尽管大部分人关于MEMS（Microelectromechanical systems， 微机电体系/微机械/微体系）仍是感到很生疏，可是其实MEMS在咱们出产，乃至日子中早已无处不在了，智能手机，健身手环、打印机、轿车、无人机以及VR/AR头戴式设备，部分前期和简直一切近期电子产品都运用了MEMS器材。
MEMS是一门归纳学科，学科穿插现象及其显着，首要触及微加工技能，机械学/固体声波理论，暖流理论，电子学，生物学等等。MEMS器材的特征长度从1毫米到1微米，比较之下头发的直径大约是50微米。MEMS传感器首要长处是体积小、分量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成等，是微型传感器的主力军，正在逐渐替代传统机械传感器，在各个范畴简直都有研讨，不论是消费电子产品、轿车工业、乃至航空航天、机械、化工及医药等各范畴。常见产品有压力传感器，加速度计，陀螺，静电致动光投影显示器，DNA扩增微体系，催化传感器。
MEMS的快速开展是根据MEMS之前现已适当老练的微电子技能、集成电路技能及其加工工艺。 MEMS往往会选用常见的机械零件和东西所对应微观模仿元件，例如它们或许包括通道、孔、悬臂、膜、腔以及其它结构。但是，MEMS器材加工技能并非机械式。相反，它们选用相似于集成电路批处理式的微制作技能。批量制作能明显下降大规模出产的本钱。若单个MEMS传感器芯片面积为5 mm x 5 mm，则一个8英寸（直径20厘米）硅片（wafer）可切割出约1000个MEMS传感器芯片（图1），分摊到每个芯片的本钱则可大幅度下降。因而MEMS商业化的工程除了进步产品自身功用、可靠性外，还有许多作业集中于扩展加工硅片半径（切割出更多芯片），削减工艺过程总数，以及尽或许地缩传感器巨细。
图1. 8英寸硅片上的MEMS芯片（5mm X 5mm）示意图
图2. 硅片，其上的重复单元可称为芯片（chip 或die）
MEMS需求专门的电子电路IC进行采样或驱动，一般别离制作好MEMS和IC粘在同一个封装内可以简化工艺，如图3。不过具有集成或许性是MEMS技能的另一个长处。正如之前说到的，MEMS和ASIC （专用集成电路）选用相似的工艺，因而具有极大地潜力将二者集成，MEMS结构可以更容易地与微电子集成。但是，集成二者难度仍是非常大，首要考虑要素是如安在制作MEMS确保IC部分的完好性。例如，部分MEMS器材需求高温工艺，而高温工艺将会损坏IC的电学特性，乃至熔化集成电路中低熔点资料。MEMS常用的压电资料氮化铝由于其低温堆积技能，由于成为一种广泛运用post-CMOS compaTIble（后CMOS兼容）资料。尽管难度很大，但正在逐渐完结。与此一起，许多制作商现已选用了混合方法来发明成功商用并具有本钱效益的MEMS 产品。一个成功的比如是ADXL203，图4。ADXL203是完好的高精度、低功耗、单轴/双轴加速度计，供给经过信号调度的电压输出，一切功用均集成于一个单芯片IC中。这些器材的满量程加速度丈量规模为±1.7 g，既可以丈量动态加速度（例如振荡），也可以丈量静态加速度（例如重力）。（ADXL203 精细±1.7g 双轴iMEMS® 加速度计数据手册及运用电路，http://www.analog.com/media/en/technical-documentaTIon/data-sheets/ADXL103_203.pdf）
图3. MEMS与IC在不同的硅片上制作好了再粘合在同一个封装内（Andreas C. Fischer ; Fredrik Forsberg ; MarTIn Lapisa ; Simon J. Bleiker ; Göran Stemme ; Niclas Roxhed ; Frank Niklaus，IntegraTIng MEMS and ICs，Microsystems & Nanoengineering， 2015， Vol.1. Integrating MEMS and ICs ： Microsystems & Nanoengineering）
图4. ADXL203（单片集成了MEMS与IC）
NEMS（纳机电体系）
NEMS（Nanoelectromechanical systems， 纳机电体系）与MEMS相似，首要差异在于NEMS标准/分量更小，谐振频率高，可以到达极高丈量精度（小尺度效应），比MEMS更高的外表体积比可以进步外表传感器的灵敏程度，（外表效应），且具有运用量子效应探究新式丈量手法的潜力。
