MEMS传感器的现状及发展前景定稿版

M E M S传感器的现状

及发展前景

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课

论

文

MEMS传感器的现状及发展前景

摘要：MEMS传感器是随着纳米技术的发展而兴起的新型传感器,具有很多新的特性,相对传统传感器其具有更大的优势。在追求微型化的当代,其具有良好的发展前景,

必将受到各个国家越来越多的重视。文章首先介绍了MEMS传感器的分类和典型应用,然后着重对几个传感器进行了介绍,最后对MEMS传感器的发展趋势与发展前景进行

了分析。

关键词：MEMS传感器; 加度计; 陀螺仪; 纳米技术; 微机构; 微传感器

Status and Development Prospect of MEMS Sensors

Abstract: MEMS sensor is a new type of sensor with the development of nanotechnology. It has many new features, which has a great advantage over traditional sensors. In the pursuit of miniaturization of the contemporary, its good prospects for development, will be subject to more and more attention in various countries. Firstly, the classification and typical application of MEMS sensor are introduced. Then, several sensors are introduced. Finally, the development trend and development prospect of MEMS sensor are analyzed.

Key words: MEMS sensor; accelerometer; gyroscope; nanotechnology; micro-mechanism; micro-sensor

目录

一、引言 (4)

二、背景 (5)

1.MEMS技术的发展 (5)

1.1MMES技术发展的浪潮 (5)

2.目前已有的MEMS传感器 (5)

2.1MEMS加速度计 (5)

2.2微压力传感器 (6)

2.3MEMS陀螺 (7)

2.4微气体传感器 (7)

三、结语 (8)

参考文献 (9)

一、引言

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。1962年,第一个硅微型压力传感器的问世开创了MEMS技术的先河, MEMS技术的进步和发展促进了传感器性能的提升。作为MEMS最重要的组成部分, MEMS传感器发展最快,一直受到各发达国家的广泛重视。美、日、英、俄等世界大国将MEMS传感器技术作为战略性的研究领域之一,纷纷制定发展计划并投入巨资进行专项研究。

随着微电子技术、集成电路技术和加工工艺的发展, MEMS传感器凭借体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成以及耐恶劣工作环境等优势,极大地促进了传感器的微型化、智能化、多功能化和网络化发展。MEMS传感器正逐步占据传感器市场,并逐渐取代传统机械传感器的主导地位,已得到消费电子产品、汽车工业、航空航天、机械、化工及医药等各领域的青睐。

本文首先介绍了MEMS传感器的产品分类和典型应用。其次,从类别、工艺技术、性能指标、新型材料、最新产品及应用等方面详细阐述了MEMS压力传感器、加速度计和陀螺仪的研究现状。最后,对MEMS传感器发展趋势进行了展望。

二、背景

广义上讲,MEMS是指可批量制作的,集微机构、微传感器、微执行器以及信号处理及控制电路,乃至通信和电源于一体的微型器件或机电系统。

1.MEMS技术的发展

1824年,硅的发现为微电子技术和MEMS技术的发展奠定了材料基础。1954年,发现了压阻效应,为微型压力传感器的研制奠定了理论基础。1967年提出了表面牺牲层工艺技术,并在此基础上制备出了具有高谐振频率的悬臂梁结构。1970年,美国Kuliet公司展示了第一款硅加速度计。1982年,德国提出一种以高深宽比结构为特色的LIGA工艺,用于制造微齿轮等卫星机械部件。1987年,MEMS作为一个正式的名字在美国诞生。2000年至今,MEMS高速发展,在声学MEMS、光学MEMS、生物MEMS和能源MEMS等需要领域出现了形形色色的微器件。

1.1MMES技术发展的浪潮

第一轮始于20世纪70年代末80年代初。1987年,美国加州大学发明了基于表面牺牲层技术的微马达,引起国际学术界的轰动,MEMS进入新纪元。这一时期MEMS产品主要为微型压力传感器。

第二轮出现于20世纪90年代,主要围绕CP和信息技术的兴起。(1)1993年,美国AD公司将微型加速度计商品化,并大批量应用于汽车防撞气囊;(2)同年,美国IT 公司的数字微镜装置研制成功,从此彻底改变投影仪等视频装置的成像方式;(3)该时期出现的深度反应粒子刻蚀(DRI)E技术以及围绕该技术发展的多种新型加工工艺极大地推动了MEMS技术的发展。

第三轮出现在20世纪末,21世纪初。2002年,ADI的MEMS器件销售额超过1亿美元,但绝大部分仍来自汽车领域的安全气囊、导航、汽车报警和车辆动态控制系统等。

第四轮出现在2006年以后。(1)MEMS在汽车方面的应用继续推动市场,但其增长的真正驱动力转向手机、游戏系统和体育应用方面的消费品市场;(2)2006年,随着任天堂和索尼PS3等新一代游戏机开始采用MEMS加速度计,MEMS产业终于打破了过去10多年来依赖汽车应用的宿命[1]。