什么是MEMS

MEMS（Micro Electromechanical System，即微電子機(jī)械系統(tǒng)）是指集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。

MEMS技術(shù)的目標(biāo)是通過(guò)系統(tǒng)的微型化、集成化來(lái)探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。MEMS技術(shù)是一種典型的多學(xué)科交叉的前沿性研究領(lǐng)域，幾乎涉及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等。

微機(jī)電系統(tǒng)MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是一種全新的必須同時(shí)考慮多種物理場(chǎng)混合作用的研發(fā)領(lǐng)域，相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械，它們的尺寸更小，最大的不超過(guò)一個(gè)厘米，甚至僅僅為幾個(gè)微米，其厚度就更加微小。采用以硅為主的材料，電氣性能優(yōu)良，硅材料的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng)，密度與鋁類(lèi)似，熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢。采用與集成電路（IC）類(lèi)似的生成技術(shù)，可大量利用IC生產(chǎn)中的成熟技術(shù)、工藝 ，進(jìn)行大批量、低成本生產(chǎn)，使性?xún)r(jià)比相對(duì)于傳統(tǒng)“機(jī)械”制造技術(shù)大幅度提高。

完整的MEMS是由微傳感器、微執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。其目標(biāo)是把信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，集成于大尺寸系統(tǒng)中，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化和可靠性水平。

沿著系統(tǒng)及產(chǎn)品小型化、智能化、集成化的發(fā)展方向，可以預(yù)見(jiàn)：MEMS會(huì)給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)另一次技術(shù)革命，它將對(duì)21世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)方式和人類(lèi)生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，是關(guān)系到國(guó)家科技發(fā)展、國(guó)防安全和經(jīng)濟(jì)繁榮的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

制造商正在不斷完善手持式裝置，提供體積更小而功能更多的產(chǎn)品。但矛盾之處在于，隨著技術(shù)的改進(jìn)，價(jià)格往往也會(huì)出現(xiàn)飆升，所以這就導(dǎo)致一個(gè)問(wèn)題：制造商不得不面對(duì)相互矛盾的要求——在讓產(chǎn)品功能超群的同時(shí)降低其成本。

解決這一難題的方法之一是采用微機(jī)電系統(tǒng)，更流行的說(shuō)法是MEMS，它使得制造商能將一件產(chǎn)品的所有功能集成到單個(gè)芯片上。MEMS對(duì)消費(fèi)電子產(chǎn)品的終極影響不僅包括成本的降低、而且也包括在不犧牲性能的情況下實(shí)現(xiàn)尺寸和重量的減小。事實(shí)上，大多數(shù)消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品所用MEMS元件的性能比已經(jīng)出現(xiàn)的同類(lèi)技術(shù)大有提高。雖然MEMS過(guò)去只限于汽車(chē)、工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用，但據(jù)調(diào)查公司估計(jì)：“MEMS消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的銷(xiāo)售額將在2005年前達(dá)到15億美元”。

手持式設(shè)備制造商正在逐漸意識(shí)到MEMS的價(jià)值以及這種技術(shù)所帶來(lái)的好處——大批量、低成本、小尺寸，而且開(kāi)始轉(zhuǎn)向成功的MEMS公司，其所實(shí)現(xiàn)的成本削減幅度之大，將影響整個(gè)消費(fèi)類(lèi)電子世界，而不僅是高端裝置。

MEMS特點(diǎn)

微型化：MEMS器件體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短；

集成化：可以把不同功能、不同敏感方向和致動(dòng)方向的多個(gè)傳感器或執(zhí)行器集成于一體，形成微傳感器陣列或微執(zhí)行器陣列，甚至可以把多種器件集成在一起以形成更為復(fù)雜的微系統(tǒng)。微傳感器、微執(zhí)行器和IC集成在一起可以制造出高可靠性和高穩(wěn)定性的智能化MEMS；

多學(xué)科交叉：MEMS的制造涉及電子、機(jī)械、材料、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)和生物等多種學(xué)科，同時(shí)MEMS也為上述學(xué)科的進(jìn)一步研究和發(fā)展提供了有力的工具。

MEMS 的廣泛應(yīng)用

跟上發(fā)展步伐

正在日益流行的MEMS應(yīng)用是步程計(jì)，它用于測(cè)量人行走時(shí)的速度或距離。將在z軸方向上的機(jī)械平移運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電脈沖是MEMS器件的作用所在。這些脈沖饋入一個(gè)峰值檢測(cè)器電路，該電路隨后在每個(gè)脈沖作用下觸發(fā)一次計(jì)數(shù)。精心設(shè)計(jì)峰值檢測(cè)算法則能根據(jù)所選用的加速度計(jì)情況來(lái)獲得最優(yōu)的測(cè)量效果。

