NEMS納機電系統(Nano-Electromechanical System,簡稱NEMS)是20世紀90年代末、21世紀初提出的一個新概念。可以這樣來理解這個概念，即NEMS是特徵尺寸在1~100nm、以機電結合為主要特徵，基於納米級結構新效應的器件和系統。
基本介紹
- 中文名：NEMS納機電系統
- 外文名：Nano-Electromechanical System
- 簡稱：NEMS
- 特徵尺寸：1~100nm
簡介,研究工作,如何冷卻,歷史,技術,矽,高分子材料,金屬,
簡介
微機電系統是微米大小的機械系統，其中也包括不同形狀的三維平板印刷產生的系統。這些系統的大小一般在微米到毫米之間。在這個大小範圍中日常的物理經驗往往不適用。比如由於微機電系統的面積對體積比比一般日常生活中的機械系統要小得多，其表面現象如靜電、潤濕等比體積現象如慣性或熱容量等要重要。它們一般是由類似於生產半導體的技術如表面微加工、體型微加工等技術製造的。其中包括更改的矽加工方法如壓延、電鍍、濕蝕刻、乾蝕刻、電火花加工等等。
生產微機電系統的公司的大小各不相同。大的公司主要集中於為汽車、生物醫學或電子工業生產大批量的便宜的系統。成功的小公司則集中於生產創新的技術。所有這些公司都致力於研究開發。隨著感測器的發展微機電系統的複雜性和效率不斷提高。
常見的套用有：
設計微機電系統最重要的工具是有限元分析。
研究工作
目前，世界各地在NEMS及其相關方面開展的研究工作主要有：
(1) 諧振式感測器,包括質量感測、磁感測、慣性感測等；
(2) RF諧振器、濾波器；
(3)微探針熱讀寫高密度存儲、納米磁柱高密度存儲技術；
(4)單分子、單DNA檢測感測器以及NEMS生化分析系統(N-TAS);
(5)生物電機;
(6)利用微探針的生化檢測、熱探測技術；
(7)熱式紅外線感測器；
(8)機械單電子器件；
(9)矽基納米製作、聚合物納米製作、自組裝等等。
為什麼要研究發展NEMS系統？因為人們希望對微小的力和位移進行測量。超導器件約瑟夫森結中電流的震盪，邁克耳遜干涉儀等都可以歸結為對微小位移的測量。集成化的NEMS系統能夠對
克的質量和牛頓的力進行測量。這么靈敏的探測器可以幫助我們測量單個核子的核自旋，進而對大分子的三維結構能夠進行實時測量。
NEMS系統中的振子頻率一般高達幾十兆赫茲，最高的頻率達到10^9赫茲。振子的震動是與電場耦合著的，可以受電場控制。納米光機械系統（NOMS）也與此類似，不過與機械振子耦合的不是電場，而是光場。與NEMS不同，NOMS也可以用作光學器件，完成一些非線性光學的實驗，或者作為一些特殊的光源。
如何冷卻
目前大家最關心的問題是如何冷卻這個振子，希望能夠冷卻到能量的基態。對於不同震動頻率的振子，基態對應的溫度不同。對10^9赫茲的振子來說，溫度也在50毫開爾文。隨著振動頻率的降低，臨界溫度也隨之降低。因此對於一般的NEMS系統來說，是無法通過降低環境溫度使得它處於基態的。只能主動的冷卻它。最近2年來，這方面的實驗進展比較大，但是並沒有一個里程碑式的實驗表明可以把振子冷卻到了基態。
歷史
微型機械的概念在相應的加工技術出現之前就被提出了。1959年，理察·費曼在加州理工學院進行題為《底層還有大空間》（英語：There's Plenty of Room at the Bottom）的演講。費曼在演講中提出了在原子尺度上操縱物質的可能性以及將面臨的挑戰。 1964年，西屋公司的一支團隊製造出了第一批微機電設備。這種設備名叫諧振柵極電晶體。
技術
微機電系統有多種原材料和製造技術，選擇條件是系統的套用、市場等等。
矽
矽是用來製造積體電路的主要原材料。由於在電子工業中已經有許多實用矽製造極小的結構的經驗，矽也是微機電系統非常常用的原材料。矽的物質特性也有一定的優點。單晶體的矽遵守胡克定律，幾乎沒有彈性滯後的現象，因此幾乎不耗能，其運動特性非常可靠。此外矽不易折斷，因此非常可靠，其使用周期可以達到上兆次。一般微機電系統的生產方式是在基質上堆積物質層，然後使用平板印刷和蝕刻的方法來讓它形成各種需要的結構。
表面微加工
深層刻蝕
深層刻蝕如深層反應離子刻蝕技術向矽晶片內部刻蝕。刻蝕到晶片內部的一個犧牲層。這個犧牲層在刻蝕完成後被腐蝕掉，這樣本來埋在晶片內部的結構就可以自由運動了。
體型微加工
體型微加工與深層刻蝕類似，是另一種去除矽的方法。一般體型微加工使用鹼性溶液如氫氧化鉀來腐蝕平板印刷後留下來的矽。這些鹼溶液腐蝕時的相對各向異性非常強，沿一定的晶體方向的腐蝕速度比其它的高1000倍。這樣的過程往往用來腐蝕v狀的溝。假如選擇的原材料的晶向足夠精確的話這樣的溝的邊可以非常平。
高分子材料
雖然電子工業對矽加工的經驗是非常豐富和寶貴的，並提供了很大的經濟性，但是純的矽依然是非常昂貴的。高分子材料非常便宜，而且其性能各種各樣。使用注射成形、壓花、立體光固化成形等技術也可以使用高分子材料製造微機電系統，這樣的系統尤其有利於微液體套用，比如可攜測血裝置等。
金屬
金屬也可以用來製造微機電系統。雖然比起矽來金屬缺乏其良好的機械特性，但是在金屬的適用範圍內它非常可靠。
