MEMS結(jié)合納米技術(shù)的一些應(yīng)用及研究

納米技術(shù)是在原子或分子水平上操控物質(zhì)的能力，以便我們?cè)诩{米尺度上進(jìn)行制造。通常有兩種實(shí)施方法：自上而下和自下而上。在自上而下的方法中，設(shè)備和結(jié)構(gòu)的制作采用了許多與MEMS相同的技術(shù)，它們的尺寸更小，通常是通過采用更先進(jìn)的光刻和蝕刻方法。自下而上的方法通常涉及沉積、生長或自組裝技術(shù)。與MEMS相比，納米設(shè)備的優(yōu)勢(shì)主要來自于縮放規(guī)律，這也會(huì)帶來一些挑戰(zhàn)。

有時(shí)MEMS和納米技術(shù)被看作獨(dú)立的技術(shù)，但實(shí)際上這兩者之間的區(qū)別并不明顯。事實(shí)上，這兩種技術(shù)是高度相互依賴的。比如，掃描隧道尖端顯微鏡(STM)是一種MEMS設(shè)備，用于檢測(cè)納米尺度上的單個(gè)原子和分子。同樣，用于操縱基底表面上單個(gè)原子和分子的位置的原子力顯微鏡(AFM)也是一種MEMS設(shè)備。

同樣地，許多MEMS技術(shù)也開始依賴納米技術(shù)來獲得成功的新產(chǎn)品。例如，使用MEMS技術(shù)制造的碰撞安全氣囊加速計(jì)，由于證明質(zhì)量和基體之間的動(dòng)態(tài)使用中的摩擦效應(yīng)，其長期可靠性會(huì)下降。一種叫做自組裝單層(SAM)涂層的納米技術(shù)現(xiàn)在被常規(guī)用于處理移動(dòng)MEMS元件的表面，以防止在產(chǎn)品的使用壽命中出現(xiàn)摩擦效應(yīng)。

以下是MEMS結(jié)合納米技術(shù)的一些應(yīng)用及研究：

1、應(yīng)用于生物技術(shù)

MEMS和納米技術(shù)正在促成科學(xué)和工程領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)，如用于DNA擴(kuò)增和鑒定的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)微系統(tǒng)、酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)、毛細(xì)管電泳、電穿孔、微機(jī)械掃描隧道顯微鏡(STM)、用于檢測(cè)危險(xiǎn)化學(xué)和生物制劑的生物芯片，以及用于高通量藥物篩選的微系統(tǒng)。

2、應(yīng)用于醫(yī)學(xué)

MEMS在醫(yī)學(xué)上有廣泛的應(yīng)用。MEMS壓力傳感器是MEMS在醫(yī)學(xué)上的第一個(gè)也是迄今為止最成功的應(yīng)用，它已經(jīng)使用了幾十年。這些壓力傳感器的市場(chǎng)非常多樣化，而且高度分散。

MEMS壓力傳感器在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用包括：

(1)一次性的MEMS壓力傳感器，這是醫(yī)療領(lǐng)域的最大市場(chǎng)。用于監(jiān)測(cè)重癥監(jiān)護(hù)病人靜脈輸液管的血壓。它取代了，那些需要反復(fù)消毒、重新校準(zhǔn)的老設(shè)備，并且也成本下降至10美元。

(2)MEMS壓力傳感器用于測(cè)量分娩時(shí)的宮內(nèi)壓力。該設(shè)備裝在一根導(dǎo)管里，被放在嬰兒的頭部和子宮壁之間。在分娩過程中，嬰兒的血壓會(huì)在母親的宮縮過程中被監(jiān)測(cè)到問題。

(3)MEMS壓力傳感器在醫(yī)院和救護(hù)車上被用作病人生命體征的監(jiān)測(cè)器，特別是病人的血壓和呼吸。

(4)呼吸監(jiān)測(cè)中的MEMS壓力傳感器用于呼吸機(jī)，監(jiān)測(cè)病人的呼吸。

(5)MEMS壓力傳感器用于眼科手術(shù)，測(cè)量和控制用于從眼睛中取出液體的真空度，在手術(shù)過程中，液體會(huì)被清理掉碎片并被替換回眼睛中。

(6)用于燒傷患者的特殊病床采用充氣式床墊，使用MEMS壓力傳感器來調(diào)節(jié)床墊中一系列獨(dú)立充氣室的壓力。床墊的各個(gè)部分可以根據(jù)需要進(jìn)行充氣，以減少疼痛，并改善病人的愈合。

