面向21世纪的微机电系统(MEMS)技术 　　 -------------------------------------------------------------------------------- 　　 　　由李志坚院士和周兆英教授为执行主席的香山科学会议第64次学术讨论会于1996年10月6日至8日在北京香山举行。会议主题为“面向21世纪的微机电系统(MEMS)技术”。出席会议的有王大珩、张维、李志坚、郑哲敏、田昭武、唐九华、金国藩、王阳元院士，以及来自清华大学、北京大学等12所高等院校、中国科学院化学所、力学所、长春光机所和电子部13所等7个研究所，以及美国CASE WESTERN RESERVE UNIVERSITY和ADI公司等25个单位的39名专家学者。 　　 　　一、微型机电系统技术的现状与未来发展 　　 　　这次会议的宗旨是促进微型机电系统(Micro Electro Mechanical Systems，缩写为MEMS)基础理论和关键技术的探索，推动我国MEMS技术研究和产业开发。 　　 　　李志坚院士作了题为“MEMS——一项革命性的新技术”的总述报告，对MEMS研究的国际背景、研究现状、科学与技术课题以及21世纪的发展趋势作了全面评述。MEMS研究公认为60年代开始。1987年加州大学柏克利首次做出直径100μm；60μm的微电机，引起国际学术界和产业界的高度重视。1989年MEMS国际会议上一致认为，用微电子技术制造微电子机械系统是一项崭新的技术。目前，微型机械在国际上的提法很多，美国人称MEMS，日本人称Micro machine，欧洲人称Micro System，它们是同义词，都是指微电子机械系统(即微型机械)。MEMS具有的共同特点：尺度在1μm—lmm；基本上以硅工艺为基础；微型化“机”、电器件及系统；能大批量生产，具有高的性能价格比；智能化(集成化)“。从系统集成看MEMS发展分三个层次：基础、单元到集成的MEMS系统。他从MEMS的工艺技术、器件和市场等文献阐述了MEMS的发展现状。目前微机械加工工艺分为硅基加工和非硅基加工。MEMS的年产值目前是15亿美元，占1％的半导体市场(CCD、FET除外)。压力传感器、加速度传感器等是主要的产品。关于MEMS的科学技术课题，他着重指出了以下几个方面：(1)科学问题，如细观力学、微化学、微热学等等以及各种力的尺寸效应；(2)工程问题，如随着尺度L减少到毫米级以下，相对误差△L／L显著增大；可靠性和性能特征也存在相应的问题；(3)制造技术，如硅基加工与非硅基加工、MEMS加工技术与IC工艺的兼容、非规则体的三维加工等等；(4)设计工具；(5)材料问题。最后，他强调MEMS在生物医学工程、化学微分析、光学、空间、工业控制、汽车、物理领域等未来应用领域将有广泛的发展前景，将是制造业的一次革命性进展。 　　 　　丁衡高院士在题为“微型机电系统的科学研究与技术开发”的书面评述报告中，着重论述了MEMS的相关基础理论研究、制造工艺技术的发展动态与趋势，最后强调了探索适合我国国情的MEMS发展途径的重要性。报告中指出；MEMS研究不仅涉及元件和系统设计、材料、制造、测试、控制、集成、能源以及与外界的联接等许多方面，还涉及微电子学、微机械学、微动力学、微流体学、微热力学、微摩擦学、微光学、材料学、物理学、化学、生物学等理论基础。他指出，MEMS的发展趋势主要在三个方面：(1)微型惯性器件及其组合的发展；(2)DARPA和NASA的MEMS应用计划；(3)微型卫星和汽车工业对MEMS的需求牵引。从国际上开发MEMS的情况看，美国科学家侧重于在微电子技术基础上，从微型芯片上取得制造于艺的突破；日本则偏重从机械加工工艺实现微型机械的制造；而德国的特色是LIGA工艺的应用上取得了进展。我们应研究日、美、德三国的特点，结合我国的实际，探索合适的途径，以期取得更大的成就。 　　 　　周兆英教授在他的评述报告中，阐述了五个方面的内容：(1)多种MEMS的研究；(2)微型机电系统的优点；(3)微型机电系统的产业化前景；(4)多国的大型MEMS研究开发计划；(5)从MEMS96看MEMS的发展。他强调，中国目前列世界MEMS研究的第7位，但没有企业参与。国外研究机构和产业界都非常重视MEMS的研究。这项新技术关系到国家科技发展、经济和国防建设的未来，近期许多新突破带来的重大影响值得我们密切注意，认为从经济和国防发展的角度出发，需要有国家级的战略性研究开发计划。 　　 　　专家学者围绕MEMS技术的现状和未来发展进行了深入讨论，广泛交流科技信息和各自看法。王大珩院士认为，针对国防建设的要求，MEMS的研究首先应注重高质量、高精度和高可靠性，要注重一些基础理论和基础技术的研究。张维院士指出，对微观世界的认识，应该同宏观领域同样给予重视，因为其重要性正在进一步提高。 　　 　　美国CASE WESTERN RESERVE大学的葛文勋教授和ADI公司的赵阳博士在专题发言中认为目前MEMS的研究中，集成传感器和执行器的性能有持进一步提高，并在向系统化、集成化、产业化的方向发展。阐明所有MEMS的研究都是为了产业，并提出MEMS市场取决于成本的理论。因而美国政府投资，鼓励公司和高校联合研究，技术成果共享，以此来推动美国国内MEMS的研究。这一点引起与会专家学者的极大兴趣。 　　 　　