MEMS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

MEMS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢MEMS系統(tǒng)在工業(yè)、信息通信、國防、航空航天、航海、醫(yī)療、生物工程、農(nóng)業(yè)、環(huán)境和家庭服務等領(lǐng)域有著潛在的巨大應用前景，它將成為本世紀最重要的科技領(lǐng)域和主要的支柱技術(shù)之一。目前對MEMS的需求產(chǎn)業(yè)主要來自于汽車工業(yè)、通信網(wǎng)絡(luò)信息業(yè)、軍事裝備應用、生物醫(yī)學工程；而按專業(yè)MEMS分四大類：生物MEMS技術(shù)、光學、MEMS技術(shù)、射頻MEMS技術(shù)、傳感MEMS技術(shù)。1.總述1.1生物MEMS技術(shù)生物MEMS系統(tǒng)具有微型化、集成化、成本低的特點。功能上有獲取信息量大、分析效率高、系統(tǒng)與外部連接少，具有實時通信、連續(xù)檢測的特點。國際上生物MEMS的研究已成為熱點，在不久將為生物、分析化學分析系統(tǒng)帶來一場重大的革新。CardioMEMS公司采用MEMS技術(shù)制成心血管微傳感器可測量動脈的壓力，該傳感器就像汽車里的EZPass設(shè)備(一種在高速公路入口無需停車即可完成付費的自動感應裝置)一樣工作，本身不帶電源，讀取信息時在外面用一個感應棒啟動傳感器即可得到此人動脈的所有相關(guān)數(shù)據(jù)。利用MEMS還能制作出智能型外科器械，減少手術(shù)風險和時間，縮短病人康復時間，降低治療的費用。Verimetra公司正在利用MEMS把現(xiàn)有手術(shù)器械轉(zhuǎn)變成智能型手術(shù)器械，可用于多種場合，包括小手術(shù)、腫瘤、神經(jīng)、牙科和胎兒心臟手術(shù)等。藥物注入是生物醫(yī)學MEMS另一個可能有巨幅增長潛力的領(lǐng)域，MicroChipd公司正在開發(fā)的一種藥物注入系統(tǒng)利用了硅片或聚合物微芯片，其上帶有成千上萬個微型貯液囊，里面充滿藥物、試劑及其它藥品。這些微芯片能夠向人體注入藥物，使止痛劑、荷爾蒙以及類固醇之類的注入方式發(fā)生革命性的變化。類似這樣的生物醫(yī)學新進展還將催生出新型器械，如便攜式掌上型透析機等。1.2光學MEMS技術(shù)隨著信息技術(shù)、光信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，MEMS發(fā)展的又一領(lǐng)域是與光學結(jié)合。即綜合微電子、微機械、光電子技術(shù)等基礎(chǔ)技術(shù)，開發(fā)新型光器件稱為微光機電系統(tǒng)MOEMS，它能把各種MEMS機構(gòu)件與微光學器件、光波導器件、半導體激光器、光電檢測器件等完整地集成在一起，形成一種全新的功能系統(tǒng)。目前較成功的應用科學研究主要集中在兩方面：一是基于MOEMS的新型顯示、投影設(shè)備，主要研究如何通過反射面的物理運動進行光的空間調(diào)制，典型代表為新型投影儀、數(shù)字微鏡陣列芯片和光柵光閥。二是通信系統(tǒng)，主要研究通過微鏡的物理運動來控制光路發(fā)生預期的改變，較成功的有光開關(guān)、關(guān)調(diào)制器、光濾波器及復用器等光通信器件圖1基于MEMS的多端口無阻賽全光交叉連接器（OXC）圖2一個848x600數(shù)字微鏡器件圖3三個鏡片有效地反射光線來投影一個數(shù)字形象1.3射頻MEMS技術(shù)目前最熟悉的應用就是無線通信領(lǐng)域，諸如手機、無線接入、全球定位系統(tǒng)和藍牙技術(shù)。其中最成熟的MEMS器件當屬開關(guān)。在日本，歐姆龍公司首先開發(fā)上市MEMS開關(guān)產(chǎn)品，隨后有日本村田制作所，松下網(wǎng)絡(luò)開發(fā)本部及日本三菱電機公司都相繼開發(fā)了高頻RFMEMS的開關(guān)。中國在MEMS方面也進行了大量的工作，對懸臂式RFMEMS開關(guān)進行了設(shè)計和研制。對RFMEMS開關(guān)驅(qū)動電壓進行了分析和研究。MEMS開關(guān)制造商TeraVictaTechnologies公司將推出號稱世界上最快的MEMS開關(guān)。這種單極雙擲開關(guān)適用于數(shù)字電視、衛(wèi)星通信和定向雷達等領(lǐng)域。在此之前，該公司已經(jīng)推出了7GHz的MEMS開關(guān)，用于自動測試設(shè)備(ATE)和RF無線領(lǐng)域。1.4傳感MEMS技術(shù)傳感MEMS技術(shù)是指用微電子微機械加工出來的，用敏感元件如電容、壓電、壓阻、熱電偶、諧振、隧道電流等等來感受轉(zhuǎn)換電信號的器件和系統(tǒng)。