微机电系统科学与技术发展趋势

薛淞元

摘要：微机电系统是一种将微电子技术与机械工程有机结合在一起的工业技术，其能够在微米范围内实现操作。本文简要介绍了微机电系统内涵及其分类，结合当前最新研究动态，展望了微机电系统科学与技术的未来发展趋势，旨在为相关研究与实践提供参考。

关键词：微机电系统;机电结合;发展趋势

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）11-0211-01

0 前言

近年来，微机电系统（以下简称为MEMS）逐渐开辟出全新的产业领域，相较于传统传感器来说，MEMS有着众多优点，因此在航空航天、环境监控、生物医学等各个领域都有着广泛的应用。MEMS实质上是微电子技术的拓展和延伸，实现了微电子技术与精密机械加工技术的有机融合，作为全新的技术领域，MEMS展现出强大的生命力和应用潜力，本文即对MEMS科学与技术发展趋势进行简要分析。

1 微机电系统内涵

MEMS指的是尺寸在几毫米甚至更小的一种高科技装置，其内部结构一般在微米级，甚至更小，MEMS是一种独立的智能系统，主要由三部分组成，分别是传感器、执行器和微能源。

相较于传统传感器来说，MEMS有着无可比拟的优势，具体来说体现在以下几个方面：

第一，微型化。MEMS器件体积较小，且重量较轻，在日常工作的过程中，能耗较低，惯性较小，且有着十分快速的响应速度。

第二，性能优良。MEMS的器件以硅为主要原料，硅的强度、硬度与铁相当，密度与铝相当，且热传导效率较高，综合性能十分优良。

第三，能够批量生产。以硅微加工工艺为基础，能够在一片硅片上同时制造成百上千个微型机电装置，甚至可以制造完整的MEMS，这就解决了传统工艺不能大批量生产的问题，大大降低了制造成本，实现规模效益[1]。

第四，集成化。MEMS能够集多重功能和不同敏感方向的传感器或执行器于一体，甚至能够继承多种功能的器件，由此形成功能复杂的微系统，这大大提升了MEMS的稳定性与可靠性。

2 微机电系统技术分类

2.1 传感MEMS技术

传感MEMS是一种利用微电子微机械加工出来的具有传感功能的器件和系统，通过电容、电阻、隧道电流等敏感元件能够感知转换电信号。传感MEMS的种类繁多，根据其功能，主要包括微型加速度传感器、面阵触觉传感器、压力传感器等。传感器是人们认知和探索世界的“触角”，因此传感MEMS在未来的应用前景十分广阔[2]。

2.2 生物MEMS技术

生物MEMS技术指的是利用MEMS技术制造生物微型分析或检测仪器，其能够将传统实验室功能集成在一个芯片或一种仪器上，有着智能化程度高、成本低廉、使用方便等优点。生物MEMS能够获取大量信息，相较于传统实验室分析方法来说，其分析效率更高，其能够实现实时通信。在国际上，生物MEMS已经成为了热点研究领域。

2.3 光学MEMS技术

近年来，光通信技术、信息技术不断发展，MEMS与光学之间的结合越来越紧密，即将微电子技术、微机械技术与光电子技术结合在一起，开发出更为先进的微光机电系统[3]。这种微光机电系统能够将MEMS结构件与各种光学器件集成在一起，由此形成功能更为全面的系统。如基于微光机电系统的新型投影设备、光通信器件等等。

2.4 射频MEMS技术

一般来说，射频MEMS技术大体可划分为两类，一类是固定射频MEMS器件，如滤波器、耦合器等，另一类是可移动的MEMS器件，如微机械开关、可变电容等。

3 微机电系统科学与技术发展趋势

3.1 新的应用领域

3.1.1 微型机器人

微型机器人一直是科学领域的热点研究方向，实质上，微型机器人就是一个微型系统，在桌面大小的地方，就可以完成组装，如微型硬盘、微型驱动器等高精密设备。这种微型机器人在军事领域的应用前景十分广阔，其不仅价格低廉，同时能够大规模的使用，即便是危险地区，也可以完成侦查、排雷及生化武器探测等一系列工作，对于减少士兵劳作和伤亡有着积极的意义。除了在军事领域的应用外，微型飞行器还可以在农业领域上应用，通过微型飞行器感知害蟲种类和数量，针对性制定灭杀策略，还可感知农作物的湿度、温度等，给农作物管理提供依据。

3.1.2 微型动力系统

微型动力系统的核心在于有效能源的输出，从体积很小的系统中输出很大的能量。能源问题是关系到人类社会长远发展的重要问题，石油、天然气等都是地球的不可再生能源，而当前市场上一些小型机动车耗费资源是比较大的，微型动力系统的研发则能够有效解决这个问题，发挥其替代作用，多余的空间可以设计座位，大大提高了利用效率。

3.1.3 大脑调制解调器

在通信技术不断发展的背景下，微型化与大批量生产成为光通信领域的重点研究方向。微型光机电系统则能够有效解决这一问题，这也使得其成为MEMS领域的研究热点。就目前来看，一种高带宽神经接口的研究逐渐受到关注，其能够让人类大脑与外部电子设备相连接，由此实现数据信息的交换，这一创新技术正被研发，实质上就是人通过大脑来对机器进行控制，即大脑调制解调器。

3.2 方便扩展

MEMS技术采用的是模块化设计方式，对于运营商来说，如果想要增加系统的额外容量，只需要直接增加器件或系统的数量就能够达到目的，不需要预先对所需要的数量进行计算，其扩展十分方便。

4 结语

综上所述，微机电系统的发展前景优良，应用也越来越广泛，在电子领域、军事领域中，其应用已经比较成熟，而在工农业、医疗行业、交通行业等方面的应用也越来越受到关注。本文即展望了微机电系统的未来发展趋势和方向，相信我们未来的世界，微机电系统会进一步发展，从而让世界更加节能、高效和环保。

參考文献

[1]毕研伟，潘力.微机电系统在智能服装领域的研究与展望[J].服装学报，2018，3（04）：308-313.

[2]罗凡，冯飞，赵斌，田博文，杨雪蕾，周海梅，李昕欣.基于微机电系统的微型气相色谱柱研究进展[J].色谱，2018，36（08）：707-715.

[3]李雪梅，王春玲.微机电系统的未来趋势[J].科教文汇（下旬刊），2016（04）：186-187.

Development Trend of Micro-electromechanical System Science and Technology

XUE Song-yuan

（No. 1 Middle School， Huantai County， Shandong Province，Zibo Shandong  256400）

Abstract：Micro-electromechanical system is an industrial technology which combines micro-electronics technology with mechanical engineering. It can operate in the micron range. This paper briefly introduces the connotation and classification of micro-electro-mechanical systems， and looks forward to the future development trend of science and technology of micro-electro-mechanical systems in the light of the latest research trends， in order to provide reference for relevant research and practice.

Key words：micro-electromechanical system; electromechanical integration; development trend