2.1　概述

微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）是包含动能、弹性形变能、静电能、静磁能等能量的复杂系统，它将微电子系统与其他微型信息系统（各种能进行信息与能量传输和转换的系统）结合，广泛应用于高新技术产业。

MEMS实现了电子系统和外部世界的有机联系，不仅可以感受运动、光、声、热、磁等信号并将其转换成电子系统可以识别的电信号，还可以通过电子系统控制这些信号。

MEMS逐渐应用于微电子学、机械学、材料学、力学、声学、光学、热学、生物学、电子信息等学科，并集成了许多尖端科技成果，在信息、通信、航空、航天、生物、医疗、环保、工业控制等领域有广阔的应用前景。

研究表明，MEMS具有以下非约束性特征。

（1）体积小、精度高、重量轻。尺寸为微米级或毫米级，与一般的宏（Macro）相区别（传统的、大于1厘米的机械），但目前尚未进入物理上的微观层次。

（2）基于（但不限于）微机械加工技术，性能稳定，可靠性强，具有较强的抗干扰性，可在恶劣环境下稳定工作。

（3）能耗低、灵敏度高、工作效率高。在工作量相同的情况下，微电子机械消耗的能量仅为传统机械的十几分之一或几十分之一，而速度可以达到传统机械的10倍以上。与微电子芯片类似，微电子机械可大批量、低成本生产，性价比高。

（4）MEMS中的“机械”不限于狭义的机械力学中的机械，它包括一切能量转化和传输效应。

（5）MEMS的目标是形成智能微系统。

由以上特征可知，用微电子技术制造的微小机构、器件、部件和系统都属于MEMS，微结构和微系统只是MEMS发展的不同层次。从材料和工艺的角度来看，可将MEMS简单理解为在半导体衬底上，利用微机械加工技术制作的三维微结构或微系统；从组成结构来看，MEMS系统是由电子部件和机械部件组成的器件或系统，主要包括传感器、执行器和相应的信号处理电路3部分，典型的MEMS与外部世界的相互作用如图2-1所示。

图2-1　典型的MEMS与外部世界的相互作用

MEMS具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、机电一体化、可批量生产等优点，因此在航天、航空、汽车、生物等领域有广阔的应用前景。20世纪60年代以来，MEMS迅速发展，尤其是进入20世纪90年代后，由于工艺的进步，其发展更为迅速。MEMS器件种类繁多，由目前的研究情况可知，除了进行信号处理的集成电路部件，MEMS主要有以下几类。

（1）微传感器：主要包括机械、磁、热、化学、生物类传感器，每类又可以进一步细分。

（2）微执行器：包括微马达、微齿轮、微泵、微阀门等。

（3）微型构件：包括微梁、微探针、微腔、微管道等。

（4）微机械光学器件：包括微镜阵列、微光扫描器、微光斩波器、微光开关等。

（5）微机械射频器件（RF MEMS）：包括用微机械加工工艺制作的微型电感、可调电容、谐振器、滤波器、波导、传输线、天线阵列与移相器等。

（6）真空微电子器件：该器件将真空电子技术与微电子技术结合，利用微细加工工艺制造集成化的微型真空电子器件，包括场发射显示器、照明器件、微电子传感器等。

MEMS具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力，将对社会和经济产生重大影响。