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中國(guó)MEMS的研究與開(kāi)發(fā)進(jìn)程

　　摘要微機(jī)電系統(tǒng) (Micro Electro Mechanical Systems) 是 80 年代發(fā)展起來(lái)的新興交叉學(xué)科 ,其系統(tǒng)包括能源、微驅(qū)動(dòng)器 、微執(zhí)行器 、微傳感器 、微控制器以及與外界的接口等 。由于該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各類(lèi)產(chǎn)品的微型化 、集成化與便攜化 ,因而在天上、地面和海洋的諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)前景。本文概括地介紹微機(jī)電系統(tǒng)學(xué)科的重大意義，13年來(lái)中國(guó)MEM S研發(fā)的總體概況，以及關(guān)注的熱點(diǎn)。微機(jī)電系統(tǒng)學(xué)科的重大意義 微機(jī)電系統(tǒng)學(xué)科內(nèi)涵、重大意義微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是指適于批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制及通訊接口電路、能源等于一體的能完成特定功能的微系統(tǒng)。MEMS是多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，它涉及電子工程、機(jī)械工程、材料工程、信息工程、物理學(xué)、化學(xué)、光學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科與技術(shù)。MEMS廣義上包含了微小型和微米機(jī)械。自1987年7月一個(gè)新興交叉學(xué)科—MEMS誕生以來(lái),為當(dāng)今的信息時(shí)代增添了新的色彩。它不僅具有微電子的信息獲取與處理的功能，而且兼有動(dòng)作信息的執(zhí)行功能。它囊括聲、光、熱、力、電、磁、化學(xué)、生物等傳感方式,加之微能源、微驅(qū)動(dòng)、微執(zhí)行、微處理系統(tǒng)的綜合,組成千差萬(wàn)別的可實(shí)用化、產(chǎn)業(yè)化的微型集成器件與系統(tǒng)。微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展將極大地促進(jìn)各類(lèi)產(chǎn)品的微型化、集成化與便攜化、成數(shù)量級(jí)地提高器件與系統(tǒng)的功能密度、信息密度與互連密度，大幅度地節(jié)能、節(jié)材。它將廣泛地用于國(guó)防、航空、航天、生物醫(yī)學(xué)、制造業(yè)、交通、通信、農(nóng)業(yè)、環(huán)保以及家庭。MEMS技術(shù)引起了世界各國(guó)科學(xué)界、產(chǎn)業(yè)部門(mén)和政府部門(mén)的高度重視,被列入各國(guó)高技術(shù)發(fā)展規(guī)劃,已經(jīng)成為當(dāng)今科技熱點(diǎn)之一。展望21世紀(jì),MEMS也會(huì)像20世紀(jì)的微電子技術(shù)給世界帶來(lái)的影響那樣,它的發(fā)展將可能引發(fā)一場(chǎng)新的產(chǎn)業(yè)革命。微機(jī)電系統(tǒng)的出現(xiàn),對(duì)于發(fā)展中的世界各國(guó)都是一次重大的歷史機(jī)遇。中國(guó)開(kāi)展MEMS研究工作晚于發(fā)達(dá)國(guó)家,但由于MEMS在21世紀(jì)將形成國(guó)際性的高技術(shù)市場(chǎng),所以中國(guó)必須后起直追,突破若干關(guān)鍵技術(shù),迎頭趕上。中國(guó)MEMS研發(fā)的總體概況政府和部門(mén)的立項(xiàng)投入中國(guó)的MEMS研究始于1989年,在國(guó)家“八五”、“九五”計(jì)劃期間,得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科技部、教育部、中國(guó)科學(xué)院和總裝備部的積極支持,經(jīng)費(fèi)總投入約為1.5億人民幣?！笆濉逼陂g,MEMS正式列入863計(jì)劃中的重大專(zhuān)項(xiàng),加上教育部的教育振興計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院的知識(shí)創(chuàng)新體系、基金委和科技部新的立項(xiàng)以及地方和企業(yè)的投入,預(yù)計(jì)總經(jīng)費(fèi)可達(dá)3億人民幣以上。這就是說(shuō),“十五”期間在MEMS方面的經(jīng)費(fèi)投入是“八五”、“九五”期間經(jīng)費(fèi)總和的兩倍(港臺(tái)未統(tǒng)計(jì)在內(nèi))。研發(fā)的分布地區(qū)和單位中國(guó)內(nèi)地MEMS的研發(fā)單位主要集中在華北、華東和東北三個(gè)地區(qū),還有西南地區(qū)的重慶和西北地區(qū)的西安等。初步統(tǒng)計(jì),不同層次的內(nèi)地研發(fā)單位共有60余個(gè)。