1.2　微机电系统的发展现状

（1）国外的发展现状

军事应用的牵引，使得微机电系统研究得到迅速发展。其投资集中用于研究和发展先进材料、器件、系统和加工方法，而这些技术又快速方便地向实用化转化。

美国国家自然科学基金、先进研究计划、国防部等投资1.4亿美元进行微机电系统技术研究。最新资料表明，美军已将今后微机电系统在军事领域的应用归纳为九大类，确定了利用MEMS技术改进武器性能的九大主攻方向。

①武器制导和个人导航的惯性导航组合；

②超小型、超低功率无线通信（RF 微米/纳米和微系统）的机电信号处理；

③军需跟踪、环境监控、安全勘察和无人值守分布式传感器；

④小型分析仪器、推进和燃烧控制的集成流量系统；

⑤武器安全、保险和引信；

⑥嵌入式传感器和执行器；

⑦高密度、低功耗的大量数据存储器件；

⑧敌友识别系统、显示和光纤开关的集成微光学机械器件；

⑨用于飞机分布式空气动力学控制和自适应光学的主动共型表面。

美国的大学、国家实验室和公司已有大量的微机电系统研究小组，并有几种实用化的产品进入市场。如Texas公司已开发出用于彩色图像投影显示的数字镜面器件（DMD），Park公司开发出的用于扫描隧道显微镜（STM）和原子显微镜（AFM）的微型传感器，由悬臂梁、微针尖以及信号检测和放大的集成电路组成。

欧共体为了加强各国之间的组织和合作，成立了NEXUS（多功能微系统研究合作机构）组织。德国在20世纪80年代中期发展的LIGA工艺，可用来制作高宽比大于200的三维立体结构，并可实现大批量生产。目前德国的LIGA技术处于国际领先水平，其中有代表性的是Karlsruhe核研究中心、微技术研究所（IMM）和Microparts公司，研究人员已在实验室里制造出了微传感器、微电机、微执行器、集成光学和微光学元件、微型流量计以及直径为数百微米的金属双联齿轮等微机械零件。

日本曾制定了纳米制造计划（1985～1990年）、埃技术计划（1992～2001年）、微型机器人计划。目前日本共有以企业为中心的60多个微机电系统研究组，每年举行一次微机电系统国际研讨会。而1990年成立微机械中心（MMC）和微机械学会（MST），每年举行一次微机械展览会。

2001年微机电系统的工业体系开始形成。Ge、Honeywell、Trw、Qualcomm、Omron等公司有专门的微机电系统产品开发组，一些公司也提供代工服务。

2005年起微机电系统的商业化进展加快，如2006年HP公司喷墨打印机销售达到5亿美元，Analog Devices的传感器销售为1.5亿美元， Freescale Semiconduction的压力及加速度传感器销售了2亿美元。新兴消费市场的扩展如手机、掌上智能电子产品、交互式电子产品、医疗等推动一些新公司及产品。其中有Memsic和Stmicroelectronics公司的加速度计，Invensense的陀螺仪，Sitime公司、Discera公司、Silicon 公司的谐振器，Kmowles公司的声传感器，Dust Network公司的无线传感器，中国的重庆金山公司也推出了胶囊内窥镜。

综上所述，微机电技术已经受到工业发达国家的高度重视。从微机电发展的总体水平看，许多关键技术已经突破，正处于从实验室研究走向实用化、产业化阶段。而各国在开发微机电技术时，也各有特点。德国是采用LIGA技术代表发展起来的；日本则以精密加工技术为特点；而美国则主推以集成电路加工技术为基础的硅体加工技术。

由于硅加工技术所取得的成就，目前国际上硅加工技术已成为微机电系统的技术，集中在以下几点。

①表面微加工技术向多层、集成化方向发展；

②体微加工主要表现为键合与深刻蚀技术的组合，追求大质量块和低应力；

③表面微加工技术与体微加工技术进一步结合；

④设计手段向专用CAD工具方向发展。

（2）国内发展现状

我国的微系统研究起步并不晚，在基础研究和相关技术方面都取得了一些有特色的成果。目前我国从事微机电系统研究的单位已有60多个，主要集中在高校、中科院及信息产业部的研究所，所取得的主要进展如下。

