1.导言
微机电体系(MEMS)和纳机电体系(NEMS)是微米/纳米技能的重要组成部分，逐步构成一个新的技能范畴。MEMS现已在产业化道路上开展，NEMS还处于根底研讨阶段。本文剖析了微/纳机电体系的开展特色，简要地介绍了典型的MEMS和NEMS器材和体系后，评论了MEMS和NEMS开展中的几个问题和MEMS和NEMS的开展远景。
从细小化和集成化的视点，MEMS(或称微体系)指可批量制作的、集微型组织、微型传感器、微型执行器以及信号处理和操控电路、直至接口、通讯和电源等于一体的微型器材或体系。而NEMS(或称纳体系)是90年代末提出来的一个新概念，是继MEMS后在体系特征标准和效应上具有纳米技能特色的一类超小型机电一体的体系，一般指特征标准在亚纳米～数百纳米、以纳米级结构所发生的新效应(量子效应、界面效应和纳米标准效应)为作业特征的器材和体系。
MEMS在某种程度上能够看作是集成电路(IC)的扩展。假如IC(微处理器和信号电路)能够比方作人的大脑和神经网络，那么MEMS就为这大脑供应了获取信号的微传感器和执行命令的微执行器，如在电路上参加比如薄膜、梁、绷簧和齿轮等MEMS机械元件，就能够对环境具有感知、考虑、决议计划和反响操控才能。依据新效应的NEMS器材具有更高的活络度、更低的功耗、更小的体积。因而，假如将MEMS、NENS和IC高密度地集成在一块很小的体积中，组成的智能微/纳机电体系，将进步体系信息处理才能和集成度，下降功耗和体积。例如美国正在研讨用MEMS或NEMS谐振器替代RF信号处理器片外的电感和电容，使其标准减小100倍(从80 cm2减小到0.8 cm2以下)，功耗减小100倍(从300 mW减小到0.8 3 mW以下)，RF功能(功率和带宽)进步10倍。未来的UHF(超高频)通讯/ GPS接纳时机如手表巨细。
2. MEMS和NEMS的开展特色
MEMS和NEMS是一种多学科穿插的技能，简直一切的天然及工程范畴都可使用和开展自己的MEMS，如OpTIcal-MEMS、RF-MEMS、Bio-MEMS、Power-MEMS等等。依据MEMS和NEMS的现状和开展，能够大致看出以下一些特色：
(1)制作技能是微/纳机电体系开展的根底
经过十几年的开展，现已开宣布多种微制作技能：
a. 以硅外表加工和体加工为主的硅微加工技能;b. 使用X射线深层光刻、电铸的LIGA工艺;c. 传统的超精密机械加工技能的开展、微细电火花加工EDM、超声波加工等等特种微细加工技能;此外，还包含各种加工技能的结合。
跟着微加工才能的进步，现在微机械加工的特征标准正在向纳米延伸。硅微加工体系也可到达纳米级。80年代初呈现的纳米科技研讨的重要手法——扫描地道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)，不只可用于直接调查原子、分子以及纳米粒子的相互作用与特性，表征纳米器材，而且作为一种纳制作技能手法，可移动原子、分子，结构纳米结构，在纳米标准研讨其相互作用。
(2)微体系的机理研讨是其立异开展的根底。
跟着标准向微米级和纳米级缩小，物体的有些微观特性将发生改动，并会呈现一些新的性质。如在MEMS中，经典物理学规律根本适用。但在狭小空间内，不同性质的物质(固、液、热、生、化)相互耦合，微观世界中某些非必须的影响要素或许变得重要，在某些条件下，也会呈现介观效应。在NEMS中，纳米级结构将发生新效应，如量子效应、界面效应和纳米标准效应等。对这些新性质、新效应的深入研讨是MEMS和NEMS技能开展的要害。
(3)需求是开展的动力。
MEMS和NEMS具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、新功能、可批量出产等传统器材不具备的长处，假如研发的器材和体系具有这些长处就会有杰出的使用远景。而微弱的需求牵引则是MEMS和NEMS研讨得到迅速开展的原动力。
MEMS和NEMS并不只是一类新的产品，还构筑出一个微技能开展和使用渠道。在此渠道上，MEMS和NEMS与不同的技能结合，并对其开展发生巨大的推动作用。因为标准细小和多学科穿插，MEMS和NEMS也构成了一类新的方法学。
