微机电系统文献计量分析

万 勇，马廷灿，潘 懿

（中国科学院 武汉文献情报中心，武汉 430071）

0 引言

微机电系统（MEMS）是伴随着集成电路、微细加工技术和超精密机械加工技术发展起来的，一般认为它是以微电子、微机械加工技术为基础，研究、设计、加工制造具有特定功能的微机械，包括微结构元器件、微传感器、微执行器和微系统等。MEMS由于尺度小、集成度高、功能灵活强大，使人类的操作、加工能力延伸到微米级空间，在航空航天、汽车工业、家用电器、精密机械、生物医学、环境保护、通信以及军事等领域有着广泛的应用潜力；同时作为新兴的高技术产业，已成为世界各国政府竞相争夺的技术制高点之一[1～5]。

1 SCI文献计量分析

本文选择SCI-Expanded数据库，利用关键词对全球科研人员发表的MEMS领域的文献进行检索。数据采集时间为2011年1月21日，共检索到文献6677篇。检索过程中，并未限定文献类型，以下统称为“论文”。利用Thomson Reuters集团开发的数据挖掘和可视化分析工具——TDA开展文献计量分析。

1.1 年度分布分析

如图1所示，MEMS领域的研究论文从上世纪90年代开始，呈现出快速增长的态势，这从一个侧面反映出，微纳制造研究正日益受到人们的关注，从已有作者和新作者的数量对比中，也可以看出，近几十年来，每年都有更多的研究人员投身到该领域的研究中。同样地，随着研究队伍的不断壮大，MEMS领域的研究方向也逐渐增多，体现在新关键词数量的快速增长。

图1 MEMS SCI论文数量年度分布图

1.2 重点国家/地区分析

在现有数据的基础上，对不同国家的论文数量进行了对比分析。发表论文数量排名前10位的国家/地区如图2所示，美国以2503篇的绝对优势遥遥领先位居第二的日本，将近是后者的4倍。这从一定程度上可以看出美国在MEMS领域的科研活动相当活跃，并且具有相当强大的研究实力。中国以547篇的数量位居第三，接下来依次为德国（457篇）、韩国（392篇）。我国的台湾地区以337篇的数量排在第六位。这10个国家/地区的论文数量为5855篇，占全部总数的87.7%，这表明微纳制造技术研究相对集中在这10个国家/地区。

图2 主要国家/地区MEMS论文数量

分析各个国家/地区的论文数量随时间的变化情况，如图3所示。可以看出，美国一直处于优势领先地位。2000年，美国的论文数量为91篇，大约是是排在第二位的日本（33篇）的3倍；到了2009年，美国的论文数量增长至256篇，此时排在第二位的是中国（103篇），尽管差距缩短至2.5倍强，但美国在MEMS领域的优势地位短期内还是很难超越的。而中国在最近几年的发展中，正在赶上并超越日本。

图3 各国家/地区发表的论文数量年度分布图

从论文被引用情况来看，美国的总被引次数和H指数均排在第一，且远高于随后的国家；篇均被引次数低于匈牙利和瑞士，位居第三；论文被引率排名第四（前三位是丹麦、巴西和瑞士）。日本的总被引次数位列第二，H指数排在第三位（德国第二），篇均被引次数和论文被引率分别位列十一和廿一。匈牙利的论文总数尽管只排在第卅八位，但篇均被引次数则高居榜首，论文被引率位列第七。虽然中国论文数量位居第三，但总被引次数、H指数、篇均被引次数、论文被引率分别为第四、第五、第廿六和廿八位，这表明，我国的论文尽管已经在数量上处于领先，但更要在质量上获得大的提高。

1.3 重点机构分析

如图4所示，从论文数量上来看，排在第一至三位的一次是加州大学伯克利分校（180篇）、麻省理工学院（140篇）、桑迪亚国家实验室（138篇）。中国科学院（未包括中国科学技术大学）以127篇位居第四位。这十家机构发表的论文数量差别并不大。从国别分布来看，这10家机构中有5家来自美国、2家来自新加坡，中国、日本和台湾地区各1家。这也表明美国在MEMS领域具备相当强大的研究能力。

