采用MEMS技術(shù)制作的微傳感器、微執行器、微型構件、微機械光學(xué)器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車(chē)、生物醫學(xué)、環(huán)境監控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領(lǐng)域中都有著(zhù)十分廣闊的應用前景。

 

 

不同功能的MEMS傳感器

 

MEMS傳感器的設計必須同時(shí)考慮多種物理場(chǎng)混合作用，相對于傳統的傳感器，它們的尺寸更小，基本是微納米級別。MEMS傳感器多采用以硅為主的材料，電氣性能優(yōu)良，硅材料的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當，密度與鋁類(lèi)似，熱傳導率接近鉬和鎢。采用與集成電路（IC）類(lèi)似的生成技術(shù)，可大量利用IC生產(chǎn)中的成熟技術(shù)、工藝，進(jìn)行大批量、低成本生產(chǎn)。

 

隨著(zhù)新型半導體材料和MEMS加工工藝、敏感元件集成設計、傳感器結構設計與制造工藝的不斷突破，MEMS傳感器已經(jīng)衍生出眾多品種，其分類(lèi)方法很多。按其工作原理，MEMS傳感器可以分為物理型MEMS傳感器、化學(xué)型MEMS傳感器以及生物型MEMS傳感器三類(lèi)。其中，物理型MEMS傳感器是汽車(chē)上采用得最為普遍的傳感器，主要應用于安全系統、制動(dòng)防抱死系統( ABS )、發(fā)動(dòng)機系統、行車(chē)導航、車(chē)輛監護和自診斷等方面。目前，車(chē)用MEMS傳感器市場(chǎng)的主導產(chǎn)品為壓力傳感器、加速度計、微陀螺儀、化學(xué)傳感器、氣體傳感器和指紋識別傳感器等。

 

 

具體來(lái)說(shuō)，MEMS壓力傳感器可以用來(lái)測量氣囊壓力、燃油壓力、發(fā)動(dòng)機機油壓力、進(jìn)氣管道壓力及輪胎壓力。這種傳感器用單晶硅作材料，以采用MEMS技術(shù)在材料中間制作成力敏膜片，然后在膜片上擴散雜質(zhì)形成四只應變電阻，再以惠斯頓電橋方式將應變電阻連接成電路，來(lái)獲得高靈敏度。

 

車(chē)用MEMS壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式、聲表面波式等幾種常見(jiàn)的形式。而MEMS加速度計的原理是基于牛頓的經(jīng)典力學(xué)定律，通常由懸掛系統和檢測質(zhì)量組成，通過(guò)微硅質(zhì)量塊的偏移實(shí)現對加速度的檢測，主要用于汽車(chē)安全氣囊系統、防滑系統、汽車(chē)導航系統和防盜系統等，除了有電容式、壓阻式以外，MEMS加速度計還有壓電式、隧道電流型、諧振式和熱電偶式等形式。其中，電容式MEMS加速度計具有靈敏度高、受溫度影響極小等特點(diǎn)，是目前MEMS微加速度計中的主流產(chǎn)品。

 

 

微陀螺儀是一種角速率傳感器，主要用于汽車(chē)導航的GPS信號補償和汽車(chē)底盤(pán)控制系統，主要有振動(dòng)式、轉子式等幾種。目前，應用最多的屬于振動(dòng)陀螺儀，它利用單晶硅或多晶硅的振動(dòng)質(zhì)量塊在被基座帶動(dòng)旋轉時(shí)產(chǎn)生的哥氏效應來(lái)感測角速度。例如汽車(chē)在轉彎時(shí)，系統通過(guò)陀螺儀測量角速度來(lái)指示方向盤(pán)的轉動(dòng)是否到位，主動(dòng)在內側或者外側車(chē)輪上加上適當的制動(dòng)以防止汽車(chē)脫離車(chē)道。通常，它與低加速度計一起構成主動(dòng)控制系統。

 

如今，隨著(zhù)MEMS傳感器越來(lái)越小，功能越來(lái)越多樣化，價(jià)格越來(lái)越低，設計和應用空間也在不斷擴大。借助新型材料，如SiC、納米管、納米線(xiàn)、光導、超導和智能材料等開(kāi)發(fā)出的各種新型MEMS傳感器，進(jìn)一步提高了MEMS傳感器的精度和可靠性。

 

除了應用在汽車(chē)電子中，它在消費類(lèi)電子產(chǎn)品應用市場(chǎng)的普及率也在不斷提高。MEMS技術(shù)正在發(fā)展成為一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，就像近20年來(lái)微電子產(chǎn)業(yè)和計算機產(chǎn)業(yè)給人類(lèi)帶來(lái)的巨大變化一樣，MEMS也在孕育一場(chǎng)深刻的技術(shù)變革并對人類(lèi)社會(huì )產(chǎn)生新一輪的影響。

 

 

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