【導讀】MEMS技術是隨著半導體集成電路微細加工技術和超精密機械加工技術的發(fā)展而發(fā)展起來的，它開辟了一個全新的技術領域和產(chǎn)業(yè)，其目標是把信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，集成于大尺寸系統(tǒng)中，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動化、智能化和可靠性水平。
采用MEMS技術制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構件、微機械光學器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領域中都有著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考慮多種物理場混合作用，相對于傳統(tǒng)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，密度與鋁類似，熱傳導率接近鉬和鎢。采用與集成電路（IC）類似的生成技術，可大量利用IC生產(chǎn)中的成熟技術、工藝，進行大批量、低成本生產(chǎn)。
隨著新型半導體材料和MEMS加工工藝、敏感元件集成設計、傳感器結(jié)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、化學型MEMS傳感器以及生物型MEMS傳感器三類。其中，物理型MEMS傳感器是汽車上采用得最為普遍的傳感器，主要應用于安全系統(tǒng)、制動防抱死系統(tǒng)( ABS )、發(fā)動機系統(tǒng)、行車導航、車輛監(jiān)護和自診斷等方面。目前，車用MEMS傳感器市場的主導產(chǎn)品為壓力傳感器、加速度計、微陀螺儀、化學傳感器、氣體傳感器和指紋識別傳感器等。
具體來說，MEMS壓力傳感器可以用來測量氣囊壓力、燃油壓力、發(fā)動機機油壓力、進氣管道壓力及輪胎壓力。這種傳感器用單晶硅作材料，以采用MEMS技術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，來獲得高靈敏度。
車用MEMS壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動變壓器式、聲表面波式等幾種常見的形式。而MEMS加速度計的原理是基于牛頓的經(jīng)典力學定律，通常由懸掛系統(tǒng)和檢測質(zhì)量組成，通過微硅質(zhì)量塊的偏移實現(xiàn)對加速度的檢測，主要用于汽車安全氣囊系統(tǒng)、防滑系統(tǒng)、汽車導航系統(tǒng)和防盜系統(tǒng)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，主要用于汽車導航的GPS信號補償和汽車底盤控制系統(tǒng)，主要有振動式、轉(zhuǎn)子式等幾種。目前，應用最多的屬于振動陀螺儀，它利用單晶硅或多晶硅的振動質(zhì)量塊在被基座帶動旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的哥氏效應來感測角速度。例如汽車在轉(zhuǎn)彎時，系統(tǒng)通過陀螺儀測量角速度來指示方向盤的轉(zhuǎn)動是否到位，主動在內(nèi)側(cè)或者外側(cè)車輪上加上適當?shù)闹苿右苑乐蛊嚸撾x車道。通常，它與低加速度計一起構成主動控制系統(tǒng)。
如今，隨著MEMS傳感器越來越小，功能越來越多樣化，價格越來越低，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、光導、超導和智能材料等開發(fā)出的各種新型MEMS傳感器，進一步提高了MEMS傳感器的精度和可靠性。
除了應用在汽車電子中，它在消費類電子產(chǎn)品應用市場的普及率也在不斷提高。MEMS技術正在發(fā)展成為一個巨大的產(chǎn)業(yè)，就像近20年來微電子產(chǎn)業(yè)和計算機產(chǎn)業(yè)給人類帶來的巨大變化一樣，MEMS也在孕育一場深刻的技術變革并對人類社會產(chǎn)生新一輪的影響。
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