二、MEMS技术与若干基础理论问题 　　 　　过增元教授在“微尺度下的流动和传动问题”的专题发言中指出，微细尺度的流动和传热是随电子和微米纳米加工的发展而提出来的。他用述了五个方面的问题：(1)微尺度下的流动和传动问题提出的背景，即微电子、MEMS、激光纳米加工等；(2)“微细尺度”的含义；(3)“微细尺度”导热的特点；(4)“微细尺度”对流换热的特点；(5)“微细尺度”热辐射问题。白春礼教授(王琛教授代讲)阐述了纳米尺度上的物理和化学效应，认为纳米前沿科学的发展有两个方向：一个是MEMS，另一个是纳米级以下的科学与技术问题。余寿文教授在“微型机电系统与细微观力学”的发言中指出，细微观力学与MEMS相结合，必须建立与MEMS相应的测量方法和手段，把细观尺度的参数加入到已有本构关系中，发展微工艺力学手段为MEMS服务，用力学分析防止破坏、失效模态。金国藩院士指出，机理问题的研究应与MEMS相结合，从具体问题开始，组成团队来攻关。林鸿益教授指出，尺寸缩小产生一些新问题，给我们提供了一些机遇。机理的研究要把Top—down和Bottom—up两种途径结合起来。专家学者在讨论中强调，要重视基础理论研究，打好MEMS未来发展的扎实的理论基础。 　　 　　三、MEMS发展的技术途径与重大关键技术 　　 　　关于MEMS发展的技术途径与重大关键技术，王渭源教授和王阳元院士分别作了题为“微电子机械系统发展十年回顾和今后趋势”和“MEMS硅制造技术与FOUNDRY的建设”的专题发言。王渭源指出，MEMS正处于大突破的前夜，93年开始进入一个高潮。他分析MEMS工艺发展的趋势是：硅是最重要的材料，硅基加工还将是MEMS加工工艺的主流；MEMS技术会吸收其他材料及其微加工技术；表面微机械技术与体硅微机械技术都将得到发展，制造MEMS的单位和IC工艺的单位会进一步加强联系。王阳元认为，MEMS硅制造关键技术包括牺牲层技术和硅键合技术。表面加工技术(牺牲层技术、表面加工技术)与硅键合技术结合构成MEMS加工技术的主流。MEMS集成中，不管是模拟电路还是数字电路，采用CMOS技术是主要发展趋势。他认为要尽快形成我国的MEMS发展体制；建立以多种标准工艺为基础的R&D FOUNDRY；面向全国开放，国际联网，资源共享；关键是选择好的市场机制，选择好的产品主攻方向，争取工业界的参与。田昭武院士就复杂三维超微图形的技术及策略进行发言，他指出电化学方法吸收了一些IC工艺的特点，是制作复杂三维超微图形的有效方法。 　　 　　四、MEMS的应用领域和发展策略 　　 　　与会专家学者十分重视MEMS的应用领域和我国的发展策略。唐九华院士从用户的角度分析了MEMS的应用前景和发展策略，引起了与会专家的关注。李克健教授指出，MEMS研究的起点要高，不能一味地跟踪国外，我们要做一些创新工作。葛璜教授深有感触地指出，MEMS的发展要吸取我国微电子、光电子研究中的教训，要集中精力建立起我国MEMS研究的multi一user team。赵正平教授建议要调动各部门的积极性，军工部门要专心搞国外禁运技术，民用技术则应加强国际合作，基础学科协调联合攻关。周百令教授认为，国家应制定配套政策；打好技术基础，坚持不懈；加强多学科联合，分层次给予支持。胡小唐教授认为，微米技术和纳米技术应很好地结合，微米和纳米之间有必然的联系。Bottom—up是MEMS技术发展的另外一条途径。MEMS加工基地的建设应充分应用IC工艺基地，避免重复。不要一味追求小型化，而应以市场需求为目标牵引。应吸取汽车、计算机等行业失败的教训。李川奇教授认为，要使MEMS技术多样化、产品多样化，应注重多种加工工艺的发展。尤政教授指出，微型机械名词问题代表各国的主攻方向。美国微型机械的发展是基于半导体加工工艺基础上的，所以美国人称之为MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）。日本人注重精密特种加工方法制作微小型机械，所以在日本称之为Micro Machine。欧洲人称微型机械Micro System，是因为欧洲注重微系统的发展。他主张加强微系统（Micro Systen）的研究和开发工作。王大珩院士着重指出，要从全局的观念来看待微型机械的发展，下个世纪微型机械有可能成为一个独立的科研产业部。MEMS的范围更广泛，谈微机电系统，也应包括微电子，微电子本身尚存在一些技术问题有待于解决。他主张基础性的工作布局要分层次，微型机械市场要找机遇，找些突破口，滚动发展。 　　 　　经过充分交流和讨论，专家学者一致认为MEMS是一项革命性的新技术。根据国际上MEMS研究与开发形势，与会科学家敏锐地注意到，抓住机遇，立即着手发展我国的MEMS技术，是一项跨世纪的战略决策，对促进我国科学技术进步和发展国民经济有深远意义。为此，大家郑重建议在中央科学技术领导小组的领导下，组织有关部委协调配合，尽快制定我国MEMS发展的战备规划；成立国家MEMS科学技术领导小组与MEMS科学技术专家组，从国家的高度组织协调国内MEMS研究单位协同攻关，并建立MEMS研究信息集成网络，避免“高水平”的重复和“低水平”的重复；结合MEMS的基础研究、技术攻关和产业开发，合理安排各层次的国家级科学研究计划。 　　 　　 　　 　　（香山科学会议赵生才）

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设置 修改 撤销 录入时间：2005/3/29 15:08:34