微機電系統(tǒng)（MEMS）是一種技術，其最一般的形式可以定義為使用微細加工技術制成的小型機械和機電元件（即設備和結構）。MEMS 器件的關鍵物理尺寸可能從尺寸范圍下端的一微米以下到幾毫米不等。同樣，MEMS 裝置的類型可以從沒有運動元件的相對簡單的結構到在集成微電子學的控制下具有多個運動元件的極其復雜的機電系統(tǒng)而變化。MEMS 的一個主要標準是至少有一些元件具有某種機械功能，無論這些元件是否可以移動。用于定義 MEMS 的術語在世界各地有所不同。在美國，它們主要被稱為 MEMS，而在世界其他地區(qū)，它們被稱為“微系統(tǒng)技術”或“微機械設備”。

盡管 MEMS 的功能元件是小型化的結構，傳感器，致動器和微電子器件，但最值得注意的（也許是最有趣的）元件是微傳感器和微致動器。微型傳感器和微型執(zhí)行器適當?shù)貧w類為“換能器”，其定義為將能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式的設備。在微傳感器的情況下，該設備通常將測量的機械信號轉(zhuǎn)換為電信號。

在過去的幾十年中，MEMS 研究人員和開發(fā)人員已經(jīng)針對幾乎所有可能的感應方式（包括溫度，壓力，慣性力，化學物質(zhì)，磁場，輻射等）展示了數(shù)量眾多的微型傳感器。值得注意的是，許多此類微型機械傳感器已經(jīng)展示了的表現(xiàn)超過了他們的宏觀水平。也就是說，例如壓力傳感器的微加工版本通常勝過使用最精確的宏觀水平加工技術制成的壓力傳感器。不僅 MEMS 器件的性能出色，而且其生產(chǎn)方法還利用了集成電路行業(yè)中使用的批量生產(chǎn)技術，這可以轉(zhuǎn)化為較低的每器件生產(chǎn)成本，以及許多其他好處。因此，不僅可以實現(xiàn)恒星器件的性能，而且可以以相對較低的成本水平實現(xiàn)。毫不奇怪，基于硅的分立式微傳感器在商業(yè)上得到了迅速的開發(fā)，這些設備的市場繼續(xù)以快速的速度增長。

最近，MEMS 研究與開發(fā)團體已經(jīng)展示了許多微致動器，包括：用于控制氣體和液體流量的微閥；光學開關和反射鏡，用于重定向或調(diào)制光束；用于顯示器的獨立控制微鏡陣列，用于許多不同應用的微諧振器，用于產(chǎn)生正流體壓力的微泵，用于調(diào)節(jié)翼型上氣流的微瓣以及許多其他產(chǎn)品。令人驚訝的是，即使這些微致動器非常小，它們也經(jīng)常會在宏觀水平上產(chǎn)生影響。也就是說，這些微型執(zhí)行器所執(zhí)行的機械功能遠大于其尺寸所暗示的。

例如,由 MNX 制造的表面微機械加工的靜電驅(qū)動微電機。該設備是基于 MEMS 的微執(zhí)行器的一個示例。當這些微型傳感器，致動器和結構都可以與集成電路（即微電子）一起合并到一個共同的硅基板上時，MEMS 的真正潛力就開始得到滿足。在使用集成電路（IC）工藝流程（例如 CMOS，雙極或 BICMOS 工藝）制造電子設備的同時，使用兼容的“微加工”工藝制造微機械組件，該工藝選擇性地蝕刻掉一部分硅晶片或添加新的結構層形成機械和機電裝置。如果 MEMS 不僅可以與微電子技術融合，還可以與其他技術（例如光子學，納米技術等）融合，則將變得更加有趣。這有時被稱為“異構集成”。

雖然更復雜的集成水平是 MEMS 技術的未來趨勢，但目前的技術水平相對較低，通常涉及單個離散微傳感器，單個離散微致動器，單個與電子器件集成的微型傳感器，實質(zhì)上涉及多種與電子設備集成的相同微傳感器，與電子設備集成的單個微致動器，或與電子設備集成的多個基本相同的微致動器。然而，隨著 MEMS 制造方法的發(fā)展，其前景是巨大的設計自由度，其中任何類型的微傳感器和任何類型的微致動器都可以與微電子以及光子學，納米技術等融合到單個基板上。

