MEMS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

MEMS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)MEMS系統(tǒng)在工業(yè)、信息通信、國(guó)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(wù)等領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用前景，它將成為本世紀(jì)最重要的科技領(lǐng)域和主要的支柱技術(shù)之一。目前對(duì)MEMS的需求產(chǎn)業(yè)主要來(lái)自于汽車工業(yè)、通信網(wǎng)絡(luò)信息業(yè)、軍事裝備應(yīng)用、生物醫(yī)學(xué)工程；而按專業(yè)MEMS分四大類：生物MEMS技術(shù)、光學(xué)、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(diǎn)。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(shí)時(shí)通信、連續(xù)檢測(cè)的特點(diǎn)。國(guó)際上生物MEMS的研究已成為熱點(diǎn)，在不久將為生物、分析化學(xué)分析系統(tǒng)帶來(lái)一場(chǎng)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(cè)量動(dòng)脈的壓力，該傳感器就像汽車?yán)锏腅ZPass設(shè)備(一種在高速公路入口無(wú)需停車即可完成付費(fèi)的自動(dòng)感應(yīng)裝置)一樣工作，本身不帶電源，讀取信息時(shí)在外面用一個(gè)感應(yīng)棒啟動(dòng)傳感器即可得到此人動(dòng)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(fēng)險(xiǎn)和時(shí)間，縮短病人康復(fù)時(shí)間，降低治療的費(fèi)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(chǎng)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(xué)MEMS另一個(gè)可能有巨幅增長(zhǎng)潛力的領(lǐng)域，MicroChipd公司正在開(kāi)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(wàn)個(gè)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(xué)新進(jìn)展還將催生出新型器械，如便攜式掌上型透析機(jī)等。1.2光學(xué)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(xué)結(jié)合。即綜合微電子、微機(jī)械、光電子技術(shù)等基礎(chǔ)技術(shù)，開(kāi)發(fā)新型光器件稱為微光機(jī)電系統(tǒng)MOEMS，它能把各種MEMS機(jī)構(gòu)件與微光學(xué)器件、光波導(dǎo)器件、半導(dǎo)體激光器、光電檢測(cè)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(yīng)用科學(xué)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(guò)反射面的物理運(yùn)動(dòng)進(jìn)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(guò)微鏡的物理運(yùn)動(dòng)來(lái)控制光路發(fā)生預(yù)期的改變，較成功的有光開(kāi)關(guān)、關(guān)調(diào)制器、光濾波器及復(fù)用器等光通信器件圖1基于MEMS的多端口無(wú)阻賽全光交叉連接器（OXC）圖2一個(gè)848x600數(shù)字微鏡器件圖3三個(gè)鏡片有效地反射光線來(lái)投影一個(gè)數(shù)字形象1.3射頻MEMS技術(shù)目前最熟悉的應(yīng)用就是無(wú)線通信領(lǐng)域，諸如手機(jī)、無(wú)線接入、全球定位系統(tǒng)和藍(lán)牙技術(shù)。其中最成熟的MEMS器件當(dāng)屬開(kāi)關(guān)。在日本，歐姆龍公司首先開(kāi)發(fā)上市MEMS開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，隨后有日本村田制作所，松下網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)本部及日本三菱電機(jī)公司都相繼開(kāi)發(fā)了高頻RFMEMS的開(kāi)關(guān)。中國(guó)在MEMS方面也進(jìn)行了大量的工作，對(duì)懸臂式RFMEMS開(kāi)關(guān)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研制。對(duì)RFMEMS開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行了分析和研究。MEMS開(kāi)關(guān)制造商TeraVictaTechnologies公司將推出號(hào)稱世界上最快的MEMS開(kāi)關(guān)。這種單極雙擲開(kāi)關(guān)適用于數(shù)字電視、衛(wèi)星通信和定向雷達(dá)等領(lǐng)域。在此之前，該公司已經(jīng)推出了7GHz的MEMS開(kāi)關(guān)，用于自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)和RF無(wú)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(jī)械加工出來(lái)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(lái)感受轉(zhuǎn)換電信號(hào)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(xué)等等各種傳感器。現(xiàn)階段各類傳MEMS感器技術(shù)已經(jīng)大量的應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域。蘋(píng)果公司頗有想象力地使用MEMS加速計(jì)來(lái)支持iPhone顯示器橫向與縱向畫(huà)面的自動(dòng)切換，取得了巨大的成功，從而刺激了智能手機(jī)用于探測(cè)運(yùn)動(dòng)的MEMS應(yīng)用的激增。