MEMS技術在海洋觀測中的應用（一）

微機電系統（MEMS），在歐洲也被稱為微系統技術，或在日本被稱為微機械，是一類器件，其特點是尺寸很小，制造方式特殊。MEMS是指采用微機械加工技術批量制作的、集微型傳感器、微型機構、微型執行器以及信號處理和控制電路、接口、通訊等于一體的微型器件或微型系統。

MEMS器件的特征長度從1毫米到1微米--1微米可是要比人們頭發的直徑小很多。MEMS往往會采用常見的機械零件和工具所對應微觀模擬元件，例如它們可能包含通道、孔、懸臂、膜、腔以及其它結構。然而，MEMS器件加工技術并非機械式。相反，它們采用類似于集成電路批處理式的微制造技術。

今天很多產品都利用了MEMS技術，如微換熱器、噴墨打印頭、高清投影儀的微鏡陣列、壓力傳感器以及紅外探測器等。MEMS技術可以用于制造壓力傳感器、慣性傳感器、磁力傳感器、溫度傳感器等微型傳感器，這些傳感器以及它們的部分信號處理電路都可以在只有幾毫米或更小的芯片上實現。與傳統的傳感器相比，MEMS傳感器不僅體積更小、功耗更低，而且它們往往會比傳統傳感器更加準確、更加靈敏。隨著人們對海洋觀測的需求不斷增加和海洋觀測技術的不斷發展，MEMS技術也在逐漸進入海洋觀測技術研究領域。

一、我們為何需要MEMS？

“他們告訴我一種小手指指甲大小的電動機。他們告訴我，目前市場上有一種裝置，通過它你可以在大頭針頭上寫禱文。但這也沒什么；這是最原始的，只是我打算討論方向上的暫停的一小步。在其下是一個驚人的小世界。公元2000年，當他們回顧當前階段時，他們會想知道為何直到1960年，才有人開始認真地朝這個方向努力。”——理查德·費曼，《底部仍然存在充足的空間》發表于1959年12月29日于加州理工大學（Caltech）舉辦的美國物理學會年會。但我們可能會問：為什么要在這樣一個微小尺上生成這些對象？

MEMS器件可以完成許多宏觀器件同樣的任務，同時還有很多獨特的優勢。這其中第一個以及最明顯的一個優勢就是小型化。如前所述，MEMS規模的器件，小到可以使用與目前集成電路類似的批量生產工藝制造。如同集成電路產業一樣，批量制造能顯著降低大規模生產的成本。在一般情況下，微機電系統也需要非常量小的材料以進行生產，可進一步降低成本。

除了價格更便宜，MEMS器件也比它們更大等價物的應用范圍更廣。在智能手機、相機、氣囊控制單元或類似的小型設備中，竭盡所能也設計不出金屬球和彈簧加速度計；但通過減小了幾個數量級，MEMS器件可以用在容不下傳統傳感器的應用中。

易于集成是MEMS技術的另一個優點。因為它們采用與ASIC制造相似的制造流程，MEMS結構可以更容易地與微電子集成。將MEMS與CMOS結構集成在一個真正的一體化器件中雖然挑戰性很大，但并非不可能，而且在逐步實現。與此同時，許多制造商已經采用了混合方法來創造成功商用并具備成本效益的MEMS產品。

數字微鏡像素的拆解視圖

德州儀器的數字微鏡器件（DMD）就是其中一個案例。DMD是TIDLP技術的核心，它廣泛應用于商用或教學用投影機單元以及數字影院中。每16平方微米微鏡使用其與其下的CMOS存儲單元之間的電勢進行靜電致動。灰度圖像是由脈沖寬度調制的反射鏡的開啟和關閉狀態之間產生的。顏色通過使用三芯片方案（每一基色對應一個芯片），或通過一個單芯片以及一個色環或RGB LED光源來加入。采用后者技術的設計通過色環的旋轉與DLP芯片同步，以連續快速的方式顯示每種顏色，讓觀眾看到一個完整光譜的圖像。