自20世紀中期以來，微電子技術及其加工工藝得到迅速的發展。在此基礎上，微機械加工技術 (Micromachining Technology），特別是針對微型傳感器與微型執行器的研究也取得顯著的進步。微機電系統（Micro- Electro - MechanicalSystem, MEMS)是指將微電子器件、微結構與微機械組件（微傳感器、微執行器）集于一體的集成系統，它代表一種在電子領域與其他能源形式進行物理量或化學量交換的系統，是一個橫跨眾多研究領域的交叉學科。近年來，MEMS在以往微電子組件與微機械組件的基礎上，已經逐漸容納交匯其他的學科領域，包括微熱學、微光學、微磁學、微流體學、微生物學、微化學等，如圖2-16所示。微傳感器與微執行器也稱為換能器 （Transducer)。

MEMS 加工工藝沿襲自IC產業，在主要的加工工藝中還保留了許多IC的基本工藝，如光刻、注入、摻雜、濺射、蒸發、PECVD、LPCVD、氧化、濕法刻蝕等。但是 MEMS 在其發展的過程中也逐漸加入了許多具有特色的加工工藝，

如表面微機械加工 工藝、體硅加工工藝、硅片鍵合工藝、制作高深寬比結構的LIGA 工藝和非硅工藝等。

MEMS 技術目前主要應用在消費電子領域，特別是在汽車與手機中已得到廣泛的應用。例如，其在智能手機中的應用包括陀螺儀、溫度傳感器、濕度傳感器、麥克風、顯示傳感器、距離傳感器、光強傳感器等。

此外，MEMS 通常需要集成多種傳感器組件、驅動單元及相關集成電路處理器，且在理想情況下還需要集成微型能源 （如能量采集器件） 與通信元器件。采用 MEMS 能量采集器件與集成電路、無線通信模塊組合而成的自供能無線傳感網絡系統如圖 2-17 所示。

納機電系統 ( Nano-Electro-Mechanical System, NEMS) 是在微機電系統基礎上發展起來的，其典型特征是器件與系統的尺寸為納米量級。在納米尺度以下，材料表面效應、尺度效應等一些有別于宏觀尺寸的特性將會被凸顯出來，從而主導器件與系統的性能。在材料與工藝方面，納機電器件不只是微機電器件的簡單縮小，在器件上還會增置一些新型納米材料來擴展NEMS 的功能，如石墨烯、富勒烯（Fullerene）、碳納米管及其他二 維材料和生物材料等。先進的電子束曝光及納米壓印等技術也被廣泛用來制作 NEMS。

NEMS 目前主要應用在具有超高靈敏度的傳感器、生物醫療器件、高密度數據存儲、高頻諧振器等方面。敏感機理主要包括納米材料與納米結構的電阻響應、頻率響應、熒光特性、磁響應特性等多種物理機制。例如，在 50μmx6μmx0.17μm的硅懸臂梁 (Cantilever）末端固定一簇碳納米管來吸附氫氣。該懸臂梁采用靜電激勵諧振，通過測量該器件在10??Pa 真空中的諧振頻率變化可進行微小質量檢測。采用反饋電路控制，該懸臂梁的諧振頻率可達 1MHz，器件在真空中的品質因數高達 50 000，分辨率為 5×10?1?g。如此高的質量檢測分辦率，相當于可以檢測到 150 萬個氫氣分子。

審核編輯：湯梓紅