一分錢硬幣大小、頭發(fā)絲粗細(xì)，這樣的描述語我們都很熟悉。但是，要說一分錢硬幣大小的飛機(jī)、頭發(fā)絲粗細(xì)的馬達(dá)，你可能就要瞠目結(jié)舌。微電子機(jī)械系統(tǒng)（簡稱為ＭＥＭＳ）就是這樣一些令人“匪夷所思”的微型智能化系統(tǒng)。

ＭＥＭＳ 是英文ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ 的縮寫，即微電子機(jī)械系統(tǒng)，是專指那種外形輪廓尺寸在毫米量級以下、構(gòu)成它的機(jī)械零件和半導(dǎo)體元器件尺寸在微米／納米量級、可對聲、光、熱、磁、運(yùn)動等自然信息進(jìn)行感知、識別、控制和處理的微型機(jī)電裝置。它將微型電機(jī)、微型電路、微型傳感器、微型執(zhí)行器等等微型裝置和器件集成在硅片上。這種微型機(jī)電系統(tǒng)不僅能夠搜集、處理與發(fā)送信息或指令還能夠按照所獲取的信息自主地或根據(jù)外部的指令采取行動。

ＭＥＭＳ器件一般由兩部分組成的，一部分是基于微機(jī)械加工工藝的微傳感器；另一部分是與傳感器相配套的處理電路。ＭＥＭＳ器件工作時，通過微傳感器感知待測量（如溫度、壓力、加速度、聲波等）的變化，引起微傳感器某些參數(shù)的變化，將其通過處理電路轉(zhuǎn)變成電信號，再經(jīng)過處理電路檢測輸出，經(jīng)過一定的計算就能夠得出需要的數(shù)值。

ＭＥＭＳ的優(yōu)勢在于可將傳感器與處理電路利用ＣＭＯＳ工藝集成在一塊ＩＣ上，同時具有較機(jī)械式傳感器更高的響應(yīng)速度和更小的封裝尺寸。半導(dǎo)體硅材料具有良好的機(jī)械性能以及光電效應(yīng)、壓阻效應(yīng)和霍爾效應(yīng)等多種敏感特性，便于制作信號敏感與處理電路集成的傳感器。絕大多數(shù)微型傳感器均采用半導(dǎo)體硅材料制作。ＭＥＭＳ器件及系統(tǒng)的設(shè)計加工與傳統(tǒng)的設(shè)計加工不同，傳統(tǒng)的設(shè)計加工思路是從零件到裝配最后到系統(tǒng)的自下而上的方法。ＭＥＭＳ系統(tǒng)是采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)將所有的零件、電路和系統(tǒng)在整體考慮下幾乎同時制造出來，零件和系統(tǒng)是緊密結(jié)合在一起的一種自上而下的方法。微型傳感器的主流工藝是硅基微機(jī)械加工工藝，包括體硅微機(jī)械加工工藝、表面微機(jī)械加工、微電鑄技術(shù)、鍵合技術(shù)等。它來源于已經(jīng)成熟的半導(dǎo)體工藝，可以同時加工出大量且?guī)缀跬耆嗤臋C(jī)械結(jié)構(gòu)。因此，除了具有體積小、重量輕、能耗低等優(yōu)點(diǎn)外，微型傳感器的可靠性較高，其價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)和普通半導(dǎo)體平面工藝制作的傳感器，所以，ＭＥＭＳ技術(shù)的應(yīng)用日趨廣泛。

現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)的電子控制系統(tǒng)，一直是ＭＥＭＳ技術(shù)在汽車中的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。飛思卡爾和博世公司生產(chǎn)了數(shù)以百萬計的多路壓力傳感器。這些器件測量出的多路進(jìn)氣壓力可以用來計算空氣／燃料比。傳統(tǒng)的多路絕對壓力傳感器和氣囊加速度計幾乎已經(jīng)完全被微型化的傳感器所替代。在廢氣循環(huán)ＥＧＲ系統(tǒng)中，陶瓷電容式壓力傳感器正為微型硅壓阻式傳感器所取代。在輪速測量、冷卻系統(tǒng)壓力、發(fā)動機(jī)油壓力和剎車壓力測量方面，人們已經(jīng)開始用基于ＭＥＭＳ技術(shù)的傳感器來取代已有的產(chǎn)品。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)ＭＥＭＳ中心成立于１９９６年，主要從事制造和研究微結(jié)構(gòu)（微米、亞微米、納米級）、ＡＳＩＣ（專用集成電路）、微傳感器和微系統(tǒng)等工作，主要的研究方向有集成慣性器件、聲－振動集成多功能傳感器、 集成溫度傳感器、自檢測壓力—溫度多功能傳感器、微流體芯片ＭＥＭＳ微型燃料電池等。

ＭＥＭＳ中心研制的入侵預(yù)警無人值守系統(tǒng)采用自主研發(fā)的高靈敏、高可靠聲－振動集成多功能傳感器為核心敏感模塊和自備電源的無線通訊模塊。可監(jiān)測室內(nèi)外環(huán)境的震動與聲音信號，一般用在樓宇、倉庫、廠房等區(qū)域的入侵預(yù)警及失竊追蹤等領(lǐng)域。在航空航天、石油化工、水電、冶金制造、鍋爐、控制等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。ＭＥＭＳ中心研制的ＭＥＭＳ微燃料電池，體積只有一元錢硬幣大小，輸出電壓大于６００ｍＶ，輸出電流大于１３ｍＡ，可以用在計算器、手機(jī)等各種電子器件中。

中國的一些公司和研究機(jī)構(gòu)在ＭＥＭＳ技術(shù)的研究和推廣上也取得了相當(dāng)大的成就。據(jù)資料介紹，“九五”期間，通過微齒輪、微泵、微電機(jī)、微馬達(dá)、微型飛機(jī)和微型陀螺等研究，中國科學(xué)家提出和發(fā)展了由于尺度效應(yīng)而產(chǎn)生的微機(jī)械學(xué)，創(chuàng)造性地發(fā)展了微細(xì)電火花加工、三維半導(dǎo)體加工和深層刻蝕（ＬＩＧＡ）等微細(xì)加工工藝，以及掃描遂道、原子力顯微鏡等納米測量技術(shù)，部分成果已達(dá)到國際先進(jìn)水平。此外，ＭＥＭＳ技術(shù)已開始在我國的社會生活中發(fā)揮作用，如微操作機(jī)器人已開始用于生物工程中的細(xì)胞分割、顯微手術(shù)和生物芯片的制造工藝中；微傳感器已經(jīng)用于飛行器的加速度、壓力等參數(shù)的實(shí)時測量；納米薄膜潤滑技術(shù)已用于“長征三號”火箭和計算機(jī)硬盤的制造工藝上。ＭＥＭＳ產(chǎn)品已經(jīng)漸漸成為機(jī)械的高級維護(hù)系統(tǒng)、微型工廠、人體管腔診斷和檢查系統(tǒng)等需要微型、微細(xì)機(jī)械的主流產(chǎn)品。(end)