一分錢硬幣大小、頭發絲粗細，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、頭發絲粗細的馬達，你可能就要瞠目結舌。微電子機械系統（簡稱為ＭＥＭＳ）就是這樣一些令人“匪夷所思”的微型智能化系統。

ＭＥＭＳ 是英文ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ 的縮寫，即微電子機械系統，是專指那種外形輪廓尺寸在毫米量級以下、構成它的機械零件和半導體元器件尺寸在微米／納米量級、可對聲、光、熱、磁、運動等自然信息進行感知、識別、控制和處理的微型機電裝置。它將微型電機、微型電路、微型傳感器、微型執行器等等微型裝置和器件集成在硅片上。這種微型機電系統不僅能夠搜集、處理與發送信息或指令還能夠按照所獲取的信息自主地或根據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的變化，將其通過處理電路轉變成電信號，再經過處理電路檢測輸出，經過一定的計算就能夠得出需要的數值。

ＭＥＭＳ的優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，同時具有較機械式傳感器更高的響應速度和更小的封裝尺寸。半導體硅材料具有良好的機械性能以及光電效應、壓阻效應和霍爾效應等多種敏感特性，便于制作信號敏感與處理電路集成的傳感器。絕大多數微型傳感器均采用半導體硅材料制作。ＭＥＭＳ器件及系統的設計加工與傳統的設計加工不同，傳統的設計加工思路是從零件到裝配最后到系統的自下而上的方法。ＭＥＭＳ系統是采用微電子和微機械加工技術將所有的零件、電路和系統在整體考慮下幾乎同時制造出來，零件和系統是緊密結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械加工工藝，包括體硅微機械加工工藝、表面微機械加工、微電鑄技術、鍵合技術等。它來源于已經成熟的半導體工藝，可以同時加工出大量且幾乎完全相同的機械結構。因此，除了具有體積小、重量輕、能耗低等優點外，微型傳感器的可靠性較高，其價格遠遠低于采用傳統機電技術和普通半導體平面工藝制作的傳感器，所以，ＭＥＭＳ技術的應用日趨廣泛。

現代汽車發動機的電子控制系統，一直是ＭＥＭＳ技術在汽車中的主要應用領域之一。飛思卡爾和博世公司生產了數以百萬計的多路壓力傳感器。這些器件測量出的多路進氣壓力可以用來計算空氣／燃料比。傳統的多路絕對壓力傳感器和氣囊加速度計幾乎已經完全被微型化的傳感器所替代。在廢氣循環ＥＧＲ系統中，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、冷卻系統壓力、發動機油壓力和剎車壓力測量方面，人們已經開始用基于ＭＥＭＳ技術的傳感器來取代已有的產品。

哈爾濱工業大學ＭＥＭＳ中心成立于１９９６年，主要從事制造和研究微結構（微米、亞微米、納米級）、ＡＳＩＣ（專用集成電路）、微傳感器和微系統等工作，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中心研制的入侵預警無人值守系統采用自主研發的高靈敏、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。可監測室內外環境的震動與聲音信號，一般用在樓宇、倉庫、廠房等區域的入侵預警及失竊追蹤等領域。在航空航天、石油化工、水電、冶金制造、鍋爐、控制等領域都有廣泛的應用。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、手機等各種電子器件中。

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