摘要:本文概述了国际上十分重祝的徽光机电系统的产生、发展及其显著特点，并从徽制造技术、徽器件与系统及徽光机电系跳的左用干几才面简要介绍了国内外发展砚状.我国徽光机电来统的研究起步并不算晚，近年来成果十分显井，但要缩小与世界先进水平的差距，还需多方面的努力。
1概述
微光机电系统是由机械、电子、光学及其他一些功能元件集成在单片或多片芯片上构成的微型智能系统.其实质是一种微小型化的装置，是采用微小型加工技术制造的。微光机电系统亦称微机械或微系统，这个设想是由美国物理学家、诺贝尔奖获得者FeynmanR于1959年提出的。自80年代末期，美国NSF(国家自然科学基金委)和DARPA(美国国防部先进研究计划署)对这一研究给予了大力资助.日本通产省自1991年度开始实施为期10年、总投资250亿日元的“微型机械技术”研究开发计划。90年代后期欧洲联络T300多个相关机构，组成NEXUS(Net-workofExeelleneeinMultifunetionalM卜erosystems).德国1994年~1999年的MST计划每年投资6000万美元。
我国80年代末开始微光机电系统研究，到90年代末已发展到40多个单位50多个研究小组，在新原理微器件、通用微器件、新工艺和测试技术以及初步应用方面取得显著进展，初步形成以下几个研究方向:1.三维微细加工技术;2.微型惯性器件和微型惯性测量组合;3.微型传感器和微执行器;4.微流量器件和系统;5.生物传感器、生物芯片和微操作系统;6.微机器人。
微光机电系统有其独特的优点，如体积小、重量轻、性能稳定、可批量生产、性能一致性好、惯性小、功耗低、谐振频率高及响应时间短等，能完成大尺寸系统不能完成的任务。
微光机电系统的研究涉及到微电子学、微机械学、微动力学、微流体学、微热力学、微摩擦学、微光学及材料学、物理学、化学、生物学等。因此，微光机电系统具有多学科综合性、关键性、带动性及创新性等特点。只有跨学科合作才能产生创新思路。微制作技术是微光机电系统的技术基础，它包括设计、材料、工艺、测试技术及其微机理的研究;微器件是微系统的基本组成单元，它包括微传感器、微执行器、微结构、信号处理与控制、接口与能源等。本文对微光机电系统国内外研究进展作以介绍。
2微制造技术
微制造技术是微光机电系统的基础，它包括设计、材料、工艺、测试技术及微机理的研究。微光机电系统的制造工艺最初是在微电子工艺基础上发展的表面硅和体硅加工工艺。后来，又逐渐开发出深反应离子刻蚀(DRIE)、LIGA类工艺技术(LIGA、准LIGA及LASER - LIGA ) , DEM及其光固化成型等。精密机械的精细加工技术(如电火花加工、超声波加工等)也在微光机电系统制造中占一席之地。
美国、法国、德国、日本等发达国家近年来投入大量人力和物力对微制造技术进行了深入细致的研究，在设备、材料、工艺方法及微结构技术参数方面不断有新的突破。我国也在微制造方面进行了数年研究。目前，我国至少有十几家研究单位的多个研究小组从事各种以微工艺为基础的研究工作，并且用这些工艺研究成果制作了多种微结构与微器件。中科院长春光机所、北京高能所、中国科技大学及上海交通大学等单位先后开展了LIGA技术基础研究。图1(a)为长春光机所用自制掩模在BSRF国家实验室进行软X射线曝光获得的PMMA材料的端面摇摆式微型电磁电机的联轴器SEM照片。该结构深度为500 μm，深宽比为8. 3。掩模的金吸收体厚度为20 μm。图1(b)为中科院北京高能所用LIGA技术制作出的步进电机转子的金属微结构部件，厚度467 um。图2为中科院长春光机所、上海光机所及吉林大学联合开展的激光LIGA技术研究结果。图2(a)为聚酞亚胺材料的微马达零件;图2(b>为PMMA材料的微齿轮，齿轮直径500 μm，厚度220 μm,测量表明齿轮各齿距及直径尺寸都很均匀。
图3为上海交通大学利用DEM技术获得的金属镍微结构电镜照片。该微结构线宽为9μm.厚度为92 μm.深宽比大于10。
微观测试理论和方法的研究及微观特性测试仪的研制，是进行微机械基础理论研究工作的重要手段，是微机械产品走出实验室的重要保障。近几年，我国主要开展了微机械旋转动态测试技术、微致动器扭矩测试技术、微构件机械特性检测技术、微器件三维几何尺寸测量技术、微摩擦学性能测试技术及其他微观参数测试系统研究等。长春光机所研制的微驱动器扭矩测试仪测量范围为10-7~10-'4Nm，分辨率为10-9Nm 0
3微型器件与系统
3. 1惯性器件研究
