微机电系统与微细加工技术

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　　微系统是微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路甚至接口、通信和电源于一体的微型器件或系统。微系统的习惯术语有：MEMS(MicroElectro-Mechanical System，微机电系统)或MOEMS(微光机电系统，美国)、Micro-Machine(微机械，日本)、Micro Systems(微系统，欧洲)。从其尺寸角度，可分为1～10mm的微小机械，1μm～1mm的微机械，1nm～1μm的纳米机械。相应地，微细加工技术也可分为微米级、亚微米级和纳米级微细加工等。
( x# s* f( S, O, {　　MEMS系统主要包括微型传感器、致动器和相应的处理单元三部分。作为输入信号的自然界的各种信息，首先通过传感器转换成电信号，经过信号处理后(包括模拟/数字信号间的变换)再通过微致动器对外部世界发生作用。传感器可以实现能量的转化，从而将加速度及热等信号转换为系统可以处理的电信号。致动器则是根据信号处理，控制电路发出的指令自动完成人们所需要的各种功能。信号处理部分可以根据控制电路进行信号转换、放大和计算等处理。这一系统还能够以光、电、磁等形式与外界进行通信，并输出信号以供显示，或与其他系统协同工作，构成一个更完整的系统。
" s7 f7 j; G" e6 ]- t5 c　　1.MEMS的应用领域
' K# K/ ]. e# i/ i  S. H0 `　　微机械无疑在生物医学、精密仪器，特别是空间狭小、操作精度高、功能高度集成的航空航天机载设备领域有巨大的应用潜力，被认为是一项面向21世纪可以广泛应用的新兴技术。微系统的应用主要可以分为以下四个方面：
* z0 z1 r6 [6 T' s7 n& {　　(1)微型构件通过微细加工技术加工出的三维微型构件有：微齿轮、微电动机、微涡轮、微光学器件、微轴承、微弹簧等。它们都是微系统的基础机械部件。微机械的设计和加工水平的不断提高，可以制造出越来越精细的微型构件。
　　(2)微传感器微传感器是最广泛使用的MEMS器件。传感器是一种将能量从一种形式转变成为另一种形式、并针对特定可测量的输人为用户提供一种可用的能量输出的器件。主要传感器类型有：声波传感器、生物医学传感器和生物传感器、化学传感器、光学传感器、压力传感器、热传感器等。
$ U; J) r/ A! _/ _6 Y7 ?) I　　(3)微致动器微致动器要求在动力源的驱动下能够完成所需要的动作，常用的微致动器有微阀、微泵、微开关、微谐振器等。微系统驱动常用的驱动方式有：热力驱动、形状记忆合金驱动、压电晶体驱动以及静电力驱动等。

　　(4)微型器件及系统应用较多的是医疗及外科手术设备，如人造器官、体内施药及取样微型泵等。微型机器人(见图1)。航空航天领域中的微型导航系统、微型卫星、微型飞机(见图2)等，以及微光学系统、微流量测量控制系统、微气相色谱仪、生物芯片、仿生器件等。
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( A# Y6 @, L: T( W' c2 T　　2.微细加工及其关键技术
* f+ I! _/ ^" }$ z1 M1 u1 H　　随着微机电系统的发展，微型制造技术作为实现MEMS技术的关键也开始引起世界发达国家的材料科学工作者和工业界的极大关注。要想加工出精密的微机电器件，必须要具备相应微细加工技术。
; h% S8 a+ x* d4 m7 ^. i4 ?6 J　　目前，常用的有以下方法：
* A3 S% q! j5 O9 ]9 g* ]( {1 m- D　　(1)光刻术(Photolithography)这种方法首先在基质材料上涂覆光致抗蚀剂(光刻胶)，然后利用极限分辨率极高的能量束来通过掩膜对光致蚀层进行曝光(或称光刻)。显影后，在抗蚀剂层上获得了与掩膜图形相同的极微细的几何图形。最后再利用其他方法，便可在工件材料上制造出微型结构。目前光刻术中主要采用的曝光技术有：电子束曝光技术、离子束曝光技术、X射线曝光技术和紫外准分子曝光技术。
文章关键词： 微机电系统   微细加工