微电子机械系统技术与应用实践微探

王宁 山东大学微电子学院

在现代科学技术水平持续发展中，人们对微型装置设计提出了更高要求，尤其是在航天航空、医疗器械及数字通信等领域当中，机械装置微型化发展的需求越来越多。因此，在新时代背景下，针对微电子机械系统进行深层探索，不仅可以满足知识经济时代发展提出的制造需求，而且能为多个行业领域发展提供新的平台。下面对微电子机械系统技术与应用实践进行研究。

一、概念

其作为微电子电路与微机械制动器整合的微型装置，包含处理电路、微型传感器等内容，可以在电路信息的引导下实施机械操作，同时也能结合传感器获取外界信息，并在电路系统处理放大后，为制动器的机械操作提供有效依据。换句话说，微电子机械系统的应用优势要高于以往机械电子技术。通过以微电子技术为核心，充分融合微电子、传感器及微机械技术，微电子机械系统技术可以为当前各个行业领域发展提供优质革新技术，因此对未来社会经济发展和国防建设具有积极作用[1]。

二、微电子机械系统技术的特点

（一）微型化。通常情况下，机械加工技术都会达到厘米以上，而微电子机械系统技术的加工可以达到纳米以上。在这一背景下，各行业领域在引用微电子机械系统技术进行装置制造时，不管是能源消耗还是体积重量等都有了改变，且方便安装和携带。

（二）集成化。一般来讲，体积小的东西更容易集成化。因此，微电子机械系统技术制作出的微小器件，可以方便集成操作，并构建多种功能的陈列，有的还可以形成更为繁琐的微系统。

（三）硅基材料。硅作为微电子机械系统制造器件的重要材料，其拥有的强度和硬度与铁一致，密度与铝接近，且成本支出非常少，热传导率也与钨和铝逼近。因此，在引用微电子机械系统技术进行装置制造时，会将硅选作理想材料，进而实现预期设定的大批量生产目标。

（四）智能化。通过引用硅的光电效应可以制造光电传感器，而结合压阻效应能制造微力学传感器。为了提升微电子机械系统的信噪比，可以充分融合以硅为基材料的传感、信号处理与转换电路，这样不仅能加强微电子机械系统测量工作的灵敏性和准确性，且可以提升响应速度，减少不必要的操作步骤。

三、微电子机械系统技术类型分析

（一）体微机械加工技术

这种技术是指，依据掺杂和结晶湿化学腐蚀，可以让整体材料加工成微机械结构，如单晶硅基片等。其在应用过程中，最大的优势在于可以更简便制造出较大的器件，而缺点为无法制造精确性和灵敏度极高的系统。由于这种技术不能用于器件的平面化布局工作中，因此无法与微电子线路直接兼容。当前，体微机械加工技术最常引用在加速度传感器和压力传感器中[2]。

（二）表面微机械加工技术。这种技术是指，引用集成电路中的平面制造技术进行装置制造。了解当前微机械机械系统技术应用情况可知，其在制造过程中，一方面会用电连结的多晶硅层，另一方面会用更多的机械加工多晶硅层，两者可以构建多种机械部件。这种技术的应用优势在于可以全面引用现代化IC生产工艺，且可以科学管控机械部件尺度，促使其与IC完全兼容。而在应用中受沉积薄膜厚度的制约，这种技术制造的机械结构大都是二维的。需要注意的是，随着机械加工层的增加，虽然可以制造功能更强、内容越发复杂的微型机械，但也会涌现出大量难以解决的问题，如平面化问题、布局设计等。

（三）金属微机械加工技术。上述两种技术都是以硅为核心的加工技术，而这种技术是以传统机械加工技术为核心革新提出的，主要引用LIGA技术进行操作。其中，LIGA工艺是指以X射线光刻技术为核心的微机电加工技术，具体操作步骤分为：其一，X光深度同步辐射光刻；其二，电铸制模；其三，注模复制。

（四）复合微机械加工技术。这种技术属于体微机械加工技术与表面微机械加工技术的有效融合，不仅可以充分展现其他两种技术的制造优势，而且可以有效避免它们存在的缺陷。

四、微电子机械系统技术应用分析

了解当前市场发展情况可知，微电子机械系统的应用范围非常广，涉及到生物、电子及航天等多个行业领域，下面对最常见的几种进行研究：其一，微传感器。从二十世纪六十年代初期开始，第一个硅微压力传感器提出后，这种应用得到了全世界的关注。现阶段，经常应用的微传感器有真空微电子传感器、面阵触觉传感器等；其二，微电机。随着硅加工工艺的娴熟，促使集成电路加工尺寸可以实现深压微米，并解决了以往静电电机的机械加工问题，提升了整体工作的精确性。微电机的出现，不但优化了电机测速范围，而且突破了视频影像测速系统的限制，并展现出工艺兼容和测量便捷等优势；其三，机械滤波器和谐振器。这种应用展现出了极高的Q值（衡量电感器件的主要参数），且具备良好的稳定性和低损耗，但相应的谐振频率较低，且空气阻尼影响较大。因此，要想提升工作频率，研究人员提出了一种引用和IC工艺兼容的表面加工制造的双谐振梁四阶滤波器，工作频率可以到达14.6兆赫。需要注意的是，在频率提高的同时，也会引发新的问题，这就要求研究人员在整合实践应用经验的基础上，提出有效的处理措施。

结束语：综上所述，微电子机械系统技术的提出，对各行领域发展都产生了新的挑战和机遇。因此，在未来发展中，必须要加大对微电子机械系统技术的深层探索，注重整合以往应用经验，明确未来行业发展需求，提出更为优质的应用技术，从而为我国社会经济持续发展奠定基础保障。