MEMS微流体传感器
MEMS生物传感器
MEMS生物传感器的分类： MEMS生物传感器的分类： 1、根据生物活性物质，可分为：酶传感器 、免疫传感 器 、DNA传感器、组织传感器和微生物传感器等 。 DNA传感器、组织传感器和微生物传感器等 2、根据检测原理，可分为：光学生物传感器、电化学 生物传感器及压电生物传感器。其中光学生物传感器 应用广泛，检测方式有荧光 、椭偏、干涉 、折射、 波导 、表面等 。 3、根据所监测的物理量 、化学量或生物量而命名，可 命名为热传感器、光传感器、胰岛素传感器 等。 4、根据用途可统称为免疫传感器 、药物传感器等等 。
总之，MEMS生物传感器是近几年 MEMS和传感领域研究热点 ，具有诸多 优异性能 ，在医学的用 日益广泛 。上述 几个典型例子，仅是其部分应用范围， 旨在说明其优势 与用途。MEMS生物传 感将在诊断、监控、给药、手术 、免疫、 DNA分子定多方面给现代医学带来革新 。
我的讲课完毕！谢谢！
微电子机械系统(MEMS)技术可在微米到纳米的 微电子机械系统(MEMS)技术可在微米到纳米的
尺度上制造固态传感器，并易与信息处理电路 集成在一块芯片上 ，为生物微传感器实现小型 化、便携式 、低成本 ，高灵敏度的片上系统提 供了有力技术支持 。
二、 MEMS生物传感器的特点： MEMS生物传感器的特点： MEMS生物传感器 MEMS生物传感器 由分子识别元件和信号转换器 组成 。 分子识别元件即感受器 ，由生物活性物质构成 ， 直接接触待检测物质 ，具有分 子识别能力 ，有 的还能放大反应信号 。 信号转换器就是换能器 ，属于电化学或光学检测 元件 ，可将生物识别事件转换为可检测的信号。 被分析物中的特异性待测物与分子识别元件结合 后产生 的复合物、光、热等 ， 就被信号转换器 转变为电信号或光信号等送出并经 显示处理 ， 进行分析监测。
MEMS传感器现状及应用
MEMS传感器现状及应用王淑华(中国电子科技集团公司第十三研究所,石家庄050051)摘要:M EM S传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。
首先,简单介绍了M EMS传感器的分类和典型应用。
其次,对M EM S压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEM S传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。
介绍MEM S压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。
最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEM S传感器的发展趋势进行了展望。
关键词:微电子机械系统(M EM S);传感器;加速度计;陀螺仪;压力传感器中图分类号:TH703文献标识码:A文章编号:1671-4776(2011)08-0516-07Current Status and Applications of MEMS SensorsWang Shuhua(T he13th Resear ch I ns titute,CE T C,S hij iaz huang050051,China)Abstract:MEMS sensors feature great varieties,rapid development and w ide applications.Firstly, the catego ries and ty pical applicatio ns of M EM S sensor s are introduced briefly.T hen three typ-i cal M EMS sensors,i1e.the pressure sensor,acceler ometer and g yrosco pe ar e illustrated in de-tail,including the subdiv ision,current technical capability and perfo rmance index,latest resear ch pro gress,products and their applications.Besides that,the research status of the MEM S pr es-sur e sensor using new m aterials for the extreme enviro nm ent at ho me and abro ad is presented. Finally,developm ent trends of M EM S sensors ar e predicted in term s o f new materials,pro ces-sing and assembling technolog y.Key words:micr oelectr omechanical system(M EM S);sensor;accelerom eter;gyr oscope;pr es-sur e sensorDOI:10.3969/j.issn.1671-4776.2011.08.008EEACC:25750引言MEM S传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器,是M EMS器件的一个重要分支。
mems传感器、执行装置等应用领域,关键技术与国内外发展概况
mems传感器、执行装置等应用领域,关键技术与国内外发展概况MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。
与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。
