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MEMS全稱(chēng)Micro Electromechanical System（微機電系統），是一種通常在硅晶圓上以IC工藝制備的微機電系統，微機械結構的制備工藝包括光刻、離子束刻蝕、化學(xué)腐蝕、晶片鍵合等，同時(shí)在機械結構上制備了電極，以便通過(guò)電子技術(shù)進(jìn)行控制。 生活中有哪些MEMS器件？ 第一個(gè)可轉動(dòng)的MEMS馬達于1988年誕生于加州大學(xué)伯克利分校，如圖1所示；之后于1989年，美國桑迪亞國家實(shí)驗室研制了第一個(gè)橫向梳齒驅動(dòng)器，微機械結構可以在垂直于表面的方向移動(dòng)。 
圖.1 加州大學(xué)伯克利分校研制的第一個(gè)可轉動(dòng)的MEMS馬達
圖.2 美國桑迪亞國家實(shí)驗室研制的第一個(gè)橫向梳齒驅動(dòng)器 經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展，MEMS器件已經(jīng)滲透于我們的生活之中。轉屏是智能手機中的一項基本功能，如圖.3所示，這項功能是通過(guò)MEMS陀螺儀來(lái)實(shí)現的。圖.4展示了傳統機械陀螺儀與MEMS陀螺儀的對比，后者比前者小得多，因而得以在智能手機和平板電腦中廣泛應用。如圖.5所示，出于安全考慮，氣囊是汽車(chē)中的必備裝備，它們會(huì )在發(fā)生撞車(chē)時(shí)自動(dòng)充氣膨脹，保護乘客的安全。安全氣囊對撞車(chē)事件的迅速檢測得益于其中的MEMS器件，圖.6展示了MEMS加速度計的芯片結構。用于傳感檢測的MEMS芯片和用于控制的IC芯片通�；旌霞稍谝粋�(gè)殼體里面。此外，MEMS技術(shù)在生活中的其他應用包括MEMS麥克風(fēng)、MEMS投影儀、MEMS壓力傳感器，等等。
圖.3 MEMS陀螺儀在智能手機中的應用—轉屏功能
圖.4 傳統的機械陀螺儀（左）與MEMS陀螺儀（右)
圖.5 汽車(chē)中的安全氣囊（內有MEMS器件）
圖.6 MEMS加速度計的芯片（左）和封裝形式（右） MEMS技術(shù)的特有工藝 MEMS器件與IC芯片的制備工藝非常相似，但MEMS器件有兩個(gè)重要特征：高深寬比的微結構和懸臂結構，因此需要一些特有的工藝來(lái)制備。 第一項特有工藝是用于制備高深寬比結構的LIGA技術(shù)，LIGA是X射線(xiàn)光刻技術(shù)的德語(yǔ)簡(jiǎn)稱(chēng)，于1982年由德國卡爾斯魯厄核研究中心開(kāi)發(fā)出來(lái)。LIGA技術(shù)的工藝步驟如圖4.7所示，包括對基片上光刻膠的X射線(xiàn)光刻、光刻膠顯影、在光刻膠結構上的金屬電鑄、從光刻膠結構中剝模、以結構材料充模（圖4.7中的結構材料是聚合物）和脫模，從而制備出最終的微機械結構[7]。
圖.7 LIGA技術(shù)的工藝步驟 第二項特有工藝是制備懸臂結構表面微加工技術(shù)，該技術(shù)于1980年代由加州大學(xué)伯克利分校的研究人員開(kāi)發(fā)出來(lái)。表面微加工技術(shù)的工藝步驟如圖.8所示，第一步是對帶有犧牲層的基片涂覆光刻膠并進(jìn)行光刻，然后依次對光刻膠和犧牲層進(jìn)行顯影操作。第三步是沉積結構層的材料，然后在第四步，通過(guò)光刻將微結構的圖形投影于結構層之上的光刻膠。第五步通過(guò)刻蝕工藝制備出結構層，然后通過(guò)化學(xué)腐蝕工藝釋放結構層之下的犧牲層，得到最終的懸臂式微結構。
圖.8 表面微加工技術(shù)的工藝步驟 MEMS器件的驅動(dòng)機制 MEMS是一種微電機系統，在制備微機械結構之后，需要以電子技術(shù)進(jìn)行驅動(dòng)。典型的驅動(dòng)機制如圖.9所示，包括靜電引力、電磁力、電致伸縮和熱電偶。
圖.9 MEMS器件的驅動(dòng)機制 在圖9（a）中，懸臂梁底部和基底上部均制備了電極，當兩個(gè)電極加載偏壓時(shí)，產(chǎn)生靜電吸引，懸臂梁變形，從而實(shí)現電信號對機械動(dòng)作的控制。在圖9（b）中，懸臂梁底部和基底上部均制備了電磁線(xiàn)圈，當線(xiàn)圈中通電流時(shí)，產(chǎn)生電磁力使懸臂梁發(fā)生形變。電磁力可以是引力或者斥力，取決于所通電流的方向。在9（c）中，懸臂梁以磁致伸縮材料制備，當懸臂梁的兩端加載電壓時(shí)會(huì )產(chǎn)生伸縮效應。在9（d）中，懸臂梁為雙層結構，兩層以不同熱膨脹系數的金屬材料制備。當懸臂梁通電流時(shí)，因熱電偶效應，將會(huì )彎向熱膨脹系數較小的材料一側。 在MEMS器件的所有驅動(dòng)機制中，靜電引力結構因制備簡(jiǎn)單、易于控制和低功耗，得到最廣泛的應用。 關(guān)于億源通 億源通，是一家專(zhuān)注于光通信無(wú)源基礎器件研發(fā)、制造、銷(xiāo)售與服務(wù)于一體的無(wú)源光通信器件OEM/ODM廠(chǎng)商，主要生產(chǎn)和銷(xiāo)售光纖連接類(lèi)產(chǎn)品（光纖連接器、適配器、跳線(xiàn)），WDM波分復用器，PLC光分路器，MEMS光開(kāi)關(guān)等核心光無(wú)源基礎器件，廣泛應用于光纖到戶(hù)、4G/5G移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)數據中心、國防通信等領(lǐng)域。 |
