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一、 引言 随着微／纳米科学与技术 (Micro/Nano Science and Technology)的发展，以本身形状尺寸微小或操作尺度极小为特征的微机械已成为人们在微观领域认识和改造客观世界的一种高新技术。 3.6 微机械及其微细加工技术 微机械是80年代末出现的一门崭新的学科，被誉为21世纪最具代表性的技术之一。 微机电系统与微电子学、信息学、材料科学和纳米技术的发展等密切相关。被公认为21世纪的重点发展学科，是国家重点发展的高技术产业。 微机电系统是微电子技术的延伸和拓宽，通过传感器、致动器、信号处理、控制等多项功能，与外部世界有机联系起来。 3.6 微机械及其微细加工技术 微机电系统的概念始于20世纪80年代，一般泛指尺度在亚微米至亚毫米范围内的装置。在不同国家和地区有不同的术语和解释： 美国称作 Micro Electro-Mechanical System - MEMS（微型电-机系统） 微型电-机系统是由电子和机械组成的集成化器件或系统，采用与集成电路兼容的大批量处理工艺制造，尺寸在微米到毫米之间。 在欧洲则称作Micro System（微系统） 是指具有微米级结构，可以批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、甚至外围接口、通信电路和电源等于一体的微型器件或系统。 在日本称作Micro Machine（微机器） 微机器由只有几毫米大小的功能元件组成，它能够执行复杂、细微的任务。 3.6 微机械及其微细加工技术 微机电系统是指特征尺寸在微米至毫米范围内，由电子和机械组成的集成化器件或系统。按外形尺寸，微机械可划分为1?10mm的微小型机械,1?m?1mm的微机械，以及1nm?1?m的纳米机械。 3.6 微机械及其微细加工技术 微机电系统器件不能用总尺寸来定义，而用特征尺寸来表征。 特征尺寸：决定器件性质和加工工艺的关键尺寸。如扩散硅压力传感器的膜厚。 由于微机电系统的基于微电子技术的背景（从微机械的加工方法来看，它主要起源于硅集成制造技术），使其具有集成电子器件所具有的微小、可靠、灵敏、低耗、高效、成本低、适于大批量生产等系列优点。 微机械具有以下几个基本特点： 1.体积小(特征尺寸范围为lnm～10mm) ，精度高，重量轻，惯性小。 2.性能稳定，可靠性高。 微机械器件体积极小，封装后几乎可以摆脱热膨胀、噪声和挠曲等因素的影响，具有较高的抗干扰性，可以在比较恶劣的环境下稳定工作。 3.能耗低，灵敏性和工作效率高（响应时间短） 。 完成相同的工作，微机械所消耗的能量仅为传统机械的十几或几十分之一，却能以数十倍以上的速度运作。微机电系统不存在信号延迟等问题，从而更适合高速工作。 4.多功能和智能化。集约高技术成果，附加价值高。 5.适于大批量生产，制造成本低廉。 具有以下一般机械所不能及的优势： 1.表现在活动空间、操作对象和工作环境上。 微机械能够进入极狭小空间进行作业，且不易对环境造成不必要的影响与破坏。微机械还可以面对很脆弱、易损伤的工作对象。微机械还可出现于人类所不能及或不适宜的工作环境。 2.与一般机械相比，微机械所表现出的智能化程度更高、实现的功能更趋于多样化。 国外一些有实力的半导体公司和研究机构对微机械的研究非常重视，已研制开发出许多有特色的产品。 目前，微机械的研究正在从基础研究逐步迈向研制开发与实用阶段。许多微传感器、微执行器以及微光学部件已经在某些行业得到应用。 3.6 微机械及其微细加工技术 目前微机械研究分为理论研究、技术基础研究及应用研究三部分。 1、理论基础 当尺寸缩小到一定范围时，许多物理现象与宏观世界有很大差别。在微观尺寸领域，与尺寸L的高次方成比例的惯性力、电磁力(L8)等的作用相对减小，而与尺寸的低次方成比例的黏性力、弹性力(L2)、表面张力(L1)、静电力(L0)等的作用相对增大，同时表面积(L2)与体积(L3)之比增大，热传导、化学反应等加速和表面间的摩擦力显著增大。 3.6 微机械及其微细加工技术 因此，许多宏观物理量进入微观尺度后甚至需要重新定义。相关学科，如微电子学、微机械学、微光学、微动力学、微流体力学、微热力学、微摩擦学、微结构学和微生物学等共同构成了微机械研究的理论基础。 3.6 微机械及其微细加工技术 2、技术基础 微机械涉及的基础技术主要有：微机械设计，微机械材料，微细加工，集成技术，微装配和封装，微测量，微能源，微系统控制等。 3.6 微机械及其微细加工技术 微机械设计技术包括：微结构设计、弹塑性有限元分析、CAD/CAM技术、数