首个NEMS器材由IBM在2000年展现， 如图5所示。 器材为一个 32X32的二维悬臂梁（2D cantilever array）。该器材选用外表微加工技能加工而成（MEMS中选用运用较多的有体加工技能，当然MEMS也选用了不少外表微加工技能，关于微加工技能将会在之后的专题进行介绍）。该器材规划用来进行超高密度，快速数据存储，根据热机械读写技能（thermomechanical writing and readout），高聚物薄膜作为存储介质。该数据存储技能来源于AFM（原子力显微镜）技能，比较磁存储技能，根据AFM的存储技能具有更大潜力。
快速热机械写入技能（Fast thermomechanical writing）根据以下概念（图6），‘写入’时经过加热的针尖部分软化/消融polymer，一起施加细小压力，构成纳米级其他刻痕，用来代表一个bit。加热时经过一个坐落针尖下方的阻性渠道完结。关于‘读’，施加一个固定小电流，温度将会被加热渠道和存储介质的间隔调制，然后经过温度改变读取bit。 而温度改变可经过热阻效应（温度改变导致资料电阻改变）或许压阻效应（资料收到压力导致形变，然后导致导致资料电阻改变）读取。
图5. IBM 二维悬臂梁NEMS扫描电镜图（SEM）其针尖小于20nm
图6.快速热机械写入技能示意图
通讯/移动设备
图7. 智能手机简化示意图（How MEMS Enable Smartphone Features，http://smartphoneworld.me/mobile-commerce-2-0-where-payments-location-and-advertising-converge）
在智能手机中，iPhone 5选用了4个 MEMS传感器，三星Galaxy S4手机选用了八个MEMS传感器。iPhone 6 Plus运用了六轴陀螺仪&加速度计（InvenSense MPU-6700）、三轴电子罗盘（AKM AK8963C）、三轴加速度计（Bosch Sensortec BMA280），磁力计，大气压力计（Bosch Sensortec BM［280）、指纹传感器（Authen Tec的TMDR92）、间隔传感器，环境光传感器（来自AMS的TSL2581 ）和MEMS麦克风。iphone 6s与之相似，略微多一些MEMS器材，例如选用了4个MEMS麦克风。估计将来高端智能手机将选用数十个MEMS器材以完结多模通讯、智能辨认、导航/定位等功用。 MEMS硬件也将成为LTE技能亮点部分，将运用MEMS天线开关和数字调谐电容器完结多频带技能。
以智能手机为主的移动设备中，运用了很多传感器以添加其智能性，进步用户体会。这些传感器并非手机等移动/通讯设备独有，在本文以及后续文章其他当地所介绍的加速度、化学、人体感官传感器等可以了解相关信息，在此不赘叙。此处首要介绍通讯中较为特其他MEMS器材，首要为与射频相关MEMS器材。
通讯体系中，很多不同频率的频带被运用以完结通讯功用，而这些频带的运用离不开频率的产生。声外表波器材，作为一种片外（off-chip）器材，与IC集成难度较大。外表声波（SAW）滤波器曾是手机天线双工器的国家栋梁。2005年，安捷伦科技推出根据MEMS体声波（BAW）谐振器的频率器材（滤波器），该技能可以节约四分之三的空间。BAW器材不同于其他MEMS的当地在于BAW没有运动部件，首要经过体积胀大与缩短完结其功用。（别的一个非位移试MEMS典型比如是依托资料特点改变的MEMS器材，例如根据相变资料的开关，参加不同电压可以使资料产生相变，别离为低阻和高阻状况，详见后续开关专题）。
在此值得一提的事，安华高Avago（前安捷伦半导体事业部）卖的如火如荼的薄膜腔声谐振器（FBAR）。也是前段时间天津大学在美国被抓的zhang hao研讨的东西。得益于AlN氮化铝压电资料的堆积技能的巨大进步，AlN FBAR现已被运用在iphone上作为重要滤波器组件。下图为FBAR和为SMR （Solidly Mounted Resonator）。
图8. FBAR示意图，压电薄膜悬空在腔体至上
图9. SMR示意图（非悬空结构，选用Bragg reflector布拉格反射层） （SAW/FBAR设备的作业原理及运用典范）