(7)醫(yī)生辦公室和醫(yī)院的血液分析儀采用MEMS壓力傳感器作為氣壓校正，以分析病人血液中的氧氣、二氧化碳、鈣、鉀和葡萄糖的濃度。

(8)MEMS壓力傳感器用于吸入器，監(jiān)測(cè)病人的呼吸周期，并在呼吸周期的適當(dāng)時(shí)間釋放藥物，以達(dá)到最佳效果。

(9)MEMS壓力傳感器用于腎臟透析，監(jiān)測(cè)血液和透析液的進(jìn)口和出口壓力，并在透析過程中調(diào)節(jié)流速。

(10)MEMS壓力傳感器用于多種類型的藥物輸液泵，以監(jiān)測(cè)流速，并檢測(cè)是否有阻塞物和堵塞物，這些阻塞物表明藥物沒有被正確地輸送到病人體內(nèi)。

所有這些應(yīng)用對(duì)病人護(hù)理的貢獻(xiàn)都是巨大的。最近，具備無線訪問能力的MEMS壓力傳感器，已經(jīng)被開發(fā)出來，并在市場(chǎng)上銷售，它具有無線詢問能力。它可以被植入人體，并且可以使用遠(yuǎn)程掃描棒測(cè)量壓力。另一個(gè)應(yīng)用是MEMS慣性傳感器，特別是加速計(jì)和速率傳感器，用于人體活動(dòng)監(jiān)測(cè)。慣性傳感器在醫(yī)學(xué)上最重要的應(yīng)用也許是在心臟起搏器中，它們被用來幫助確定基于病人活動(dòng)水平的最佳起搏率。MEMS設(shè)備也開始被用于藥物輸送設(shè)備，包括非臥床和植入式應(yīng)用。MEMS電極也正被用于神經(jīng)信號(hào)檢測(cè)和神經(jīng)刺激應(yīng)用。各種用于侵入性和非侵入性的生物和化學(xué)MEMS傳感器已開始上市。片上實(shí)驗(yàn)室和小型化生化分析儀器也正在市場(chǎng)上銷售。

3、應(yīng)用于通訊

高頻電路正從RF-MEMS技術(shù)的出現(xiàn)中獲益匪淺。如果使用MEMS和納米技術(shù)，電感器和可調(diào)諧電容器等電氣元件與集成的同類元件相比，可以得到明顯的改善。隨著這類元件的集成，通信電路的性能將得到改善，而總的電路面積、功耗和成本將得到降低。此外，由幾個(gè)研究小組開發(fā)的機(jī)械開關(guān)，是在各種射頻和微波電路中具有巨大潛力的關(guān)鍵部件。所展示的機(jī)械開關(guān)樣品的質(zhì)量系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以前的任何產(chǎn)品。RF-MEMS的另一個(gè)成功應(yīng)用是在諧振器中作為通信電路的機(jī)械過濾器。

4、慣性感應(yīng)

MEMS慣性傳感器，特別是加速計(jì)和陀螺儀，正在迅速獲得市場(chǎng)認(rèn)可。例如，MEMS加速度計(jì)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的加速度計(jì)，用于汽車的碰撞安全氣囊部署系統(tǒng)。以前的技術(shù)方法使用了幾個(gè)笨重的加速度計(jì)，由分立元件組成，安裝在汽車前部，在安全氣囊附近有獨(dú)立的電子裝置，每個(gè)裝置的成本超過50美元。MEMS技術(shù)使得將加速度計(jì)和電子器件集成到一個(gè)硅芯片上成為可能，成本只

有幾美元。這些MEMS加速度計(jì)更小，功能更多，更輕，更可靠，而且生產(chǎn)成本僅為傳統(tǒng)宏觀規(guī)模加速度計(jì)元件的一小部分。最近，MEMS陀螺儀(即速率傳感器)已用于汽車和消費(fèi)電子應(yīng)用。

近期會(huì)議

2022年5月24日，由ACT雅時(shí)國際商訊主辦，《半導(dǎo)體芯科技》&CHIP China晶芯研討會(huì)將在蘇州·金雞湖國際會(huì)議中心隆重舉行!屆時(shí)業(yè)內(nèi)專家將齊聚姑蘇，與您共探半導(dǎo)體制造業(yè)，如何促進(jìn)先進(jìn)制造與封裝技術(shù)的協(xié)同發(fā)展。大會(huì)現(xiàn)已啟動(dòng)預(yù)約登記。

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審核編輯：湯梓紅