MEMS（Micro Electro Mechanical Systems，微機電系統）是多種學科交叉融合并具有戰略意義的前沿高技術，是未來的主導產業之一。MEMS以其微型化的優勢，在汽車、電子、家電、機電等行業和軍事領域有著極為廣闊的應用前景。

　　1 國外概況

　　MEMS技術自20世紀80年代末開始受到世界各國的廣泛重視，其主要技術途徑有3種：(1)以美國為代表的、以集成電路加工技術為基礎的硅基微加工技術；(2)以德國為代表發展起來的LIGA技術；(3)以日本為代表發展的精密加工技術。

　　1987年，美國UC Berkeley大學發明了基于表面犧牲層技術的微馬達，引起國際學術界的轟動，人們看到了電路與執行部件集成制作的可能性，這是MEMS技術的開端。1988年，美國的一批著名科學家提出“小機器、大機遇”，并呼吁：美國應當在這一重大領域發展中走在世界的前列。1993年，美國ADI公司采用該技術成功地將微型加速度計商品化，并大批量應用于汽車防撞氣囊，標志著MEMS技術商品化的開端。20世紀90年代，發達國家先后投巨資并設立國家重大項目促進其發展。此后，MEMS技術發展迅速，特別是深槽刻蝕技術出現后，圍繞該技術發展了多種新型加工工藝。最近，美國朗訊公司開發的基于MEMS光開關的路由器已經試用，預示著MEMS發展又一高潮的來臨。目前部分器件已經實現了產業化，如微型加速度計、微型壓力傳感器、數字微鏡器件（DMD）、噴墨打印機的微噴嘴、生物芯片等，并且應用領域十分廣泛。近年來國際上MEMS的專利數正呈指數規律增長，說明MEMS技術全面發展和產業快速起步的階段已經到來。

　　回顧MEMS發展進程，國外發展MEMS的特點有如下4個方面。

　　a.國家高度重視。在初期，政府行為起主導作用，如1992年“美國國家關鍵技術計劃”把“微米級和納米級制造”列為“在經濟繁榮和國防安全兩方面都至關重要的技術”。美國國家自然基金會（NSF）把微米／納米列為優先支持的項目。美國國防部先進研究計劃署（DARPA）制定的微米／納米和微系統發展計劃，對“采用與制造微電子器件相同的工藝和材料，充分發揮小型化、多元化和集成微電子技術的優勢，設計和制造新型機電裝置”給予了高度的重視。日本早在1991年開始啟動了2.5億美元的大型研究計劃——“微機械十年計劃”。

　　b.企業介入、市場牽引。在MEMS發展初期，美國就重視牽引研究主體——大學與企業的結合。例如在MEMS的重點研究單位UC Berkeley成立的BSAC（Berkeley Sensor and Actuator Center）就由多所大學和企業組成。ADI公司看到了微型加速度計在汽車領域應用的巨大前景，通過引入表面犧牲層技術并加以改造，使微型加速度計的商品化獲得巨大成功。

　　c.重點領域明確。美國在發展初期確定軍事應用為其主要方向，側重以慣性器件為代表的MEMS傳感器的研究；日本重點發展進入工業狹窄空間的微機器人、進入人體狹窄空間的醫療微系統和微型工廠。歐洲則重點發展μTAS（Micro Total Analysis System，全微分析系統）或LOC(Lab on Chip，芯片實驗室)。

　　d.重視基礎技術的建設。十分重視設計、材料、加工、封裝、測試等技術的發展。美國除在研究單位建立獨立的加工實驗室外，還特別建立了專門為研究服務的加工基地，如MCNC、SANDIA國家實驗室等。德國也建立了 BOSCH實驗室。

　　2 國內概況

　　我國MEMS的研究始于20世紀90年代初，起步并不晚，在“八五”、“九五”期間得到了科技部、教育部、中國科學院、國家自然科學基金委和原國防科工委的支持。經過10年的發展，我國在多種微型傳感器、微型執行器和若干微系統樣機等方面已有一定的基礎和技術儲備，初步形成了幾個MEMS研究力量比較集中的地區。包括京津地區，如清華大學、北京大學、中科院電子所、信息產業部電子13所、南開大學等；華東地區，如中科院上海冶金所、上海交通大學、復旦大學、上海大學、東南大學、浙江大學、中國科技大學、廈門大學等；東北地區，如信息產業部電子49所、哈爾濱工業大學、中科院長春光機所、大連理工大學、沈陽儀器儀表工藝研究所等；西南地區，如重慶大學，信息產業部電子24所、44所和26所等；西北地區，如西安交通大學、航空618所、航天771所等。這些因地域而組成的研究集群，已形成彼此協作、互為補充的關系，為我國的MEMS研究打下了良好的基礎。

