MEMS传感器的发展现状及应用综述_郝旭欢.pdf

第3期 无线互联科技 No.3 2016年2月 Wireless Internet Technology February，2016 MEMS传感器的发展现状及应用综述 1 2 3 郝旭欢 ，常 博 ，郝旭丽 （1.河北农业大学 机电工程学院，河北 保定 071000；2.唐山机车车辆有限责任公司，河北 唐山 063000； 3.华北理工大学附属医院，河北 唐山 063000） 摘 要：在微电子技术高速发展的大潮中，MEMS（Microelectro-mechanical systems）传感器也得到广泛应用。首先，文章 简单介绍MEMS传感器的概念、特点、典型代表。其次，举例阐述其在国内外的最新研究进展、产品及应用情况，包括基本原 理、实现功能的先进性。最后，从无源化、材料多样化、微型化等方面对MEMS传感器的发展方向进行展望。 关键词：微电子机械系统；传感器；应用 随着传感器技术与微电子技术的快速发展，MEMS传感 量谐振梁的谐振频率变化间接测量压力[7]。 器不断创新和发展，在近日由EEVIA主办的第五届“趋势 创 1.2.2 MEMS加速度传感器 新 共赢”年度中国ICT媒体论坛暨2016产业和技术展望研讨 MEMS加速度传感器根据原理可分为压阻式、压电式、电 会上，ADI亚太区微机电产品市场和应用经理赵延辉（Neil） 容式、热电偶式、光波导式等多种类型的加速度传感器，其 表示，MEMS正在让创新超越一切可能。从汽车到智能手机， 中应用最广泛的是电容式加速度传感器。其基本工作原理可 再到现在的智能穿戴领域，MEMS传感器的应用在生活中无处 概括为：当加速度计连同外界物体一起加速运动时，质量块 不在，其将成为推进第四次工业革命的重要力量。 受到惯性力的作用向相反方向运动，同敏感质量块相连的可 1 MEMS传感器 动极板与固定极板之间的电容就会发生相应的改变，如果测 1.1 MEMS传感器的概念及特点 得感应器输出电压的变化，相当于测得质量块的位移，位移 MEMS传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器， 与待测加速度具有一一对应的关系，即测得外界加速度[8]。 是MEMS器件的一个重要分支[1] 。依赖于MEMS技术的传感器 MEMS加速度传感器可用于倾斜度检测、运动检测、定位侦 主要有以下技术特点[2] ：（1）微型化：体积微小是MEMS器 测、振动侦测等各种侦测活动，广泛应用于自动化控制、军 件最为明显的特征，其芯片的尺度基本为纳米或微米级别。 工、航空等方面。 （2）多样化：MEMS的多样化主要表现在其工艺、应用领域及 1.2.3 MEMS陀螺仪 材料等方面。（3）集成化：通过MEMS工艺，可以实现对功能、 MEMS陀螺仪利用科里奥效应测量运动物体的角速度，根 敏感方向不同的多个传感器的集成，形成微传感器阵列或微 据科里奥效应，在三维直角坐标中，当物体沿X轴正方向运动 系统。（4）尺度相应现象：因MEMS芯片尺度的缩小，对原有 且施加角旋转速率时，该物体将受到Y轴负方向的力。然后， 理论基础带来了较大影响，如力的尺寸效应、微摩擦学、微 从一个电容感应结构可以测到科里奥效应最终产生的物理 构造学、微热力学等，都需要更加深入的研究。（5）批量化： 位移[9]。传统的陀螺仪体积庞大，重量大，结构复杂，使用很 MEMS器件与微电子芯片相似，可进行大批量生产且生产成本 不方便，基于MEMS技术的陀螺仪以微型化、高性能、易于制 不高，有利于MEMS产品工业化规模经济的实现。 造等优点在军事装备、医疗仪器、消费