5分鐘帶你了解什么是MEMS

　　什么是MEMS?

　　微機電系統(MEMS)，在歐洲也被稱(chēng)為微系統技術(shù)，或在日本被稱(chēng)為微機械，是一類(lèi)器件，其特點(diǎn)是尺寸很小，制造方式特殊。MEMS器件的特征長(cháng)度從1毫米到1微米——1微米可是要比人們頭發(fā)的直徑小很多。

　　MEMS往往會(huì )采用常見(jiàn)的機械零件和工具所對應微觀(guān)模擬元件，例如它們可能包含通道、孔、懸臂、膜、腔以及其它結構。然而，MEMS器件加工技術(shù)并非機械式。相反，它們采用類(lèi)似于集成電路批處理式的微制造技術(shù)。

　　今天很多產(chǎn)品都利用了MEMS技術(shù)，如微換熱器、噴墨打印頭、高清投影儀的微鏡陣列、壓力傳感器以及紅外探測器等。

　　我們?yōu)楹涡枰狹EMS?

　　“他們告訴我一種小手指指甲大小的電動(dòng)機。他們告訴我，目前市場(chǎng)上有一種裝置，通過(guò)它你可以在大頭針頭上寫(xiě)禱文。但這也沒(méi)什么;這是最原始的，只是我打算討論方向上的暫停的一小步。在其下是一個(gè)驚人的小世界。公元2000年，當他們回顧當前階段時(shí)，他們會(huì )想知道為何直到1960年，才有人開(kāi)始認真地朝這個(gè)方向努力?！?/p>

　　——理查德·費曼，《底部仍然存在充足的空間》發(fā)表于1959年12月29日于加州理工大學(xué)(Caltech)舉辦的美國物理學(xué)會(huì )年會(huì )。

　　在這個(gè)經(jīng)典的帶預言性質(zhì)的演講《底部仍然存在充足的空間》中，理查德·費曼繼續描述我們如何在針尖上寫(xiě)出大英百科全書(shū)的每一卷。但我們可能會(huì )問(wèn)：為什么要在這樣一個(gè)微小尺上生成這些對象?

　　(編者注：理查德·費曼(1918年5月11日-1988年2月15日)，費曼是十九世紀末，俄羅斯和波蘭猶太人移民到美國的后裔。美國物理學(xué)家。1965年諾貝爾物理獎得主。提出了費曼圖、費曼規則和重正化的計算方法，是研究量子電動(dòng)力學(xué)和粒子物理學(xué)不可缺少的工具。費曼被認為是愛(ài)因斯坦之后最睿智的理論物理學(xué)家，也是第一位提出納米概念的人)

　　MEMS器件可以完成許多宏觀(guān)器件同樣的任務(wù)，同時(shí)還有很多獨特的優(yōu)勢。這其中第一個(gè)以及最明顯的一個(gè)優(yōu)勢就是小型化。如前所述，MEMS規模的器件，小到可以使用與目前集成電路類(lèi)似的批量生產(chǎn)工藝制造。如同集成電路產(chǎn)業(yè)一樣，批量制造能顯著(zhù)降低大規模生產(chǎn)的成本。在一般情況下，微機電系統也需要非常量小的材料以進(jìn)行生產(chǎn)，可進(jìn)一步降低成本。

　　除了價(jià)格更便宜，MEMS器件也比它們更大等價(jià)物的應用范圍更廣。在智能手機、相機、氣囊控制單元或類(lèi)似的小型設備中，竭盡所能也設計不出金屬球和彈簧加速度計;但通過(guò)減小了幾個(gè)數量級，MEMS器件可以用在容不下傳統傳感器的應用中。

　　圖1：TI的數字微鏡像素，拆解視圖。

　　易于集成是MEMS技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。因為它們采用與ASIC制造相似的制造流程，MEMS結構可以更容易地與微電子集成。將MEMS與CMOS結構集成在一個(gè)真正的一體化器件中雖然挑戰性很大，但并非不可能，而且在逐步實(shí)現。與此同時(shí)，許多制造商已經(jīng)采用了混合方法來(lái)創(chuàng )造成功商用并具備成本效益的MEMS 產(chǎn)品。

　　德州儀器的數字微鏡器件(DMD)就是其中一個(gè)案例。DMD是TI DLP? 技術(shù)的核心，它廣泛應用于商用或教學(xué)用投影機單元以及數字影院中。每16平方微米微鏡使用其與其下的CMOS存儲單元之間的電勢進(jìn)行靜電致動(dòng)?；叶葓D像是由脈沖寬度調制的反射鏡的開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)之間產(chǎn)生的。顏色通過(guò)使用三芯片方案(每一基色對應一個(gè)芯片)，或通過(guò)一個(gè)單芯片以及一個(gè)色環(huán)或RGB LED光源來(lái)加入。采用后者技術(shù)的設計通過(guò)色環(huán)的旋轉與DLP芯片同步，以連續快速的方式顯示每種顏色，讓觀(guān)眾看到一個(gè)完整光譜的圖像。