經過四十多年的發展，已成為世界矚目的重大科技領域之一。它涉及電子、機械、材料
、物理學、化學、生物學、醫學等多種學科與技術，具有廣闊的應用前景。

 

 

一、MEMS傳感器的主要分類

 

1
、傳感

 

傳感MEMS技術是指用微電子微機械加工出來的、用敏感元件如電容、壓電、壓阻


、熱電耦、諧振、隧道電流等來感受轉換電信號的器件和係統。它包括速度
、壓力、濕度、加速度、氣體、磁、光
、聲、生物
、化學等各種傳感器，按種類分主要有:麵陣觸覺傳感器、諧振力敏感傳感器、微型加速度傳感器、真空微電子傳感器等。傳感器的發展方向是陣列化
、集成化
、智能化。由於傳感器是人類探索自然界的觸角，是各種自動化裝置的神經元，且應用領域廣泛，未來將備受世界各國的重視。

 

2、生物

 

生物MEMS技術是用MEMS技術製造的化學/生物微型分析和檢測芯片或儀器，有一種在襯底上製造出的微型驅動泵

、微控製閥、通道網絡
、樣品處理器、混合池
、計量、增擴器

、反應器、分離器以及檢測器等元器件並集成為多功能芯片。可以實現樣品的進樣
、稀釋、加試劑、混合、增擴、反應、分離
、檢測和後處理等分析全過程。它把傳統的分析實驗室功能微縮在一個芯片上。生物MEMS係統具有微型化、集成化
、智能化、成本低的特點。功能上有獲取信息量大、分析效率高、係統與外部連接少、實時通信、連續檢測的特點。國際上生物MEMS的研究已成為熱點，不久將為生物、化學分析係統帶來一場重大的革新。

 

3
、光學

 

隨著信息技術、光通信技術的迅猛發展，MEMS發展的又一領域是與光學相結合

，即綜合微電子、微機械、光電子技術等基礎技術，開發新型光器件，稱為微光機電係統(MOEMS)。它能把各種MEMS結構件與微光學器件
、光波導器件
、半導體激光器件、光電檢測器件等完整地集成在一起。形成一種全新的功能係統。MOEMS具有體積小、成本低



、可批量生產、可精確驅動和控製等特點。較成功的應用科學研究主要集中在兩個方麵:一是基於MOEMS的新型顯示、投影設備，主要研究如何通過反射麵的物理運動來進行光的空間調製
，典型代表為數字微鏡陣列芯片和光柵光閥
；二是通信係統
，主要研究通過微鏡的物理運動來控製光路發生預期的改變，較成功的有光開關調製器、光濾波器及複用器等光通信器件。MOEMS是綜合性和學科交叉性很強的高新技術，開展這個領域的科學技術研究，可以帶動大量的新概念的功能器件開發。

 

4、射頻

 

射頻MEMS技術傳統上分為固定的和可動的兩類。固定的MEMS器件包括本體微機械加工傳輸線
、濾波器和耦合器，可動的MEMS器件包括開關
、調諧器和可變電容。按技術層麵又分為由微機械開關、可變電容器和電感諧振器組成的基本器件層麵
；由移相器
、濾波器和VCO等組成的組件層麵；由單片接收機、變波束雷達、相控陣雷達天線組成的應用係統層麵。

 

二
、MEMS傳感器的主要應用領域有哪些？

 

1、醫療

 

