微機電系統文獻計量分析

萬 勇，馬廷燦，潘 懿

（中國科學院 武漢文獻情報中心，武漢 430071）

0 引言

微機電系統（MEMS）是伴隨著集成電路、微細加工技術和超精密機械加工技術發展起來的，一般認為它是以微電子、微機械加工技術為基礎，研究、設計、加工制造具有特定功能的微機械，包括微結構元器件、微傳感器、微執行器和微系統等。MEMS由于尺度小、集成度高、功能靈活強大，使人類的操作、加工能力延伸到微米級空間，在航空航天、汽車工業、家用電器、精密機械、生物醫學、環境保護、通信以及軍事等領域有著廣泛的應用潛力；同時作為新興的高技術產業，已成為世界各國政府競相爭奪的技術制高點之一[1～5]。

1 SCI文獻計量分析

本文選擇SCI-Expanded數據庫，利用關鍵詞對全球科研人員發表的MEMS領域的文獻進行檢索。數據采集時間為2011年1月21日，共檢索到文獻6677篇。檢索過程中，并未限定文獻類型，以下統稱為“論文”。利用Thomson Reuters集團開發的數據挖掘和可視化分析工具——TDA開展文獻計量分析。

1.1 年度分布分析

如圖1所示，MEMS領域的研究論文從上世紀90年代開始，呈現出快速增長的態勢，這從一個側面反映出，微納制造研究正日益受到人們的關注，從已有作者和新作者的數量對比中，也可以看出，近幾十年來，每年都有更多的研究人員投身到該領域的研究中。同樣地，隨著研究隊伍的不斷壯大，MEMS領域的研究方向也逐漸增多，體現在新關鍵詞數量的快速增長。

圖1 MEMS SCI論文數量年度分布圖

1.2 重點國家/地區分析

在現有數據的基礎上，對不同國家的論文數量進行了對比分析。發表論文數量排名前10位的國家/地區如圖2所示，美國以2503篇的絕對優勢遙遙領先位居第二的日本，將近是后者的4倍。這從一定程度上可以看出美國在MEMS領域的科研活動相當活躍，并且具有相當強大的研究實力。中國以547篇的數量位居第三，接下來依次為德國（457篇）、韓國（392篇）。我國的臺灣地區以337篇的數量排在第六位。這10個國家/地區的論文數量為5855篇，占全部總數的87.7%，這表明微納制造技術研究相對集中在這10個國家/地區。

圖2 主要國家/地區MEMS論文數量

分析各個國家/地區的論文數量隨時間的變化情況，如圖3所示。可以看出，美國一直處于優勢領先地位。2000年，美國的論文數量為91篇，大約是是排在第二位的日本（33篇）的3倍；到了2009年，美國的論文數量增長至256篇，此時排在第二位的是中國（103篇），盡管差距縮短至2.5倍強，但美國在MEMS領域的優勢地位短期內還是很難超越的。而中國在最近幾年的發展中，正在趕上并超越日本。

圖3 各國家/地區發表的論文數量年度分布圖

從論文被引用情況來看，美國的總被引次數和H指數均排在第一，且遠高于隨后的國家；篇均被引次數低于匈牙利和瑞士，位居第三；論文被引率排名第四（前三位是丹麥、巴西和瑞士）。日本的總被引次數位列第二，H指數排在第三位（德國第二），篇均被引次數和論文被引率分別位列十一和廿一。匈牙利的論文總數盡管只排在第卅八位，但篇均被引次數則高居榜首，論文被引率位列第七。雖然中國論文數量位居第三，但總被引次數、H指數、篇均被引次數、論文被引率分別為第四、第五、第廿六和廿八位，這表明，我國的論文盡管已經在數量上處于領先，但更要在質量上獲得大的提高。

1.3 重點機構分析

如圖4所示，從論文數量上來看，排在第一至三位的一次是加州大學伯克利分校（180篇）、麻省理工學院（140篇）、桑迪亞國家實驗室（138篇）。中國科學院（未包括中國科學技術大學）以127篇位居第四位。這十家機構發表的論文數量差別并不大。從國別分布來看，這10家機構中有5家來自美國、2家來自新加坡，中國、日本和臺灣地區各1家。這也表明美國在MEMS領域具備相當強大的研究能力。