圖四為ADI公司生產(chǎn)的ADXL203雙軸硅微加速計(jì)。此外還有應(yīng)用于導(dǎo)航和制導(dǎo)領(lǐng)域如小型無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航控制、短程戰(zhàn)術(shù)武器制導(dǎo)的高精度微加速度計(jì)。LittonSiAC硅加速度計(jì)為其典型的代表（如圖五所示），已廣泛應(yīng)用于LN-200、LN-200S、LN-300等慣性測(cè)量組合上，以及LTN-101E、LISA-200兩種民用和軍用飛機(jī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)上。圖四ADXL203雙軸硅微加速計(jì)圖五LittonSiACTM硅加速度計(jì)2002年，ADI公司研制成功世界上第一個(gè)單片集成的商用陀螺儀產(chǎn)品ADXRS，如圖六所示。針對(duì)導(dǎo)航和制導(dǎo)領(lǐng)域應(yīng)用要求Litton公司2003實(shí)現(xiàn)了SiGy的應(yīng)用，用于LN-300IMU。圖六ADXRS系列硅微陀螺儀2.MEMS在手機(jī)上的應(yīng)用目前手機(jī)產(chǎn)業(yè)被視為未來(lái)5年內(nèi)MEMS器件發(fā)展的最大機(jī)遇。2003年上市的硅麥克風(fēng)和FBAR/BAW濾波器已經(jīng)進(jìn)入發(fā)展的成熟階段。智能手機(jī)中MEMS加速計(jì)的應(yīng)用使得MEMS應(yīng)用的迅猛增長(zhǎng)，其他幾種MEMS產(chǎn)品如陀螺儀，微自動(dòng)對(duì)焦，微自動(dòng)變焦等都已經(jīng)開(kāi)始逐漸大量應(yīng)用到手機(jī)之中。2006年加速度傳感器市場(chǎng)份額較大的幾家企業(yè)，如美國(guó)飛思卡爾半導(dǎo)體、美國(guó)模擬器件、芬蘭VTI等，幾乎都是面向汽車市場(chǎng)，但到2008年底，主要以供應(yīng)手機(jī)市場(chǎng)為主的意法半導(dǎo)體卻異軍突起，首次超過(guò)了上訴企業(yè)，手機(jī)大量應(yīng)用MEMS器件的時(shí)代已經(jīng)開(kāi)始。2.1FBAR/BAW濾波器KnowlesAcoustics的MEMS麥克風(fēng)自2003年上市起一直保持著良好的增長(zhǎng)勢(shì)頭，AvagoTechnologies的FBAR雙工器技術(shù)在WCDMA前段組件中的快速應(yīng)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(jì)目前市場(chǎng)上采用MEMS加速計(jì)的手機(jī)越來(lái)越多，使用MEMS加速度計(jì)的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)技術(shù)能提供許多新功能，包括增強(qiáng)移動(dòng)電話可用性、可靠性和允許啟動(dòng)的新功能。

1.動(dòng)作識(shí)別。用戶可以用手勢(shì)來(lái)完成如接聽(tīng)，掛斷等習(xí)以為常的電話使用動(dòng)作，使移動(dòng)電話更加容易使用。2.環(huán)境感知。使用一只三軸加速度計(jì)測(cè)量移動(dòng)電話的方位，就可以使手機(jī)進(jìn)行環(huán)境感知，自動(dòng)切換戶外響鈴還是會(huì)議振動(dòng)模式。3.光標(biāo)或游戲機(jī)控制。加速度計(jì)可作為控制系統(tǒng)光標(biāo)的輸入或者游戲機(jī)的輸入。左右傾斜或者前后翻轉(zhuǎn)移動(dòng)電話可使屏幕上的光標(biāo)左右上下移動(dòng)。同時(shí)還引入了跳躍等動(dòng)作，手機(jī)傾斜的越大，光標(biāo)移動(dòng)的越快，因?yàn)榇藭r(shí)采用傾斜作為一種模擬信號(hào)進(jìn)行輸入。4.在我們的健康意識(shí)日益提高的社會(huì)，實(shí)際上有許多采用各種靈巧器械的運(yùn)動(dòng)模式，為移動(dòng)電話增加一片計(jì)步器，測(cè)量用戶已經(jīng)走了多遠(yuǎn)并且已消耗了多少卡路里的能量。這是加速度引入手機(jī)后又一十分貼近生活應(yīng)用。此外，利用加速度計(jì)還有很多先進(jìn)的功能，極大的擴(kuò)充了手機(jī)的使用范圍。MEMS磁性傳感器蘋(píng)果iPhone和RIM的BlackberryStorm等暢銷機(jī)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(jī)的共同之處是都采用具有觸摸靈敏度的大顯示屏，通過(guò)運(yùn)動(dòng)的傳感器可以確定畫(huà)面的顯示方向。有專家指出，如果2008年事加速度計(jì)的分水嶺，那么2009年就是磁性傳感器的豐收年，它使得越來(lái)越多的具備GPS導(dǎo)航電子羅盤(pán)功能的高檔手機(jī)之中。2.4MEMS數(shù)字微鏡全球新型手機(jī)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(kāi)發(fā)出用于手機(jī)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(dāng)于大頭針帽大小。單掃描鏡可同時(shí)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(huà)質(zhì)清晰。3.MEMS未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)在度過(guò)經(jīng)濟(jì)危機(jī)的市場(chǎng)紅燈之后，MEMS器件的發(fā)展真正開(kāi)上了高速發(fā)展的綠色通道。移動(dòng)電話應(yīng)用對(duì)整個(gè)市場(chǎng)的巨大影響已經(jīng)開(kāi)始顯現(xiàn)，預(yù)計(jì)到2012年底，可望幾乎每個(gè)消費(fèi)電子產(chǎn)品都至少配置一個(gè)MEMS芯片。特別基于MEMS的加速度計(jì)，在以iPhone為代表的智能手機(jī)中都必然會(huì)應(yīng)用。因此，世界MEMS加速度計(jì)市場(chǎng)將從2007年的6500萬(wàn)個(gè)增長(zhǎng)到2012年的9億個(gè)，銷售值達(dá)到13億美元，手機(jī)用MEMS共25億美元。期望值較大的制造商如ADI預(yù)計(jì)在未來(lái)5年內(nèi)手機(jī)裝賠率增長(zhǎng)將超過(guò)50%。設(shè)計(jì)師把加速儀安裝到一個(gè)高端的移動(dòng)裝置上，改善了用戶的界面