MEMS傳感器應用於無創胎心檢測
，檢測胎兒心率是一項技術性很強的工作，由於胎兒心率很快，在每分鍾l20～160次(ci)之(zhi)間(jian)，用(yong)傳(chuan)統(tong)的(de)聽(ting)診(zhen)器(qi)甚(shen)至(zhi)隻(zhi)有(you)放(fang)大(da)作(zuo)用(yong)的(de)超(chao)聲(sheng)多(duo)普(pu)勒(le)儀(yi)
，用(yong)人(ren)工(gong)計(ji)數(shu)很(hen)難(nan)測(ce)量(liang)準(zhun)確(que)。而(er)具(ju)有(you)數(shu)字(zi)顯(xian)示(shi)功(gong)能(neng)的(de)超(chao)聲(sheng)多(duo)普(pu)勒(le)胎(tai)心(xin)監(jian)護(hu)儀(yi)
，價(jia)格(ge)昂(ang)貴(gui)
，僅(jin)為(wei)少(shao)數(shu)大(da)醫(yi)院(yuan)使(shi)用(yong)
，在(zai)中(zhong)
、小(xiao)型(xing)醫(yi)院(yuan)及(ji)廣(guang)大(da)的(de)農(nong)村(cun)地(di)區(qu)無(wu)法(fa)普(pu)及(ji)。此(ci)外(wai)，超(chao)聲(sheng)振(zhen)動(dong)波(bo)作(zuo)用(yong)於(yu)胎(tai)兒(er)
，會(hui)對(dui)胎(tai)兒(er)產(chan)生(sheng)很(hen)大(da)的(de)不(bu)利(li)作(zuo)用(yong)。盡(jin)管(guan)檢(jian)測(ce)劑(ji)量(liang)很(hen)低(di)，也(ye)屬(shu)於(yu)有(you)損(sun)探(tan)測(ce)範(fan)疇(chou)
，不(bu)適(shi)於(yu)經(jing)常(chang)性(xing)


、重複性的檢查及家庭使用。

 

基於VTI公司的MEMS加速度傳感器，提出一種無創胎心檢測方法

，研製出一種簡單易學
、直(zhi)觀(guan)準(zhun)確(que)的(de)介(jie)於(yu)胎(tai)心(xin)聽(ting)診(zhen)器(qi)和(he)多(duo)普(pu)勒(le)胎(tai)兒(er)監(jian)護(hu)儀(yi)之(zhi)間(jian)的(de)臨(lin)床(chuang)診(zhen)斷(duan)和(he)孕(yun)婦(fu)自(zi)檢(jian)的(de)醫(yi)療(liao)輔(fu)助(zhu)儀(yi)器(qi)。通(tong)過(guo)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)將(jiang)胎(tai)兒(er)心(xin)率(lv)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)模(mo)擬(ni)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)
，經(jing)前(qian)置(zhi)放(fang)大(da)用(yong)的(de)儀(yi)器(qi)放(fang)大(da)器(qi)實(shi)現(xian)差(cha)值(zhi)放(fang)大(da)。然(ran)後(hou)進(jin)行(xing)濾(lv)波(bo)等(deng)一(yi)係(xi)列(lie)中(zhong)間(jian)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)，用(yong)A/D轉換器將模擬電壓信號轉換成數字信號。通過光隔離器件輸入到單片機進行分析處理，最後輸出處理結果。

 

基於MEMS加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)設(she)計(ji)的(de)胎(tai)兒(er)心(xin)率(lv)檢(jian)測(ce)儀(yi)在(zai)適(shi)當(dang)改(gai)進(jin)後(hou)能(neng)夠(gou)以(yi)此(ci)為(wei)終(zhong)端(duan)，做(zuo)一(yi)個(ge)遠(yuan)程(cheng)胎(tai)心(xin)監(jian)護(hu)係(xi)統(tong)。醫(yi)院(yuan)端(duan)的(de)中(zhong)央(yang)信(xin)號(hao)采(cai)集(ji)分(fen)析(xi)監(jian)護(hu)主(zhu)機(ji)給(gei)出(chu)自(zi)動(dong)分(fen)析(xi)結(jie)果(guo)，醫(yi)生(sheng)對(dui)該(gai)結(jie)果(guo)進(jin)行(xing)診(zhen)斷(duan)
，如(ru)果(guo)有(you)問(wen)題(ti)及(ji)時(shi)通(tong)知(zhi)孕(yun)婦(fu)到(dao)醫(yi)院(yuan)來(lai)。該(gai)技(ji)術(shu)有(you)利(li)於(yu)孕(yun)婦(fu)隨(sui)時(shi)檢(jian)查(zha)胎(tai)兒(er)的(de)狀(zhuang)況(kuang)，有(you)利(li)於(yu)胎(tai)兒(er)和(he)孕(yun)婦(fu)的(de)健(jian)康(kang)。

