微小的机械装置——阀门、加速器、压力传感器等，会在硅片上成批地腐蚀，进而被切断为集成电路碎片。这些装置，如果依照微电子电路完善地按规定尺寸进行制造，就能理想地监测污染，辅佐医学研究，给机器人以触觉感，等等。
传感器件股份有限公司董事长吉姆 · 克纽蒂（Jim Knutti）前不久展示过一种不可思议的微机装置的新品种，一个比一滴泪珠还小的灰色硅件制成的传感器。这片硅件有两层梯阶——两层压感膜片，肉眼勉强可见。
该公司在附近“硅谷”制造的传感器，同成千上万其他微电子集成电路片极为相似，然而其生产线却不同于大部分同行。尽管在生产线上流动的硅片和无数常用显微电路结合成层，该公司也总是注意在微型电路产品成型的同时，在硅片上雕刻一些机械图案。这些优美精致的显微造型品不是在二维空间。而是在三维空间作业。
这种机械的尺寸，就“硅时代”而言，跟随小型的晶体管、集成电路和微信息处理机而演变了近20多年。由于电子元件变得越来越小，其加工制造变得更流线型化，成本费用更少，就使得微电子技术与输入信息给微电路的庞大、昂贵的机械传感器件间不可逾越的鸿沟扩大了。因此就日趋需要精密可靠而又小得足以跻身于微电子技术革命行列的机械器件。
救 援
微机械学是满足于这种需要的最新科学，它清除了切削加工障碍，使被捆住手脚的微电子技术得到解脱。
通过使用制作集成电路的连接技术，工程技术人员正在利用硅的特殊性能，制造非同凡响的微型装置，其范围从简单的固定式元件到复杂的活动式传感器件：
把庞大的实验仪器缩小为袖珍式装置的复杂管道和阀门；
能注入肿瘤、运用“热度过高”（指体温）技术治疗癌症的微型温度传感器；
能移植到病人体内，输给病人如胰岛素那样的药物的标准药量的抽吸器与活门；
使用在电子计算机印刷装置上、能喷射极小点墨滴（小到以至于10滴那样的油墨才和句末标点符号一样大）的喷嘴；
能嵌入人体血管内，或者能用导线嵌入人造“皮肤”内以给机器人触觉感的压力传感器，等等。
微机械学在过去的20年内处于发展之中。但直到今天，工程技术人员才使这项商业性生产所急需的专门技术日臻完善。
创造三维型的微机械加工技术，就其能可靠地进行复制这点来说，就已被大大改进了。这些技术依赖于影印法，把数十种乃至数百种图案从主控光掩膜上逼真地转印到感光的硅片上。然后用强酸或腐蚀性溶液腐蚀掉硅片的一部分。反复使用这种工序，微机械元件——微型集成电路片就能从整块硅片中分开出来。
最初认为硅作为机械物质是多余的，理由为硅是脆性的。后来才弄清楚了硅是相当坚固耐用的。斯坦福德大学电子工程系副主任吉姆 · 安吉尔（Jim Angell）一针见血地纠正了那一世俗偏见：“硅非常强硬，是一种奇特的物质。事实上，它是比现今最好的钢材还要好的材料。当然硅是脆性的，超过了弹性极限，它就会破碎。钢只不过能伸延。但硅却不像钢那样容易疲劳。在硅的弹性范围内，你尽管无休止地折柔它，它也不会断裂。”
硅是压阻的，如果使它变形，其阻尼就会改变；同时硅又随压力而物理性应变。硅的这两种特性决定了能够制造什么类型的传感器。微型传感器技术股份有限公司电子研究与开发部经理史蒂夫 · 特里（Steve Terry）说：“假如你能测量张力或位移，你就能制造应变仪，压；力传感器，摩擦系数测定仪，扭矩检测器，加速表等等。这就是微机械传感器件所能触及到的广泛用途。”
吉姆 · 安吉尔和密执安大学电子物理实验室主任肯 · 怀斯（Ken Wise）是最早的硅学术权威。如果有某一地方可以称为微机械学发源地的话，那就是斯坦福德集成电路实验室。