①加工技术　北京大学微电子所建立了五套比较成熟的硅基微机械加工工艺，在ICP Lag效应抑制、金属剥离技术及硅化物在表面微机械中的应用等单项工艺技术取得了很大的进展。目前还在进行电路与微机电器件的集成化工艺研究，并已经取得了一些初步的成果。中科院上海微系统与信息技术研究所（原中科院上海冶金所）在原有重点实验室2吋硅片加工工艺线的基础上，引进了多种专用设备，具有了比较完备的加工能力。信息产业部电子第十三所也具有比较完备的加工设备，可以进行多种类型的器件加工，其中的熔硅工艺技术在国内领先。清华大学微电子所在原有电路工艺实验室基础上开发相关的硅基微机电系统加工工艺，其中多孔硅的制备和腐蚀技术很有特色。上海交通大学主要开展了LIGA及准LIGA加工技术研究，开发出一套DEM（Deep etching， Electroforming and Microreplication）工艺，具有工艺周期短，加工成本低等特点。

②微陀螺　清华大学研制的振动轮式陀螺，利用熔硅工艺加工，具有机械耦合小、对外界加速度灵敏度低等特点。采用的“余弦”型弹性梁可以减小振动时的非线性。中科院上海微系统与信息技术研究所研制的电容式振动陀螺可以在空气环境下中取得较高的Q值，不需要真空封装就可以很好地工作。复旦大学研制了一种利用相位检测的压阻式振动陀螺，与一般的振幅检测陀螺相比，具有高精度、低温度系数等特点。

③微型加速度计　国内研制微机械加速度计的单位有中科院上海微系统与信息技术研究所、北京大学微电子所，清华大学、信息产业部电子第十三所、信息产业部第四十九所、哈尔滨工业大学、华北工学院等十多家单位。表1-1为一些微机械加速度计样机指标。

④射频微机电系统（RF MEMS）　总体水平离国际先进水平尚有一定差距。北京大学微电子所在2000年研制平面硅谐振器和侧向微机械继电器的基础上，2001年开发出了微机械可调电容和采用新型三明治硅梁结构的RF开关。清华大学研制出了基于多孔硅牺牲层技术的微电感，并制作出了微机械天线和谐振器样品。重庆大学对用多晶硅技术制作微开关的技术进行了探索，并制作出双C微带天线等样品。中国电子科技集团公司第五十五研究所利用表面工艺研制出了在S波段有很好射频性能的RF开关。信息产业部电子第十三所用硅溶片工艺研制出纵向单晶硅梁微机械开关，并对开关的动态特性和失效模式进行了研究。华东师范大学研制出了基于牺牲层工艺的毫米波移相器。

⑤微光机电系统（MOEMS）　国内的研究工作主要集中在面向全光传送网的MEMS光开关、可变光衰减器，以及微小光学仪器等方面。北京大学开展了以扭转微镜为核心结构的光开关及其阵列化的研究，已基于普通硅衬底研制出了2×2光开关阵列。清华大学开展了以法布里-泊罗（F-P）微腔为核心结构的光开关、运用材料应力参与驱动的光开关、可变光衰减器等的研究。中科院微系统所开展了以上下垂直滑动微镜为核心结构的光开关及其阵列的研究。信息产业部电子第十三所开展了以水平滑动微镜为核心结构的光开关的研究。上海交通大学开展了基于非硅及硅材料的以电磁驱动微镜为核心结构的光衰减器的研究。重庆大学光电工程系开展了基于微机电系统的微光谱仪的研究。

⑥微机电系统计算机辅助技术（MEMS CAD）　由北京大学牵头，联合了东南大学、南开大学、华大公司、中国科技大学等国内优势单位，在国家“973计划”资助下开展了“微系统设计方法、建模、数据库和仿真相关问题研究”，在华大公司开发的版图设计系统ZLE的基础上，对微机电系统器件的设计工具、器件仿真、虚拟加工等方面开展了大量的开拓性、基础性、系统性工作。目前，已经建立了一个包括版图设计、工艺模拟、性能分析等主要功能的MEMS CAD原型系统IMEE1.0。其他单位在MEMS CAD方面的研究主要集中在器件的建模和仿真上，如西北工业大学、清华大学、东南大学、复旦大学、中科院上海微系统与信息技术研究所等。