 

2、汽車

 

MEMS壓力傳感器主要應用在測量氣囊壓力

、燃油壓力、發動機機油壓力
、進氣管道壓力及輪胎壓力。這種傳感器用單晶矽作材料，以采用MEMS技(ji)術(shu)在(zai)材(cai)料(liao)中(zhong)間(jian)製(zhi)作(zuo)成(cheng)力(li)敏(min)膜(mo)片(pian)，然(ran)後(hou)在(zai)膜(mo)片(pian)上(shang)擴(kuo)散(san)雜(za)質(zhi)形(xing)成(cheng)四(si)隻(zhi)應(ying)變(bian)電(dian)阻(zu)，再(zai)以(yi)惠(hui)斯(si)頓(dun)電(dian)橋(qiao)方(fang)式(shi)將(jiang)應(ying)變(bian)電(dian)阻(zu)連(lian)接(jie)成(cheng)電(dian)路(lu)，來(lai)獲(huo)得(de)高(gao)靈(ling)敏(min)度(du)。車(che)用(yong)MEMS壓力傳感器有電容式、壓阻式
、差動變壓器式
、聲表麵波式等幾種常見的形式。

 

而MEMS加(jia)速(su)度(du)計(ji)的(de)原(yuan)理(li)是(shi)基(ji)於(yu)牛(niu)頓(dun)的(de)經(jing)典(dian)力(li)學(xue)定(ding)律(lv)，通(tong)常(chang)由(you)懸(xuan)掛(gua)係(xi)統(tong)和(he)檢(jian)測(ce)質(zhi)量(liang)組(zu)成(cheng)，通(tong)過(guo)微(wei)矽(gui)質(zhi)量(liang)塊(kuai)的(de)偏(pian)移(yi)實(shi)現(xian)對(dui)加(jia)速(su)度(du)的(de)檢(jian)測(ce)，主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)汽(qi)車(che)安(an)全(quan)氣(qi)囊(nang)係(xi)統(tong)
、防滑係統、汽車導航係統和防盜係統等
，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，是MEMS微加速度計中的主流產品。

 

微陀螺儀是一種角速率傳感器，主要用於汽車導航的GPS信號補償和汽車底盤控製係統，主要有振動式、zhuanzishidengjizhong。yingyongzuiduodeshuyuzhendongtuoluoyi
，taliyongdanjingguihuoduojingguidezhendongzhiliangkuaizaibeijizuodaidongxuanzhuanshichanshengdegeshixiaoyinglaigancejiaosudu。liruqichezaizhuanwanshi，xitongtongguotuoluoyiceliangjiaosudulaizhishifangxiangpandezhuandongshifoudaowei

，zhudongzaineicehuozhewaicechelunshangjiashangshidangdezhidongyifangzhiqichetuolichedao，tongchang，tayudijiasudujiyiqigouchengzhudongkongzhixitong。

 

3、運動追蹤

 

在運動員的日常訓練中，MEMS傳感器可以用來進行3D人體運動測量
，對每一個動作進行記錄，教練們對結果分析
，反複比較，以便提高運動員的成績。隨著MEMS技術的進一步發展，MEMS傳感器的價格也會隨著降低，這在大眾健身房中也可以廣泛應用。

 

在滑雪方麵
，3D運動追蹤中的壓力傳感器
、加速度傳感器
、陀螺儀以及GPS可(ke)以(yi)讓(rang)使(shi)用(yong)者(zhe)獲(huo)得(de)極(ji)精(jing)確(que)的(de)觀(guan)察(cha)能(neng)力(li)，除(chu)了(le)可(ke)提(ti)供(gong)滑(hua)雪(xue)板(ban)的(de)移(yi)動(dong)數(shu)據(ju)外(wai)，還(hai)可(ke)以(yi)記(ji)錄(lu)使(shi)用(yong)者(zhe)的(de)位(wei)置(zhi)和(he)距(ju)離(li)。在(zai)衝(chong)浪(lang)方(fang)麵(mian)也(ye)是(shi)如(ru)此(ci)