图4 主要机构MEMS论文数量

从论文被引用情况来看，尽管中国科学院的论文数量较为领先，但总被引次数、H指数分别为第九、第十三。总被引次数排在前三位的依次是加州大学伯克利分校、麻省理工学院和佐治亚理工学院；H指数排在前三位的依次是加州大学伯克利分校、麻省理工学院和密歇根大学。前20所机构中，篇均被引次数位列前三的依次是加州大学洛杉矶分校、加州大学伯克利分校和密歇根大学。

1.4 重点期刊分析

本次分析的6677篇论文共涉及992种期刊。美国电气和电子工程师协会的《微机电系统杂志》（Journal of Microelectromechanical Systems）（2005-2009五年期影响因子为2.790）的发文量最多，有444篇；总被引次数和H指数同样位居首位，篇均被引次数则排在第三。Elsevier的《传感器与执行器A：物理》（Sensors and Actuators A-Physical）（2005-2009五年期影响因子为1.737）以319篇位居论文数量第二位，总被引次数和H指数同样位居第二，篇均被引次数则排在第四。英国物理学会的《微机械与微工程杂志》（Journal of Micromechanics and Microengineering）（2005-2009五年期影响因子为2.473）的论文数量仅比排在第二的Sensors and Actuators A-Physical少6篇，总被引次数和H指数同样位居第三，篇均被引次数排在第六。

1.5 重点作者与论文分析

本次分析的6677篇论文共涉及1.5万多名作者。单从论文数量来看，东京大学Fujita Hiroyuki教授近年来发表了MEMS领域的论文49篇，位居第一。从总被引次数看，加州大学伯克利分校化学工程系Maboudian Roya教授遥遥领先位列第二的台湾国立成功大学工程科学系的Lee Gwo Bin教授。

MEMS领域被引次数超过300的论文，共有13篇。其中，佐治亚理工学院Akyildiz, I F的有关无线传感器网络的论文被引2120次，位居首位，遥遥领先其他论文。这13篇论文中，有9篇产自美国的高校和企业，日本、中国、德国和瑞士则各有1篇。

1.6 重点研究方向分析

利用Aureka软件对SCI论文的总体研究布局进行了分析，如图5所示。薄膜、微加工、封装、传感器等是MEMS领域的研究热点（白色区域）；键合技术、执行器、光衰减器等也是研究的热点领域。

图5 MEMS研究的总体布局图

2 结束语

根据文献计量分析，当前MEMS的研究热点主要集中在微流体系统、微机械加工技术、封装等。从调研结果看，微机电系统的确是微纳制造领域中发展最为成熟的方向之一，其产业化也具备了一定的规模。2010年11月在美国亚利桑那州举行的MEMS Executive Congress上，市场研究机构iSuppli和Yole Développement均指出，2010年MEMS芯片市场将逾70亿美元[6]。

从SCI文献计量来看，尽管中科院位列单一机构发文数量第三，但中科院在MEMS技术的研究上存在较大差距。美国具有绝对领先的实力，MEMS的三个标志性成果分别为数字微镜、静电微马达和微加速度计，均由美国发明；日本的研究水平也处于我国之上。

发展我国MEMS，需要规划优先发展的重点方向，部署前瞻性研究；通过官产学研合作以及国际合作提高我国MEMS技术研发与自主创新能力；加大资金投入，加强产业链的交流与互动，建设相关产业集群。

[1] 孟光, 张文明. 微机电系统动力学[M]. 北京: 科学出版社.2008.

[2] 崔铮. 微纳米加工技术及其应用[M]. 北京: 高等教育出版社. 2009.

[3] Ahmed Busnaina. Nanomanufacturing Handbook[M].Florida: CRC Press, 2007.

[4] BIS. Government takes action to grow advanced manufacturing [OL]. [2010-12-10].http://nds.coi.gov.uk/content/Detail.aspx?ReleaseID=4170 03&NewsAreaID=2.

[5] 王琪民, 刘明侯, 秦丰华. 微机电系统工程基础[M]. 合肥:中国科学技术大学出版社, 2010.

[6] R. Colin Johnson. Analysts split on MEMS growth rate forecasts[OL]. [2010-11-04].http://www.eetimes.com/electronics-news/4210412/Analysts-split-on-MEMS-growth-rate-forcasts.