2.1　概述

微電子機械系統（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）是包含動能、彈性形變能、靜電能、靜磁能等能量的復雜系統，它將微電子系統與其他微型信息系統（各種能進行信息與能量傳輸和轉換的系統）結合，廣泛應用于高新技術產業。

MEMS實現了電子系統和外部世界的有機聯系，不僅可以感受運動、光、聲、熱、磁等信號并將其轉換成電子系統可以識別的電信號，還可以通過電子系統控制這些信號。

MEMS逐漸應用于微電子學、機械學、材料學、力學、聲學、光學、熱學、生物學、電子信息等學科，并集成了許多尖端科技成果，在信息、通信、航空、航天、生物、醫療、環保、工業控制等領域有廣闊的應用前景。

研究表明，MEMS具有以下非約束性特征。

（1）體積小、精度高、重量輕。尺寸為微米級或毫米級，與一般的宏（Macro）相區別（傳統的、大于1厘米的機械），但目前尚未進入物理上的微觀層次。

（2）基于（但不限于）微機械加工技術，性能穩定，可靠性強，具有較強的抗干擾性，可在惡劣環境下穩定工作。

（3）能耗低、靈敏度高、工作效率高。在工作量相同的情況下，微電子機械消耗的能量僅為傳統機械的十幾分之一或幾十分之一，而速度可以達到傳統機械的10倍以上。與微電子芯片類似，微電子機械可大批量、低成本生產，性價比高。

（4）MEMS中的“機械”不限于狹義的機械力學中的機械，它包括一切能量轉化和傳輸效應。

（5）MEMS的目標是形成智能微系統。

由以上特征可知，用微電子技術制造的微小機構、器件、部件和系統都屬于MEMS，微結構和微系統只是MEMS發展的不同層次。從材料和工藝的角度來看，可將MEMS簡單理解為在半導體襯底上，利用微機械加工技術制作的三維微結構或微系統；從組成結構來看，MEMS系統是由電子部件和機械部件組成的器件或系統，主要包括傳感器、執行器和相應的信號處理電路3部分，典型的MEMS與外部世界的相互作用如圖2-1所示。

MEMS具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、機電一體化、可批量生產等優點，因此在航天、航空、汽車、生物等領域有廣闊的應用前景。20世紀60年代以來，MEMS迅速發展，尤其是進入20世紀90年代后，由于工藝的進步，其發展更為迅速。MEMS器件種類繁多，由目前的研究情況可知，除了進行信號處理的集成電路部件，MEMS主要有以下幾類。

（1）微傳感器：主要包括機械、磁、熱、化學、生物類傳感器，每類又可以進一步細分。

（2）微執行器：包括微馬達、微齒輪、微泵、微閥門等。

（3）微型構件：包括微梁、微探針、微腔、微管道等。

（4）微機械光學器件：包括微鏡陣列、微光掃描器、微光斬波器、微光開關等。

（5）微機械射頻器件（RF MEMS）：包括用微機械加工工藝制作的微型電感、可調電容、諧振器、濾波器、波導、傳輸線、天線陣列與移相器等。

（6）真空微電子器件：該器件將真空電子技術與微電子技術結合，利用微細加工工藝制造集成化的微型真空電子器件，包括場發射顯示器、照明器件、微電子傳感器等。

MEMS具有廣闊的應用前景和巨大的市場潛力，將對社會和經濟產生重大影響。