同时，微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。
第一个微型传感器诞生于1962年，至此开启了MEMS技术的先河。
此后，MEMS传感器作为MEMS技术的重要分支发展速度最快，长期受到美、日、英、俄等世界大国的高度重视，各国纷纷将MEMS传感器技术作为战略性技术领域之一，投入巨资进行专项研究。
随着微电子技术、集成电路和加工工艺的发展，传感器的微型化、智能化、网络化和多功能化得到快速发展，MEMS传感器逐步取代传统的机械传感器，占据传感器主导地位，并在消费电子、汽车工业、航空航天、机械、化工、医药、生物等领域得到了广泛应用。
1 MEMS传感器及分类从微小化和集成化的角度，MEMS（或称微系统）指可批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统。
微机电系统（MEMS）是在微电子技术的基础上发展起来的，融合了硅微加工和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息技术构成的微型系统。
是20世纪末、21世纪初兴起的科学前沿，是当前十分活跃的研究领域，涉及多学科的交叉，如物理学、力学、化学、生物学等基础学科和材料、机械、电子、信息等工程技术学科。
该领域研究时间虽然很短，但是已经在工业、农业、机械电子、生物医疗等方面取得很大的突破，同时产生了巨大的经济效益。
2.1 MEMS传感器MEMS传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器，是MEMS 器件的一个重要分支。
依赖于MEMS技术的传感器主要有以下技术特点：1）微型化：体积微小是MEMS器件最为明显的特征，其芯片的尺度基本为纳米或微米级别。
mems传感器原理
mems传感器原理MEMS传感器原理MEMS传感器是一种微型传感器，全称为Micro-Electro-Mechanical Systems传感器，是利用微机电技术制造的传感器。
它的工作原理是通过微小的机械运动或电学信号的变化来测量和检测物理量。
MEMS传感器广泛应用于手机、汽车、医疗设备等各个领域，成为现代科技的重要组成部分。
1. MEMS传感器的结构MEMS传感器的核心部分是微机电系统。
它由微小的机械结构和电学部分组成。
微小的机械结构通常由硅片制成，具有非常高的精度和稳定性。
电学部分则包括传感器的电路和信号处理单元。
这些部分通过微纳加工技术相互结合，形成一个完整的MEMS传感器。
2. MEMS传感器的原理MEMS传感器的工作原理主要分为机械型和电容型两种。
机械型MEMS传感器利用微小的机械结构的运动来感知物理量。
例如，加速度计就是一种机械型MEMS传感器。
它通过测量微小结构的运动变化来检测物体的加速度。
当物体加速或减速时，微小结构会受到力的作用，从而产生微小的位移。
通过测量这个位移，可以确定物体的加速度。
机械型MEMS传感器还可以用于测量压力、温度等物理量。
电容型MEMS传感器则利用电学信号的变化来感知物理量。
其中最常见的是电容式加速度计。
电容式加速度计由两个电极组成，当传感器受到加速度时，电极之间的电容会发生变化。
通过测量电容的变化，可以确定物体的加速度。
电容型MEMS传感器还可以用于测量角度、磁场等物理量。
3. MEMS传感器的优势MEMS传感器相比传统的传感器具有许多优势。
MEMS传感器体积小、重量轻。
由于采用了微纳加工技术，MEMS 传感器可以制造出非常微小的结构，从而大大减小了传感器的尺寸和重量。
这使得MEMS传感器可以方便地集成到各种设备中，如手机、智能手表等。
MEMS传感器功耗低。
由于体积小，MEMS传感器所需的电力也较低。
这不仅延长了电池寿命，还降低了能源消耗。
MEMS传感器响应速度快。
基于MEMS技术的硅微机械流体传感器的原理及应用
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mems流量传感器原理
MEMS流量传感器原理MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）流量传感器是一种基于微电子机械系统技术的流量测量设备。
它利用微型结构和微电子技术制造的微小元件，通过测量流体通过传感器时产生的压力差或热传导来确定流体流量。
本文将详细介绍MEMS流量传感器的基本原理。
1. 压差式MEMS流量传感器压差式MEMS流量传感器是最常见的一种类型。
它基于流体通过传感器时产生的压力差来测量流量。
以下是该传感器的基本原理：1.传感器结构：压差式MEMS流量传感器通常由两个或多个微型通道组成。
其中一个通道称为“探测通道”，另一个通道称为“参考通道”。
这些通道之间通过微小孔隙或微型阀门连接。
2.流体进入：流体进入传感器后，分流到探测通道和参考通道。
3.压力差产生：流体通过探测通道时，由于通道的几何形状和流体的速度，会产生一定的压力降。
而参考通道则相对较为平缓，压力较低。
4.压力传感器：探测通道和参考通道的两端分别安装了压力传感器。
这些传感器可以测量通道两端的压力差。
5.压力差转换：传感器将测得的压力差转换为电信号，通过处理电路进行放大和滤波，然后输出。
6.流量计算：根据已知的传感器特性和流体力学原理，使用计算公式将压力差转换为流体的流量。
压差式MEMS流量传感器的优点是结构简单，制造成本低，响应速度快。
然而，它对流体的粘度和密度变化较为敏感，需要进行定标和校正以获得准确的流量测量。
2. 热式MEMS流量传感器热式MEMS流量传感器是另一种常见的类型，它利用流体通过传感器时的热传导来测量流量。
以下是该传感器的基本原理：1.传感器结构：热式MEMS流量传感器通常由两个或多个微型热敏电阻（RTD）组成。
