【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 料的特點(diǎn) 硅是容易獲得的超純無(wú)雜的低成本材料，有極好的機(jī)械特性和電學(xué)特性，非常適合制造微結(jié)構(gòu)； 便于利用集成電路 (IC)工藝和微機(jī)械加工工藝進(jìn)行批量生產(chǎn)； 硅微結(jié)構(gòu)便于和微電子線路實(shí)現(xiàn)集成化。 微機(jī)電系統(tǒng)的制造技術(shù) ? 微機(jī)電系統(tǒng)制造的特點(diǎn) 由于微機(jī)電系統(tǒng)及器件多種多樣，不僅和微電子之間有交聯(lián)，還和外界其它物理量相互作用，并且為體型結(jié)構(gòu)。因此，雖然集成電路制造技術(shù)，包括版圖設(shè)計(jì)、刻蝕工藝、薄膜工藝以及模擬技術(shù)等已發(fā)展得較為成熟，能成功地用于微電子器件和集成電路的制作，但它不能完全滿(mǎn)足微機(jī)電系統(tǒng)及其器件的制造要求。 ? 微機(jī)電系統(tǒng)專(zhuān)用制造方法 體型加工技術(shù)、表面加工技術(shù)、 LIGA（深度同步輻射X射線光刻、電鍍和模鑄）技術(shù)、構(gòu)件間的相互組裝技術(shù)、鍵合及封裝技術(shù)等。 微機(jī)電系統(tǒng)的測(cè)量技術(shù) ? 由于微尺寸效應(yīng)，導(dǎo)致微傳感器、微執(zhí)行器等的輸出量衰減到微弱信號(hào)級(jí) 如運(yùn)動(dòng)位移、振幅及形變小到亞微米和納米量級(jí)。將它們變換成可供接收和處理的電信息時(shí)，相應(yīng)的電壓量小到微伏、亞微伏乃至 nV，電流量小到 nA，電容量小到 (～ .001)pF。 ? 為了把如此微弱的有用信號(hào)從強(qiáng)噪聲背景下提取出來(lái)，從設(shè)計(jì)上考慮，必須遵循的原則是： ● 設(shè)計(jì)合理的集成檢測(cè)電路布局； ● 檢測(cè)電路必須與微機(jī)械裝置 (如微傳感器 )盡量靠近，最好能與傳感器實(shí)現(xiàn)單片集成或混合集成； ● 盡量減短微系統(tǒng)的尺寸鏈。 微機(jī)電系統(tǒng)功能元件測(cè)量?jī)x器 ? 掃描隧道顯微鏡（ STM）工作原理 利用超細(xì)的金屬納米探針 (納米尖 )和被測(cè)樣件表面構(gòu)成 2個(gè)電極，當(dāng)探針尖與樣件表面非常接近 (如 1nm)時(shí)，在探針與表面形成的電場(chǎng)作用下，將產(chǎn)生隧道電流效應(yīng)，即電子會(huì)穿過(guò)二者之間的空隙從一個(gè)電極流向另一個(gè)電極。隧道電流的大小與空隙大小有關(guān)。當(dāng)空隙增大時(shí)，電流以指數(shù)形式衰減，若空隙增大 ，電流減小 1個(gè)數(shù)量級(jí)，靈敏度極高。測(cè)出探針在非常接近的被測(cè)樣件表面上掃描產(chǎn)生的隧道電流變化，即可得知樣件表面在 nm尺度內(nèi)各點(diǎn)位置的微細(xì)變化，即表面的三維空間形貌。 掃描顯微術(shù)主要組成部份 原子力顯微鏡（ AFM）工作原理 ? 在 STM的基礎(chǔ)上，現(xiàn)己發(fā)展了多種掃描探針的顯微技術(shù)，以適應(yīng)不同領(lǐng)域的需要。這些顯微技術(shù)都是利用探針與樣件的不同相互作用，探測(cè)表面或界面在 nm尺度上表現(xiàn)出來(lái)的微細(xì)變化。如原子力顯微鏡 AFM，就是利用探針和被測(cè)表面之間微弱力的相互作用這一物理現(xiàn)象，對(duì)被測(cè)樣件表面進(jìn)行掃描測(cè)量，得知納米形貌。 AFM的探測(cè)力極其微弱，在 N之間，形成與被測(cè)表面輕微接觸或接近于非接觸 (相互作用力僅為幾 nN)的模式。這種程度的接觸模式是不會(huì)使樣件表面產(chǎn)生形變和損傷的。 6910 10－ －～ AFM掃描測(cè)量結(jié)果示例 用 AFM掃描測(cè)量出的多晶硅芯片的表面粗糙度 微機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用 一、在航空航天方面的應(yīng)用 ? 微機(jī)電系統(tǒng)在飛行器的電子設(shè)備、飛行器設(shè)計(jì)及微小衛(wèi)星等技術(shù)方面都有重要的應(yīng)用。 如圖所示為機(jī)載分布式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)，由多功能微型大氣數(shù)據(jù)探頭、微型壓力傳感器以及信號(hào)處理單元直接組成，并封裝在殼體內(nèi)，形成一個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)。其工作原理是：多功能微型大氣數(shù)據(jù)探頭把感受到的大氣數(shù)據(jù)直接輸入相應(yīng)的微傳感器，并將其變換為電信號(hào)，再經(jīng)信號(hào)處理單元解算和補(bǔ)償后，以總線信號(hào)方式提供給飛機(jī)上飛控、火控、導(dǎo)航及環(huán)境控制等各系統(tǒng)使用。 與現(xiàn)在飛機(jī)上使用的常規(guī)型分離式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)相比，其體積和質(zhì)量下降 1～ 2個(gè)數(shù)量級(jí)。減輕質(zhì)量和減小體積．對(duì)于飛機(jī)和空間飛行器來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。 