如下： 華北地區(qū):清華大學(xué)、北京大學(xué)、中科院電子所、石家莊13所、中科院力學(xué)所等; 華東地區(qū):中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)所、上海交大、上海大學(xué)、東南大學(xué)、浙江大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)、中國(guó)科大、南京55所等; 東北地區(qū):大連理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈爾濱49所、中科院長(zhǎng)春光機(jī)所、沈陽(yáng)儀器儀表工藝所、東北大學(xué)等; 西南地區(qū):重慶大學(xué)、重慶微系統(tǒng)科技股份有限公司等;西北地區(qū):西安交大、航空618所等; 內(nèi)地其它單位還有:解放軍總裝備部、中科院半導(dǎo)體所、中科院高能物理所、北京理工大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)、天津大學(xué)、華北工學(xué)院、復(fù)旦大學(xué)、華東師范大學(xué)、中科院上海光機(jī)所、南京航空航天大學(xué)、中科院合肥智能機(jī)械所、黑龍江大學(xué)、沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)、沈陽(yáng)47所、長(zhǎng)春科技大學(xué)、重慶24所、重慶26所、重慶44所、中科院成都光電技術(shù)所、中國(guó)工程物理院電子所、成都電子科技大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、武漢科技大學(xué)、河北科技大學(xué)、四川大學(xué)、航天集團(tuán)16所等。 中國(guó)香港地區(qū):香港科大、中文大學(xué)等。 中國(guó)臺(tái)灣地區(qū):臺(tái)灣大學(xué)、清華大學(xué)、交通大學(xué)、成功大學(xué)、新竹工業(yè)園機(jī)械所等。中國(guó)內(nèi)地MEMS的研發(fā)內(nèi)容中國(guó)內(nèi)地已經(jīng)完成的和正在進(jìn)行的MEMS研發(fā)內(nèi)容按系統(tǒng)、器件、工藝、測(cè)試和基礎(chǔ)理論分類(lèi)如下: 中國(guó)在MEMS方面關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)技術(shù)MEMS的基礎(chǔ)理論主要包括：微摩擦學(xué)、微機(jī)械學(xué)、微運(yùn)動(dòng)學(xué)、微動(dòng)力學(xué)、微傳熱學(xué)、靜電力學(xué)等等。在許多自然科學(xué)基金項(xiàng)目、攀登計(jì)劃B項(xiàng)目中,已經(jīng)在MEMS微尺度效應(yīng)下的介觀物理和細(xì)觀力學(xué)等基礎(chǔ)理論和各種微細(xì)加工工藝方面進(jìn)行了十余年的研究工作。由于中國(guó)內(nèi)地微電子IC工藝落后以及微觀科學(xué)與技術(shù)的快速發(fā)展,不斷深入探索MEMS的基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)技術(shù)問(wèn)題就顯得十分重要。MEMS器件優(yōu)異的特性與微尺度效應(yīng)有關(guān),MEMS發(fā)展成產(chǎn)業(yè)沒(méi)有好的工藝基礎(chǔ)不行,這就需要人們必須進(jìn)一步關(guān)注基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)技術(shù)。納米技術(shù)與MEMS的結(jié)合,可能產(chǎn)生創(chuàng)新結(jié)構(gòu)與特性,這也是基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)技術(shù)研究的一個(gè)側(cè)面。一些重點(diǎn)、重大基金,甚至是863中的MEMS項(xiàng)目,都對(duì)此繼續(xù)給予關(guān)注。器件與系統(tǒng)MEMS研究的初期階段,許多人著眼于機(jī)械器件的小型化、微型化技術(shù)。如研制微齒輪、微電機(jī)、微泵等等。隨著人們對(duì)21世紀(jì)科技發(fā)展總趨勢(shì)的認(rèn)識(shí),服務(wù)于信息科學(xué)和生命科學(xué)的MEMS更受到科技工作者、政府和產(chǎn)業(yè)界的重視,諸如傳感MEMS、RF與ITMEMS、生物MEMS。器件與系統(tǒng)的集成技術(shù)(微結(jié)構(gòu)與電路的集成設(shè)計(jì)、集成制造)已經(jīng)有人在做,首先是表面硅工藝和CMOS電路的集成化。在傳感MEMS方面,集成技術(shù)會(huì)發(fā)展很快。這些技術(shù)和半導(dǎo)體集成化芯片系統(tǒng)(SOC)技術(shù)的發(fā)展緊密相連。實(shí)用化與產(chǎn)業(yè)化中國(guó)MEMS研究的覆蓋面是很寬的,跟蹤美國(guó)、日本和西歐新器件研制的速度也是比較快的。從科研的角度來(lái)看,中國(guó)列于國(guó)際排名的前十位之中。然而,中國(guó)MEMS的發(fā)展存在嚴(yán)重的缺陷。即中國(guó)內(nèi)地的MEMS多集中在高校和非產(chǎn)業(yè)化的研究所,且研制的器件與系統(tǒng)大多數(shù)沒(méi)有達(dá)到產(chǎn)前樣機(jī)的水平。健康地發(fā)展中國(guó)的MEMS,必須有大量的產(chǎn)業(yè)部門(mén)參與和投入。沒(méi)有這一條,中國(guó)的MEMS就不能達(dá)到實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化。863MEMS專(zhuān)項(xiàng),明確要求企業(yè)介入或牽頭,它為中國(guó)MEMS的實(shí)用化與產(chǎn)業(yè)化帶來(lái)了希望。