这些电阻被制造在微型通道中，与流体接触。
2.加热元件：其中一个电阻作为加热元件，通过加热产生一定的温度差。
3.测温元件：其他电阻作为测温元件，用于测量流体通过传感器时的温度变化。
4.热传导：流体通过传感器时，温度差会导致热量传导到流体中，使测温元件的温度发生变化。
MEMS传感器
MEMS传感器MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器，与传统的传感器相比，它具有：微型化,集成化,低功耗,低成本,高精度,长寿命,动态性能好,可靠性高，适于批量生产,易于集成和实现智能化的特点，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。
MEMS传感器的种类有很多，发展很快但在这几年发展速度放缓，MEMS传感器的种类很多导致了其分类方法很多。
按其工作原理, 可分为物理型、化学型和生物型三类M EM S 传感器分类及典型应用。
按照被测的量又可分为加速度、角速度、压力、位移、流量、电量、磁场、红外、温度、气体成分、湿度、pH 值、离子浓度、生物浓度及触觉等类型的传感器。
目前MEMS传感器的工作原理主要有压阻式，电容式，压电式，力平衡式，热对流式，谐振式等。
一．1.MEMS压力传感器MEMS传感器的发展以20世纪60年代霍尼韦尔研究中心和贝尔实验室研制出首硅隔膜压力传感器和应变计为开端。
压力传感器是影响最为深远且应用最广泛的MEMS传感器, 其性能由测量范围、测量精度、非线性和工作温度决定。
从信号检测方式划分, MEMS压力传感器可分为压阻式、电容式和谐振式等; 从敏感膜结构划分, 可分为圆形、方形、矩形和E 形等。
硅压力传感器主要是硅扩散型压阻式压力传感器, 其工艺成熟, 尺寸较小, 且性能优异, 性价比较高。
2.MEMS加速计MEMS加速度计用于测量载体的加速度, 并提供相关的速度和位移信息。
MEMS加速度计的主要性能指标包括测量范围、分辨率、标度因数稳定性、标度因数非线性、噪声、零偏稳定性和带宽等。
电容式、压电式和压阻式MEMS加速度计的性能比技术指标电容式压电式压阻式尺寸大小中等温度范围非常宽宽中等线形度误差高中等低直流响应有无有灵敏度高中等中等冲击造成的零位漂移无有无电路复杂程度高中等低成本高高低3.MEMS陀螺仪MEMS陀螺仪是一种振动式角速率传感器,其特点是几何结构复杂和精准度较高。
MEMS技术在微流控芯片中的应用
MEMS技术在微流控芯片中的应用近年来，激光技术、微纳加工技术、生物传感技术等一系列新兴技术的迅速发展，推动微流控芯片技术不断取得新的进展。
微流控芯片是一种将微小液滴、细胞、粒子等进行微小操作的芯片，已经在药物筛选、病毒检测、细胞捕获和分离等多个领域得到应用。
其中，MEMS技术是微流控芯片中不可或缺的技术之一，本文将探讨MEMS技术在微流控芯片中的应用。
一、MEMS技术在微流控芯片中的基本原理MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）技术是指采用微电子加工技术制造微小的机械、电子、光学和磁学元件或系统的技术。
在微流控芯片中，MEMS技术主要用于制造微型流体控制器件，如微型泵、微型阀门、微通道等。
通过MEMS制造的微流体控制器件，可以在微小尺度内实现精确灵活的流体操控和分析。
以微型泵为例，其原理是利用电压控制微小压电膜的膨胀和收缩，从而产生微流体引导和输送的效果。
而微型阀门则利用电极控制膜片的抬升和下压，从而实现流体的开关控制。
通过MEMS技术的微流体控制器件，可以实现精确的微小流体操作和分析，为微流控芯片的应用打下坚实的基础。
二、MEMS技术在微流控芯片中的应用领域1.生物学应用MEMS技术在生物学应用方面的威力凸显。
通过MEMS技术制造微型通道、微型泵和微型阀门，可以实现微小液滴、细胞、粒子等的分离、操控和检测。
同时，MEMS技术也可以制造微型生物芯片，实现分子检测、蛋白质分析、细胞分离等多项生物实验。
2.医学应用MEMS技术在医学应用中得到广泛应用。
微流控芯片可以显著提高药物筛选的效率，同时也能对药物对病原微生物生成的影响进行研究。
针对疾病诊断方面，可以通过微流控芯片进行肿瘤细胞检测、糖尿病病人血糖监测等，为临床医学提供更为精准的检测手段。
3.环境应用MEMS技术在环境应用领域的应用正在不断拓展。
利用微流控芯片制备环境检测芯片，可以实现对污染物的迅速监测和分析。
mems微机电系统名词解释
mems微机电系统名词解释MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）是一种集成微型机械、电子与传感器功能于一身的微型设备。
它结合了传统的机械制造技术、半导体工艺和微纳米技术，将微型机械部件、传感器、电子电路以及微纳加工技术集成在一个晶圆上，以实现微型化、多功能化和集成化的目标。
以下是一些与MEMS相关的名词解释：1. 传感器（Sensor）：一种能够感知并转换外部物理量、化学量或生物量的设备，可以将感应到的物理量转化为电信号。
2. 执行器（Actuator）：一种能够接收电信号并将其转化为相应的机械运动的设备，用来实现对外界的控制或作用。
3. 微型机械（Micro-Mechanical）：指尺寸在微米或纳米级别的机械部件，由微细加工技术制造而成，具有微小、精确和高效的特点。
4. 纳米技术（Nanotechnology）：一种研究和应用物质在纳米尺度下的特性、制备和操作的技术，常用于MEMS器件的加工制造。
5. 惯性传感器（Inertial Sensor）：一种基于测量物体运动状态和变化的MEMS传感器，如加速度计和陀螺仪。
6. 压力传感器（Pressure Sensor）：一种可以测量气体或液体压力的MEMS传感器，常用于汽车、医疗、工业等领域。
7. 加速度计（Accelerometer）：一种测量物体在空间中加速度的MEMS传感器，常用于移动设备、运动检测等应用。