MEMS 的愿景是將微傳感器，微致動器和微電子技術及其他技術集成到單個微芯片中，這有望成為未來最重要的技術突破之一。通過利用微傳感器和微執(zhí)行器的感知和控制能力來增強微電子的計算能力，這將能夠開發(fā)智能產(chǎn)品。微電子集成電路可以被認為是系統(tǒng)的“大腦”，而 MEMS 通過“眼睛”和“手臂”增強了這種決策能力，從而允許微系統(tǒng)感知和控制環(huán)境。傳感器通過測量機械，熱，生物，化學，光學和磁性現(xiàn)象從環(huán)境中收集信息。然后，電子設備處理從傳感器獲得的信息，并通過某種決策能力引導執(zhí)行器通過移動，定位，調(diào)節(jié)，泵送和過濾進行響應，從而為某些所需結果或目的控制環(huán)境。此外，由于 MEMS 器件是使用類似于 IC 的批量制造技術制造的，因此可以以相對較低的成本將前所未有的功能，可靠性和復雜性水平放置在小型硅芯片上。MEMS 技術在其預期的應用領域以及器件的設計和制造方式上都極為多樣化和豐富。MEMS 通過實現(xiàn)完整的片上系統(tǒng)已經(jīng)在革新許多產(chǎn)品類別。

納米技術是在原子或分子水平上操縱物質(zhì)以使其在納米尺度上有用的能力?；旧?，有兩種實現(xiàn)方法：自頂向下和自底向上。在自上而下的方法中，器件和結構是使用與 MEMS 中使用的許多相同的技術制造的，除了通常通過采用更先進的光刻和蝕刻方法來使它們的尺寸更小之外。自下而上的方法通常涉及沉積，生長或自組裝技術。納米器件相對于 MEMS 的優(yōu)勢主要來自縮放定律，這也可能帶來一些挑戰(zhàn)。

使用自上而下的納米技術制造方法制成的一系列亞微米柱一些專家認為，納米技術有望：允許我們將每個原子或分子基本上放置在所需的位置和位置–即組裝的精確位置控制；允許我們制造幾乎任何可以在原子或分子水平上指定的符合物理定律的結構或材料；使我們的制造成本不會大大超過制造中所需原材料和能源的成本（即大規(guī)模并行性）。

納米技術中常用的成像技術：表面掃描隧道顯微鏡圖像的彩色圖像盡管有時將 MEMS 和納米技術稱為獨立和不同的技術，但實際上兩者之間的區(qū)別并不是很明確。實際上，這兩種技術高度依賴。用于檢測納米級單個原子和分子的眾所周知的掃描隧道尖端顯微鏡（STM）是 MEMS 設備。類似地，用于操縱基板表面上單個原子和分子的放置和位置的原子力顯微鏡（AFM）也是 MEMS 器件。實際上，需要各種 MEMS 技術才能與納米級領域相接。

同樣，許多 MEMS 技術正變得越來越依賴納米技術來獲得成功的新產(chǎn)品。例如，由于檢測質(zhì)量和基板之間的動態(tài)使用中粘滯效應，使用 MEMS 技術制造的碰撞安全氣囊加速度計的長期可靠性可能會下降?，F(xiàn)在，通常使用一種稱為自組裝單層（SAM）涂層的納米技術來處理運動中的 MEMS 元件的表面，以防止在產(chǎn)品的使用壽命內(nèi)發(fā)生粘連效應。

許多專家得出的結論是，MEMS 和納米技術本質(zhì)上是一種技術，涵蓋了人眼無法看到的高度小型化的事物，因此它們是兩種不同的標簽。注意，即使最先進的 IC 技術通常具有尺寸為幾十納米的器件，在集成電路領域中也存在類似的廣義定義，其通常被稱為微電子技術。不管 MEMS 和納米技術是否相同，毫無疑問，這兩種技術之間存在著壓倒性的相互依存關系，只會隨著時間的流逝而增加。也許最重要的是這些技術帶來的共同利益，包括：增強的信息功能；系統(tǒng)小型化；新科學產(chǎn)生的微型尺寸的新材料；并增加了系統(tǒng)的功能和自治性。

審核編輯 黃昊宇