如果步程計(jì)安裝到被測(cè)人的足部，當(dāng)該人跑步時(shí)，則步程計(jì)就會(huì)定期受到極大的沖擊作用。如果產(chǎn)品使用加速度計(jì)的話(huà)，如此之高的沖擊指標(biāo)會(huì)大大限制產(chǎn)品的性能。例如，有些加速度計(jì)設(shè)計(jì)在過(guò)載超過(guò)一定程度時(shí)會(huì)出現(xiàn)被稱(chēng)作“粘死”的現(xiàn)象，加速度計(jì)在受到很大沖擊時(shí)將出現(xiàn)飽和，即使大過(guò)載消除后仍然保持飽和輸出。為了使其擺脫這種狀態(tài)，可能需要將電源極性顛倒過(guò)來(lái)。MEMSIC公司的加速度計(jì)以熱敏感原理來(lái)檢測(cè)加速度，因此沒(méi)有其它加速度計(jì)在大負(fù)載情況下出現(xiàn)的問(wèn)題，如粘死，這是因?yàn)樗鼈兏揪蜎](méi)有敏感質(zhì)量的緣故。

讓GPS更可靠

不管是在偏僻的小路上游覽還是簡(jiǎn)單的為汽車(chē)導(dǎo)航，手持式全球定位系統(tǒng)(GPS)都是一件安全、方便且理想的隨身裝備。

利用GPS接收機(jī)支持的人員和車(chē)輛定位系統(tǒng)可以確定位置，而且提供路線(xiàn)方面的引導(dǎo)。采用GPS系統(tǒng)時(shí)，信號(hào)接收并非始終是100％可靠的，但是若有基于MEMS技術(shù)的加速度計(jì)，就可以由能推算出行駛(走)距離的導(dǎo)航解算方法來(lái)彌補(bǔ)信號(hào)方面的損失。此外，在修正這些系統(tǒng)所用的3軸電子羅盤(pán)的磁偏角方面，加速度計(jì)也非常有用。加速度計(jì)可以跟蹤偏離重力方向零位基準(zhǔn)的角位移信息，獲得這些信息后，就可以修正磁偏角，這樣即使裝置不處于水平狀態(tài)，仍可以得出精確的方向讀數(shù)。

手持式GPS制造商要解決的問(wèn)題之一是如何在惡劣的天氣條件下保證裝置的性能。這些系統(tǒng)在極端溫度條件下都必須可靠而且能夠耐受強(qiáng)烈的沖擊。目前的加速度計(jì)在很多情況下尚不能承受惡劣環(huán)境下所存在的強(qiáng)沖擊影響。MEMSIC公司所設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品則實(shí)現(xiàn)了高抗沖擊性能——5萬(wàn)g，因此其幾乎不可能失效。而大多數(shù)MEMS加速度計(jì)的沖擊過(guò)載耐受范圍是500g~2000g，常常會(huì)失效，因?yàn)槠骷o(wú)法在更加惡劣的環(huán)境中保持完好無(wú)損。

為游戲應(yīng)用提供更佳的控制能力

在改善電子游戲的體驗(yàn)方面，MEMS加速度計(jì)還能提供運(yùn)動(dòng)和傾斜檢測(cè)。這些游戲可以在多種平臺(tái)上運(yùn)行——包括Microsoft Xbox、Sony的Playstation、Nintendo GameCube等游戲機(jī)和Nintendo GameBoy、Palm或Pocket PC PDA等手持式裝置，以及其它膝上型和桌上型電腦，改善控制盤(pán)和操縱桿的傾斜及運(yùn)動(dòng)敏感功能。

該功能讓用戶(hù)沉浸在游戲之中，體驗(yàn)其中的樂(lè)趣。特別是玩飛行模擬類(lèi)游戲時(shí)，用戶(hù)需要讓游戲控制盤(pán)或者操縱桿傾斜來(lái)使飛機(jī)轉(zhuǎn)彎——無(wú)論是操控螺旋槳式飛機(jī)還是噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)，大多數(shù)用戶(hù)在完成大斜度轉(zhuǎn)彎時(shí)都會(huì)出現(xiàn)整個(gè)身體都傾斜的現(xiàn)象，這讓他們產(chǎn)生更為身臨其境的感覺(jué)。

像Nintendo公司的Gameboy等手持式裝置，都提供了一種靠?jī)A斜、搖擺來(lái)控制的游戲“Kirby傾斜和翻轉(zhuǎn)”。在游戲中，球形主人公Kirby要根據(jù)不斷滾擺的浮空平臺(tái)傾斜情況來(lái)滾轉(zhuǎn)，搖動(dòng)Gameboy可以幫助Kirby跳到下一個(gè)浮空平臺(tái)。在采用MotionSense公司軟、硬件的掌上型或便攜式PC PDA裝置中，也可以添加與此類(lèi)似的迷宮游戲。

體育比賽類(lèi)游戲也可以利用MEMS加速度計(jì)帶來(lái)的好處。裝備了MEMS加速度計(jì)及陀螺的棒球棍或者高爾夫球棍可以提供全部旋轉(zhuǎn)信息，用來(lái)精確的復(fù)現(xiàn)出擊球的動(dòng)作。

隨著MEMS價(jià)值得到證明，越來(lái)越多的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品制造商采用這項(xiàng)技術(shù)。蜂窩式器件的制造商也已經(jīng)象游戲業(yè)一樣意識(shí)到了它的重要性，特別是開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的廠(chǎng)商。隨著手持式市場(chǎng)繼續(xù)獲得爆炸性增長(zhǎng)，低成本將成為其成功的推動(dòng)因素，而該增長(zhǎng)可以通過(guò)MEMS技術(shù)的利用來(lái)獲得。