包括：速度、壓力、濕度、加速度、氣體、磁、光、聲、生物、化學等等各種傳感器?，F(xiàn)階段各類傳MEMS感器技術(shù)已經(jīng)大量的應用到了各個領(lǐng)域。蘋果公司頗有想象力地使用MEMS加速計來支持iPhone顯示器橫向與縱向畫面的自動切換，取得了巨大的成功，從而刺激了智能手機用于探測運動的MEMS應用的激增。圖四為ADI公司生產(chǎn)的ADXL203雙軸硅微加速計。此外還有應用于導航和制導領(lǐng)域如小型無人機的導航控制、短程戰(zhàn)術(shù)武器制導的高精度微加速度計。LittonSiAC硅加速度計為其典型的代表（如圖五所示），已廣泛應用于LN-200、LN-200S、LN-300等慣性測量組合上，以及LTN-101E、LISA-200兩種民用和軍用飛機慣性導航系統(tǒng)上。圖四ADXL203雙軸硅微加速計圖五LittonSiACTM硅加速度計2002年，ADI公司研制成功世界上第一個單片集成的商用陀螺儀產(chǎn)品ADXRS，如圖六所示。針對導航和制導領(lǐng)域應用要求Litton公司2003實現(xiàn)了SiGy的應用，用于LN-300IMU。圖六ADXRS系列硅微陀螺儀2.MEMS在手機上的應用目前手機產(chǎn)業(yè)被視為未來5年內(nèi)MEMS器件發(fā)展的最大機遇。2003年上市的硅麥克風和FBAR/BAW濾波器已經(jīng)進入發(fā)展的成熟階段。智能手機中MEMS加速計的應用使得MEMS應用的迅猛增長，其他幾種MEMS產(chǎn)品如陀螺儀，微自動對焦，微自動變焦等都已經(jīng)開始逐漸大量應用到手機之中。2006年加速度傳感器市場份額較大的幾家企業(yè)，如美國飛思卡爾半導體、美國模擬器件、芬蘭VTI等，幾乎都是面向汽車市場，但到2008年底，主要以供應手機市場為主的意法半導體卻異軍突起，首次超過了上訴企業(yè)，手機大量應用MEMS器件的時代已經(jīng)開始。2.1FBAR/BAW濾波器KnowlesAcoustics的MEMS麥克風自2003年上市起一直保持著良好的增長勢頭，AvagoTechnologies的FBAR雙工器技術(shù)在WCDMA前段組件中的快速應用，都不失為MEMS器件成為功能性替代品的成功典范。2.2MEMS加速計目前市場上采用MEMS加速計的手機越來越多，使用MEMS加速度計的運動檢測技術(shù)能提供許多新功能，包括增強移動電話可用性、可靠性和允許啟動的新功能。

1.動作識別。用戶可以用手勢來完成如接聽，掛斷等習以為常的電話使用動作，使移動電話更加容易使用。2.環(huán)境感知。使用一只三軸加速度計測量移動電話的方位，就可以使手機進行環(huán)境感知，自動切換戶外響鈴還是會議振動模式。3.光標或游戲機控制。加速度計可作為控制系統(tǒng)光標的輸入或者游戲機的輸入。左右傾斜或者前后翻轉(zhuǎn)移動電話可使屏幕上的光標左右上下移動。同時還引入了跳躍等動作，手機傾斜的越大，光標移動的越快，因為此時采用傾斜作為一種模擬信號進行輸入。4.在我們的健康意識日益提高的社會，實際上有許多采用各種靈巧器械的運動模式，為移動電話增加一片計步器，測量用戶已經(jīng)走了多遠并且已消耗了多少卡路里的能量。這是加速度引入手機后又一十分貼近生活應用。此外，利用加速度計還有很多先進的功能，極大的擴充了手機的使用范圍。MEMS磁性傳感器蘋果iPhone和RIM的BlackberryStorm等暢銷機型，以及三星的Omnia、HTC的Diamond和諾基亞的N95及N96，都采用了這種傳感器。這些手機的共同之處是都采用具有觸摸靈敏度的大顯示屏，通過運動的傳感器可以確定畫面的顯示方向。有專家指出，如果2008年事加速度計的分水嶺，那么2009年就是磁性傳感器的豐收年，它使得越來越多的具備GPS導航電子羅盤功能的高檔手機之中。2.4MEMS數(shù)字微鏡全球新型手機內(nèi)置超迷你投影顯示屏和圖像捕捉產(chǎn)品領(lǐng)銜制造商Microvision公司已經(jīng)開發(fā)出用于手機內(nèi)置超小型投影儀的新型高性能MEMS掃描鏡。該迷你MEMS掃描鏡面積不到1mm2，尺寸相當于大頭針帽大小。單掃描鏡可同時沿水平和垂直方向掃描，因此能精確控制單束光快速成像，且畫質(zhì)清晰。3.MEMS未來發(fā)展趨勢在度過經(jīng)濟危機的市場紅燈之后，MEMS器件的發(fā)展真正開上了高速發(fā)展的綠色通道。移動電話應用對整個市場的巨大影響已經(jīng)開始顯現(xiàn)，預計到2012年底，可望幾乎每個消費電子產(chǎn)品都至少配置一個MEMS芯片。特別基于MEMS的加速度計，在以iPhone為代表的智能手機中都必然會應用。因此，世界MEMS加速度計市場將從2007年的6500萬個增長到2012年的9億個，銷售值達到13億美元，手機用MEMS共25億美元。期望值較大的制造商如ADI預計在未來5年內(nèi)手機裝賠率增長將超過50%。設(shè)計師把加速儀安裝到一個高端的移動裝置上，改善了用戶的界面