8. 微镜（Micro-Mirror）：一种利用MEMS技术制造的微型反射镜，通常用于显示、成像和光学通信等应用。
9. 微流体器件（Microfluidic Device）：一种用于实现微小流体控制的MEMS器件，常用于生化分析、药物传递和微生物学研究等领域。
10. 无线传感器网络（Wireless Sensor Network）：一种由多个分布式的MEMS传感器节点组成的网络系统，可以实现对环境信息的实时采集、处理和通信。
《MEMS微系统》第一章课后习题
《MEMS和微系统——设计与制造》第一章MEMS和微系统概论第一部分：多项选择1．当前MEMS产品最大的市场份额属于。
(1)微流体；(2)微传感器；(3)微加速度计2．MEMS器件的尺寸范围是。
(1)从1μm到1mm；(2)从1nm到1μm；(3)从1mm到1cm3．1nm是。
(1)10-6m，(2)10-9m，(3)10-12m。
4．当我们说一个器件在中等尺度的时候，意思是说这个器件的尺寸范围是。
(1)1pm到1mm；(2)1nm到1μm；(3)1mm到1cm5．微系统的起源可以回溯到的发明。
(1)晶体管；(2)集成电路；(3)硅压力传感器6．一个现代集成电路可能包含个晶体管和电容。
(1)100,000；(2)1,000,000；(3)10,000,0007．计算机的小型化可能主要是由于的发明。
(1)更好的存储系统；(2)用晶体管代替真空管；(3)集成电路8．通常，微系统包括个部件。
(1)1；(2)2；(3)39．通常用在汽车气囊展开系统中的传感器是。
(1)压力传感器；(2)惯性传感器；(3)化学传感器。
10．“芯片上的实验室”意思是。
(1)在芯片上表演实验；(2)在芯片上集成微传感器和致动器；(3)在芯片上集成微系统和微电子电路11．现代微加工技术的起源是。
(1)晶体管的发明；(2)集成电路的发明；(3)微加工技术的发明12．第一次非常重要的小型化出现于。
(1)集成电路；(2)台式计算机；(3)移动电话13．单词“微加工"第一次公开出现是在。
(1)20世纪70年代；(2)20世纪80年代；(3)20世纪90年代14．单词“LIGA"是指。
(1)微制造工艺；(2)微加工工艺；(3)材料处理工艺15．典型的单个超大规模集成电路芯片可以包括个晶体管。
(1)100万；(2)1000万；(3)1亿16．集成电路的发展始于。
(1)20世纪60年代；(2)20世纪70年代；(3)20世纪50年代17．第一个数字计算机ENIAC是在开发的。
mems微流控芯片工作原理 -回复
mems微流控芯片工作原理 -回复【微流控芯片工作原理：探索MEMS技术在生物医学领域的革新应用】微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，简称MEMS）微流控芯片是一种集精密机械、微电子和生物化学于一体的微型化系统，它通过控制微尺度流体通道内的流体流动，实现对生物样本的精确操控与分析。
本文将深入探讨MEMS微流控芯片的工作原理及其在生物医学领域的广泛应用。
一、MEMS微流控芯片基础结构MEMS微流控芯片的核心在于其微纳级别的流体通道网络，这些通道通常由硅、玻璃或聚合物等材料通过光刻、蚀刻等微细加工技术构建而成。
芯片尺寸一般在毫米到厘米级别，而内部通道直径则可小至几十微米甚至纳米级别。
这种高度集成化的结构使得在微小空间内进行复杂的生物化学反应成为可能。
二、微流控芯片工作原理1. 流体驱动与操控：MEMS微流控芯片的工作始于流体的注入和驱动。
利用压电、热气泡、电渗流、毛细作用等物理原理，可以精确控制微流体在通道内的流动速度、方向及流量，实现混合、分离、聚焦等多种操作。
2. 生物分子的捕获与检测：在微流控通道内，生物分子如DNA、蛋白质等可通过特定设计的固定化区域（如抗体修饰表面）被捕获并富集。
此外，结合荧光标记、比色法、电化学传感等方式，可在芯片上直接完成对目标分子的实时、定量检测。
3. 微反应器功能：由于微流控芯片具有极高的表面积体积比，使得生物化学反应在极小的空间内即可高效进行。
芯片上的各个微反应室可以独立进行不同的反应步骤，实现连续流、批量处理或单细胞水平的精准操作。
三、MEMS微流控芯片在生物医学领域的应用1. 精准医疗诊断：基于MEMS微流控芯片的便携式即时诊断设备，如PCR（聚合酶链反应）芯片、生物传感器芯片等，能在现场快速检测病毒、细菌、遗传疾病标志物等，显著提高诊断效率与准确性。
2. 单细胞分析：微流控芯片能对单个细胞进行捕获、分选、裂解及后续的基因表达分析，为肿瘤异质性研究、免疫细胞功能分析等领域提供了强大工具。
MEMS传感器
一文读懂MEMS传感器什么是MEMS传感器？MEMS的全称是微型电子机械系统（Micro-ElectroMechanical System），微机电系统是指可批量制作的，将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等集成于一块或多块芯片上的微型器件或系统。
而MEMS传感器就是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。
MEMS是用传统的半导体工艺和材料，以半导体制造技术为基础发展起来的一种先进的制造技术，学科交叉现象极其明显，主要涉及微加工技术，机械学/固体声波理论，热流理论，电子学、材料、物理学、化学、生物学、医学等等。
经过四十多年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。
加工工艺：MEMS技术基于已经相当成熟的微电子技术、集成电路技术及其加工工艺。
它与传统的IC工艺有许多相似之处，如光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光工艺等，但是有些复杂的微结构难以用IC工艺实现，必须采用微加工技术制造。
