MEMS傳感器基本構成MEMS被認為是21世紀最有前途的技術之一，如果半導體微制造被視為第一次微制造革命，MEMS則是第二次革命。通過結合硅基微電子技術和微機械加工技術，MEMS具有革命性的工業和消費產品的潛力。

事實上，MEMS這個詞實際上有一定誤導，因為許多微機械設備在任何意義上都不是機械的。然而，MEMS又不僅僅是關于機械部件的微型化或用硅制造東西，它是是一種利用批量制造技術設計、創建復雜機械設備和系統及其集成電子設備的范例。再具化一點講，集成電路的設計是為了利用硅的電學特性，而MEMS則利用硅的機械特性，或者說利用硅的電學和機械特性。那MEMS傳感器又是什么？MEMS傳感器就是把一顆MEMS芯片和一顆專用集成電路芯片（ASIC芯片）封裝在一塊后形成的器件。下圖是一張典型的MEMS麥克風內部構造示意圖，來自中國MEMS第一大廠歌爾微電子。這是一顆MEMS麥克風，可以看到這顆傳感器的主要器件是一顆MEMS芯片和一顆ASIC芯片，以及與基板、外殼等封裝一起，就做成了一顆MEMS傳感器。這也是大部分MEMS傳感器的基礎構造。MEMS芯片來將聲音轉化為電容、電阻等信號變化，ASIC芯片將電容、電阻等信號變化轉化為電信號，由此實現MEMS傳感器的功能——外界信號轉化為電信號。

常見的MEMS器件產品包括MEMS加速度計、MEMS麥克風、微馬達、微泵、微振子、MEMS光學傳感器、MEMS壓力傳感器、MEMS陀螺儀、MEMS濕度傳感器、MEMS氣體傳感器等等以及它們的集成產品。

全球最主流的MEMS器件分別是：MEMS射頻器件、壓力傳感器、慣性組合傳感器、聲學傳感器、加速度傳感器、噴墨打印頭、微型熱輻射傳感器、陀螺儀傳感器、光學傳感器、硅基微流控制器件、熱電堆傳感器、磁傳感器。

MEMS壓力傳感器MEMS壓力傳感器，就是測量壓力的，主要分為電容式和電阻式。隨著MEMS壓力傳感器的出現和普及，智能手機中用壓力傳感器也越來越多，主要用來測量大氣壓力。測量大氣壓的目的，是為了通過不同高度的氣壓，來計算海拔高度，同GPS定位信號配合，實現更為精確的三維定位，譬如爬樓高度、爬樓梯級數等都可以檢測。MEMS壓力傳感器的原理也非常簡單，核心結構就是一層薄膜元件，受到壓力時變形，形變會導致材料的電性能（電阻、電容）改變。因此可以利用壓阻型應變儀來測量這種形變，進而計算受到的壓力。下圖1是一種電容式MEMS壓力傳感器的結構圖，當受到壓力時，上下兩個橫隔(傳感器橫隔上部、傳感器下部)之間的間距變化，導致隔板之間的電容變化，據此可以測算出壓力大小。下圖2是一種MEMS電阻式壓力傳感器的工作動圖，由一個帶有硅薄膜的底座和安裝在其上的電阻結構組成，當外力施加時，電壓與壓力大小成比例變化產生測量值。

MEMS加速度傳感器MEMS加速度傳感器利用加速度來感測運動和震動，比如消費電子中最廣泛的體感檢測，廣泛應用于游戲控制、手柄振動和搖晃、姿態識別等等。MEMS加速度傳感器的原理非常易于理解，那就是高中物理最基礎的牛頓第二定律。力是產生加速度的原因，加速度的大小與外力成正比，與物體質量成反比：F=ma。所以MEMS加速度傳感器本質上也是一種壓力傳感器，要計算加速度，本質上也是計算由于狀態的改變，產生的慣性力，常見的加速度傳感器包括壓阻式，電容式，壓電式，諧振式等。其中，電容式硅微加速度計由于精度較高、技術成熟、且環境適應性強，是目前技術最為成熟、應用最為廣泛的MEMS加速度計。隨著MEMS加工能力提升和ASIC電路檢測能力提高，電容式MEMS加速度計的精度也在不斷提升。其中，電容式硅微加速度計由于精度較高、技術成熟、且環境適應性強，是目前技術最為成熟、應用最為廣泛的MEMS加速度計。隨著MEMS加工能力提升和ASIC電路檢測能力提高，電容式MEMS加速度計的精度也在不斷提升。下圖是3軸MEMS加速度傳感器的封裝結構，ASIC芯片位于MEMS芯片上方，MEMS芯片里，Z軸與X-Y軸從結構上是分開設計的。

MEMS陀螺儀傳感器MEMS陀螺儀又稱MEMS角速度傳感器，是一種測量角速度傳感器，其原理相對來說復雜點。測量角速度，不是一件容易的事情，必須在運動的物體中，尋找到一個靜止不動的錨定物——這個錨定物就是陀螺。人們發現，高速旋轉中的陀螺，角動量很大，旋轉軸不隨外界運動狀態改變而改變，會一直穩定指向一個方向。陀螺儀能有什么用？最大的用處就是用來保持穩定。動物界中穩定性最好的就是禽類動物，譬如雞，所以很多人開玩笑說，雞的腦袋里肯定裝了一個先進的陀螺儀，不管怎么動它，腦袋就是不動。而用陀螺儀，也可以保持機器的穩定性。

至于陀螺儀的結構，核心就是一個呼呼轉不停的轉子，作為其他運動物體的靜止錨定物。右圖，高速旋轉的陀螺在一條線上保持平衡，這就是陀螺儀的基本原理。再回到MEMS陀螺儀，與傳統的陀螺儀工作原理有差異，因為“微雕”技術在硅片襯底上加工出一個可轉動的立體轉子，并不是一件容易的事。MEMS陀螺儀陀螺儀利用科里奧利力原理——旋轉物體在有徑向運動時所受到的切向力。這種力超出了筆者的高中物理水平，怎么描述這種科里奧利力呢？可以想象一下游樂場的旋轉魔盤，人在旋轉軸附近最穩定，但當大圓盤轉速增加時，人就會自動滑向盤邊緣，仿佛被一個力推著一樣向沿著圓盤落后的方向漸漸加速，這個力就是科里奧利力。

所以MEMS陀螺儀的結構，就是一個在圓盤上的物體塊，被驅動，不停地來回做徑向運動或者震蕩。由于在旋轉狀態中做徑向運動，因此就會產生科里奧利力。MEMS陀螺儀通常是用兩個方向的可移動電容板，通過電容變化來測量科里奧利力。

下圖是MEMS芯片微觀結構，各種機械結構密密麻麻，像是一個宏偉的建筑。注意看，左上角是一根頭發絲。

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2024全國化學傳感器創新研究與發展研討會

2024全國化學傳感器創新研究與發展研討會

本次會議聚焦先進化學傳感器、高靈敏生命分析、成像技術、生物傳感器等熱點問題展開討論。組委會經協商，現決定2024全國化學傳感器創新研究與發展研討會定于2024年11月22日-24日在廈門市召開。會議將邀請國內眾多知名專家學者，共同探討化學傳感領域的最新研究成果和發展趨勢。分享報告人課題組近期科研進展。并歡迎青年學者及研究生進行宣講或者展示所在團隊最新科研動態，促進思想碰撞和交流合作。