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:
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:
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。
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