美国Draper实验室的微加速度计精度优于亚毫米，微陀螺仪优于10°/h;微型惯性测量组合为10°~l00°/h。现在正在研制微型惯性测量组合与GPS的组合装置，关键技术之一是GPS接收机的微型化。在我国，清华大学、东南大学、复旦大学等单位正在研制微加速度计、微陀螺仪和微型惯性测量组合。清华大学1997年底研制成功扭摆式微加速度计，1998年和1999年又先后研制成功振动轮式微陀螺仪和梳齿式微加速度计。梳齿式微加速度计精度达mg量级，可抗5000 g冲击。振动轮式微陀螺仪已有敏感信号。利用引进的微加速度计和微陀螺正在研制微型惯性测量组合样机。
3. 2微传感器和微驱动器
自1962年硅微压力传感器间世及1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60 μm~120 μm的硅微静电电机以来，国际上对微传感器及微驱动器的研究投入了大量精力。目前，多种微型传感器已占领市场，多用于汽车与信息技术领域。对微驱动器的研究除静电电机外，还有电磁电机、超声电机及其他器件。
我国已研制出压阻式、电容式、力平衡式等多种用途、结构和性能的微压力传感器及压力一温度复合传感器，且可小批量生产。还研制出微型谐振传感器、微型振动传感器、微 型触觉传感器、微型真空力敏传感器和隧穿红外探测器等。驱动器也已研制了静电微电机、电磁微电机、压电微电机、微型电磁悬浮直线电机等。上海交大的1 mm电磁电机可连续工作1h、寿命1年，力矩计算值为1. 5 μNm，转速2000 r/min，重12. 5 g。长春光机所为满足低速、大力矩需要而研制的端面摇摆式微型电磁电机定子、转子和线圈制作以及整体装配均用精密机械加工和装配方法完成，定子外径5 mm，在4V驱动电压下转速20 r/min^-850 r/min，可换向，调速比40,测得输出扭矩达13.OUNmo
3. 3微流i器件和系统
’美国麻省理工学院正在研制燃气涡轮发动机、涡轮发电机和火箭发动机。这些用半导体技术制造的发动机以微型高速旋转机械为基础，具有与其同类大发动机相同的功率密度，并设计成直径只有1 cm，厚3 mm的微型燃气涡轮，可发出10 W~20 W的电功率或0. 05 N~1 N的推力，每小时消耗不到lOg的氢。稍大的可以用碳氢燃料产生100 W的功率。差不多大小的一种液体燃料双推进剂火箭可以发出超过13. 3牛的推力。他们研制的一种微型涡轮喷气发动机外径为12mm,长3 mm、压比4、转速2. 4 X 106 r/min/功率输出16W、推力0. 125 N、重量1 g,燃油消耗7g/h，预计2001年进行安装新发动机的无人机飞行试验。图4为微型涡轮喷气发动机剖面图，图5为微型涡轮喷气发动机照片。
我国已研制出多种结构的热致动微泵、压电致动微泵和小型泵。微泵最大流量为365 ul/min，最大背压118 cm水柱。此外还研制出多种微型阀及气体、液体微流量传感器等。研制出喷嘴径为20 μm~50 μm电阻电热式微推进器微喷嘴样机，推力为1. 2mN。
3. 4生物传感器、生物芯片和微仪器
生物芯片是指在芯片上组装成千上万不同的DNA或蛋白质等生物分子微阵列，实现生物分子信息大规模检测，又称芯片实验室。生物芯片是微系统的一个重要发展方向。我国研制了微电泳芯片、DNA芯片、微光谱分析系统和微型机械光开关等。东南大学DNA微阵列芯片的空间分辨率为30 μm X30 μm，集成度达6. 5536 X 104个/cm2，每步合成正确率为99. 5%以上。长春光机所研制了应用于生物医学的微操作系统。其压电式微夹钳的微力测控分辨率达到μN^- mμN量级。目前整个系统可做到对细胞操作进行立体显示，三维微位移工作台分辨率1 μm o
4应用系统研究
国内外十分重视以微光机电系统为核心的应用系统研究。美国研制了微型航空器。日本也宣布已研制出一种蚂蚁大小的微机器人，可在发电厂的狭窄管道周围爬行，检查以至修理管道。上海大学研究两种细小管道内爬行微机器人，一种是细小管道(直径10 mm)作业微机器人，另一种是电磁力驱动的管道直径20 mm)微机器人。清华大学、南开大学、广东工业大学等也在从事微机器人的研究工作。
5结束语
国际上微光机电系统研究发展迅速，而我国在许多方面落后于国外。工艺技术水平低是一个重要原因。我国微光机电系统技术要赶上世界先进水平，首先要了解国际微光机电系统发展情况，并根据我国国情探素具有中国特色的研究开发模式。此外，重视基础研究也是解决这一间题的重要方面。(No. 1)
参考文献