微加工技术包括硅的体微加工技术、表面微加工技术和特殊微加工技术。
体加工技术是指沿着硅衬底的厚度方向对硅衬底进行刻蚀的工艺，包括湿法刻蚀和干法刻蚀，是实现三维结构的重要方法。
表面微加工是采用薄膜沉积、光刻以及刻蚀工艺，通过在牺牲层薄膜上沉积结构层薄膜，然后去除牺牲层释放结构层实现可动结构。
除了上述两种微加工技术以外，MEMS制造还广泛地使用多种特殊加工方法，其中常见的方法包括键合、LIGA、电镀、软光刻、微模铸、微立体光刻与微电火花加工等。
应用材料：硅基材料：大部分集成电路和MEMS的原材料是硅(Si)，这个神奇的VI族元素可以从二氧化硅中大量提取出来。
而二氧化硅是什么？说的通俗一点，就是沙子。
沙子君在经历了一系列复杂的加工过程之后，就变成了单晶硅，长这个样子：这个长长的大柱子，直径可以是 1 inch (2.5 cm) 到 12 inch (30 cm)，被切成一层层 500 微米厚的硅片（英文：wafer，和威化饼同词），长这个样子：采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。
应用于流动控制的MEMS传感器和执行器
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传感器和执行器
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mems传感器的工作原理及应用
MEMS传感器的工作原理及应用1. 什么是MEMS传感器MEMS传感器（Microelectromechanical Systems Sensors）是一种集成微纳制造技术与传感器技术于一体的传感器。
它由微机电系统（Microelectromechanical Systems，简称MEMS）技术制造而成，具有微秒级响应速度、微米级灵敏度和微瓦级功耗的特点。
2. MEMS传感器的工作原理MEMS传感器利用微机电系统技术将传感元件制造在芯片上，通过检测物理量的变化来获得所需的信号。
下面介绍几种常见的MEMS传感器及其工作原理：2.1 加速度传感器加速度传感器是一种常见的MEMS传感器，能够检测物体在三个方向上的加速度变化。
其工作原理基于牛顿第二定律，利用质量块与弹簧系统的运动来检测加速度变化。
•工作原理：1.加速度传感器内部包含一个质量块，可通过弹簧固定在一个外壳上。
2.当传感器受到加速度作用时，质量块与外壳之间产生相对位移。
3.基于压电效应或电容变化等原理，测量相对位移，并将其转化为电信号输出。
2.2 压力传感器压力传感器是一种常用的MEMS传感器，可用于测量气体或液体的压力变化。
其工作原理基于压电效应或电阻变化来检测压力变化。
•工作原理：1.压力传感器内部设计有感应膜，通常采用金属或半导体材料制成。
2.当传感器受到压力作用时，感应膜产生弯曲。
3.基于压电效应或电阻变化等原理，测量感应膜的变化，并将其转化为电信号输出。
2.3 温度传感器温度传感器是一种广泛应用于工业和消费电子等领域的MEMS传感器，可测量物体的温度变化。
其工作原理基于热敏材料的电阻特性来检测温度变化。
•工作原理：1.温度传感器内部包含一个热敏元件，通常采用电阻器或热敏电阻器制成。
2.当传感器受到温度变化影响时，热敏元件的电阻值会发生变化。
3.通过测量热敏元件的电阻值变化，并将其转化为温度值输出。
3. MEMS传感器的应用MEMS传感器在各个领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用领域：3.1 汽车行业•制动系统：MEMS加速度传感器可用于检测车辆的加速度变化，实现主动安全功能。
MEMS微传感器的工作原理1
MEMS微传感器的工作原理1MEMS微传感器的工作原理1MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）微传感器是一种利用微纳米加工技术制造而成的具有微机械结构和电子集成功能的传感器。
其工作原理主要由微机械结构和电子部分组成，通过电磁、热、压电等方式进行传感和信号处理。
首先，MEMS微传感器通过微纳米加工技术制造出微机械结构，这些结构通常由微梁、微桥、微膜等组成。
其中最常见的微梁结构，通过悬臂梁或压电材料的屈曲变形，实现对外部物理量的测量。
例如，用金属薄膜制成的微梁，通过激光刻蚀等技术加工形成悬臂结构，当外部施加力量时，微梁发生弯曲，产生电磁信号或光信号，从而实现测量。
其次，MEMS微传感器中的微机械结构通常与电子部分集成在一起，电子部分包括传感电路、信号处理电路和输出电路等，用于接收、放大、滤波和解码传感器的信号。
传感电路是将微机械结构产生的信息转化为电信号的部分，对于不同的传感器结构和测量物理量有不同的设计和实现方法。
信号处理电路用于对传感电路输出的微弱信号进行放大、滤波、去噪等处理，以提高传感器的灵敏度和抗干扰能力。
输出电路则将信号处理后的电信号转化为输出信号，可以是电压信号、电流信号、数字信号或无线通信信号，根据不同的应用场景和需求选择相应的输出方式。
另外，MEMS微传感器还可根据所测量的物理量的不同，采用不同的工作原理，常见的工作原理有压电、热敏、电容、光电等。
例如，压电MEMS微传感器利用压电材料的结构变形而产生电荷信号，通过测量电荷信号的大小来确定外部物理量的大小。
热敏MEMS微传感器利用热敏效应，测量物体的温度变化。
电容MEMS微传感器则通过改变微机械结构的电容值，测量介质的相对介电常数变化，从而实现对压力、加速度、湿度等物理量的测量。
光电MEMS微传感器则利用光电效应，通过测量光的散射、吸收或反射来获得外部环境的信息。
总之，MEMS微传感器的工作原理是基于微纳米加工技术制造微机械结构，并将其与电子部分集成，通过微机械结构对外部物理量的感应和电子部分的信号处理，实现对物理量的测量和输入输出信号的转化。
