MEMS技术研究及应用

件。() "#"$ 高 ! 值器件主要有微加工电感、 电容、 微加工传输线。可动结构主要有可调电容和开关。 "#"$ 工艺主要通过降低器件的衬 微加工电感， 底损耗， 提高 ! 值， 如用体硅工艺技术制作悬空膜片 使之传输无色散的 0#" 模； 用湿法工艺或薄膜工艺技 术将电感做成悬空结构等提高 ! 值。微加工电容用 深刻蚀技术做大、 高、 深比的槽阵列电容， 单位面积是 .11 2) % 33, ， 只占一般平面电容的 . % 4 ， 槽阵列电容可 制作的最大值 . !)。而使用 "#"$ 技术制作的微加工 传输线具有独特的优势， 如降低损耗色散的传输线下 衬介质空腔就是微机械工艺的一种。 "#"$ 谐振器， 具有 ! 值高、 可用频带宽、 结构材 料灵活、 驱动类型多样化的特点， 目前达到的技术水平 最高值是大于 5 111 以上， 谐振频率 .11 "67， "89:8’ ;<2 大学的蝶片结构谐振器， 频率达到 .5= "67， !值 > -11 。"#"$ 谐振器的技术难度在于频率低， 仅为几 十 "67。近来研制的薄膜体声波谐振器， 频率可以达
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【 摘要】 $ 首先阐述了微电子机械系统 （ !"!#） 技术的基本概念、 特点及概况； 其次， 介绍了 !"!# 技术的分类及在各 包括某些 )* !"!# 器件的典型结构及性能指标。 领域的应用产品； 最后， 重点介绍了 )* !"!# 技术， 【 关键词】 $ !"!# 技术， 射频 !"!#， 应用产品 中图分类号： +,-./0 1$ $ 文献标识码： 2
&$ !"!# 技术的概况
: 0 :; 1213 基本概念建立 !"!# 技术始于 %’ 世纪 N’ 年代， 加利福尼亚和 贝尔实验室开发出微型硅压力传感器， /’ 年代开发出 硅片色谱仪、 微型继电器。/’ O 1’ 年代利用微机械技 术制作出多种微小尺寸的机 械 零 部 件。&-11 年 B?K !BFF<> 小组制作了硅静电马达， &-1- 年 ,#* 召开研讨 会， 提出了 “ 微电子技术应用于电 （ 子） 机系统” 。自 此， !"!# 成为一个世界性的学术用语， !"!# 技术的 研究开发日益成为国际上的一个热点。目前， 在美、 日、 欧三地轮回每年举行一次， 名为 4""" 国际微机电 系统年会。
［ -， 5］ 为 5 万亿次 。
由以上两例可见， "#"$ 开关存在一些问题妨碍 了它们的发展：
"? （!） 开关速度慢； （"） 驱动电压高； 粘附和介质击穿问题； （#） （$） 开关寿命较短。 "% $% "& ’( )*)+ 组件 )*)+ 移相器
现代雷达
"> 卷
并且只有当振荡回落 M 值超过一确定的阀值时， 振荡 频率的长、 短 周 期 才 能 得 到 保 证。而 )*)+ 可 变 电 容、 其电压可以实现压控振荡器。哥伦比亚大学研制 的 )*)+ 技术结合 2)K+ 技术单片集成的 !% H89: 压 控振荡器， 相位噪声达到 = !$@ ;<C N 9:， （ # )9:） 。 "% $% #& ’( )*)+ 应用系统 微波收发机 微波收发机主要有低噪声放大器和固态功率放大 器以及锁相环电路等低频数字电路组成， 其中片外电 容、 电感、 滤波器等无源 ’( 器件， 是系统微型化单片 化的一大障碍。采用 )*)+ 技术可以制作单片电容 器、 电感器、 可变电容、 开关、 谐振器、 滤波器， 这在前面 )*)+ 器件中均已介绍。由这些 )*)+ 器件构成的 )*)+ 组件如压控振荡器 （ O2K ） 、 锁相环 （ -II ） 及其 它 ’( 器件， 进而构成系统， 可以提高器件常数、 改善 系统功能和 .2 兼容性。 )*)+ 天线 目前 )*)+ 天线研究主要有两种： 一种是变波束 天线， 采用 ’( )*)+ 开关改变天线的频率和波束特 性， 实现可以一个天线体现多个天线的功能。另一种 是用 )*)+ 开关简化相控阵天线的结构。美国的 ’*P 2J- 研究计划用原来 ! N " 单元实现 " Q " 单元的相控 阵天线。 目前国内有用微机械加工方法提高天线效率或缩 小天线尺寸。提高天线效率的根本是解决高介质常数 基片天线表面激励， )*)+ 技术解决方法是加州大学 提出的采用光子带隙结构 （ R2-<8 ） 或采用选择性刻