分布式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī) 由微機(jī)電功能單元構(gòu)造的機(jī)敏材料與結(jié)構(gòu) ? 現(xiàn)代飛機(jī)和飛行器的結(jié)構(gòu)更多地采用復(fù)合材料，已成為發(fā)展趨勢(shì)。尤其引人注目的是，在復(fù)合材料內(nèi)分布嵌入微機(jī)電系統(tǒng)功能單元 (微傳感器十微執(zhí)行器十微電子線路 )，便可得到期望的、程序可控的材料和結(jié)構(gòu)組態(tài)。這些材料和結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為機(jī)敏材料和機(jī)敏結(jié)構(gòu)。 這種機(jī)敏結(jié)構(gòu)具有自我監(jiān)測(cè)和檢測(cè)的功能，能連續(xù)地對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、振動(dòng)、聲、加速度、氣動(dòng)阻力及結(jié)構(gòu)完好性 (或損傷 )等多種狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)和檢測(cè)。 例如．若將能測(cè)量和控制氣動(dòng)渦流和擾動(dòng)氣流的 MEMS單元分布嵌入飛機(jī)襟翼表面，使其成為主動(dòng)柔性表面，便可對(duì)氣流擾動(dòng)或渦流形成主動(dòng)抑制，就能明顯地降低氣動(dòng)阻力。改善飛機(jī)飛行的機(jī)動(dòng)性，參見(jiàn)下圖。類(lèi)似的主動(dòng)活動(dòng)表面也可用于轉(zhuǎn)動(dòng)直升飛機(jī)的槳葉、燃?xì)廨啓C(jī)的葉片，以達(dá)到減振降噪，提高功效的目的。 氣動(dòng)擾動(dòng)控制的柔性襟翼 昆蟲(chóng)微型偵察機(jī) ? 利用具有程序可控、動(dòng)態(tài)可調(diào)的機(jī)敏材料和機(jī)敏結(jié)構(gòu)繼而可以研發(fā)活動(dòng)機(jī)冀的微型偵察機(jī)。這種新型飛機(jī)會(huì)像鳥(niǎo)兒一樣飛翔，用活動(dòng)機(jī)翼調(diào)節(jié)空氣阻力，達(dá)到節(jié)省燃油、提高性能的目的。 ? 預(yù)計(jì)將來(lái)，當(dāng)有一只小鳥(niǎo)或蜜蜂一樣的飛行物在你頭上盤(pán)旋時(shí)，你要注意，這也許是有人在監(jiān)視你。 微型飛行機(jī)器人 MFRII。螺旋槳長(zhǎng)約 136mm，高約 85mm。 精工愛(ài)普生制造的 μFRII微型飛行機(jī)器人，該機(jī)器人為采用螺旋槳的直升飛機(jī)，可自動(dòng)控制姿態(tài)、按事先指定的路線飛行。 μFRII通過(guò)市場(chǎng)上銷(xiāo)售的鋰離子電池驅(qū)動(dòng)。通過(guò)采用精工愛(ài)普生的陀螺儀“ XV3500CB”等，機(jī)身（不包括電池）的重量減輕了 ，僅為。包括電池在內(nèi)，全部重量為 。 微型無(wú)人機(jī) 微小型衛(wèi)星技術(shù) ? 微小型衛(wèi)星質(zhì)量的劃分 微小型衛(wèi)星的質(zhì)量通常為 100～ 500kg左右，微型衛(wèi)星的質(zhì)量通常為 10～ 100kg左右，而納米衛(wèi)星的質(zhì)量通常小于 10kg，皮衛(wèi)星的質(zhì)量通常小于 1kg。 ? 微小型衛(wèi)星的特點(diǎn) 體積小、質(zhì)量輕、制造和發(fā)射成本低、效費(fèi)比高、生產(chǎn)周期短、適合于批量生產(chǎn)，安全性高，性能單一，使用靈活，布設(shè)成局部星團(tuán)或分布式星座，可替代大型衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對(duì)地球上任意一點(diǎn)的連續(xù)覆蓋和監(jiān)視。 哈工大－試驗(yàn)衛(wèi)星一號(hào) 試驗(yàn)衛(wèi)星一號(hào)重 204 公斤 ? 微機(jī)電系統(tǒng)對(duì)發(fā)展微小衛(wèi)星的促進(jìn)作用 應(yīng)用微機(jī)電系統(tǒng)可以使微小衛(wèi)星的質(zhì)量降至 10kg以下。不久的將來(lái)，含有多種微傳感器、微處理器、天線、微型火箭及微控制器等在內(nèi)的集合體，將會(huì)用微米和納米制造技術(shù)把它們制作在同一塊硅基片上，成為單片微小衛(wèi)星。這些微小衛(wèi)星發(fā)射上天后，形成星團(tuán) (或稱(chēng)浮動(dòng)層 )。這個(gè)星團(tuán)就是分布在一定軌道上的微小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)體系，可以保證在任何時(shí)刻對(duì)地球上的覆蓋區(qū)進(jìn)行監(jiān)視。 納星一號(hào)重量小于 25 公斤 我國(guó)已相繼成功發(fā)射了 “ 實(shí)踐五號(hào) ” 、 “ 海洋一號(hào) ” 、“ 創(chuàng)新一號(hào) ” 、 “ 清華一號(hào) ” 等多顆不同質(zhì)量、不同用途的小衛(wèi)星， 微機(jī)電系統(tǒng)與微小衛(wèi)星技術(shù) ? 納型衛(wèi)星是基于微電子技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)、微光電技術(shù)等微米 /納米