mems传感器工作原理
mems传感器工作原理mems传感器是一种微型化的传感器，其工作原理是通过微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，简称MEMS）技术将传感器的核心部件制造成微型结构，从而实现对外界环境的感知和测量。
mems传感器的工作原理主要基于微纳加工技术和物理效应。
首先，在mems传感器的芯片上制造出微型结构，包括微薄膜、微梁、微柱等。
这些微型结构的制造通常使用光刻、薄膜沉积、离子刻蚀等工艺，通过精密的控制和加工技术将这些微结构制造到芯片上。
接下来，mems传感器的工作原理主要基于微型结构的物理效应。
当外界环境产生相应的物理量时，比如温度、压力、湿度等，这些物理量会导致微型结构发生微小的形变或位移。
mems传感器通过对这些微小变化的感知和测量，实现对外界环境的监测和检测。
具体来说，mems传感器通常采用电容、电阻、压阻等物理效应来实现对外界环境的感知和测量。
以电容式mems加速度传感器为例，当外界发生加速度变化时，mems传感器中的微型结构会产生微小的位移，从而改变了微结构之间的电容值。
通过测量电容值的变化，就可以得到外界加速度的信息。
除了电容式传感器，mems传感器还可以基于其他物理效应来实现不同类型的感知和测量，比如压阻式传感器、电阻式传感器等。
这些不同类型的mems传感器在结构和工作原理上存在差异，但都可以通过微纳加工技术制造出微型结构，并利用物理效应实现对外界环境的感知和测量。
总的来说，mems传感器通过微纳加工技术制造微型结构，并利用物理效应实现对外界环境的感知和测量。
这种微型化的传感器具有体积小、功耗低、响应速度快等优点，在各个领域中得到了广泛应用，比如汽车电子、医疗设备、智能手机等。
随着mems技术的不断发展和创新，mems传感器将会在更多领域中发挥重要作用，为人们的生活带来更多便利和舒适。
MEMS微传感器的工作原理(1)
改变2倍。利用这个原
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It
(3)隧道电流敏感原理 隧道电流式微传感器是一种高灵敏度的微传感器，具有噪声小、温度系数小以及动态性能好等 特点。
隧道电流随距离d的变化曲线
(4)压电敏感原理 压电效应:某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生变形时，其两个表面上会产生极性相 反的电荷；若将外力去掉时，又重新回到不带电的状态。 逆压电效应：在压电材料两端施加一定的电压，材料会表现出一定的形变（伸长或缩短）。
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(Байду номын сангаас)隧道电流敏感原理
It V b e xpd
I: 隧道电流，单位为A；
:t 直流驱动电压，单位为V；
1.0 2n 5m eV V: 常数，等于
；
:b 有效隧道势垒高度，单位为eV；
: 隧道电极间距，单位为nm。
1 12
在标准情况下(0.5eV,1nm)，隧道电极间距d 变化0.1nm时，隧道电流
微传感器的分类 按传感机理分
压阻 压电 隧道 电容 谐振 热对流
微传感器的敏感原理 (1)压阻敏感原理 当压力作用在单晶硅上时，硅晶体的电阻发生显著变化的效应称为压阻效应。
在外力的作用下，结构中的薄膜 或梁上产生应力分布，应力的存 在使得压敏电阻的阻值发生变化。
E
压阻变化的具体过程
东南大学压阻式微加速度计样品 SEM（扫描电镜）照片
美国IC Sensor公司生产的压阻式加速度计
电容式
悬浮支架 加速度
固定支架 导电电极
质量块
衬底
a)垂直敏感电容微加速度计结构
固定支点
加速度 质量块
感应叉指
悬浮支架
MEMS传感器的敏感原理
MEMS传感器的敏感原理
MEMS（微机电系统）传感器是一种微米级的传感器，其敏感原理主要通过机械、电子和光学等各种方式实现。
下面将分别介绍MEMS传感器的典型敏感原理。
1.机械敏感原理：
机械敏感原理是MEMS传感器常用的原理之一，通过变化的物理力或变形来感知环境的变化。
例如，加速度传感器利用微小的弹簧或支撑结构来感应加速度的变化，利用质量的惯性来测量物体的加速度。
压力传感器则利用受力变形原理，在芯片上加工微型弯曲装置，受外界压力变形，并通过变化的电阻或电容来测量压力。
2.电子敏感原理：
电子敏感原理是MEMS传感器另一种常用的原理，通过电信号的变化来感知环境的变化。
例如，温度传感器利用温度对电阻、电容或电流等的影响来测量温度变化。
光敏传感器则通过光电效应，将光信号转化为电信号来感知光强、光密度等参数的变化。
3.光学敏感原理：
光学敏感原理是MEMS传感器中较为特殊的敏感原理，通过光学原理来感知环境的变化。
例如，光学开关利用光学散射和反射进行操作，当光束中有物体进入或离开光束时，光电传感器会检测到光强的变化来感知物体的存在与否。
光学加速度传感器则利用反射光学原理，通过测量光信号的频率和相位来检测加速度的变化。
4.化学敏感原理：
化学敏感原理是MEMS传感器中较为专门的一类，通过吸附或反应物质来感知环境的变化。
例如，气体传感器利用敏感层对目标气体的吸附或反应，测量气体的浓度变化。
化学传感器还可以通过吸附或反应物质的颜色、电流、电势等来测量相应物质的浓度。
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MEMS技术和基于MEMS的微流体装置李宗安309010173（南京210094）摘要：本文简要阐述了MEMS技术概念及其加工方式、特点，重点结合了MEMS和微流控芯片技术，介绍了MEMS技术在微流体领域的应用状况，选取了一种具有代表性的微隔膜泵，详细表述了此种微泵的加工工艺和过程。
