MEMS传感器及其应用优质PPT.ppt

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TITI公司根据静电驱动斜微镜阵列推出了投影仪，而热式喷墨打公司根据静电驱动斜微镜阵列推出了投影仪，而热式喷墨打印头现在仍然大行其道。

印头现在仍然大行其道。

nn第三轮商业化可以说出现于世纪之交，微光学器件通过全光开关第三轮商业化可以说出现于世纪之交，微光学器件通过全光开关及相关器件而成为光纤通讯的补充。

尽管该市场现在萧条，但微光学及相关器件而成为光纤通讯的补充。

尽管该市场现在萧条，但微光学器件从长期看来将是器件从长期看来将是MEMSMEMS一个增长强劲的领域。

一个增长强劲的领域。

nn目前目前MEMSMEMS产业呈现的新趋势是产品应用的扩展，其开始向工业、产业呈现的新趋势是产品应用的扩展，其开始向工业、医疗、测试仪器等新领域扩张。

推动第四轮商业化的其它应用包括一医疗、测试仪器等新领域扩张。

推动第四轮商业化的其它应用包括一些面向射频无源元件、在硅片上制作的音频、生物和神经元探针，以些面向射频无源元件、在硅片上制作的音频、生物和神经元探针，以及所谓的及所谓的片上实验室片上实验室生化药品开发系统和微型药品输送系统的静态生化药品开发系统和微型药品输送系统的静态和移动器件。

和移动器件。

引言引言nn传感器种类多样，因此根据用途、原理都有特定的分类。

例如霍尔传感器、温度传感器、压力传感器等等。

而传感技术在近年来也得到了长足的发展，MEMS就是最具代表性的例子，MEMS技术让我们能够在有限的空间内最大限度地发挥传感器的功能，广泛用于多种场合。

nn那么什么是MEMS呢？

什么是什么是MEMS传感器传感器?

nn微机电系统（MicroelectromechanicalSystems，MEMS）是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术，它的操作范围在微米范围内。

比它更小的，在纳米范围的类似的技术被称为纳机电系统。

nnMEMS（微机电系统）是指集微型传感器、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。

MEMS特点特点nn微型化nn智能化nn多功能nn高集成度nn适于大批量生产MEMS研究内容研究内容nnMEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。

MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域，几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等。

其研究内容一般可以归纳为以下三个基本方面：

一、一、MEMS理论基础理论基础nn在当前在当前MEMSMEMS所能达到的尺度下，宏观世界基本所能达到的尺度下，宏观世界基本的物理规律仍然起作用，的物理规律仍然起作用，但由于尺寸缩小带来的但由于尺寸缩小带来的影响（影响（ScalingEffectsScalingEffects），许多物理现象与宏观世），许多物理现象与宏观世界有很大区别，界有很大区别，因此许多原来的理论基础都会发因此许多原来的理论基础都会发生变化，如力的尺寸效应、微结构的表面效应、生变化，如力的尺寸效应、微结构的表面效应、微观摩擦机理等，因此有必要对微动力学、微流微观摩擦机理等，因此有必要对微动力学、微流体力学、微热力学、微摩擦学、微光学和微结构体力学、微热力学、微摩擦学、微光学和微结构学进行深入的研究。

这一方面的研究虽然受到重学进行深入的研究。

这一方面的研究虽然受到重视，但难度较大，往往需要多学科的学者进行基视，但难度较大，往往需要多学科的学者进行基础研究。

础研究。

二、二、MEMS技术基础技术基础nnMEMS的技术基础可以分为以下几个方面：

（1）设计与仿真技术；

nn

（2）材料与加工技术；

nn（3）封装与装配技术；

nn（4）测量与测试技术；

nn（5）集成与系统技术等三、三、MEMS应用研究应用研究nn人们不仅要开发各种制造人们不仅要开发各种制造MEMSMEMS的技术，更重要的技术，更重要的是如何将的是如何将MEMSMEMS技术与航空航天、信息通信、技术与航空航天、信息通信、生物化学、医疗、自动控制、消费电子以及兵器生物化学、医疗、自动控制、消费电子以及兵器等应用领域相结合，制作出符合各领域要求的微等应用领域相结合，制作出符合各领域要求的微传感器、微执行器、微结构等传感器、微执行器、微结构等MEMSMEMS器件与系统。

器件与系统。

nnMEMSMEMS还用于大量声波双工器还用于大量声波双工器（BulkAcousticWaveduplexerBulkAcousticWaveduplexer）与滤波器、麦克风、）与滤波器、麦克风、MEMSMEMS自动聚焦致动器、压力感测器、自动聚焦致动器、压力感测器、MEMSMEMS微微微型投影仪，甚至微型投影仪，甚至MEMSMEMS陀螺仪。

陀螺仪。

MEMS压力传感器原理压力传感器原理nn目前的目前的MEMSMEMS压力传感器有压力传感器有硅压阻硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感式压力传感器和硅电容式压力传感器器，两者都是在硅片上生成的微机，两者都是在硅片上生成的微机电传感器。

电传感器。

硅压阻式压力传感器是采用高硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成精密半导体电阻应变片组成惠斯顿惠斯顿电桥电桥作为力电变换测量电路的，具作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗，有较高的测量精度、较低的功耗，极低的成本。