　　在科研能力積累上，1996年建設的微米／納米加工技術國家級重點實驗室，使我國的MEMS加工技術研究得到較大提高，實驗室購置了當時國際上最先進的MEMS加工關鍵設備，如STS深槽刻蝕機、Karlsuss雙面光刻機／鍵合對準機、可用于硅／玻璃靜電鍵合和硅／硅預鍵合的Karlsuss鍵合機、LPCVD、壓塑機等，連同配套的IC設備，如濺射臺、擴散爐、RIE刻蝕機、PECVD、光刻機等設備，初步構成了具有國際先進水平的MEMS加工線。這些設備結合一些分散于各研究機構的微電子工藝線和微加工設備，組成了目前我國的MEMS加工技術基礎。在上述設備的基礎上，已開發出具有一定水平的MEMS加工技術。其中北京大學所屬微米／納米加工技術重點實驗室分部開發出4種MEMS全套加工工藝和多種先進的單項工藝，已制備出加速度計樣品，并已開始為國內研究MEMS的單位提供加工服務。上海交通大學所屬微米／納米加工技術重點實驗室分部可以提供非硅材料的微加工服務，如LIGA技術制作高深寬比微結構的基本加工技術，紫外深度光刻(UV—LIGA)、高深寬比微電鑄和模鑄加工，功能材料薄膜制備等。電子部13所研究的融硅工藝也取得了較大進展，已制備出微型加速度計和微型陀螺樣品。

　　經過10年發展，我國已在微型慣性器件和慣性測量組合、機械量微型傳感器和制動器、微流量器件和系統、生物傳感器和生物芯片、微型機器人和微操作系統、硅和非硅制造工藝等方面取得一定成果。現有的技術條件已初步形成MEMS設計、加工、封裝、測試的一條龍體系，為保證我國MEMS技術的進一步發展提供了較好的平臺。但是，由于歷史原因造成的條塊分割、力量分散，再加上投入嚴重不足，盡管已有不少成果，但在質量、性能價格比及商品化等方面與國外差距還很大。

　　3 MEMS發展戰略的建議

　　3.1 戰略目標

　　針對國際MEMS發展趨勢和未來的產業化前景，結合我國社會經濟發展的需要和國家競爭前的核心技術發展戰略，以支撐我國MEMS產業化發展的應用基礎為切入點，掌握MEMS材料、設計、制造、檢測、工藝、裝備與系統集成等方面的具有自主知識產權的關鍵技術，建立我國的MEMS研發體系和產業化基地，圍繞醫療、消費電子、家電等行業，開發出若干小批量、多品種、高質量MEMS器件及微系統，推動MEMS的可持續發展和未來產業化的形成打下良好的基礎。

　　3.2 研究內容

　　a.MEMS設計方法與工具，包括CAD／CAM技術、MEMS機理及與納米材料制造的交叉技術研究等。

　　b.MEMS產業化基礎的支撐關鍵技術，包括加工、封裝、在線測試、工藝與制造關鍵設備等支撐技術。

　　c.開發具有若干行業帶動性的MEMS器件及微系統，包括在醫療、消費電子、家電等方面的廣泛應用。

　　3.3 預期成果

　　a.掌握一批具有自主知識產權的MEMS設計方法、CAD/CAM工具、工藝、加工、封裝技術、在線測試技術及裝備等關鍵技術。

　　b.形成支撐MEMS研究和產業化發展的技術平臺，并建立具有國際競爭力的MEMS研發體系和MEMS設計與制造基地。

　　c.建立產學研聯合的創新機制，自主設計制造面向醫療、消費電子、家電等行業的MEMS器件和微系統，包括：加速度、壓力、慣性、氣體等微型傳感器；MEMS諧振器、MEMS開關、微閥、微泵、微噴等微型執行器；人體內腔道診療微系統等。

　　3.4 運行機制

　　a.集中力量，統一指揮。打破部門、地區的界限，集中優勢力量確保計劃的實施，在落實任務和經費分配時實行招標或擇優委托，把任務落實到確有優勢的單位和專家集體，并重點在研究單位相對集中的地區建設若干個各具特色的材料、設計、工藝、裝備與制造基地，形成MEMS先進制造加工基地網，避免過去各單位重復研究、分散立項的弊端。經費?？顚Ｓ?，在人、財、物上集中力量統一指揮，充分發揮有限資源的作用。

　　b.創新機制。MEMS基礎研究、工藝研究、裝備研發、產業化等諸多環節要有機結合，防止科研與市場脫節、工藝與裝備脫節；采取政府導向、“產學研”聯合、市場化運作的方針，以多種形式吸引地方、企業共同投資。

　　c.引進人才，加強合作。把人才作為MEMS研發的關鍵因素之一，通過多種機制和特惠政策支持，吸引國內外MEMS研發的高層次人才。積極開展MEMS的國際交流合作，提高我國MEMS研究的起點。

　　d.跨越發展。在MEMS設計、工藝、制造裝備等方面，鼓勵創新，開發具有自主知識產權的技術，實現MEMS的跨越發展。

　　4 結束語

　　通過“863”計劃MEMS重大專項的實施，將在基礎研究、技術攻關、工藝與裝備、應用系統等幾個層面上實現若干重點技術的突破，擁有一批具有自主知識產權的關鍵技術，具有MEMS設計、開發、工程應用和產業化的能力，培養出一支高素質的MEMS人才隊伍，建立和完善我國MEMS的技術創新體系。在MEMS的研究與開發方面取得具有顯示度的研究成果，在國際上占領一席之地。在壓力傳感器、加速度計、氣體分析、化學成分分析傳感器等器件方面，通過小試、中試促進產業化，在汽車、家電、生物化學及醫療、工業自動控制、微環保儀器、機電消費類產品、武器裝備等方面占領一定的市場份額，取得顯著的社會效益和經濟效益。
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