微機(jī)電系統(tǒng)文獻(xiàn)計(jì)量分析

萬 勇，馬廷燦，潘 懿

（中國科學(xué)院 武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心，武漢 430071）

0 引言

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是伴隨著集成電路、微細(xì)加工技術(shù)和超精密機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展起來的，一般認(rèn)為它是以微電子、微機(jī)械加工技術(shù)為基礎(chǔ)，研究、設(shè)計(jì)、加工制造具有特定功能的微機(jī)械，包括微結(jié)構(gòu)元器件、微傳感器、微執(zhí)行器和微系統(tǒng)等。MEMS由于尺度小、集成度高、功能靈活強(qiáng)大，使人類的操作、加工能力延伸到微米級(jí)空間，在航空航天、汽車工業(yè)、家用電器、精密機(jī)械、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、通信以及軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用潛力；同時(shí)作為新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，已成為世界各國政府競(jìng)相爭(zhēng)奪的技術(shù)制高點(diǎn)之一[1～5]。

1 SCI文獻(xiàn)計(jì)量分析

本文選擇SCI-Expanded數(shù)據(jù)庫，利用關(guān)鍵詞對(duì)全球科研人員發(fā)表的MEMS領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行檢索。數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2011年1月21日，共檢索到文獻(xiàn)6677篇。檢索過程中，并未限定文獻(xiàn)類型，以下統(tǒng)稱為“論文”。利用Thomson Reuters集團(tuán)開發(fā)的數(shù)據(jù)挖掘和可視化分析工具——TDA開展文獻(xiàn)計(jì)量分析。

1.1 年度分布分析

如圖1所示，MEMS領(lǐng)域的研究論文從上世紀(jì)90年代開始，呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢(shì)，這從一個(gè)側(cè)面反映出，微納制造研究正日益受到人們的關(guān)注，從已有作者和新作者的數(shù)量對(duì)比中，也可以看出，近幾十年來，每年都有更多的研究人員投身到該領(lǐng)域的研究中。同樣地，隨著研究隊(duì)伍的不斷壯大，MEMS領(lǐng)域的研究方向也逐漸增多，體現(xiàn)在新關(guān)鍵詞數(shù)量的快速增長。

圖1 MEMS SCI論文數(shù)量年度分布圖

1.2 重點(diǎn)國家/地區(qū)分析

在現(xiàn)有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)不同國家的論文數(shù)量進(jìn)行了對(duì)比分析。發(fā)表論文數(shù)量排名前10位的國家/地區(qū)如圖2所示，美國以2503篇的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)遙遙領(lǐng)先位居第二的日本，將近是后者的4倍。這從一定程度上可以看出美國在MEMS領(lǐng)域的科研活動(dòng)相當(dāng)活躍，并且具有相當(dāng)強(qiáng)大的研究實(shí)力。中國以547篇的數(shù)量位居第三，接下來依次為德國（457篇）、韓國（392篇）。我國的臺(tái)灣地區(qū)以337篇的數(shù)量排在第六位。這10個(gè)國家/地區(qū)的論文數(shù)量為5855篇，占全部總數(shù)的87.7%，這表明微納制造技術(shù)研究相對(duì)集中在這10個(gè)國家/地區(qū)。

圖2 主要國家/地區(qū)MEMS論文數(shù)量

分析各個(gè)國家/地區(qū)的論文數(shù)量隨時(shí)間的變化情況，如圖3所示?？梢钥闯觯绹恢碧幱趦?yōu)勢(shì)領(lǐng)先地位。2000年，美國的論文數(shù)量為91篇，大約是是排在第二位的日本（33篇）的3倍；到了2009年，美國的論文數(shù)量增長至256篇，此時(shí)排在第二位的是中國（103篇），盡管差距縮短至2.5倍強(qiáng)，但美國在MEMS領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位短期內(nèi)還是很難超越的。而中國在最近幾年的發(fā)展中，正在趕上并超越日本。

圖3 各國家/地區(qū)發(fā)表的論文數(shù)量年度分布圖

從論文被引用情況來看，美國的總被引次數(shù)和H指數(shù)均排在第一，且遠(yuǎn)高于隨后的國家；篇均被引次數(shù)低于匈牙利和瑞士，位居第三；論文被引率排名第四（前三位是丹麥、巴西和瑞士）。日本的總被引次數(shù)位列第二，H指數(shù)排在第三位（德國第二），篇均被引次數(shù)和論文被引率分別位列十一和廿一。匈牙利的論文總數(shù)盡管只排在第卅八位，但篇均被引次數(shù)則高居榜首，論文被引率位列第七。雖然中國論文數(shù)量位居第三，但總被引次數(shù)、H指數(shù)、篇均被引次數(shù)、論文被引率分別為第四、第五、第廿六和廿八位，這表明，我國的論文盡管已經(jīng)在數(shù)量上處于領(lǐng)先，但更要在質(zhì)量上獲得大的提高。

1.3 重點(diǎn)機(jī)構(gòu)分析

如圖4所示，從論文數(shù)量上來看，排在第一至三位的一次是加州大學(xué)伯克利分校（180篇）、麻省理工學(xué)院（140篇）、桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室（138篇）。中國科學(xué)院（未包括中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)）以127篇位居第四位。這十家機(jī)構(gòu)發(fā)表的論文數(shù)量差別并不大。從國別分布來看，這10家機(jī)構(gòu)中有5家來自美國、2家來自新加坡，中國、日本和臺(tái)灣地區(qū)各1家。這也表明美國在MEMS領(lǐng)域具備相當(dāng)強(qiáng)大的研究能力。

