC工艺制作出的平面方形螺旋电感由于与衬底存在寄生电容和电磁耦合，加上衬底的电阻较小，Q值过小，采用高阻衬底减小寄生效应但无法与电路集成

可变电容

没有静态电流，信号损耗较小，Q值较高，调节范围更宽，可构成相噪声更小的VCO，可承受很大的电压变化

谐振器和滤波器

高Q、与IC工艺兼容、很高的温度稳定性和很低的噪声

微流控系统

是驱动、感测、控制流体的微型器件

微流道

用微加工方法形成的封闭液体通道，提供流体进行微操作的场所，甚至本身作为为流体控制

的一种重要手段

微阀

用于控制流向和流量，最常使用的是单向阀

微泵

微流控芯片的重要驱动部件

应用：微型全分析系统（uTAS）或称芯片实验室（LOC），喷墨打印头

微纳生物传感器/生物芯片/BioMEMS

微纳生物传感器

将生物信号转换成电信号或其他可直接测量的信号的器件，更严格意义上来说是一种以生物活性单元（如酶、抗体、核酸、细胞等）作为敏感单元，对生物信息进行检测的元件。

血糖传感器

生物芯片

在广义上指通过为加工技术和微电子技术在固体基片表面构建的卫星生物化学分析系统，包括生物传感器，微阵列芯片和前面讲过的微型全分析系统（uTAS），从狭义上则专指微阵列芯片。

可分为基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片和组织芯片。应用于食品科学和医学药物筛选等BioMEMS

生物领域应用的MEMS，狭义定义之包含可动结构或微流控系统地用于生物领域的微器件或系统（含uTAS），不包含阵列芯片和单纯的生物传感器。

包括uTAS、微针和微探针、人造视网膜

微能源系统（Power MEMS）

重要性：功率器件必须完成小型化、微型化革命，电源尺寸将决定系统尺寸，没有微型化或小型化的电源装置提供能源，MEMS系统将难以发挥微型化优势

主要能源：微型电池、发电机，微型燃料电池、微型能量采集系统

尺寸效应对一个器件和系统的微型化是对其几何尺寸按一定的比例缩小。理想情况的按比例缩小是各个维度按照一定的比例变化，实际中往往受到很多功能、物理、技术限制。

小物体有更大的相对表面积。表面积/体积比按下按线性尺度的倒数关系变化，如表面张力的变大。

惯性力

惯性力正比于的四次方。重力加速度不随尺寸变化，重力按长度的三次方关系变化，下降迅速，一些情况下可以忽略

弹性力学中典型量

弹性系数随线性尺度线性下降，谐振频率与线性尺度成反比，噪声与线性尺度的三次方成反比。杨氏模量的变化是由于表面层分子的作用在纳米尺度下变得更显著造成的。