一分錢硬幣大小、頭發(fā)絲粗細，這樣的描述語我們都很熟悉。但是，要說一分錢硬幣大小的飛機、頭發(fā)絲粗細的馬達，你可能就要瞠目結舌。微電子機械系統(tǒng)（簡稱為ＭＥＭＳ）就是這樣一些令人“匪夷所思”的微型智能化系統(tǒng)。

ＭＥＭＳ 是英文ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ 的縮寫，即微電子機械系統(tǒng)，是專指那種外形輪廓尺寸在毫米量級以下、構成它的機械零件和半導體元器件尺寸在微米／納米量級、可對聲、光、熱、磁、運動等自然信息進行感知、識別、控制和處理的微型機電裝置。它將微型電機、微型電路、微型傳感器、微型執(zhí)行器等等微型裝置和器件集成在硅片上。這種微型機電系統(tǒng)不僅能夠搜集、處理與發(fā)送信息或指令還能夠按照所獲取的信息自主地或根據(jù)外部的指令采取行動。

ＭＥＭＳ器件一般由兩部分組成的，一部分是基于微機械加工工藝的微傳感器；另一部分是與傳感器相配套的處理電路。ＭＥＭＳ器件工作時，通過微傳感器感知待測量（如溫度、壓力、加速度、聲波等）的變化，引起微傳感器某些參數(shù)的變化，將其通過處理電路轉變成電信號，再經(jīng)過處理電路檢測輸出，經(jīng)過一定的計算就能夠得出需要的數(shù)值。

ＭＥＭＳ的優(yōu)勢在于可將傳感器與處理電路利用ＣＭＯＳ工藝集成在一塊ＩＣ上，同時具有較機械式傳感器更高的響應速度和更小的封裝尺寸。半導體硅材料具有良好的機械性能以及光電效應、壓阻效應和霍爾效應等多種敏感特性，便于制作信號敏感與處理電路集成的傳感器。絕大多數(shù)微型傳感器均采用半導體硅材料制作。ＭＥＭＳ器件及系統(tǒng)的設計加工與傳統(tǒng)的設計加工不同，傳統(tǒng)的設計加工思路是從零件到裝配最后到系統(tǒng)的自下而上的方法。ＭＥＭＳ系統(tǒng)是采用微電子和微機械加工技術將所有的零件、電路和系統(tǒng)在整體考慮下幾乎同時制造出來，零件和系統(tǒng)是緊密結合在一起的一種自上而下的方法。微型傳感器的主流工藝是硅基微機械加工工藝，包括體硅微機械加工工藝、表面微機械加工、微電鑄技術、鍵合技術等。它來源于已經(jīng)成熟的半導體工藝，可以同時加工出大量且?guī)缀跬耆嗤臋C械結構。因此，除了具有體積小、重量輕、能耗低等優(yōu)點外，微型傳感器的可靠性較高，其價格遠遠低于采用傳統(tǒng)機電技術和普通半導體平面工藝制作的傳感器，所以，ＭＥＭＳ技術的應用日趨廣泛。

現(xiàn)代汽車發(fā)動機的電子控制系統(tǒng)，一直是ＭＥＭＳ技術在汽車中的主要應用領域之一。飛思卡爾和博世公司生產(chǎn)了數(shù)以百萬計的多路壓力傳感器。這些器件測量出的多路進氣壓力可以用來計算空氣／燃料比。傳統(tǒng)的多路絕對壓力傳感器和氣囊加速度計幾乎已經(jīng)完全被微型化的傳感器所替代。在廢氣循環(huán)ＥＧＲ系統(tǒng)中，陶瓷電容式壓力傳感器正為微型硅壓阻式傳感器所取代。在輪速測量、冷卻系統(tǒng)壓力、發(fā)動機油壓力和剎車壓力測量方面，人們已經(jīng)開始用基于ＭＥＭＳ技術的傳感器來取代已有的產(chǎn)品。

哈爾濱工業(yè)大學ＭＥＭＳ中心成立于１９９６年，主要從事制造和研究微結構（微米、亞微米、納米級）、ＡＳＩＣ（專用集成電路）、微傳感器和微系統(tǒng)等工作，主要的研究方向有集成慣性器件、聲－振動集成多功能傳感器、 集成溫度傳感器、自檢測壓力—溫度多功能傳感器、微流體芯片ＭＥＭＳ微型燃料電池等。

ＭＥＭＳ中心研制的入侵預警無人值守系統(tǒng)采用自主研發(fā)的高靈敏、高可靠聲－振動集成多功能傳感器為核心敏感模塊和自備電源的無線通訊模塊。可監(jiān)測室內(nèi)外環(huán)境的震動與聲音信號，一般用在樓宇、倉庫、廠房等區(qū)域的入侵預警及失竊追蹤等領域。在航空航天、石油化工、水電、冶金制造、鍋爐、控制等領域都有廣泛的應用。ＭＥＭＳ中心研制的ＭＥＭＳ微燃料電池，體積只有一元錢硬幣大小，輸出電壓大于６００ｍＶ，輸出電流大于１３ｍＡ，可以用在計算器、手機等各種電子器件中。

中國的一些公司和研究機構在ＭＥＭＳ技術的研究和推廣上也取得了相當大的成就。據(jù)資料介紹，“九五”期間，通過微齒輪、微泵、微電機、微馬達、微型飛機和微型陀螺等研究，中國科學家提出和發(fā)展了由于尺度效應而產(chǎn)生的微機械學，創(chuàng)造性地發(fā)展了微細電火花加工、三維半導體加工和深層刻蝕（ＬＩＧＡ）等微細加工工藝，以及掃描遂道、原子力顯微鏡等納米測量技術，部分成果已達到國際先進水平。此外，ＭＥＭＳ技術已開始在我國的社會生活中發(fā)揮作用，如微操作機器人已開始用于生物工程中的細胞分割、顯微手術和生物芯片的制造工藝中；微傳感器已經(jīng)用于飛行器的加速度、壓力等參數(shù)的實時測量；納米薄膜潤滑技術已用于“長征三號”火箭和計算機硬盤的制造工藝上。ＭＥＭＳ產(chǎn)品已經(jīng)漸漸成為機械的高級維護系統(tǒng)、微型工廠、人體管腔診斷和檢查系統(tǒng)等需要微型、微細機械的主流產(chǎn)品。(end)