: 0 <; 1213 技术的基本特点 （ & ）尺寸在毫米到微米范围内； （ % ）基于硅微加工技术制造； （ ( ）与微电子芯片类同， 可以批量、 低成本生产； （ P ）!"!# 机械一体化代表一切具有能量转化、 传输等功能的效应： 包括力、 热、 声、 光、 磁乃至化学、 生 物等等； （ . ）!"!# 目标是具有智能化的微系统。 : 0 =; 1213 技术分类 目前对 !"!# 的需求产业主要来自于汽车工业、 通信网络信息业、 军事装备应用、 生物医学工程； 而按 专业 !"!# 分四大类： 传感 !"!# 技术、 生物 !"!# 技术、 光学 !"!# 技术、 射频 !"!# 技术。
’$ 引$ 言
!"!# 全称 !7?>DK"F<?A>DK!<?@:87?:F #G=A<J= 即微 电子机械系统， 它属于多学科交叉的新领域， 是融合微 电子与精密机械加工的技术， 指毫米级下的可控制、 可 移动微型机电装置。是集微型机构、 传感器信号处理、 控制等功能于一体的、 具有信息获取、 处理和执行等多 功能的系统。可以预见， !"!# 的发展对科学技术和 人类生活产生革命性的影响， 并可望形成类似于微电 子的新产业。
［ 4］ 信号水平下寿命 .1 万次， 工作电压 =1 * 。电容耦
合并联开关， 开关尺寸 ,S1 !3 T .,1 !3， 开关时间 4! 5 ? 5 !L， 驱动电压 51 *， 插入损耗 .1 A67 时 1! .5 PQ， 45 A67 时 1! ,S PQ ， 隔离度 .1 A67 为 .5 PQ ， 开关寿命
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万方数据 收稿日期： %’’PK’.K%N$ $ 修订日期： %’’PK’1K%/
第 ., 期
金/ 铃： "#Байду номын сангаас$ 技术研究及应用
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种自动化装置的神经元， 且应用领域广泛， 在未来倍受 世界各国的重视。 ! ! !" 生物 #$#% 技术 生物 "#"$ 技术是用 "#"$ 技术制造的化学 % 生 物微型分析和检测芯片或仪器， 有一种在衬底上制造 出的微型驱动泵、 微控制阀、 通道网络、 样品处理器、 混 合池、 计量、 增扩器、 反应器、 分离器以及检测器等元器 件并集成为多功能芯片， 可以实现样品的进样、 稀释、 加试剂、 混合、 增扩、 反应、 分离、 检测和后处理等分析 全过程， 它把传统的分析实验室功能微缩在一个芯片 上。生物 "#"$ 系统具有微型化、 集成化、 智能化、 成 本低的特点。功能上有获取信息量大、 分析效率高、 系 统与外部连接少， 具有实时通信、 连续检测的特点。国 际上生物 "#"$ 的研究已成为热点， 在不久 将 为 生 物、 化学分析系统带来一场重大的革新。 ! ! &" 光学 #$#% 技术 随着信息技术、 光通信技术的迅猛发展， "#"$ 发 展的又一领域是与光学结合， 即综合微电子、 微机械、 光电子技术等基础技术， 开发新型光器件称为微光机 电系统 "&#"$， 它能把各种 "#"$ 结构件与微光学 器件、 光波导器件、 半导体激光器件、 光电检测器件等 完整地集成在一起， 形成一种全新的功能系统。 "&’ #"$ 具有体积小、 成本低、 可批量生产、 可精确驱动和 控制等特点。目前较成功的应用科学研究主要集中在 两方面： 一是基于 "&#"$ 的新型显示、 投影设备， 主 要研究如何通过反射面的物理运动进行光的空间调 制， 典型代表为数字微镜阵列芯片和光栅光阀。二是 通信系统。主要研究通过微镜的物理运动来控制光路 发生预期的改变， 较成功的有光开关、 关调制器、 光滤 波器及复用器等光通信器件。 "&#"$ 是综 合 性 和 学 科 交 叉 性 很 强 的 高 新 技 术， 开展这个领域的科学技术研究， 可以带动大量的新 概念的功能器件开发。 ! ! ’" 射频 #$#% 器件 射频 "#"$ 技术 （ () "#"$ ） 传统分法为固定的 和可动的两类， 固定的 "#"$ 器件包括本体微机械加 工传输线、 滤波器和耦合器， 可动的 "#"$ 器件包括 开关、 调谐器和可变电容。按技术层面又分为： 由微机 械开关、 可变电容器、 电感谐振器组成的基本器件层 面； 有移相器、 滤波器、 *+& 等组成的组件层面； 由单 片接收机、 变波束雷达、 相控阵雷达天线组成的应用系 统层面。 ,! -! ./ () "#"$ 基本器件 万方数据 "#"$ 基本器件分固定的高 ! 值器件、 可移动器
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