分析MEMS壓力傳感器的原理設計與應用

MEMS主要包括微型機構、微型傳感器、微型執行器和相應的處理電路等幾部分，它是在融合多種微細加工技術(shù)，并應用現代信息技術(shù)的最新成果的基礎上發(fā)展起來(lái)的高科技前沿學(xué)科。

MEMS技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，采用MEMS技術(shù)制作的微傳感器、微執行器、微型構件、微機械光學(xué)器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車(chē)、生物醫學(xué)、環(huán)境監控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領(lǐng)域中都有著(zhù)十分廣闊的應用前景。MEMS技術(shù)正發(fā)展成為一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，就象近20年來(lái)微電子產(chǎn)業(yè)和計算機產(chǎn)業(yè)給人類(lèi)帶來(lái)的巨大變化一樣，MEMS也正在孕育一場(chǎng)深刻的技術(shù)變革并對人類(lèi)社會(huì )產(chǎn)生新一輪的影響。目前MEMS市場(chǎng)的主導產(chǎn)品為壓力傳感器、加速度計、微陀螺儀、墨水噴咀和硬盤(pán)驅動(dòng)頭等。大多數工業(yè)觀(guān)察家預測，未來(lái)5年MEMS器件的銷(xiāo)售額將呈迅速增長(cháng)之勢，年平均增加率約為18%，因此對對機械電子工程、精密機械及儀器、半導體物理等學(xué)科的發(fā)展提供了極好的機遇和嚴峻的挑戰。

MEMS壓力傳感器可以用類(lèi)似集成電路的設計技術(shù)和制造工藝，進(jìn)行高精度、低成本的大批量生產(chǎn)，從而為消費電子和工業(yè)過(guò)程控制產(chǎn)品用低廉的成本大量使用MEMS傳感器打開(kāi)方便之門(mén)，使壓力控制變得簡(jiǎn)單、易用和智能化。相對于傳統的機械量傳感器，MEMS壓力傳感器的尺寸更小，最大的不超過(guò)一個(gè)厘米，相對于傳統“機械”制造技術(shù)，其性?xún)r(jià)比大幅度提高。

圖1 惠斯頓電橋電原理

圖2 應變片電橋的光刻版本

圖3 硅壓阻式壓力傳感器結構

美國Oak Ridge國家實(shí)驗室的Panos Datskos與Nickolay Lavrik使用MEMS傳感器檢測出5.5 fs的物質(zhì)，創(chuàng )造了一項新的世界紀錄。其使用的只有2 tun長(cháng)、50 am厚的硅懸臂，由一種廉價(jià)的二極管激光器振動(dòng)。

Datskos計劃提高M(jìn)EMS傳感器的靈敏度，通過(guò)將諧振頻率從目前的2 MHz提高到50 MHz，并且相應地使懸臂更小、更硬，最終完成檢測單個(gè)分子的目標。

飛思卡爾半導體（Freescale）推出3款具備高感應度的傳感器，采用微機電制成的MMA6270Q（XY一軸）、MMA6280Q（ 一軸）和MMA7261Q（XYZ一軸）傳感器，為鎖定低成本消費電子市場(chǎng)的低重力（1ow—g）傳感器，可以探測透過(guò)微小的力量變化就可導致的墜落、傾斜、移動(dòng)、定位和振動(dòng)。