什么是微机电系统（MEMS）？
本页将详细介绍微机电系统（MEMS），该系统利用半导体处理技术，最广泛地应用于人们熟悉的产品中。
内容:
什么是 MEMS？
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems: 微机电系统) 是在微尺度上集成机械结构和电子电路的系统。
典型的微机电系统设备包括 加速计、螺传感器、压力传感器、反射镜、喷墨打印机头、麦克风 和 扬声器。
这些微机电系统设备通常采用半导体加工技术制造和组装，在晶片上使用集成了微机械结构和电子电路的芯片（微机电系统芯片）。
微机电系统已作为电子元件广泛应用于各个领域，包括我们身边的家电、汽车、物联网产品、电信和医疗产品。
MEMS 和半导体技术
广泛使用的微机电系统设备与集成电路芯片类似，都是利用半导体技术制造的。因此，它们都是在非常小的范围内精确制造的。具体来说，就是采用先进的半导体加工方法，如沉积、光刻和蚀刻技术。
半导体加工技术在微机电系统中得到广泛应用的主要原因是，集成电路芯片中使用的半导体硅衬底作为微机电系统的材料，具有优异的机械和电气性能。此外，集成电路技术的进步也促进了硅衬底微细加工技术、集成技术、标准化大规模生产工艺的发展，以及为实现这些工艺而部署的高性能工艺设备，从而大大提高了微机电系统设备的精度、功能、生产率和成本效益。
微机电系统技术利用了集成电路技术所建立的许多制造技术和工艺，从而提高了生产率，降低了成本，使微机电系统在各行各业得到了更多的使用和广泛的应用。
*有些微机电系统使用了半导体技术以外的各种加工技术和材料，如微型加工、三维打印和聚合物材料，也有一些微机电系统没有活动部件，如光学波导和 DNA 芯片。
MEMS 和 IC 之间的区别
微机电系统和集成电路（IC）在制造方法和缩小尺寸技术方面有许多相似之处，但它们的功能、应用和工作原理却有很大不同。微机电系统是与物理运动和测量有关的系统，而 IC 则是纯粹进行电子信号处理的电路。两者都在现代技术中发挥着重要作用，并被用于适合其具体特性的应用中。
集成电路由纯电子电路组成，利用晶体管、电容器和电阻器等处理和控制电信号。集成电路主要用于电子设备的逻辑运算、信号处理和存储等。
另一方面，微机电系统是执行机械操作和物理测量的系统，由传感器和执行器（驱动单元）组成。根据用途的不同，微机电系统在应用、外观、内部结构和尺寸上有很大差异。典型的例子包括加速度传感器、压力传感器、麦克风和扬声器。
如果把专门从事信息处理和记忆功能的集成电路比作人的大脑，那么把机械运动和传感器结合在一起而具有各种物理功能的微机电系统就可以比作人体的机能和感觉器官。
例如，无人机在飞行过程中会受风、重力和惯性的影响而不断改变姿态。此外，在靠近人或密闭的室内空间飞行时，无人机必须对周围环境做出快速反应。如果反应迟缓，无人机可能会撞上物体或坠落。因此，为了让无人机稳定飞行，必须实时监控周围情况并不断调整飞行。
微机电系统是一种体积非常小的设备，却能实现高性能和低功耗，因此在需要根据周围条件进行精确和快速控制的应用中是不可或缺的。
MEMS的工作原理
驱动 “小机器 ”微机电系统的机构有几种不同类型。在此，我们将介绍三种主要类型。
静电MEMS的机理
静电微机电系统是最常见的微机电系统类型，也是作为微机电系统驱动原理最常用的类型之一。
顾名思义，静电微机电系统利用静电力运动。静电力是指（+）和（-）电流之间的吸引力，例如，用羊毛摩擦气球时，小纸片会吸附在气球上。这也是静电力造成的。
在微机电系统中利用静电的力量时，需要使用相向的小电极。当在一个电极上施加正（+）电压，在另一个电极上施加负（-）电压时，两个电极会相互吸引，并试图靠近。面对面的电极面积越大、数量越多，输出和精度就越高，因此大多数静电微机电系统都具有多对电极结构。
例如，静电微机电系统加速计的结构中，“砝码 ”由弹簧支撑，当施加加速度时，砝码会因惯性力而移动。通过检测电极间距离的变化来测量加速度。
静电微机电系统结构紧凑，耗电量极低，非常适合需要长时间使用电池的设备。不过，由于静电力不是很强，因此作为 “致动器”，它们并不能很好地移动物体。
压电MEMS的机理
压电微机电系统是一种利用 “压电效应 ”这一特殊性质工作的微机电系统。
压电效应是一种现象，当对某种晶体或材料施加力（压力或应变）时会产生电流，反之亦然，当施加电压时材料会变形。压电微机电系统通常使用锆钛酸铅（PZT）和氮化铝（AlN）等压电材料。
利用压电材料受力时会产生电流的机制，可以将其用作 “传感器”。例如，在微机电系统麦克风中，空气振动（声音）撞击薄膜并产生振动，压电材料将这种力转换为电能，从而将声音提取为电信号。
由于这种材料本身就能感应 “力 ”并产生电能，无需从外部提供能量，因此作为传感器非常高效和高性能。此外，它的响应速度非常快，适合实时传感。
相反，当向压电材料施加电压时，材料会轻微拉伸或收缩，这种运动可用于移动小部件。这种特性可用作 “致动器”，例如微机电系统扬声器或微机电系统反射镜。
压电材料可以直接进行 “力和电 ”的双向转换，因此压电微机电系统结构简单，非常适合小型化，但却能产生比静电微机电系统更强的力。
电磁MEMS的机理
电磁微机电系统集成了小型线圈和磁性材料，利用电流通过线圈产生的电磁力来驱动微机电系统。
电磁微机电系统的优势在于可以通过磁力和电流的结合提高功率，因此适用于需要较高功率输出的应用。例如，电磁式微泵即使体积很小，也能提供一定的驱动力，因此可用于需要移动微量液体或气体的小型医疗设备和化学分析仪。
不过，由于电磁微机电系统需要磁铁和线圈来组装，因此组装过程更为复杂，尺寸通常也比静电或压电微机电系统大。此外，它们还消耗更多能量，因此可能不适合需要电池长时间工作的小型应用。
这些类型的微机电系统各有不同的运行机制和优势领域。根据不同的应用和目的合理使用这些微机电系统，我们身边的许多设备就会变得更加方便和高性能。
