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发信人: arctic (北极猪), 信区: METech
标  题: 新世纪的新事业：中国MEMS调查
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Sat Sep  4 19:49:06 2004)

新世纪的新事业：中国MEMS调查
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　　微电子机械系统(Microelectromechanical System，MEMS，亦称微型机电系统)是将微
电子、精密机械、生化和信息处理等高技术有机整合。它对21世纪的科学技术和人类生产
和生活方式将产生革命性影响，并在未来高科技战争中扮演着举足轻重的角色，是关系国
民经济发展和国家安全保障的关键技术。

　　利用MEMS技术，可以制成突破通信瓶颈的全光交换机、准确检测病变的基因芯片、比
手掌还小的飞行器、重量仅有几十克的微小卫星……。据市场资料，目前全球MEMS市场需
求为140亿美元，按每年平均17%的增长率计算，到2004年将达到360亿美元，而其带动的相
关产品的产值将以千亿美元计，成为继微电子之后的又一重大高新技术产业。

　　MEMS渐成气候

　　基于MEMS的重要性，美、欧、日等国家都高度重视发展该技术。从1997年到2001年，
仅美国DARPA(美国国防部先进研究计划署)每年投入的研究经费就达7000万美元，美国国家
科学基金从1988年起每年投入大约200~300万美元用于MEMS研究。日本和德国更重视推进M
EMS加工技术的研究，因此，MEMS开发所需要的最先进制造设备大多来自日本和德国。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”大型研究开发
计划。欧洲各国也对MEMS高度重视：德国从1994年到1999年的微系统计划每年投资6000万
美元；1993年起欧盟将各国研究机构组织起来进行MEMS的联合研究，推出了EUROPRACTICE
和NEXUS计划，从科研和产业化两个方面推进MEMS的发展。

　　同时，各大公司也加紧了MEMS产品开发的步伐。微型压力传感器已于70年代进入市场
，现在年产值已达10几亿美元，其代表公司为欧姆龙、Honeywell、Motorola等；ADI公司
的集成加速度计是微机械与微电子集成的标志性产品，主要用于汽车防撞气囊的弹出控制
，年产值超过2亿美元，IC SENSOR，DELPH、Motorola等公司也从事加速度计的生产，其年
总产值超过10亿美元；以TI公司为代表的DMD[编辑部1]器件已经在投影显示系统占据很大
的市场分额；微喷墨打印头、生化分析微系统已经被人们熟知，年产值超过40亿美元，并
且显现出强劲的增长势头；用MEMS技术制造的RF无源元件可以与系统集成[编辑部2]，被认
为是无线通信的未来技术。MEMS专利数目也随着MEMS研究的升温而迅速增加，从70年代每
年不到10个发展到1997年以后每年超过150个，而且还在迅速增长之中。

　　中国MEMS研究现状

　　我国从80年代末开始了MEMS的研究，以跟踪国外为主，包括硅微型压力传感器、微型
电机、微型泵。10年来研究队伍逐步扩大，90年代末已形成40多个单位的50多个研究小组
，在新原理微器件、通用微器件、以及初步应用等方面取得了较大的进展。

　　MEMS研究在我国已形成了如下几个方向：微型惯性器件和惯性测量组合；机械量微型
传感器和致动器；微流量器件和系统；生物传感器、生物芯片和微操作系统；微型机器人
；硅和非硅制造工艺。

　　微型机电系统在我国的近期应用和市场有：导航和控制；汽车电子；生化分析和医学
；微小卫星；工业检测；高密度存储。

　　新原理微器件

　　上海冶金所开发成功的“静电悬浮技术”，用较小的电感实现了至今最大物体的悬浮
，该技术可用于微加速度计、陀螺和微电机上。

　　复旦大学电子工程系研制的“正交复合梁压阻微机械陀螺”，它不需要真空封装，还
可以克服小电容检测的困难，制成的器件能在常压环境下工作。在大气中其角速度灵敏度
为0.22V/度/秒；清华大学研制出振动轮式微机械陀螺；东南大学和北京大学也有微机械陀
螺的研究工作。

　　清华大学研制的“微型光波导陀螺”，将环形谐振器、耦合器、声光移频器、光源和
探测器组装在一块基片上，有可能成为新一代的高精度陀螺。重庆光电技术研究所配合研
制稳定化的激光源。

