微机电系统的热门应用趋势

MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域，它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等。而它与不同的技术结合，往往便会产生一种新型的MEMS器件。

（1）医疗和生物技术

医用微型机器人是最有发展前途的应用领域。微型机器人可以进入人体的血管，从主动脉管壁上刮去堆积的脂肪，疏通患脑血栓病人阻塞的血管。外科医生可以通过遥控微型机器人作毫米级的眼网膜手术。日本更是制定了采用“机器人外科医生”的计划，并正在开发能在人体血管中穿行、用于发现并杀死癌细胞的超微型机器人。微型机器人在医疗领域中的应用具体有以下几方面：定向药物投放系统、低损伤手术用微型机器人、手术用内窥镜及钳子和微小分散型人工脏器。生物细胞的典型尺寸为1～10μm，生物大分子的厚度为纳米量级，长度为微米量级。微加工技术制造的器件尺寸也在这范围之内，因而适合于操作生物细胞和生物大分子，如图9-35、图9-36所示。临床分析化验和基因分析遗传诊断所需要的各种微泵、微阀、微摄子、微沟槽、微器皿和微流量计都可用MEMS技术制造。

图9-35 蛋白晶体的微操作系统图

图9-36 细胞的固定和测试

（2）信息技术

MEMS的最高目标是信息系统集成，从信息获取（传感器）到信息处理（信息处理电路）和信息执行（执行器）等功能都实现集成（单片或多片MEMS）。无疑MEMS技术的发展会对信息技术产生深远的影响。已经开发出许多用于通信系统特别是光纤通信网络的MEMS器件，如光开关、光调制器、光纤开关、光纤驻准器、可调滤波器、集成光编码器、无源调制器等。利用机械运动的微光开关有许多特点：性能与波长、极化情况无关；对比度大；串扰小等。随着网络和数字通信的发展，光纤作为现代信息高速公路中的信息传输媒介将得到越来越多的应用，使光纤耦合器和波导的需求激增。光纤对准精密定位机器人系统使光纤和器件之间达到最佳耦合功率位置，同时降低了返修率，缩短了生产周期，如图9-37所示。从多媒体人机界面（HI）看，使用微麦克风的语音输入和使用微摄像系统的图形输入都有广阔市场，如今正在大力研制的微型智能机器人更是控制系统的最高目标之一。用微陀螺装在鼠标上以稳定其运动，把微机械及其控制电路集成在微器件半球磁头上可使其在磁道上运行精度大大提高（＜0.11μm），提高磁盘的磁道密度。

图9-37 用于光纤对准的精密定位系统(www.xing528.com)

（3）航空、航天技术

由于卫星及其发射的高成本，早有人提出了小卫星、微小卫星、微卫星和纳米卫星等概念。在1995年国际会议上已有人提出研制全硅卫星，即整个卫星由硅太阳能电池板、硅导航模块、硅通信模块等组合而成，这样可使整个卫星的重量缩小到以千克计算，大幅度降低卫星的成本，使较密集的分布式卫星系统成为现实。武器的智能弹头，空间展开结构的主动抑振、飞行器的精密位姿控制等方面需要对位姿的精确调整，在一些国家已经把精密定位系统作为其关键技术之一进行研究，如图9-38所示。利用纳米技术制造的形如蚊子的微型导弹，可以起到神奇的战斗效能。纳米导弹直接受电波遥控，可以神不知鬼不觉地潜入目标内部，其威力足以炸毁敌方火炮、坦克、飞机等。

图9-38 飞行器机翼的精密位姿控制

（4）环境科学

利用MEMS制造的由化学传感器、生物传感器和数据处理系统组成的微型测量和分析设备，可用来检测气体和液体的化学成分，也能用来检测核生物、化学物质及有毒物品。该传感器具有体积小、价格低、功耗小、便于携带等优点。微机电系统电子鼻的形状类似人和动物的鼻子，能探测和识别各种气味。而气味是多种挥发性有机化合物（VOC）的混合物，探测和识别气味，就是去识别各种VOC及测定其浓度。由于电子鼻能探测和识别各种气味，它在仪器生产、医疗卫生、制药工业、环境保护、安全保障、公安和军事等领域都有许多应用。在环保领域，电子鼻可用来检查工、农业生产的排放物和污染环境的废物、检控室内空气质量。在核电站安全保障方面，电子鼻可监控电火灾，早期发现和防止核事故，同时起到保护环境的作用。

（5）超精密零件加工、操作、装配技术

现代的机电产品的微型化带来了深刻的技术革命，MEMS的研究如火如荼，目前成熟的MEMS器件基本上不需要装配，因为主要采用的是单片集成电路的加工方法。但若开发功能更强大、结构更复杂、由不同材料组成的MEMS器件，这种加工方法就不合适了。在这方面LIGA加工技术体现了它的优越性，该方法能够加工金属材料，并能够加工出比硅更厚的尺寸，但它要求对各部件进行装配。随着技术的不断发展，部件的尺寸也越来越小，对于装配精度的要求也就越来越高，以MEMS技术为主导的纳米级精密定位系统可以很好的应用到该领域中，如图9-39所示。

图9-39 微零件的装配及定位