MEMS技術發展及未來趨勢探索

王鴻睿 梁柱 段國棟 馬炎

摘要：伴隨著科學技術的不斷發展，微系統在國防科技中的應用范圍也在擴大，能在打造結構智能化應用體系的同時，實現元件輕量化和小型化發展目標，從而提高航空控制工作的整體效益。本文分析了MEMS技術發展現狀，并對其未來發展趨勢予以討論。

關鍵詞：MEMS技術;發展現狀;未來趨勢

MEMS技術是新興前沿學科，被廣泛應用在航天航空、生物技術等領域內，憑借其高產低能耗的特點，能在優化系統運行可靠性的同時，維持綜合智能管理效率，促進經濟效益和安全效益的和諧統一。

一、MEMS技術發展現狀

MEMS技術是借助不同技術元素和環節的融合，能建構更加完整的獨立信息獲取和處理模式，并匹配命令執行環節，促進航空航天領域內導彈等設施微小化和智能化發展進步，尤其是在加速導彈系統性能處理方面，具有重要的實踐應用價值[1]。

（一）感知和控制

目前，MEMS技術能實現微感知和微控制并行的目標，其中，微感知就是指借助微傳感器能對環境參數予以集中的信息感知和匯總，包括流體壓力、環境溫度/濕度、流體速度等。而對應的微控制就是指在獲取感知信息后，能借助微制動設備對噴射、執行等基礎環節予以合理性控制，從而維持控制任務的流暢性。MEMS技術中能實現微傳感和微控制的并行，及時了解對應元件的運行狀態，并配合實時性監控環節，提升分析效率。

（二）微流動處理

在MEMS技術應用過程中，微流體力學是非常關鍵的理論內容，是極小量流體器件原理、設計以及制作等工程學科分析的關鍵。一般而言，微流動處理要實現以下工作目標：

1）對微流量體的控制，保證對納升、微升等參數單位的控制，有效匹配相關工作;

2）微尺寸控制，主要指的是對流體處理器件予以多元管理;

3）微功耗，在微流動處理工作中，能將流速控制在100L/min，對應的功耗能被約束在毫瓦的域限范圍內;

4）微效應，主要指的是對液體傳輸過程中應用毛細力等內容予以評估[2]。

除此之外，在MEMS技術不斷發展的時代背景下，相關結構研究和微全分析系統研究工作中，也將生物技術落實在需求牽引環節中，也為微流體控制技術的全面發展提供了良好的平臺。

（三）微慣性測量裝置

近幾年，MEMS技術的研究向著更加精細化的方向發展，慣性測量裝置的精密度也在提升，其本身包括陀螺結構、加速度計結構和信號處理電路結構，能為集成化模式提供位置數據、高度數據以及速度數據等。

一方面，MEMS技術中加速度計性能在逐漸優化，整體系統應用效能已經逐漸趨于軍用要求，無論是成本優勢還是尺寸優勢都非常明顯[3]。

另一方面，MEMS技術的應用控制技術也逐漸趨于國際化，結合特殊的設計要求維持工藝優化目標，能在匹配CMOS標準工藝的基礎上，建立更加多元的工藝方案。

（四）微型飛行器

MEMS技術的全面發展和進步為航空航天的多樣化發展提供了支持，其中，微型飛行器具有重要的市場應用價值。針對微型飛行器的研究要追溯到上世紀末，美國提出的新型概念飛行器，在匹配微尺寸飛行器的同時，還能實現不同元件的集成，保證微任務荷載的規范性，并且配合功能結構一體化技術方案，就能更好地打造隱秘偵查和監控處理。

除此之外，微型飛行器在應用MEMS技術的同時，還能建立不同的技術應用布局結構，保證動力體系、能源管控體系、導航體系以及傳感通信體系的關聯度符合應用預期，最大程度上提高集成管理效果，并實現多功能微型化應用目標[4]。

（五）可穿戴、可植入式設備

在科學技術不斷發展的時代背景下，可穿戴、可植入式設備受到了廣泛關注，其應用MEMS技術能建立更加合理且完善的應用框架，其中，可穿戴設備中，智能傳感T恤衫、谷歌智能隱形眼鏡、智能手環、可穿戴太陽能電池等，都實現了MEMS技術和設備處理的融合。而對應的可植入式設備則是利用技術將其應用在生命體內部，及時了解和診斷疾病，有效察覺其早期變化，提升直接測量和控制水平。

可穿戴、可植入式設備最大的優勢就在于，利用技術能建立實時性測量分析過程，并且配合技術應用方案能打造更加完整的測試系統，減少傳統設備功耗、尺寸等方面的弊端。

除此之外，MEMS技術還被廣泛應用在納機電諧振器、掃描隧道顯微鏡等方面，能在打造不同設施結構技術方案的同時，還能及時觀測數據參數變化，維持設備應用的合理性和規范性，最大程度上發揮MEMS技術的應用優勢。

二、MEMS未來發展趨勢

MEMS技術的應用范圍也在不斷擴大，為軍用、民用產業的全面進步提供了有力的技術支持，能為產業轉型升級提供保障，從精度、深度、速度、質量等多方面實現綜合發展目標。

一方面，MEMS技術將向著執行器、傳感器功能一體化的方向發展，真正意義上建構更加集約合理的技術應用框架，并且匹配結構集成模塊和自感知執行模塊，打造體積更小、結構更緊湊且同位控制效果更有效的運行體系。并且，MEMS技術的應用也將推動獨立于其他執行器的器件信號處理進程，維持信號控制的規范性[5]。

另一方面，MEMS技術將向著物性結構方向發展，匹配新的功能性材料和智能材料，未來將實現仿生-智能材料研究、超磁致伸縮材料等，為微系統的全面優化奠定基礎。

結束語：

總而言之，MEMS技術也將向著多元趨勢發展，建立更加匹配的技術應用體系，利用多元微系統建構規范的應用平臺，MEMS技術將成為航空航天元件設計和應用性能提升的關鍵技術，提高應用效能的同時降低能耗，從而為產業可持續健康發展提供保障。

參考文獻：

[1]顏昭陽. MEMS技術在機器人領域中的發展及應用[J]. 中國戰略新興產業，2019（12）：97-98.

[2]邸紹巖，焦奕碩. MEMS傳感器技術產業與我國發展路徑研究[J]. 信息通信技術與政策，2021，47（3）：66-70.

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

[4]劉立，胡磊，丑修建. 發展中的RF MEMS開關技術[J]. 電子技術應用，2016，42（11）：14-17，21.

[5]伍國偉，伍斯龍. MEMS傳感器技術發展現狀及應用初探[J]. 中國設備工程，2019（17）：200-201.