关键字：MEMS微流体器件硅加工1引言微电子机械系统即MEMS，是Micro Electro Mechanical Systems的缩写，也可简称为微机电系统。
MEMS技术的起源可追溯到20世纪60年代，1989年后MEMS一词就渐渐成为一个世界性的学术用语，MEMS技术的研究与开发也日益成为国际研究的热点。
与MEMS一词同时流行的还有Micro Machine(微机械，日本)和Micro System(微系统，欧洲)。
当前，常常不加区分的与MEMS通用。
微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System)，是以微电子、微机械及材料科学为基础，研究、设计、制造具有特定功能的微型装置，包括微结构器件、微传感器、微执行器、微机械光学器件以及微系统等。
MEMS发展的目标在于通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域和产业。
MEMS器件具有较低的能耗与较高的效率、精度、可靠性以及灵敏性，非常适于制造微型化系统。
MEMS技术是多种学科交叉融合具有战略意义的前沿高技术，是未来的主导产业之一，将对21世纪人类的科学技术、生产方式和生活方式产生深远的影响。
2MEMS加工技术MEMS加工工艺是在传统的微电子加工工艺(也称集成电路IC工艺)基础上发展起来的，后又发展了一些适合制作微机械的独特技术，这些独特技术和常规集成电路工艺相结合实现了MEMS。
这些技术统称为微机械加工技术。
按照技术发展的来源分，MEMS加工技术分为三种:一、以美国为代表的以集成电路加工技术为基础的硅基微加工技术；二、以德国为代表发展起来的利用X射线深度光刻、微电铸、微铸塑的LIGA(Lithographgalvanfomung und abformug)技术；三、以日本为代表发展的精密加工技术，如微细电火花EDM、超声波加工、激光加工等。
按照加工的基底材料分，微机械加工工艺分为硅基加工和非硅基加工。
硅基加工技术比较成熟，硅的力学性能较好，适合做微型机械。
硅基工艺包括表面光刻技术、体加工技术、表面加工技术、LIGA技术、晶片键合技术和非传统硅MEMS加工技术。
这些微机械加工工艺相互补充，各有所长。
形成了一套比较完善的加工体系，为微电子机械系统的研究与开发奠定了坚实的物质基础。
3MEMS与微流控芯片技术近来人们对于MEMS的研究很大的注意力转移到了微流控芯片上。
微流控芯片是把化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测及细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米（甚至更小）的芯片上，由微通道形成网络，以控制微流体贯穿整个系统，用以取代常规化学或生物实验室的各种功能的一种技术平台。
微流控芯片的基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。
[1]微流控芯片包含了一系列的子系统，如图1所示。
总的来说通过一个微流体网络通道，把输入的流体或其他物质转化为所需要的输出物，当然，这其中可能会涉及到样品的分离、反应室或者是对于过程的测试设备。
然而，虽然针对特定的应用会需要这些子系统的不同的组合，但是他们都会包括微流体输送、转换和驱动装置。
精确并符合要求的控制、检测和引导流体对于在生物和化学领域应用微流控芯片是十分重要的。
应用于微流体的MEMS器件种类繁多，应用范围也比较广，主要有MEMS微泵、MEMS微混合器、MEMS微阀、MEMS微通道、MEMS 微反应器等等[2]。
图1典型的微流控芯片系统示意图图2流体传输系统结构示意图4MEMS往复式微泵由于泵仍然是微流控芯片中流体传送的最基本的方式，微泵基本上是微流控芯片中最广阔的研究课题。
由于基因组学、蛋白组学和新病毒的发现等应用对于微流体的需要，微泵被主要用于产生一定量的流体以实现精确可控的流体传输。
现已经存在了许多各种各样的微泵以实现流体在微小尺度上的传输。
微泵的驱动方式一般包括液压气动、静电驱动、电磁驱动、压电驱动、热气动、双金属驱动、利用形状记忆性质驱动。
在微或者亚微尺度内，隔膜泵是应用最广泛的泵。
一般隔膜泵结构如图3所示，关键的元件包括一个作动器（Actuator）、柔性泵膜(diaphragm)、泵腔(pump chamber)和两个止回阀。
通过泵腔内的压力变化来实现流体传输，只有泵腔内外的压力差达到克服阀的压力承受能力时泵才会工作[3]。
图3微隔膜泵组成元件示意图蠕动泵工作状态基于泵腔的设置好的顺序变化状态，这些动作把流体从一点挤向另外一点。
尽管蠕动泵在结构上比具有止回阀的隔膜泵要简单，反向泄露是它的一个大问题。
平面的设计结构使这种泵容易加工和装配，但是这种泵需要多重电子作动器。
现研制出的微泵如图4、5所示[4]。
图4一种蠕动式微泵示意图图5一种蠕动式微泵示意图及实物图此外还有无阀泵、旋转式泵、动力泵（包括超声波泵和离心泵）和非机械泵等。
对于微粒和多相流体机械泵是一个理想的操作手段，在微泵的领域内，它已被广泛并深入地研究。
但是可以传送大量流体的隔膜泵因其复杂的结构，比较难加工。
作动器使其中的一个限制因素，由于微泵的微流量限制了微作动器动作幅度，所以需要在外面安装作动器。
下面介绍隔膜式微泵的元件和其加工过程。
4.1微阀和微阀加工过程现有的微阀种类有圆圈台面阀（Ring Mesa）、悬臂结构阀(Cantilever)、膜结构阀(Membrance)、V型阀(V-Shape)、多晶硅圆盘阀(Poly-Si disc)和硅有机树脂悬浮阀(Silicone Float)，其示意图依次见图6[5]。
图6多种阀结构及工作原理示意图为了减少前端的流体阻力，选择了一种具有特殊几何形状的弹性材料（聚对二甲苯）微阀。
由于聚对二甲苯杨氏模量很低，同时固定形状是S型的，使得微阀具有两个方向的自由度，并具有动作快、阻力小等优点。