　　电子部十三所研究的“微型热对流加速度计”，利用装有气体的密闭腔体中的热对流
，测量其在加速度影响下的变化量。

　　清华大学精仪系研究的“电阻电热式微推进器”，分别用精密加工和硅微加工方法研
制出两种微推进器，推力为mN级。还开展了不同尺寸、形状和截面的微管道过流特性实验
研究。

　　清华大学微电子所研究的“新结构微型硅电容式麦克风”，是单硅片制造的纹膜机构
电容式麦克风，提高了灵敏度和性能。

　　清华大学精密测试技术与仪器国家重点实验室研制的微型消反射光开关，使反射光强
度为零或最强，从而实现光的开关，还研制了多种二元光学微器件。

　　东南大学研究的纳米材料可用于生化传感、光电子器件，清华大学摩擦学国家重点实
验室研究纳米材料巴基管的润滑性能，用作润滑添加剂。

　　通用微器件

　　清华大学精仪系研究的“微机械加速度计”，有扭摆式和叉指式二种，具有较高的零
偏稳定性。上海冶金所的硅微机械电容力平衡加速度计也达到优良的技术指标。北京大学
研制可抗5000g冲击的加速度计。

　　上海交通大学信息存储研究中心研制的“直径1mm电磁型微马达”，输出力矩为1.5(N
m,转速达2000rpm，重12.5mg.可连续工作1小时，寿命时间为半年。已用该电磁微马达制作
出直肠内窥镜和微泵。长春光机所的端面摇摆式微型电磁驱动器直径为5mm，输出力矩为1
1.5(Nm。上海冶金所研制的“微型压电超声马达”直径为2mm，转速大于100rpm。

　　清华大学精仪系研制的“双金属热致动微泵”和“压电致动微泵”流量分别达190(l/
min和365(l/min。特别是压电致动微泵的最小控制量可达1(l，流量脉动为1nl。最大流量
、最小控制量、流量脉动和背压是微泵的主要技术指标。清华大学微电子所制作的微泵在
5V脉冲电压驱动下，微泵达到118cm水柱。

　　浙江大学研制的电容式力平衡微压力传感器，其量程为1Pa-1Kpa，灵敏度为0.76pF/P
a过载比达500。

　　重庆大学国家教委光电技术及系统开放实验室研制的真空微电子触觉传感器，阵列数
为30×30个，密度达3900个/mm2，有良好的触觉效应。“微型多道成像光谱分析系统集成
化的探索”，将多道成像光谱分析系统的分光系统、成像系统和高灵敏探测阵列集成在一
块硅基片上。可用于环保、生命科学和航空航天。

　　上海大学研制的“细小管道微机器人”，能在直径为10mm和20mm的管道中爬行。

　　应用

　　微型压力传感器已在沈阳仪器仪表工艺研究所、宝鸡传感器研究所和复旦大学小批量
生产。宝鸡传感器研究所还研制了微压传感器，高频高压传感器和压力-温度复合传感器。
压电加速度计和压电陀螺仪已在四川压电与声光技术研究所小批量生产。

　　有应用报道的器件和系统有：重庆大学研制的硅规微通道细胞流变学测量芯片，已进
行了人和鼠的红细胞流变特性实验。南开大学的细胞微操作系统。

　　正在开展的应用研究有：上海交通大学的微型电磁马达在直肠内窥镜的应用；清华大
学的小型泵和医用缓慢微量注射器；广东工业大学的压电致动器用作直线和旋转驱动器，
用于发动机活塞加工、超精密加工和微机器人；以及其他一些军事应用。

　　起步：依靠风险投资

　　美国纳斯达克的震荡将“网络泡沫”的恐慌传输给了每个投资人。虽然“.COM”企业
依然占据着时代的前沿，投资者们已开始理性的思考他们的资金投向。有些投资人已开始
进入具有广阔市场前景的如基因芯片、MEMS、光电子等领域。

　　在传统渠道的资金不能满足研究发展需要时，风险资金开始成为一种选择。北大微电
子研究所MEMS实验室李志宏博士表示，在产品研发的早期，风险投资的注入或已足够。当
进入到产业化阶段，除风险投资外，更需要大型专业公司的介入，或收购、或投资，保障
产品的最终上市。 　　最后，记者与李博士笑谈，也许下次再来时这里已经成为国内颇具
盛名的大公司了。李博士满怀信心的告诉记者，在2~3年内这应该成为事实。(清华大学周
兆英教授执笔、记者高峰)

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