惠斯顿电桥的压阻式极低的成本。

惠斯顿电桥的压阻式传感器，如无压力变化，其输出为传感器，如无压力变化，其输出为零，几乎不耗电。

其电原理如图零，几乎不耗电。

其电原理如图11所示。

硅压阻式压力传感器其应变所示。

硅压阻式压力传感器其应变片电桥的光刻版本如图片电桥的光刻版本如图22。

MEMS压力传感器压力传感器nnMEMSMEMS压力传感器广泛应用于汽车电子：

如压力传感器广泛应用于汽车电子：

如TPMSTPMS（轮胎压力监测系统）、发动机机油压力传（轮胎压力监测系统）、发动机机油压力传感器、汽车刹车系统空气压力传感器、汽车发动感器、汽车刹车系统空气压力传感器、汽车发动机进气歧管压力传感器（机进气歧管压力传感器（TMAPTMAP）、柴油机共轨）、柴油机共轨压力传感器压力传感器;

消费电子，如胎压计、血压计、橱用消费电子，如胎压计、血压计、橱用秤、健康秤，洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、秤、健康秤，洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、烤箱、吸尘器用压力传感器、洗衣机、饮水机、烤箱、吸尘器用压力传感器、洗衣机、饮水机、洗碗机、太阳能热水器用液位控制压力传感器洗碗机、太阳能热水器用液位控制压力传感器;

工工业电子，如数字压力表、数字流量表、工业配料业电子，如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等。

称重等。

典型的典型的MEMS压力传感器压力传感器nn典型的典型的MEMSMEMS压力传感器管芯（压力传感器管芯（diedie）结构和电原理如）结构和电原理如图图77所示，左是电原理图，即由电阻应变片组成的惠斯顿所示，左是电原理图，即由电阻应变片组成的惠斯顿电桥，右是管芯内部结构图。

典型的电桥，右是管芯内部结构图。

典型的MEMSMEMS压力传感器管压力传感器管芯可以用来生产各种压力传感器产品，如图芯可以用来生产各种压力传感器产品，如图88所示。

所示。

MEMSMEMS压力传感器管芯可以与仪表放大器和压力传感器管芯可以与仪表放大器和ADCADC管芯封装管芯封装在一个封装内（在一个封装内（MCMMCM），使产品设计师很容易使用这个），使产品设计师很容易使用这个高度集成的产品设计最终产品。

高度集成的产品设计最终产品。

在军事中的应用在军事中的应用nn作为一个在作为一个在海上应用的海上应用的实例实例,MEMS,MEMS引信引信/保险和引爆保险和引爆F/SAF/SA装装置已成功地用于潜艇鱼雷对抗武器上。

引信置已成功地用于潜艇鱼雷对抗武器上。

引信/保险和引爆装保险和引爆装置的工作包括置的工作包括33个独立步骤个独立步骤:

发射鱼雷后发射鱼雷后,解除炸药保险、引解除炸药保险、引爆爆引信引信和防止在不正确时间爆炸保险和防止在不正确时间爆炸保险。

nn陆地上的应用包括陆地上的应用包括灵活且坚固的爆破装置、发射装置和其他灵活且坚固的爆破装置、发射装置和其他使用使用MEMSMEMS惯性制导系统的武器平台。

惯性制导系统的武器平台。

MEMSMEMS轮胎压力传轮胎压力传感器已经用在美国军队装甲运兵车的轮胎中。

分布式战场微感器已经用在美国军队装甲运兵车的轮胎中。

分布式战场微型传感器网络系统是可以准确地探测与查明敌人的作战部署型传感器网络系统是可以准确地探测与查明敌人的作战部署与军队调动的新型探测装置与军队调动的新型探测装置,这种微型机电系统在布设、耐这种微型机电系统在布设、耐久和易损性等方面有明显的优点。

久和易损性等方面有明显的优点。

nn在空中应用方面在空中应用方面,MEMS,MEMS压力传感器已在压力传感器已在F-14F-14战斗机弹射座的战斗机弹射座的助推火箭上进行了测试助推火箭上进行了测试。

喷射式涡轮发动机使用的适于在。

喷射式涡轮发动机使用的适于在恶劣环境下工作的材料恶劣环境下工作的材料,被用于各种监视该类发动机内部动被用于各种监视该类发动机内部动力学特性的传感器上。

力学特性的传感器上。

生物医疗和生物医学方面的应用生物医疗和生物医学方面的应用nn微机械技术在生物医疗中的应用尤其令人惊叹。

例如微机械技术在生物医疗中的应用尤其令人惊叹。

例如:

将微将微型传感器用口服或皮下注射法送入人体型传感器用口服或皮下注射法送入人体,就可对体内的五脏就可对体内的五脏六腑进行直接有效的监测六腑进行直接有效的监测。

将特制的微型机器人送入人体。

将特制的微型机器人送入人体,可刮去导致心脏病的油脂沉积物可刮去导致心脏病的油脂沉积物,除去体内的胆固醇除去体内的胆固醇,可探可探测和清除人体内的癌细胞测和清除人体内的癌细胞,进行视网膜开刀时进行视网膜开刀时,大夫可将遥大夫可将遥控机器人放入眼球内控机器人放入眼球内,在细胞操作、细胞融合、精细外科、在细胞操作、细胞融合、精细外科、血管、肠道内自动送药等方面应用甚广。

血管、肠道内自动送药等方面应用甚广。

MEMSMEMS的微小的微小可可进入很小的器官和组织进入很小的器官和组织和智能和智能能自动地进行细微精确的操能自动地进行细微精确的操作作的特点的特点,可大大提高介入治疗的精度可大大提高介入治疗的精度,直接进入相应病变直接进入相应病变地进行工作地进行工作,降低手术风险。

同时降低手术风险。

同时,可进行基因分析和遗传可进行基因分析和遗传诊断诊断,利用微加工技术制造各种微泵、微阀、微摄子、微沟利用微加工技术制造各种微泵、微阀、微摄子、微沟槽、微器皿和微流量计的器件适合于操作生物细胞和生物大槽、微器皿和微流量计的器件适合于操作生物细胞和生物大分子。

所以分子。

所以