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MEMS微机电系统一个全新的技术领域

2014-02-25 sensor 700

微电子机械系统是微电子技术的拓宽和延伸,它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合,实现了微电子与机械融为一体的系统。从广义上讲,MEMS是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。MEMS主要包含微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分。作为输入信号的自然界各种信息首先通过传感器转换成电信号,经过信号处理以后(模拟/数字)再通过微执行器对外部世界发生作用。传感器可以把能量从一种形式转化为另一种形式,从而将现实世界的信号(如热、运动等信号)转化为系统可以处理的信号(如电信号)。执行器根据信号处理电路发出的指令完成人们所需要的操作。信号处理器则可以对信号进行转换、放大和计算等处理。Analog公司已研制成集成微加速度传感器和处理电路的芯片。

微电子技术的巨大成功在许多领域引发了一场微小型化革命,以加工微米/纳米结构和系统为目的的微米/纳米技术(Micro/NanoTechnology)在此背景下应运而生。一方面人们利用物理化学方法将原子和分子组装起来,形成具有一定功能的微米/纳米结构;另一方面人们利用精细加工手段加工出微米/纳米级结构。前者导致了纳米生物学、纳米化学等边缘学科的产生,后者则在小型机械制造领域开始了一场新的革命,导致了微机电系统(MicroElectroMechanicalSystems,MEMS)的诞生。

MEMS技术的发展开辟了的技术一个全新领域和产业。它们具有许多传统传感器无法比拟的优点,因此在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS技术及其产品正在迅速增长,预计到2000年,全世界MEMS的市场将达到120至140亿美元,而带来的与之相关的市场将达到1000亿美元。MEMS将电子系统和外部世界有机地联系起来,它不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界信号,并将这些信号转换成电子系统可以认识的电信号,而且还可以通过电子系统控制这些信号,进而发出指令,控制执行部件完成所需要的操作。

MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS技术开辟了一个全新的领域和产业。它们不仅可以降低机电系统的成本,而且还可以完成许多大尺寸机电系统无法完成的任务。例如尖端直径为5μm的微型镊子可以夹起一个红细胞,3mm大小的能够开动的小汽车,可以在磁场中飞行的象蝴蝶大小的飞机等。

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