微型机电系统(MEMS)传感器技术

MEMS是集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路等于一体的微型器件或系统。其主要特点有体积小、重量轻、耗能低、性能稳定，能与微电子电路相集成，便于大批量生产，降低成本。其优势不仅在于缩小尺寸和体积，其最终目标更在于通过微型化、集成化、来搜索新原理、新功能的元件和系统，特别与无线技术相结合，开辟一个新技术领域，形成批量化产业。MEMS生产主要使用硅晶为材料，采用半导体集成电路微细加工技术大批量生产。如今，MEMS产品在许多领域中受到广泛应用，特别是汽车，医疗，消费，工业和航空航天领域.硅传感器如压力及加速度传感器为目前最主要，最成熟的MEMS产品。随着生活水平的提高,世界各地对手机,游戏机,生物医用等电子产品的需求日益增长,而新一代电子产品高科技元素提升，硅晶片MEMS传感器产业无疑是其中最重要的一环。现今全世界硅晶片MEMS传感器产正在蓬勃发展中，未来中国及其它亚洲地区势必成为硅晶片MEMS传感器产发展最快之重要市场。目前中国传感器技术发展已受到相关业界及政府的高度重视，中国传感网中心的建立，必将大大促进传感器的产业化。 

先进硅半导体微加工技术

随着半导体科技的日趋成熟, 硅晶片的生产及加工成本越来越低, 且加工流程与集成电路流程相似, 故多数的MEMS传感器件均以硅作为基本材质。微加工是一系列用来制造微米尺寸结构的工艺技术。因为微型器件尺寸细小, 传统的机械加工技术, 如铣，钻，车削，锻造均无法达到要求。微加工包括以下几个主要工艺:

• 光刻技术用来把MEMS传感器件的微结构从掩膜转移到硅片上。
• 湿法和干法微加工主要用于块状微加工，以去除大面积/体积的原有之硅材料或其它过程材料。湿法微加工，包括各向同性及异性刻蚀。干法微加工，包括离子刻蚀和离子束加工，等离子体刻蚀，物理和化学等刻蚀，如活性离子蚀刻,深度活性离子蚀刻及气相腐蚀。
• 沉积技术主要用来表面微加工。通过各种不同的沉积方法，在硅片表面形成薄膜层以构成不同的微器件结构。沉积技术，如物理气相沉积(溅射)，热蒸发沉积,化学气相沉积法,及溶胶凝胶沉积等。

压电薄膜

压电材料，包括石英晶体，是一种能够将机械能和电能互相转换的具有压电效应的功能材料。所谓压电效应是指某些材料在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。反之，施加激励电场，材料将产生机械变形，称逆压电效应。这种效应已经被应用在与人们生活密切相关的许多领域，以实现能量转换、传感、驱动、频率控制等功能。压电材料这种敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。所以，压电材料本身是一种非常理想的传感器材料。

而在微型传感器的应用中，常使用压电薄膜材料。相较于传统的块状陶瓷压电材料, 压电薄膜具有以下优点:

• 与MEMS/CMOS的制备流程有良好的相兼容性.通过微加工技术,其尺寸可以缩小到微米甚至纳米量级,与此同时,可用于元件驱动及信号接收的能量密度仍然很高,几乎不受其尺寸影响.因此可很容易的与MEMS技术相结合,组成微小压电MEMS器件或系统.由于其整体尺寸小,生产成本可大幅度降低。
• 易于高频谐振结构的开发，生产方式相对简单且具有良好的温度稳定性。适合于开发高品质射频电路电气MEMS器件。
• 节能，压电传感器不需要电源本身（当然，如充电电压或任何相关的电子放大器等，将需要供电）。因此，压电微机电系统是低功耗要求的传感器。
• 可以较低的驱动电压和低滞后产生大振幅驱动。
• 可直接能够提供电信号驱动器或感应上的设备。

此外, 基于压电薄膜的器件,还具有广泛的动态信号范围及低噪音等特点。