未来微机电系统可能采用新合金材料

微机电系统（MEMS）是指那种尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。它是一类融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件，是一个独立的智能系统。

其实并不遥远，这些微小的机器就隐藏在我们身边，常见的MEMS产品尺寸一般都在3mm×3mm×1.5mm，甚至更小。例如，我们汽车中的小型加速度计感受到碰撞并告诉安全气囊充气。任天堂Wii控制器的微型陀螺仪将您的网球挥杆转换为屏幕上的动作。iPhone的加速度计，数字光投影仪、航天航空航海陀螺仪和距离传感器等。总之，这些小机器都有一些共同之处，它们与电源连接或非常靠近，具有更广泛的应用前景，如无线脑植入，需要远距离供电。

在新工业领域，微机电系统发挥着越来越重要的作用。从无人驾驶员的汽车到新一代的喷气发动机，再到海上石油钻井平台的各种未来技术，以及包括物联网在内的小工具，电器的进步将取决于这些微观传感器的性能。

但是，这些传感器仍存在局限性，大多数MEMS器件的内部结构比人发的宽度小，并且由硅制成。这些设备在平均温度下运行良好，但只要高于120°C的温度，就会导致它们失去它们的强度和传导电子信号的能力。硅也非常脆弱并且容易断裂。出于这些原因，虽然现在硅已成为几代MEMS技术的核心，但该材料对于未来的应用并不理想，特别是在未来的MEMS器件必须承受的高热和物理压力下。

科学家们认为，将微机电系统的基础材料合金化能够帮助其提高强度以及热稳定性，以适应各种环境变化。那么采用哪些材料合适呢？

约翰霍普金斯大学的材料科学家和机械工程师赫默尔博士带领他的团队开发了一种新合金的材料用以制造MEMS，这种材料可以适应未来喷气式发动机和物联网的环境要求。

研究人员对新材料的追求导致他们尝试开发含有金属镍的合金组合，这种组合通常用于先进的结构材料，包括用于制造喷气发动机的镍基高温合金。考虑到尺寸稳定性的需要，研究人员需要在镍基金属中添加金属钼和钨，以抑制纯镍在热量中膨胀的程度。

研究人员利用直流溅射沉积合成金属镍-钼-钨合金膜，形成了一层可剥离的薄膜，这些膜平均厚度为29微米，比人的头发厚度还要薄。这种完全致密且具有纹理的薄膜表现出线性弹性机械性能和超过3GPa的拉伸强度，这对于与晶圆级器件制造工艺兼容的材料来说是前所未有的。超高强度归因于固溶强化和高密度纳米导线的结合。这些薄膜还具有出色的热稳定性和机械稳定性，高密度以及对下一代金属MEMS应用具有吸引力的电性能。

研究小组已经证明，这些合金薄膜可以承受高温并且热稳定性和机械稳定性，并且他们可以与其它半导体晶圆材料完美兼容，很有希望成为下一代MEMS合金化的材料基础，目前他们正致力于将合金薄膜整形为MEMS元件的研究。

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