圖4 主要機(jī)構(gòu)MEMS論文數(shù)量

從論文被引用情況來看，盡管中國科學(xué)院的論文數(shù)量較為領(lǐng)先，但總被引次數(shù)、H指數(shù)分別為第九、第十三?？偙灰螖?shù)排在前三位的依次是加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院和佐治亞理工學(xué)院；H指數(shù)排在前三位的依次是加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院和密歇根大學(xué)。前20所機(jī)構(gòu)中，篇均被引次數(shù)位列前三的依次是加州大學(xué)洛杉磯分校、加州大學(xué)伯克利分校和密歇根大學(xué)。

1.4 重點(diǎn)期刊分析

本次分析的6677篇論文共涉及992種期刊。美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)的《微機(jī)電系統(tǒng)雜志》（Journal of Microelectromechanical Systems）（2005-2009五年期影響因子為2.790）的發(fā)文量最多，有444篇；總被引次數(shù)和H指數(shù)同樣位居首位，篇均被引次數(shù)則排在第三。Elsevier的《傳感器與執(zhí)行器A：物理》（Sensors and Actuators A-Physical）（2005-2009五年期影響因子為1.737）以319篇位居論文數(shù)量第二位，總被引次數(shù)和H指數(shù)同樣位居第二，篇均被引次數(shù)則排在第四。英國物理學(xué)會(huì)的《微機(jī)械與微工程雜志》（Journal of Micromechanics and Microengineering）（2005-2009五年期影響因子為2.473）的論文數(shù)量僅比排在第二的Sensors and Actuators A-Physical少6篇，總被引次數(shù)和H指數(shù)同樣位居第三，篇均被引次數(shù)排在第六。

1.5 重點(diǎn)作者與論文分析

本次分析的6677篇論文共涉及1.5萬多名作者。單從論文數(shù)量來看，東京大學(xué)Fujita Hiroyuki教授近年來發(fā)表了MEMS領(lǐng)域的論文49篇，位居第一。從總被引次數(shù)看，加州大學(xué)伯克利分?；瘜W(xué)工程系Maboudian Roya教授遙遙領(lǐng)先位列第二的臺(tái)灣國立成功大學(xué)工程科學(xué)系的Lee Gwo Bin教授。

MEMS領(lǐng)域被引次數(shù)超過300的論文，共有13篇。其中，佐治亞理工學(xué)院Akyildiz, I F的有關(guān)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的論文被引2120次，位居首位，遙遙領(lǐng)先其他論文。這13篇論文中，有9篇產(chǎn)自美國的高校和企業(yè)，日本、中國、德國和瑞士則各有1篇。

1.6 重點(diǎn)研究方向分析

利用Aureka軟件對(duì)SCI論文的總體研究布局進(jìn)行了分析，如圖5所示。薄膜、微加工、封裝、傳感器等是MEMS領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)（白色區(qū)域）；鍵合技術(shù)、執(zhí)行器、光衰減器等也是研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

圖5 MEMS研究的總體布局圖

2 結(jié)束語

根據(jù)文獻(xiàn)計(jì)量分析，當(dāng)前MEMS的研究熱點(diǎn)主要集中在微流體系統(tǒng)、微機(jī)械加工技術(shù)、封裝等。從調(diào)研結(jié)果看，微機(jī)電系統(tǒng)的確是微納制造領(lǐng)域中發(fā)展最為成熟的方向之一，其產(chǎn)業(yè)化也具備了一定的規(guī)模。2010年11月在美國亞利桑那州舉行的MEMS Executive Congress上，市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)iSuppli和Yole Développement均指出，2010年MEMS芯片市場(chǎng)將逾70億美元[6]。

從SCI文獻(xiàn)計(jì)量來看，盡管中科院位列單一機(jī)構(gòu)發(fā)文數(shù)量第三，但中科院在MEMS技術(shù)的研究上存在較大差距。美國具有絕對(duì)領(lǐng)先的實(shí)力，MEMS的三個(gè)標(biāo)志性成果分別為數(shù)字微鏡、靜電微馬達(dá)和微加速度計(jì)，均由美國發(fā)明；日本的研究水平也處于我國之上。

發(fā)展我國MEMS，需要規(guī)劃優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)方向，部署前瞻性研究；通過官產(chǎn)學(xué)研合作以及國際合作提高我國MEMS技術(shù)研發(fā)與自主創(chuàng)新能力；加大資金投入，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈的交流與互動(dòng)，建設(shè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)集群。

[1] 孟光, 張文明. 微機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社.2008.

[2] 崔錚. 微納米加工技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京: 高等教育出版社. 2009.

[3] Ahmed Busnaina. Nanomanufacturing Handbook[M].Florida: CRC Press, 2007.

[4] BIS. Government takes action to grow advanced manufacturing [OL]. [2010-12-10].http://nds.coi.gov.uk/content/Detail.aspx?ReleaseID=4170 03&NewsAreaID=2.

[5] 王琪民, 劉明侯, 秦豐華. 微機(jī)電系統(tǒng)工程基礎(chǔ)[M]. 合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社, 2010.

[6] R. Colin Johnson. Analysts split on MEMS growth rate forecasts[OL]. [2010-11-04].http://www.eetimes.com/electronics-news/4210412/Analysts-split-on-MEMS-growth-rate-forcasts.