圖4 主要機構MEMS論文數量

從論文被引用情況來看，盡管中國科學院的論文數量較為領先，但總被引次數、H指數分別為第九、第十三。總被引次數排在前三位的依次是加州大學伯克利分校、麻省理工學院和佐治亞理工學院；H指數排在前三位的依次是加州大學伯克利分校、麻省理工學院和密歇根大學。前20所機構中，篇均被引次數位列前三的依次是加州大學洛杉磯分校、加州大學伯克利分校和密歇根大學。

1.4 重點期刊分析

本次分析的6677篇論文共涉及992種期刊。美國電氣和電子工程師協會的《微機電系統雜志》（Journal of Microelectromechanical Systems）（2005-2009五年期影響因子為2.790）的發文量最多，有444篇；總被引次數和H指數同樣位居首位，篇均被引次數則排在第三。Elsevier的《傳感器與執行器A：物理》（Sensors and Actuators A-Physical）（2005-2009五年期影響因子為1.737）以319篇位居論文數量第二位，總被引次數和H指數同樣位居第二，篇均被引次數則排在第四。英國物理學會的《微機械與微工程雜志》（Journal of Micromechanics and Microengineering）（2005-2009五年期影響因子為2.473）的論文數量僅比排在第二的Sensors and Actuators A-Physical少6篇，總被引次數和H指數同樣位居第三，篇均被引次數排在第六。

1.5 重點作者與論文分析

本次分析的6677篇論文共涉及1.5萬多名作者。單從論文數量來看，東京大學Fujita Hiroyuki教授近年來發表了MEMS領域的論文49篇，位居第一。從總被引次數看，加州大學伯克利分校化學工程系Maboudian Roya教授遙遙領先位列第二的臺灣國立成功大學工程科學系的Lee Gwo Bin教授。

MEMS領域被引次數超過300的論文，共有13篇。其中，佐治亞理工學院Akyildiz, I F的有關無線傳感器網絡的論文被引2120次，位居首位，遙遙領先其他論文。這13篇論文中，有9篇產自美國的高校和企業，日本、中國、德國和瑞士則各有1篇。

1.6 重點研究方向分析

利用Aureka軟件對SCI論文的總體研究布局進行了分析，如圖5所示。薄膜、微加工、封裝、傳感器等是MEMS領域的研究熱點（白色區域）；鍵合技術、執行器、光衰減器等也是研究的熱點領域。

圖5 MEMS研究的總體布局圖

2 結束語

根據文獻計量分析，當前MEMS的研究熱點主要集中在微流體系統、微機械加工技術、封裝等。從調研結果看，微機電系統的確是微納制造領域中發展最為成熟的方向之一，其產業化也具備了一定的規模。2010年11月在美國亞利桑那州舉行的MEMS Executive Congress上，市場研究機構iSuppli和Yole Développement均指出，2010年MEMS芯片市場將逾70億美元[6]。

從SCI文獻計量來看，盡管中科院位列單一機構發文數量第三，但中科院在MEMS技術的研究上存在較大差距。美國具有絕對領先的實力，MEMS的三個標志性成果分別為數字微鏡、靜電微馬達和微加速度計，均由美國發明；日本的研究水平也處于我國之上。

發展我國MEMS，需要規劃優先發展的重點方向，部署前瞻性研究；通過官產學研合作以及國際合作提高我國MEMS技術研發與自主創新能力；加大資金投入，加強產業鏈的交流與互動，建設相關產業集群。

[1] 孟光, 張文明. 微機電系統動力學[M]. 北京: 科學出版社.2008.

[2] 崔錚. 微納米加工技術及其應用[M]. 北京: 高等教育出版社. 2009.

[3] Ahmed Busnaina. Nanomanufacturing Handbook[M].Florida: CRC Press, 2007.

[4] BIS. Government takes action to grow advanced manufacturing [OL]. [2010-12-10].http://nds.coi.gov.uk/content/Detail.aspx?ReleaseID=4170 03&NewsAreaID=2.

[5] 王琪民, 劉明侯, 秦豐華. 微機電系統工程基礎[M]. 合肥:中國科學技術大學出版社, 2010.

[6] R. Colin Johnson. Analysts split on MEMS growth rate forecasts[OL]. [2010-11-04].http://www.eetimes.com/electronics-news/4210412/Analysts-split-on-MEMS-growth-rate-forcasts.