70年代初期，美国国家航空和航天管理局埃姆斯中心的研究人员参观了斯坦福德，他们要求斯坦福德研究小组设计一种微型气体色层分离谱仪——一种分离、鉴别和分析气体混合物成分的装置，计划用来测定红星（the red planet）上生命的信号标志。当时安吉尔把这项科研课题交给了史蒂夫 · 特里，那时特里还是一名研究生。
在色层分离谱仪中，一种惰性载体，例如氨，对将要被分析而先通过分馏气体成分的物质柱的气体混合物进行扫描。特里开始是从缩小物质柱着手的。他在3英寸宽的整块硅片上蚀刻一个U形沟纹（沟纹内侧表面涂有一层外膜），并让它缠绕在一个螺旋管上，这样物质柱就变得很长，以致能分离各种气体。他用一块玻片衬垫覆盖着沟纹，有效地制成了一个长而密封的管道。
可惜当时特里不知道怎样制作小型的活动阀，小得仍能提供采样气体或一个敏感到能探测记录从物质柱排放出来的气体内部导热率变化的探测器，直到国家职业安全与卫生研究所为了想得到一种袖珍式装置，以便让检验员随身携带，鉴别有毒有害气体而资助了特里，特里又继续研究了4年，才终于成功地把物质柱、活动阀和检测器结合在一块硅片上。硅片嵌在8英寸见方的仪器中。特里蚀刻了一个活动阀，用密封环覆盖好；该阀打开一次能持续5毫秒时间，接收10毫微升（一升的十亿分之十）气体。特里还蚀刻了一个孔洞，其孔极小，但仍能收集采样气体，供热导率检测器检测。
注入式传感器
吉姆 · 安吉尔和斯坦福德小组研究助手菲尔 · 巴塞（Phil Barth）目前把注意力转向了生物医学。他们正在改进温度传感器，使之能用热杀死癌细胞，该仪器运用医学上“热度过高”技术，即使用超声波和射频能把身体一部分的温度升高到43℃（109.4 F）。
但是内科医生要知道肿瘤周围是否已达到那个水平却是很困难的。没有足够的热度是毫无疗效的；过多又则会伤害周围的组织细胞。安吉尔和巴塞设计改造的温度传感器是用一个注射器注入肿瘤组织，输给适量热度来获取疗效的。该仪器小巧玲珑，一串不比沙粒大的小珠附着在一小截柔软的黄色塑料衬垫上，整个装置小得可以装入一根针内。
其他的微型机械在生物医学上的运用也被提上议事日程。巴塞建议在进行血管成形术手术中使用压力传感器，这种手术包括使一个微型球穿过动脉血管以消除使血管壁硬化的斑点。使用硅制作的抽吸器与活门，也可移植到人体中，输给病人诸如胰岛素那样的药物的标准药量。
斯坦福德的安吉尔小组不是硅微机械学的唯一中心。大财团企业国际商业机器公司（IBM）的研究小组也有10多年历史。遗憾的是，关于这个小组的活动，极为保密，传闻很少。
国际商业机器公司一个早期研究项目是墨水喷射印刷机上的喷嘴、该机是一种印刷字母高度清晰的印刷机，它能把油墨作为一束极规整的液滴喷射到纸张页面上，液滴在页面上的布局由静电加以控制。过去喷嘴是由石英作材料，用电子束钻喷孔（一种费时间的工艺过程）。70年代初期，公司化学家欧内斯特 · 巴索斯（Ernest Bassous）和拉里 · 库恩（Larry Kuhn）等人开始研制以硅作材料的喷嘴，他们使用苛性腐蚀液在10毫米厚的硅片上钻了个锥形进孔，然后用腐蚀剂开路直到钻穿一个小的出孔。但关键是如何每次都钻一个直径只有20微米的均匀的小孔。如果每个孔的大小都不一样，印刷字母就会出现模糊的毛边。
二十年的发展
包括解决国际商业机器公司制造的喷射喷嘴均匀度问题的微机械加工技术的发展囊括了腐蚀技术的众多精心改进。
