微机电系统的核心技术及其研究发展现状

微机电系统( MEMS) 是在微电子技术的基础上兴起的一个多学科交叉的前沿领域,由微加工技术制造的微型传感器、微型执行器及集成电路组成的器件或系统,集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。本文介绍了微机电系统的核心技术,指明了MEMS 技术的发展趋势。

微机电系统的核心技术及其研究发展现状

xxx机械0805班

（华北电力大学机械工程系，河北，保定）

摘要：微机电系统( MEMS) 是在微电子技术的基础上兴起的一个多学科交叉的前沿领域，由微加工技术制造的微型传感器、微型执行器及集成电路组成的器件或系统，集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。本文介绍了微机电系统的核心技术，指明了MEMS 技术的发展趋势。

关键词：微机电系统（MEMS）；微机械加工；纳米制造；

近几十年来, 微机械技术和微电子技术相融合形成一个新兴的技术领域——微机电系统( MEMS)。MEMS 技术源于20 世纪80 年代中后期的美国和日本，已有30 余年的发展历程。中国的MEMS 研究始于1989 年，研发单位主要集中在高等院校和研究所，比较早的研究院所有北京大学微电子所，清华大学精密机械系，上海交通大学微纳米中心，中科院上海微系统与信息技术研究所等。虽然我国目前在微机械方面的投资、技术基础与经济发达国家相比还有一定的差距，但在MEMS 研究正在形成自己的力量和技术方向，并在微流体器件、微能源、微型汽轮机、微型马达等方面都取得了成果。

1.微机电系统基础理论研究

MEMS 不同于传统机电系统，自身还有宏观物理学难以解释和预测的特定规律，诸如微构件力学性能、微摩擦机理、微流体力学、微传热学等基础理论研究仍然需要深入探索和关注。对于某些微纳尺寸构件或系统，其微尺度效应与宏观现象差异很大，甚至发生质的变化，诸如力的尺寸效应、微结构表面效应、微观摩擦机理、热传导、误差效应和微构件力学性能等。目前，MEMS 基础理论研究已取得一些研究进展，并开发出一些测试仪器或系统对微尺度理论体系进行完善，但尚不系统化，有待于进一步对微结构学、微动力学、微流体力学、微摩擦学、微热力学、微电子学、微光学、微生物学等进行研究。

2.微机电系统核心技术

2.1. MEMS 器件设计

MEMS 器件设计主要是以MEMS 三维结构作为研究对象，开展结构力学分析、电学模型分析、耦合场分析及行为分析等研究。与其他机械产品设计类似，MEMS 设计也需要系统建模、仿真计算、优化设计与工艺模拟等步骤。MEMS 器件设计能力弱于其加工能力，成为困扰MEMS 发展的制约因素。目前主要从设计工具和设计方法两个角度开展研究以提高MEMS 器件设计能力。随着相应基础研究的深入和MEMS 设计经验的积累，目前已开发了一些商用MEMS软件，如美国IMAG公司的MEMCAD、Michigan大学的CAEMEMS、COMSOL 公司的COMSOL Multi-physics等。近年来在传统设计优化基础上发展起来的多学科设计优化技术( MDO) 成为当前复杂系统设计研究中一个最新、最活跃的领域。

2.2. MEMS构件材料

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