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mems簡介
微機(jī)電系統(tǒng)（英語：Microelectromechanical Systems，縮寫為MEMS）是將微電子技術(shù)與機(jī)械工程融合到一起的一種工業(yè)技術(shù)，它的操作范圍在微米范圍內(nèi)。比它更小的，在納米范圍的類似的技術(shù)被稱為納機(jī)電系統(tǒng)。
基本簡介
微機(jī)電系統(tǒng)是微米大小的機(jī)械系統(tǒng)，其中也包括不同形狀的三維平板印刷產(chǎn)生的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的大小一般在微米到毫米之間。在這個大小范圍中日常的物理經(jīng)驗(yàn)往往不適用。比如由于微機(jī)電系統(tǒng)的面積對體積比比一般日常生活中的機(jī)械系統(tǒng)要大得多，其表面現(xiàn)象如靜電、潤濕等比體積現(xiàn)象如慣性或熱容量等要重要。它們一般是由類似于生產(chǎn)半導(dǎo)體的技術(shù)如表面微加工、體型微加工等技術(shù)制造的。其中包括更改的硅加工方法如壓延、電鍍、濕蝕刻、干蝕刻、電火花加工等等。
生產(chǎn)微機(jī)電系統(tǒng)的公司的大小各不相同。大的公司主要集中于為汽車、生物醫(yī)學(xué)或電子工業(yè)生產(chǎn)大批量的便宜的系統(tǒng)。成功的小公司則集中于生產(chǎn)創(chuàng)新的技術(shù)。所有這些公司都致力于研究開發(fā)。隨著傳感器的發(fā)展微機(jī)電系統(tǒng)的復(fù)雜性和效率不斷提高。
常見應(yīng)用
在噴墨打印機(jī)里作為壓電元件
在汽車?yán)镒鳛榧铀僖?guī)來控制碰撞時安全氣囊防護(hù)系統(tǒng)的施用
在汽車?yán)镒鳛橥勇輥頊y定汽車傾斜，控制動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)
在輪胎里作為壓力傳感器，在醫(yī)學(xué)上測量血壓
數(shù)字微鏡芯片
微型麥克風(fēng)陣列
MEMS微型投影儀
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)光交換系統(tǒng)，這是一個與智能灰塵技術(shù)的融合
設(shè)計(jì)微機(jī)電系統(tǒng)zui重要的工具是有限元分析。
基本技術(shù)
微機(jī)電系統(tǒng)有多種原材料和制造技術(shù)，選擇條件是系統(tǒng)的應(yīng)用、市場等等。
硅
硅是用來制造集成電路的主要原材料。由于在電子工業(yè)中已經(jīng)有許多實(shí)用硅制造極小的結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)，硅也是微機(jī)電系統(tǒng)非常常用的原材料。硅的物質(zhì)特性也有一定的優(yōu)點(diǎn)。單晶體的硅遵守胡克定律，幾乎沒有彈性滯后的現(xiàn)象，因此幾乎不耗能，其運(yùn)動特性非?？煽俊４送夤璨灰渍蹟?，因此非常可靠，其使用周期可以達(dá)到上兆次。一般微機(jī)電系統(tǒng)的生產(chǎn)方式是在基質(zhì)上堆積物質(zhì)層，然后使用平板印刷和蝕刻的方法來讓它形成各種需要的結(jié)構(gòu)。
表面微加工
表面微加工是在硅芯片上沉積多晶硅然后進(jìn)行加工。
深層刻蝕
深層刻蝕如深層反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)向硅芯片內(nèi)部刻蝕?？涛g到芯片內(nèi)部的一個犧牲層。這個犧牲層在刻蝕完成后被腐蝕掉，這樣本來埋在芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)就可以自由運(yùn)動了。
體型微加工
體型微加工與深層刻蝕類似，是另一種去除硅的方法。一般體型微加工使用堿性溶液如氫氧化鉀來腐蝕平板印刷后留下來的硅。這些堿溶液腐蝕時的相對各向異性非常強(qiáng)，沿一定的晶體方向的腐蝕速度比其它的高1000倍。這樣的過程往往用來腐蝕v狀的溝。假如選擇的原材料的晶向足夠的話這樣的溝的邊可以非常平。
高分子材料
雖然電子工業(yè)對硅加工的經(jīng)驗(yàn)是非常豐富和寶貴的，并提供了很大的經(jīng)濟(jì)性，但是純的硅依然是非常昂貴的。高分子材料非常便宜，而且其性能各種各樣。使用注射成形、壓花、立體光固化成形等技術(shù)也可以使用高分子材料制造微機(jī)電系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)尤其有利于微液體應(yīng)用，比如可攜測血裝置等。
金屬
金屬也可以用來制造微機(jī)電系統(tǒng)。雖然比起硅來金屬缺乏其良好的機(jī)械特性，但是在金屬的適用范圍內(nèi)它非?？煽俊?/span>
研究和開發(fā)
MEMS研究人員使用一系列的工程軟件工具來對他們的設(shè)計(jì)經(jīng)行仿真和原型測試。MEMS設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到有限元分析。對動態(tài)力，熱度等等的仿真可以通過ANSYS，COMSOL、InliSuite和CoventorWare-ANALYZER等軟件來實(shí)現(xiàn)。其他軟件，比如ConvertorWare-ARCHITECT和MEMS-PRO，被用來開發(fā)更適合加工制造的產(chǎn)品布局，甚至用來仿真嵌入型的MEMS系統(tǒng)。當(dāng)原型機(jī)開發(fā)完成后，研究人員能夠各種儀器比如激光多普勒掃描震動計(jì)，顯微鏡，頻閃觀測儀等來對它們經(jīng)行測試。