什么是 MEMS（微机电系统）？类型和应用

微机电系统 (MEMS) 是一种微型设备或机器，由机械和电气部件组成，采用微制造技术。

术语“MEMS”通常用于描述一类微型机电系统和用于制造它们的工艺技术。有些微机电系统没有机械元件，但由于将某些机械信号转换为电信号或光信号，因此归类为微机电系统。

在欧洲，MEMS更多地被称为微系统技术，而在日本则被称为微机械。

MEMS 器件的物理尺寸范围可以从 20 微米到 1 毫米。它们由尺寸在 1 到 100 微米之间的组件组成。

虽然单个组件可能比人的头发宽度还小，但多个阵列排列的模块可以占据超过 10 平方厘米的面积。

MEMS 设备通常包含中央数据处理单元（如微处理器）和与周围环境交互的微型仪器（如微传感器）。

MEMS开关技术有两种形式：欧姆式和电容式。

1. 欧姆 MEMS 开关是使用静电悬臂梁开发的。由于悬臂会随着时间的推移而变形，这些开关可能会因接触磨损或金属疲劳而失效。

2. 电容式 开关由改变电容的移动板或传感元件控制。通过利用它们的谐振特性，它们可以配置为在特定频率范围内优于欧姆器件。

虽然在 1980 年代对生产 MEMS 的兴趣有所增长，但建立其商业发展所需的设计和制造基础设施却花费了近 20 年的时间。首批生产的此类设备之一是喷墨打印头和安全气囊控制器。

使用这项技术，研究人员能够在 1990 年代后期构建带有微镜（利用 MEMS）的投影仪。随着时间的推移，微传感器变得越来越流行：它们逐渐集成到不同类型的传感器中，包括辐射、磁场、温度和压力传感器。

今天，几乎所有智能设备都使用 MEMS，并且它们的效率（在性能和能耗方面）比较大的同类设备要高得多。它们由微处理器、微执行器、微传感器、若干数据处理单元等部分组成。

MEMS 的制造涉及用于制造集成电路和半导体器件的相同技术。基本技术是

硅是用于制造 MEMS 的最常用材料。它容易获得，价格低廉，并且具有显着的优势，尤其是在微电子领域。例如，硅几乎没有疲劳，几乎没有能量耗散。

一些MEMS是由金属通过电镀、蒸发和溅射工艺制成的。表现出高度可靠性的金属包括金、铂、银、钨、铜、钛和铝。

聚合物还可用于制造 MEMS 器件，因为它们可以大批量生产，具有各种材料特性。

NEMS（纳米机电系统的简称）是一类具有纳米级电气和机械特性的器件。 NEMS构成了MEMS的下一个逻辑小型化步骤。

简单来说，NEMS 类似于 MEMS，但更小：它们具有 100 纳米或以下（原子或分子尺度）的关键结构元素。

虽然 NEMS 和 MEMS 被称为单独的技术，但它们相互依赖。例如，探测原子的扫描隧道尖端显微镜就是一种MEMS器件。

在 MEMS 技术中，流体动力学和环境电磁力产生的力起着重要作用。而在NEMS技术中，基于表面的传感机制和大量子力学效应也至关重要。

与 MEMS 不同，NEMS 技术使用碳基材料，特别是金刚石、碳纳米管和石墨烯。由于石墨烯在生长、操作、电气和机械特性方面的知识取得重大进展，研究人员对用于 NEMS 设备（例如压力传感器、谐振器、加速度计等）的石墨烯越来越感兴趣。

随着 MEMS 变得更高效且制造成本更低，它们有望在 IoT（物联网）和家庭自动化中发挥关键作用。 MEMS的常见商业应用有：

智能手机中的加速度计 |优酷

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许多公司都在从事 MEMS 项目。较小的公司提供创新解决方案的价值，并以高销售利润处理定制制造的费用。较大的公司大多为电子、生物医学和汽车等终端市场生产大批量廉价零件或成套解决方案。一般来说，大小公司都会投资研发来构建新的 MEMS 技术。

据 Grand View Research Inc 估计，到 2024 年全球 MEMS 市场规模将达到 288.4 亿美元，2015 年接近 120 亿美元。考虑到互联生活方式的日益普及，消费电子产品有望成为主导部分（占全球收入份额的 40% 以上）。

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校准和精度问题可能会减缓市场增长。但激烈的竞争将迫使行业参与者在未来几年保持低价。

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