3. MEMS和NEMS的器材和体系举例
微传感器材：微传感器品种许多，所丈量的参数包含：加速度、压力、力、触觉、流量、磁场、温度、气体成分、湿度、pH值、离子浓度和生物浓度等等。典型的微机械传感器材包含压力传感器、加速度计和陀螺等。
微流体器材：微流体器材是另一类重要的MEMS器材。在喷墨打印、芯片冷却、微型推动体系、药物雾化供应和生物芯片等体系中有广泛的使用。典型器材如微泵和微阀微喷等。
微光学器材：美国TI公司使用硅外表微加工工艺开发了数字微镜(DMD—Digital Micromirror Device)。其显现作用超越液晶投影显现，可用于高清晰度电视等范畴;在OpTIcal MEMS中，光开关和光通讯具有广泛的开展远景。图6为微光开关阵列。
信息和生物MEMS是MEMS的两个重要开展方向，具有宽广的使用远景和商场。如：RF MEMS开关、RF MEMS滤波器、RF MEMS振荡器、电容、电感、传输线，以及微型生物传感器、微流体芯片等等。
依据MEMS技能的微动力器材：跟着手机、笔记本电脑、PDA、微型摄像机等微型电子产品的遍及，迫切要求动力的微型化。微型燃料电池是其中之一。使用MEMS微流体技能可大起伏进步燃料电池燃料的供应功率，使用MEMS制作技能可缩小燃料电池的体积，完成大批量、低成本制作。
微执行器和致动器：微执行器是当今MEMS开展的一个重要方面，常用的有微电机、微喷、微开关、微扬声器、微谐振器等。微致动的原理有：静电、压电、电磁、热、形状回忆等多种形式。
上述有些MEMS器材已完成了商品化出产，如压力传感器、加速度计、数字微镜、微喷和生物芯片等，显现出杰出的商场使用潜力。别的，将MEMS器材作为嵌入式体系的组件，如在微型飞行器中使用了依据MEMS的惯性、光学、通讯和动力等器材。
NEMS的研讨仍处于起步阶段，据估计NEMS在高活络度、小体积、低功耗等方面具有明显的优势，如活络度可进步106，功耗可减小102。
纳生物器材：如图7，美国康乃尔大学的Montemagno博士领导的一个研讨小组研发出一种生物分子电机。该电机由一个三磷酸腺苷酶分子(ATP)、一个金属镍制成的桨片(直径150nm，长750nm)和一个金属镍柱体(直径80nm，高200nm)组成，平均速度可达每秒钟4.8转，运行时间长达40分钟至2.5小时。生物分子电机为进一步研发有机或无机的智能纳体系发明了条件。再如美国乔治亚理工学院王中林教授等人使用多壁纳米碳管研发出纳谐振器，经过其共振频率的改变可称出30fg(1fg=10-15g)的碳微粒的质量。这种谐振器可做为分子秤检测分子或细菌的质量。
纳传感器材：美国的S.Vatannia等人对共振隧穿效应进行了研讨，在一般的地道空隙间参加一个共振隧穿位移转换器，在不减小活络度和地道电流的情况下，可进步地道空隙大约100埃，这不只大大减小了NEMS体系制作和装置的难度，也给大起伏进步地道效应传感器的活络度供应了或许;别的，一维或准一维纳米结构(如碳纳米管和纳米带)具有超高的耐性、超高的强度和极活络的电导特性。将其制成纳米悬臂梁，作为传感器材的灵敏结构，可完成高活络度、低功耗检测。
信纳息器材：美国Caltech的Yang、Ekinci等人初次研发了标准为100nm的SiC-NEMS谐振器材，具有高频(GHZ)、高Q(数万到十几万)、低驱动功率(10-12W)、低热噪声和高性噪比等长处，可满意射频通讯体系的要求。
纳流体器材：纳流体体系的特征标准在几百到几纳米。除了静水压力，电场也能够用于在离子导电流体中操控和驱动流体的活动或单个分子的运动。因而使用纳流体器材组成的纳流体体系可用于单分子的剖析、检测。
现在，MEMS和NEMS的研讨范畴不断扩展，逐步构成信息(IT)、生物 (Bio)、动力等新方向。而且从单一的MEMS和NEMS器材的研讨，开展为将MEMS和NEMS器材作为嵌入式体系的组件，以进步体系的全体功能和附加值，这方面已有许多成功的比如。