但是由于此种阀只能实现一个方向的流体控制，为了满足微泵的流体进出需要，制作出了另外一种双面式的集成微阀系统，如图7、8所示。
图7聚对二甲苯止回阀工作原理图图8两种双面的聚对二甲苯止回阀实物图制作过程从一个覆有热镀1.5微米厚二氧化硅的硅晶片，它起到蚀刻掩罩作用。
第一步用氢氧化钾腐蚀形成盲孔，剩下的20微米厚硅片膜在后续步骤中起到结构支撑作用。
然后经过氟化溴气体腐蚀使表面粗糙，这样不仅可以减少聚对二甲苯对基板的静摩擦力，而且可以加固聚对二甲苯与基板连接部分的牢固程度。
接下来在涂附着力促进剂和2微米厚的聚对二甲苯，并在氧等离子体里面定型，形成微阀顶部的圆形支撑圈。
然后涂5微米厚的牺牲光刻胶并对之定型，以分开微阀的盖和基座。
为了避免尖角处的机械疲劳破损，对光刻胶进行硬性烘烤处理形成圆角。
接下来在表面沉积第二层3微米厚的聚对二甲苯，并热镀一层铝掩护膜，但是由于热镀铝掩护摸时会对光刻胶和聚对二甲苯层有伤害，要先在它们表面涂10微米厚的光刻胶。
经过氟化溴气体腐蚀，除去20微米厚的硅膜和牺牲层光刻胶，最终形成通孔。
对牺牲层光刻胶和铝光刻胶混合层进行加工，形成最终的阀【6】。
具体过程示意图如图9所示，最终加工成品如图10所示。
图9双面止回阀加工过程示意图图10加工完成的止回阀扫描电镜图4.2硅橡胶泵膜大的挠度和良好的密封性是泵膜必须要具备的特性。
同时，为了达到大的压缩比，需要一种能够按照要求形成规定的泵腔的材料。
硅橡胶由于杨氏模量和硬度比较低，而且延展率比较好，是一种理想的材料。
首先用氢氧化钾在二氧化硅和硅基板上腐蚀出硅薄膜和固定支撑柱（Pillar），然后在表面涂一层硅橡胶，然后经过压膜、腐蚀去除形成最终的硅橡胶泵膜[7]，加工过程示意图如图11，加工成品如图12所示。
图11带固定柱的硅有机树脂膜加工过程示意图图12带固定柱的硅有机树脂膜实物图4.3硅橡胶垫圈硅橡胶垫圈是用来把止回阀安装在泵的基座上的，该垫圈能够实现自调整、圆柱定位，以固定在树脂玻璃上。
首先在硅片上涂一层10微米厚的光刻胶，以形成固定用圆柱。
然后经过氧等离子体和高炉清洗去除浮渣，用深反应离子蚀刻法蚀刻出300微米深的盲孔。
接下来重复涂光刻胶、清洗浮渣步骤，以确定垫圈形状，然后经过蚀刻，形成了1带有400微米高的100微米厚的垫圈模具，如图所示，聚对二甲苯或者是沉积有聚四氟乙烯的等离子体可以用来填入模具制作垫圈[]，加工成的垫圈和垫圈与基座的装配结构如图13、14所示图13硅橡胶垫圈加工过程示意图图14硅橡胶垫圈成品及其在泵基座上装配实物图4.4微隔膜泵组装结构最终装配成的微泵及其CAD结构如图15所示，微泵是通过螺钉夹紧和胶粘的方式装配的。
用胶把隔膜片粘在有机玻璃基座上，然后被压紧，聚乙烯管连接在入口和出口处，作动器采用螺线型作动器，安装固定在隔膜下方的合适位置[9]。
图15最终装配成的微泵及其CAD结构示意图5结论MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及其他人们所接触到的几乎所有领域中都有十分广阔的应用前景。
随着MEMS技术、微电子技术和纳米技术的飞速发展，硅微机械流体传感器、MEMS微流控芯片将会成为微流体的主要发展趋势。
参考文献1林秉承,秦建华.图解微流控芯片实验室[M].科学出版社.2008.2王沫然,李志信.基于MEMS的微流体机械研究进展[J].Fluid Mchinery.2002,30(4):23-28. 3Folta et.al.Design,Fabrication and Testing of a Miniature Peristaltic Membrane Pump[J].Solid State Sensor and Actuator Workshop.1992:186-189.4van de Pol,et.al.A Thermopneumatic Micropump Based on Micro-engineering Techniques[J].Sensors and Actuators A.1990,21:198-202.5Wang,X.-Q.Integrated Parylene Micro Electro Mechanical Systems(MEMS),Ph.D. Thesis in Electrical Engineering.2000,California Institute of Technology:Pasadena, CA.6Wang,X.-Q.,X.Yang,K.Walsh,and Y.-C.Tai,Gas-Phase Silicon Etching with Bromine Trifluoride,in1997Solid State Sensor and Actuator Workshop.1997:1505-1508.7Grosjean,C.Silicone MEMS for Fluidics,Ph.D.Thesis in Electrical Engineering. 2001,California Institute of Technology:Pasadena,CA.8Yang,X.,C.Grosjean,and Y.-C.Tai,A Low Power MEMS Silicone/Parylene Valve, in1998Solid-State Sensor and Actuator Workshop.1998:Hilton Head Island,South Carolina.p.316-319.9Ellis Meng.MEMS TECHNOLOGY AND DEVICES FOR A MICRO FLUID DOSING SYSTEM,Ph.D.Thesis in Philosophy in Electrical Engineering.2003,California Institute of Technology.。