什么是MEMS?

　　微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，在歐洲也被稱為微系統(tǒng)技術(shù)，或在日本被稱為微機(jī)械，是一類器件，其特點(diǎn)是尺寸很小，制造方式特殊。MEMS器件的特征長度從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往往會采用常見的機(jī)械零件和工具所對應(yīng)微觀模擬元件，例如它們可能包含通道、孔、懸臂、膜、腔以及其它結(jié)構(gòu)。然而，MEMS器件加工技術(shù)并非機(jī)械式。相反，它們采用類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機(jī)。他們告訴我，目前市場上有一種裝置，通過它你可以在大頭針頭上寫禱文。但這也沒什么;這是最原始的，只是我打算討論方向上的暫停的一小步。在其下是一個驚人的小世界。公元2000年，當(dāng)他們回顧當(dāng)前階段時，他們會想知道為何直到1960年，才有人開始認(rèn)真地朝這個方向努力?！?/p>

　　——理查德·費(fèi)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)會年會。

　　在這個經(jīng)典的帶預(yù)言性質(zhì)的演講《底部仍然存在充足的空間》中，理查德·費(fèi)曼繼續(xù)描述我們?nèi)绾卧卺樇馍蠈懗龃笥倏迫珪拿恳痪?。但我們可能會問：為什么要在這樣一個微小尺上生成這些對象?

　　(編者注：理查德·費(fèi)曼(1918年5月11日-1988年2月15日)，費(fèi)曼是十九世紀(jì)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(fèi)曼圖、費(fèi)曼規(guī)則和重正化的計算方法，是研究量子電動力學(xué)和粒子物理學(xué)不可缺少的工具。費(fèi)曼被認(rèn)為是愛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器件同樣的任務(wù)，同時還有很多獨(dú)特的優(yōu)勢。這其中第一個以及最明顯的一個優(yōu)勢就是小型化。如前所述，MEMS規(guī)模的器件，小到可以使用與目前集成電路類似的批量生產(chǎn)工藝制造。如同集成電路產(chǎn)業(yè)一樣，批量制造能顯著降低大規(guī)模生產(chǎn)的成本。在一般情況下，微機(jī)電系統(tǒng)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。

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

　　圖1：TI的數(shù)字微鏡像素，拆解視圖。

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

　　德州儀器的數(shù)字微鏡器件(DMD)就是其中一個案例。DMD是TI DLP? 技術(shù)的核心，它廣泛應(yīng)用于商用或教學(xué)用投影機(jī)單元以及數(shù)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。灰度圖像是由脈沖寬度調(diào)制的反射鏡的開啟和關(guān)閉狀態(tài)之間產(chǎn)生的。顏色通過使用三芯片方案(每一基色對應(yīng)一個芯片)，或通過一個單芯片以及一個色環(huán)或RGB LED光源來加入。采用后者技術(shù)的設(shè)計通過色環(huán)的旋轉(zhuǎn)與DLP芯片同步，以連續(xù)快速的方式顯示每種顏色，讓觀眾看到一個完整光譜的圖像。