这种发展最初开始的真正时间是1965年，那时斯坦福德医学院一位神经病学学者询问安吉尔是否能使用集成电路技术制造一排脑用电极。安吉尔把这项课题交给了当时还是研究生的肯 · 怀斯（Ken Wise），计划是研制以硅为材料的探头，来代替通过拉长一根玻璃毛细吸管而制成的像针一样的探头。
怀斯借助于化学腐蚀。那时，集成电路制造者间或使用一种化学腐蚀剂来代替锯割法，使精巧的垫片分裂开。但还没有任何人使用化学腐蚀剂加工硅。怀斯说：“我们开始使用时，仅有的腐蚀剂都是各向同性腐蚀剂。”各向同性腐蚀剂，例如硝酸或氢氟酸，会毫无约束地从四方八面去腐蚀硅，而不考虑晶型或晶向。
各向同性腐蚀剂有几个弱点：它们钻蚀光掩膜体，致使所钻蚀的任何形状都是表面附近要小些，而孔底要大些；它们对扰动极其敏感，连经过者轻快的靴根声也会激发紊动性，从而改变酸腐蚀硅的效率。
怀斯对脑用电极的突破引起了国家航空和航天管理局埃姆斯中心研究人员的极大关注。他们要求斯坦福德研究小组在一块硅集成电路片上设计压力传感器。压力传感器以多种方法进行工作，但所有的压力传感器又都必须有一块随压力变化而移动的隔膜。计划是想通过分离掉上部和底部适量的硅质而在硅集成电路片上蚀刻一块隔膜。
制作隔膜意味着必须使用另一种更精确但却更苛求的腐蚀剂——各向异性腐蚀剂。各性异性腐蚀剂，例如苛性钾，是微机械工作者更好的工具。它们根据晶体表面的取向——正六面体硅晶内原子间的相互关系来挖掘硅片。某些类型的晶面蚀刻速度要比另一些类型较快。巴索斯解释说：“各种晶型都是自然形成的，腐蚀剂利用了大自然所赋予的恩赐。”
各向异性腐蚀剂开拓洞孔，并不因为掘得越深而使深部加宽。洞孔独特地具有轮廓分明的孔壁。而且不仅能钻挖锥形孔或带有刻面的孔，还能蚀刻V形沟槽。但是由于硅晶型本身被限定在某些几何图形中，因此两个面的孔壁绝不会垂直——邻近两壁总是有斜度。直角或整齐的棱不能被制成。
怀斯研制压力传感器时期，各向异性腐蚀剂极难控制。凑巧怀标在70年代初期听说过各向异性腐蚀剂对夹在硅晶体中的硼原子很敏感。怀斯解释说：“只要把硼放在硅里，腐蚀剂一碰到就会突然停止钻蚀。”硅的这种特殊本领攻破了如何制作一块薄薄的、精密的、尺寸匀衡的硅隔膜的难关。这种技术也使国际商业机器公司的研究人员蚀穿硅片，造出了精密等体的喷嘴。
10多年后的今天，少数公司已在销售硅制压力传感器了。传感器件股份有限公司现在还售出一种既能检测温度，又能检测两种互异的压力的单片传感器（即由一片大规模集成电路制成的传感器）。这种微型机械，比迄今任何机械加工的装置更精密。
计算机对话
新式的单片传感器含电子电路系统，能够把从传感器出来的信号初步进行分类，放大，线型化，甚至为计算机作储存器中的信息安排。
如同需要能与计算机进行对话的新式压力、温度传感器一样，也刻不容缓地需要把综合成套的传感器件应用到自动化学说中。巴塞和安吉尔在进行生物医学研究的同时，也在探索用压力传感器件作机器人按钮的可能性。如果机器人曾改进了作为其感觉标志的灵活性，那么它们就必须同环境相配合。人类依靠大量的传感器件来做这件事。通过把硅制压力传感器放在一块柔软的衬垫上，机器人就趋近于触觉灵敏的水平。
凭借其微小的体积，微型机械正神奇般地发挥着巨大的作用，大批量精度极高的产品也随之而来。微机械学的发展，必然会把信息革命迅猛地推向一个新的高潮！
[Popular Science，1984年6月]