(1)MEMS和NEMS的設計、仿真和優化。

　　MEMS制作工藝的復雜性和昂貴使得設計者不能不更多的借助于仿真、而不是頻繁的試驗來優化設計。當前，一般通過IC設計過程中的MASK輔助設計軟件LEDIT來完成掩膜版的制作，通過ANSYS完成對微結構力學、電學等單域或多域耦合分析?，F已有多種MEMSCAD商用軟件。MEMSCAD在與微尺寸效應及微工藝的結合方面較ANSYS更有優勢，MEMSCAD另一個優點在于其對微流體分析功能方面明顯高于其它仿真軟件。

　　MEMS設計過程同時也應該包括MEMS工藝設計過程。這一方面要求MEMS設計者和工藝工程師密切配合，從結構設計和工藝的局部調整兩個方面完成工藝設計;另一方面，也要求MEMS設計盡量選用已經存在的標準工藝。

　　NEMS的特征尺度在亞納米到數百納米，設計、仿真在其研究中所起的作用尤為重要。在一些情況下，經典的理論和概念仍然可能提供設計和分析的適當基礎。但在一般情況下，需要把量子力學和統計理論的概念引入納米尺度的分析。例如，對于隧道效應等納效應的計算和仿真需用到薛定諤方程;對碳納米管齒輪制造過程的仿真需用到分子動力學。

　　(2)Top-down和Bottom-up的結合，MEMS和NEMS的結合。

　　50年代末，著名的物理學家——諾貝爾物理學獎獲得者R.Feynman曾指出，科學技術發展的途徑有兩條，一條是“自上而下(Top-down)”的途徑，另一條是“自下而上(Bottom-up)”的途徑。近幾十年來的主流是“自上而下”的微型化過程。如目前的MEMS制造基本上采用這種方法。即采用光刻刻蝕等微細加工方法，將大的材料割小，形成結構或器件，并與電路集成，實現系統微型化。這種技術途徑易于批量化和系統集成。

　　納器件有兩種制造途徑。一是繼續發展Top-down的途徑，如采用電子束光刻已可達到20 nm線寬。但該方法的限制是，尺寸愈小，成本愈高，偏差愈難維持。另一種為Bottom-up的途徑，是分子、原子組裝技術的辦法，即把具有特定理化性質的功能分子、原子，借助分子、原子內的作用力，精細地組成納米尺度的分子線、膜和其它結構，再由納米結構與功能單元集成為微系統。這種制造技術反映了納米技術的一種理念，即從原子和分子的層次上設計、組裝材料、器件和系統，是一種很有前途的制造技術，但目前還只是處于實驗室研究階段。bottom up有兩種方法：一為自組裝法;二為顯微鏡法。

　　與MEMS工藝技術相比，NEMS的研究涉及更廣范圍的材料和更高空間分辨率的制造工藝，因此，納米制造技術還處于發展階段。要充分發揮Top-down和Bottom-up的優勢，將兩種途徑結合使用是解決NEMS制造的有效方法(如圖11)。如前面提到的分子電機，納米槳片利用了電子束蒸發、電子束刻蝕和各向同性腐蝕等技術，而裝配則采用了自組裝法。

　　(3)基于納效應和納米結構的NEMS傳感器是一個重要的研究領域。

　　利用在此特征尺度尺度下物質和結構在物理學、化學和生物學中的新效應、新性質，研制NEMS傳感器可能在性能上產生突破，例如：

　　a. 基于共振隧穿、介觀壓阻等納效應的NEMS傳感器

　　共振隧穿效應是在隧穿效應的基礎上的一種使電子隧穿幾率增強的機制。當入射電子的動能與勢壘中束縛態的能級相匹配時，會在勢壘內部發生干涉加強的現象，使電子的透射率大為增強。共振隧穿效應的隧道電流密度的表達式為：

　　其中m*是電子有效質量， kB是Boltzmann常數，T是絕對溫度，D(E)是傳輸系數。

　　如果利用MEMS和NEMS制造技術，在普通的隧道間隙間加入一個共振隧穿位移轉換器，則在不減小靈敏度和隧道電流的情況下，可提高隧道間隙大約100埃，這給大幅度提高隧道效應傳感器的靈敏度提供了可能。這種傳感器的研究涉及共振隧道結中勢壘結構和分布對電子透射系數的影響，隧道針尖、電極的材料、形狀對共振隧穿效應的影響等問題。

　　介觀壓阻效應不同于宏觀的壓阻效應，它是利用納米功能材料的應變產生壓電場，壓電場(包括應變)導致納米功能材料的量子能級(能帶) 漂移，從而在納米功能材料共振隧穿(微帶輸運) 能級附近產生強烈的壓阻效應。介觀壓阻效應對應變信號非常敏感，并可通過改變勢壘的結構對其進行人為控制。對于聲、溫、壓、加速度等信號，都可成為納米功能材料的應變信號，因此利用介觀壓阻效應可制成超高靈敏度的NEMS傳感器。

　　b. 基于一維納米結構的NEMS傳感器

　　隨著納米材料和新納米結構研究的進展，利用納米結構表現出的獨特的力、電、熱、光、磁等性能進行新型納傳感器件的研究也逐漸成為NEMS研究的一個熱點。其中以一維納米結構尤為突出?，F已發現三類一維納米結構：納米管、納米線和納米帶。

　　碳納米管、納米帶等一維納米結構具有獨特的力學性能，用該種結構可以構成納懸臂粱諧振器，當外力作用在此諧振器時，懸臂梁發生變形，并影響懸臂梁的諧振頻率，通過檢測懸臂梁的諧振頻率fn可以感測外力的大?。?/p>

　　其中F為外力，Eb為彈性模量，ρ為密度，D為外徑，Di為內徑，L為長度，βj是模態常數。利用該諧振器可制成高靈敏度、超小體積的納慣性器件、高靈敏度分子秤等傳感器。

　　碳納米管的電學性質與其結構密切相關。電子在碳納米管的徑向運動受到限制，表現出典型的量子限域效應;而電子在軸向的運動不受任何限制。因此，可以認為碳納米管是一維量子導線。其電壓-電流、形變-電導等特性已不完全符合宏觀的規律。對這些新現象的深入認識和研究將是高精度NEMS傳感器研制的基礎。

　　5. 結束語

　　MEMS的發展只不過十多年的時間，但已顯示出強大的生命力，有人估計，再過10年左右時間，NEMS會和今天的MEMS一樣流行。