MEMS传感器技术 ppt课件

几种常见的MEMS传感器

微加速度传感器 硅微加速度传感器在过去十年里发展很快, 是 继微压力传感器之后第二个进入市场的微机械 传感器。微加速度传感器有很多种类型, 目前 最有吸引力的是电容式力平衡加速度计, 其典 型产品是Kuehnel 等人1994 年报道的A GXL 50 型。系统分为四个部分: 质量块、检测电容、 力平衡执行器和信号处理电路, 均被集成在 3mm ×3mm 的硅片上, 其中机械部分采用表 面微机械工艺制作, 电路部分利用BiCMOS IC 技术制作。
MEMS的加工方法

微机械加工方法LIGA 微机械加工方法LIGA以德国为代表,LIGA~IY法 是指采用同步x射线深层光刻、注塑复制和微 电铸制模等主要工艺步骤组成的一种综合性微 机械加工技术。LIGA技术首先采用同步X射线 光刻技术光刻出所要生产的图形，然后采用电 铸的方法加工出与光刻图形相反的金属模具撮 后采用微塑注来制备微机械结构。
几种常见的MEMS传感器

微压力传感器
几种常见的MEMS传感器

微压力传感器
微压力传感器原理图
几种常见的MEMS传感器

微压力传感器 目前微机械压力传感器的主要发展方向: 一是扩展其在汽车、工业测量控制、医 疗仪器等方面的应用, 加速产业化进程; 二是将压敏器件与信号处理、校准、补 偿、微控制单元进行单片集成, 以形成智 能化的压力传感器。
MEMS的加工方法

MEMS，微电子机械系统采用传统的机械 加工艺、软x射线深层光刻电铸成型工艺 和半导体硅微机加工工艺等来制作微尺 度的机械、电子、流体、光学、生物及 其它一些器件。制作微电子机械系统的 主流技术是硅微机械加工工艺，它越来 越多地用于微电子机械系统的加工中。 下面是其三种常用的加工方法：
MEMS的基本分类

MEMS一般可以以其核心元件分为两类： 传感型MEMS、致动型MEMS。
传感型MEMS
能量供给
输入信号
微传感元件
Байду номын сангаас
传输单元
输出信号
致动型MEMS
能量供给
输出动作
微致动元件
传输单元
几种常见的MEMS传感器

微压力传感器 微机械压力传感器是最早开始研制的微机械产 品,也是微机械技术中最成熟、最早开始产业化 的产品。从信号检测方式来看, 微压力传感器 可分为压阻式和电容式两类, 分别以体微机械 加工技术和牺牲层技术为主制造;从敏感膜结构 来看,微压力传感器可分为圆形、方形、矩形、 E 形等多种结构。
几种常见的MEMS传感器

微机械陀螺仪
几种常见的MEMS传感器

微机械陀螺仪
单轴MEMS偏航陀螺仪工作原理图
几种常见的MEMS传感器

微机械陀螺仪 微机械陀螺仪的设计和工作原理可能各种各样，但是 公开的微机械陀螺仪均采用振动物体传感角速度的概 念。利用振动来诱导和探测科里奥利力而设计的微机 械陀螺仪没有旋转部件、不需要轴承，已被证明可以 用微机械加工技术大批量生产。 绝大多数微机械陀螺 仪依赖于由相互正交的振动和转动引起的交变科里奥 利力。振动物体被柔软的弹性结构悬挂在基底之上。 整体动力学系统是二维弹性阻尼系统，在这个系统中 振动和转动诱导的科里奥利力把正比于角速度的能量 转移到传感模式。
MEMS的加工方法

半导体硅微机械加工方法 半导体硅微机械加工方法与传统微电子器件工 艺兼容，这种加工方法以美国为代表。它利用 集成电路工艺技术或化学腐蚀对硅基材料进行 加工，加工成硅基微电子机械系统的器件，它 可以实现微电子与微机械的系统集成，非常适 合于批量生产，已经成为微电子机械系统的主 流技术。
华南农业大学博士生现代测试技术期终作业
MEMS传感器技术
内容提要


MEMS的基本介绍 MEMS的加工方法 MEMS的基本分类 几种常见的MEMS传感器 MEMS在农业上的应用 相关参考文献
MEMS的基本介绍
一门 科学
MEMS 一门 技术 一门 产业
MEMS的基本介绍

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 是微机电系统的缩写，它是以机械学、 电子学和计算机软件技术融合而成的一 门新兴交叉学科。
几种常见的MEMS传感器

微机械陀螺仪 微机械陀螺仪是另一种惯性微机械器件, 它在 诸如汽车牵引控制系统、行驶稳定系统,摄像机 稳定系统, 飞机稳定系统, 计算的惯性鼠标以及 机器人、军事等领域均有广泛的应用前景。微 机械陀螺仪的结构与常见陀螺仪差别很大, 常 见的结构有双平衡环结构、悬臂梁结构、音叉 结构、振动环结构等几种,其中最先进的是振动 环结构。
MEMS的基本介绍

MEMS(微机电系统)，同时也是一门技术， 是在一个硅基板上，微米范围内集成了 微型传感器、执行器以及信号处理和控 制电路、接口电路、通信和电源于一体 的微型机电系统的高新技术。
MEMS的基本介绍

MEMS又是一种产业，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、农 业、生物医学、环境监控、军事以及几 乎人们所接触到的所有领域中都有着十 分广阔的应用前景。
几种常见的MEMS传感器

微机械位移控制器 微机械位移控制器的主要应用是计算机 硬盘的磁头定位系统, 硬盘的磁道密度很 快将达到0. 25μm/ 道,此时对应的移动定 位精度是0. 025μm ,这时解决磁头移动控 制的办法是在现有位置控制系统上附加 一个微机械次级控制系统。
MEMS的加工方法

传统超精密加工方法 传统的机械加工方法以日本为代表，超精密机 械加工是日本研究微电子机械系统的重点。它 主要是传统机械加工的微型化，这种加工方法 就是用大机器来制造小机器，然后再利用小机 器制造出微机器，这种加工方法加工出来的电 子机械适用于在特殊场合的应用，例如微型工 作台、微型机械手等。
几种常见的MEMS传感器

微加速度传感器
几种常见的MEMS传感器

微加速度传感器
微加速度传感器原理图
几种常见的MEMS传感器

微加速度传感器 随后Zimmermann 等人报道了利用SIMOX SOI 芯片制作的类似结构的微加速度传感器，另外 Chan 等人还报道了测量范围在5g 和1g 的改 进型的力平衡式加速度计。这种传感器在汽车 的防撞气袋控制等领域有着广泛应用，而且成 本较低(在15 美元以下) ，因而引起了产业界 极大的兴趣和投资热情。