，安(an)裝(zhuang)在(zai)衝(chong)浪(lang)板(ban)上(shang)的(de)3D運動追蹤，可以記錄海浪高度、速度、衝浪時間、漿板距離、水溫以及消耗的熱量等信息。

 

4、手機拍照

 

在MEMS Drive出現之前，手機攝像頭主要由音圈馬達移動鏡頭組的方式實現防抖(簡稱鏡頭防抖技術)，受到很大的局限。而另一個在市場上較高端的防抖技術：多軸防抖，則是利用移動圖像傳感器(Image Sensor)補償抖動，但由於這個技術體積龐大、耗電量超出手機載荷，一直無法在手機上應用。

 

憑著微機電在體積和功耗上的突破
，最新技術MEMS Drive類似一張貼在圖像傳感器背麵的平麵馬達，帶動圖像傳感器在三個旋轉軸移動。MEMS Drive defangdoujishushitouguotuoluoyiganzhipaizhaoguochengzhongdeshunjiandoudong，yikaojingmisuanfa，jisuanchumadayingzuodeyidongfudubingzuochukuaisubuchang。zheyixiliedongzuodouyaozaibaifenzhiyimiaoneizuowan
，nidedaodetuxiangcaibuhuiyinweidoudongmohudiao。

 

目前


，全世界有大約600餘家單位從事MEMS的研製和生產工作
，已研製出包括微型壓力傳感器、加速度傳感器、微噴墨打印頭
、數字微鏡顯示器在內的幾百種產品，其中MEMS傳感器占相當大的比例。MEMS傳感器是采用微電子和微機械加工技術製造出來的新型傳感器。與傳統的傳感器相比，它具有體積小
、重量輕
、成本低
、功耗低
、可靠性高

、適於批量化生產、易於集成和實現智能化的特點。同時，在微米量級的特征尺寸使得它可以完成某些傳統機械傳感器所不能實現的功能。

 

隨著時間的推移和技術的逐步發展，MEMS所包含的內容正在不斷增加，並變得更加豐富。MEMS內容歸納為集成傳感器
、微執行器和微係統。人們還把微機械、微結構
、靈巧傳感器和智能傳感器歸入MEMS範疇。製作MEMS的技術包括微電子技術和微加工技術兩大部分。微電子技術的主要內容有:氧化層生長、光刻掩膜製作、光刻選擇摻雜(屏蔽擴散、離子注入)、薄膜(層)生長、連線製作等。

 

微加工技術的主要內容有矽表麵微加工和矽體微加工(各向異性腐蝕
、犧牲層)技術、晶片鍵合技術
、製作高深寬比結構的LIGA技術等。利用微電子技術可製造集成電路和許多傳感器。微加工技術很適合於製作某些壓力傳感器
、加速度傳感器、微泵
、微閥、微溝槽

、微反應室、微執行器、微機械等，這就能充分發揮微電子技術的優勢
，利用MEMS技術大批量、低成本地製造高可靠性的微小衛星。

 

MEMS技術主要屬於微米技術範疇
，MEMSjishudadoujiyuxianyoujishu
，yongyoudadaoxiaodejishutujingzhizuochulaide，fazhanleyipixindejichengqijian，dadatigaoleqijiandegongnenghexiaolv
，yixianshichulejudadeshengmingli。MEMS技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)有(you)可(ke)能(neng)會(hui)像(xiang)微(wei)電(dian)子(zi)一(yi)樣(yang)，對(dui)科(ke)學(xue)技(ji)術(shu)和(he)人(ren)類(lei)生(sheng)活(huo)產(chan)生(sheng)革(ge)命(ming)性(xing)的(de)影(ying)響(xiang)
，尤(you)其(qi)對(dui)微(wei)小(xiao)衛(wei)星(xing)的(de)發(fa)展(zhan)影(ying)響(xiang)更(geng)加(jia)深(shen)遠(yuan)

，必(bi)將(jiang)為(wei)大(da)批(pi)量(liang)生(sheng)產(chan)低(di)成(cheng)本(ben)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)微(wei)小(xiao)衛(wei)星(xing)打(da)開(kai)大(da)門(men)。