MEMS技術(shù)發(fā)展及未來(lái)趨勢(shì)探索

王鴻睿 梁柱 段國(guó)棟 馬炎

摘要：伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微系統(tǒng)在國(guó)防科技中的應(yīng)用范圍也在擴(kuò)大，能在打造結(jié)構(gòu)智能化應(yīng)用體系的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)元件輕量化和小型化發(fā)展目標(biāo)，從而提高航空控制工作的整體效益。本文分析了MEMS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)予以討論。

關(guān)鍵詞：MEMS技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀;未來(lái)趨勢(shì)

MEMS技術(shù)是新興前沿學(xué)科，被廣泛應(yīng)用在航天航空、生物技術(shù)等領(lǐng)域內(nèi)，憑借其高產(chǎn)低能耗的特點(diǎn)，能在優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的同時(shí)，維持綜合智能管理效率，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益和安全效益的和諧統(tǒng)一。

一、MEMS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

MEMS技術(shù)是借助不同技術(shù)元素和環(huán)節(jié)的融合，能建構(gòu)更加完整的獨(dú)立信息獲取和處理模式，并匹配命令執(zhí)行環(huán)節(jié)，促進(jìn)航空航天領(lǐng)域內(nèi)導(dǎo)彈等設(shè)施微小化和智能化發(fā)展進(jìn)步，尤其是在加速導(dǎo)彈系統(tǒng)性能處理方面，具有重要的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值[1]。

（一）感知和控制

目前，MEMS技術(shù)能實(shí)現(xiàn)微感知和微控制并行的目標(biāo)，其中，微感知就是指借助微傳感器能對(duì)環(huán)境參數(shù)予以集中的信息感知和匯總，包括流體壓力、環(huán)境溫度/濕度、流體速度等。而對(duì)應(yīng)的微控制就是指在獲取感知信息后，能借助微制動(dòng)設(shè)備對(duì)噴射、執(zhí)行等基礎(chǔ)環(huán)節(jié)予以合理性控制，從而維持控制任務(wù)的流暢性。MEMS技術(shù)中能實(shí)現(xiàn)微傳感和微控制的并行，及時(shí)了解對(duì)應(yīng)元件的運(yùn)行狀態(tài)，并配合實(shí)時(shí)性監(jiān)控環(huán)節(jié)，提升分析效率。

（二）微流動(dòng)處理

在MEMS技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，微流體力學(xué)是非常關(guān)鍵的理論內(nèi)容，是極小量流體器件原理、設(shè)計(jì)以及制作等工程學(xué)科分析的關(guān)鍵。一般而言，微流動(dòng)處理要實(shí)現(xiàn)以下工作目標(biāo)：

1）對(duì)微流量體的控制，保證對(duì)納升、微升等參數(shù)單位的控制，有效匹配相關(guān)工作;

2）微尺寸控制，主要指的是對(duì)流體處理器件予以多元管理;

3）微功耗，在微流動(dòng)處理工作中，能將流速控制在100L/min，對(duì)應(yīng)的功耗能被約束在毫瓦的域限范圍內(nèi);

4）微效應(yīng)，主要指的是對(duì)液體傳輸過(guò)程中應(yīng)用毛細(xì)力等內(nèi)容予以評(píng)估[2]。

除此之外，在MEMS技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代背景下，相關(guān)結(jié)構(gòu)研究和微全分析系統(tǒng)研究工作中，也將生物技術(shù)落實(shí)在需求牽引環(huán)節(jié)中，也為微流體控制技術(shù)的全面發(fā)展提供了良好的平臺(tái)。

（三）微慣性測(cè)量裝置

近幾年，MEMS技術(shù)的研究向著更加精細(xì)化的方向發(fā)展，慣性測(cè)量裝置的精密度也在提升，其本身包括陀螺結(jié)構(gòu)、加速度計(jì)結(jié)構(gòu)和信號(hào)處理電路結(jié)構(gòu)，能為集成化模式提供位置數(shù)據(jù)、高度數(shù)據(jù)以及速度數(shù)據(jù)等。

一方面，MEMS技術(shù)中加速度計(jì)性能在逐漸優(yōu)化，整體系統(tǒng)應(yīng)用效能已經(jīng)逐漸趨于軍用要求，無(wú)論是成本優(yōu)勢(shì)還是尺寸優(yōu)勢(shì)都非常明顯[3]。

另一方面，MEMS技術(shù)的應(yīng)用控制技術(shù)也逐漸趨于國(guó)際化，結(jié)合特殊的設(shè)計(jì)要求維持工藝優(yōu)化目標(biāo)，能在匹配CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝的基礎(chǔ)上，建立更加多元的工藝方案。

