微光机电系统

微光机电系统总结

MOEMS(Micro Optical Electro-Mechanical-System) 是指微电子、微机械与光电子技术的整合，它是在微机电（MEMS）的基础上发展起来的一种新技术系，在信息、工业、医学等方面有广阔的应用前景。它的前身可追溯到1946年2月15日在美国诞生的第一台电子计算机ENIAC。随着技术和工艺的的革新，渐渐趋于小型化，微型化。1987年10月IEEE的机器人和自动化委员会组织了有关讨论会，会后来自MIT、Berkeley、Stanford和NSF的15名科学家提出了“小机器,大机遇:关于新兴领域——微动力学的报告”的国家计划建议书，并引起美国政府的高度重视，从此微机电系统——MEMS技术正式诞生。

微光技术的发展可以追溯到1960年半导体激光波导的出现，微电子技术的发展则来自于1958年完整晶体管电路的出现，1967年Nathanson发明的谐振闸电晶体结合了电与机械。

MOEMS是MEMS在21世纪产生的重要应用之一，光子学的引入使常见的MEMS机械部件更为可靠。光的引用体现了以下的优势：比率高，消耗低，干扰低；光与微机电都具有高度的平行性；很小的芯片上可以集成许多微型的设备。普通机械和MOEMS最重要的区别是，MOEMS不需要体力性质的装配，而是装置在螺线管中以构造出三维结构。

MOEMS 微光学设备可完成普通光学设备的基本功能，这样会减小许多光学系统的成本、尺寸和重量，特别是在一些特殊的环境下使用的光学仪器，如航天、核生化、机器人、汽车、生物医学等。因而微光机电系统在通信、军事、航空航天、工业、医学等领域有着广阔的应用前景，尤其是在通信领域中有着非常诱人的发展前景。采用微光机电系统的技术将光纤通信系统中的许多诸如波分复用器、光发射与接收装置以及其它补偿器、调制器、隔离器、衰减器、光开关等重要器件集成于微光机电系统中，对于开发新一代高速光纤传输系统 ,以及提高通信系统的容量、传输速率、信噪比等都具有十分重要的意义。微光机电系统的出现将会对通信技术的发展起到很大的促进作用。另外 ,军用光电侦察装备要求重量轻、功耗低 ,采用 MOEMS 也是未来军用光电侦察装备的主要趋势之一。 通过研究MEMS的商业浪潮可以梗概地看出它的发展历程。MEMS第一轮商业化浪潮始于20世纪70年代末80年代初，当时用大型蚀刻硅片结构和背蚀刻膜片制作压力传感器。多用于触发汽车安全气囊和定位陀螺仪。第二轮商业化出现于20世纪90年代，主要围绕着PC和信息技术的兴起。第三轮商业化出现于世

纪之交，微光学器件通过全光开关及相关器件而成为光纤通讯的补充。微光学器件从长期看来将是MEMS一个增长强劲的领域。推动第四轮商业化的其它应用包括一些面向射频无源元件、生物和神经元探针，以及所谓的“片上实验室”生化药品开发系统和微型药品输送系统的静态和移动器件。

基于MEMS技术能够生产出许多为微型机械，例如：1987年Berkeley研制出转子直径为60—120μm的静电电机、微型飞行器、微型卫星、微型泵„由于微型机械的微型特点，由于其机械性能、工作效率更重要的是实用性还有待提高。MEMS技术目前运用最广泛也是最成熟的的方面就是传感器的运用，传感器中包括：力、力矩、速度、加速度、位置、流量、电量、磁场、温度、气体成分、湿度、ｐＨ值、离子浓度和生物浓度、微陀螺、触觉传感等。传感技术在近年来也得到了长足的发展，MEMS就是最具代表性的例子，MEMS技术让我们能够在有限的空间内最大限度地发挥传感器的功能，广泛用于多种场合。在医学、电子、汽车、农业等很多领域都有运用。

目前已经研发出微型机器人，可以通过微创进入病人的病灶部位实施治疗，这些微型机器人可以制成小球星通过血管经血液循环到达指定位置实施作业，如：疏通血栓、破坏肿瘤、投放药物等等，这就免除了人为的不确定性，提高了手术的安全性和精确性。还免除了病人的痛苦。但现在还遇到一个比较棘手的问题，就是如何给微型机器人提供充足的能源动力。目前都在加紧研究，提出了一些可行性方案：超声波传能、人体热量供能以及血液供能。我个人认为能否使用可降解生物材料使微型机器人在原先携带的有限的能源条件下工作完成。然后在人体能分解为能被人体吸收的无公害元素。

MEMS扮演车体运动的关键角色,主要在于车体运动时会有加速、爬坡与遭遇路面不平等运动现象，透过MEMS Gyro scope即时侦测车体的运动状况。例如，MEMS其中一项应用——加速度计，可以计算车体在行驶运动的时速，一旦出现衝撞车祸，受到撞击的瞬间，加速度计立刻算出撞击速度，再透过有电子控制元件的安全气囊，决定是否要启动安全气囊保护人体安全。在汽车应用中还包括安全气囊中的汽车悬架控制、翻滚等。另外还包括汽车MEMS压力传感器和轮胎气压自动监测系统，MEMS压力传感器适合于任何类型的轮胎，在轮胎胎壁埋设一小块感压力敏芯片，自动测量轮胎气压、温度、转速和其它一些数据，并用特定的代码发送出来。另外，汽车导航中的GPS信号补偿、气缸内压力测量等等大多数汽车子系统中。

作为一个发展潜力很强，且极具经济效益的项目，目前已经成为世界各国都看

好的研究热点之一。