（四）微型飛行器

MEMS技術(shù)的全面發(fā)展和進(jìn)步為航空航天的多樣化發(fā)展提供了支持，其中，微型飛行器具有重要的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)微型飛行器的研究要追溯到上世紀(jì)末，美國(guó)提出的新型概念飛行器，在匹配微尺寸飛行器的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)不同元件的集成，保證微任務(wù)荷載的規(guī)范性，并且配合功能結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)方案，就能更好地打造隱秘偵查和監(jiān)控處理。

除此之外，微型飛行器在應(yīng)用MEMS技術(shù)的同時(shí)，還能建立不同的技術(shù)應(yīng)用布局結(jié)構(gòu)，保證動(dòng)力體系、能源管控體系、導(dǎo)航體系以及傳感通信體系的關(guān)聯(lián)度符合應(yīng)用預(yù)期，最大程度上提高集成管理效果，并實(shí)現(xiàn)多功能微型化應(yīng)用目標(biāo)[4]。

（五）可穿戴、可植入式設(shè)備

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代背景下，可穿戴、可植入式設(shè)備受到了廣泛關(guān)注，其應(yīng)用MEMS技術(shù)能建立更加合理且完善的應(yīng)用框架，其中，可穿戴設(shè)備中，智能傳感T恤衫、谷歌智能隱形眼鏡、智能手環(huán)、可穿戴太陽(yáng)能電池等，都實(shí)現(xiàn)了MEMS技術(shù)和設(shè)備處理的融合。而對(duì)應(yīng)的可植入式設(shè)備則是利用技術(shù)將其應(yīng)用在生命體內(nèi)部，及時(shí)了解和診斷疾病，有效察覺其早期變化，提升直接測(cè)量和控制水平。

可穿戴、可植入式設(shè)備最大的優(yōu)勢(shì)就在于，利用技術(shù)能建立實(shí)時(shí)性測(cè)量分析過(guò)程，并且配合技術(shù)應(yīng)用方案能打造更加完整的測(cè)試系統(tǒng)，減少傳統(tǒng)設(shè)備功耗、尺寸等方面的弊端。

除此之外，MEMS技術(shù)還被廣泛應(yīng)用在納機(jī)電諧振器、掃描隧道顯微鏡等方面，能在打造不同設(shè)施結(jié)構(gòu)技術(shù)方案的同時(shí)，還能及時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)參數(shù)變化，維持設(shè)備應(yīng)用的合理性和規(guī)范性，最大程度上發(fā)揮MEMS技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

二、MEMS未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

MEMS技術(shù)的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，為軍用、民用產(chǎn)業(yè)的全面進(jìn)步提供了有力的技術(shù)支持，能為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供保障，從精度、深度、速度、質(zhì)量等多方面實(shí)現(xiàn)綜合發(fā)展目標(biāo)。

一方面，MEMS技術(shù)將向著執(zhí)行器、傳感器功能一體化的方向發(fā)展，真正意義上建構(gòu)更加集約合理的技術(shù)應(yīng)用框架，并且匹配結(jié)構(gòu)集成模塊和自感知執(zhí)行模塊，打造體積更小、結(jié)構(gòu)更緊湊且同位控制效果更有效的運(yùn)行體系。并且，MEMS技術(shù)的應(yīng)用也將推動(dòng)獨(dú)立于其他執(zhí)行器的器件信號(hào)處理進(jìn)程，維持信號(hào)控制的規(guī)范性[5]。

另一方面，MEMS技術(shù)將向著物性結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，匹配新的功能性材料和智能材料，未來(lái)將實(shí)現(xiàn)仿生-智能材料研究、超磁致伸縮材料等，為微系統(tǒng)的全面優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

結(jié)束語(yǔ)：

總而言之，MEMS技術(shù)也將向著多元趨勢(shì)發(fā)展，建立更加匹配的技術(shù)應(yīng)用體系，利用多元微系統(tǒng)建構(gòu)規(guī)范的應(yīng)用平臺(tái)，MEMS技術(shù)將成為航空航天元件設(shè)計(jì)和應(yīng)用性能提升的關(guān)鍵技術(shù)，提高應(yīng)用效能的同時(shí)降低能耗，從而為產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]顏昭陽(yáng). MEMS技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域中的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2019（12）：97-98.

[2]邸紹巖，焦奕碩. MEMS傳感器技術(shù)產(chǎn)業(yè)與我國(guó)發(fā)展路徑研究[J]. 信息通信技術(shù)與政策，2021，47（3）：66-70.

[3]王雅迪. MEMS諧振式加速度計(jì)的技術(shù)及發(fā)展[J]. 電子元器件與信息技術(shù)，2020，4（10）：1-2.

[4]劉立，胡磊，丑修建. 發(fā)展中的RF MEMS開關(guān)技術(shù)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2016，42（11）：14-17，21.

[5]伍國(guó)偉，伍斯龍. MEMS傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用初探[J]. 中國(guó)設(shè)備工程，2019（17）：200-201.