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(zhí)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，并應用現(xiàn)代信息技術的最新成果的基礎上發(fā)展起來的高科技前沿學科。

MEMS技術的發(fā)展開辟了一個全新的技術領域和產(chǎn)業(yè)，采用MEMS技術制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構件、微機械光學器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。MEMS技術正發(fā)展成為一個巨大的產(chǎn)業(yè)，就象近20年來微電子產(chǎn)業(yè)和計算機產(chǎn)業(yè)給人類帶來的巨大變化一樣，MEMS也正在孕育一場深刻的技術變革并對人類社會產(chǎn)生新一輪的影響。目前MEMS市場的主導產(chǎn)品為壓力傳感器、加速度計、微陀螺儀、墨水噴咀和硬盤驅(qū)動頭等。大多數(shù)工業(yè)觀察家預測，未來5年MEMS器件的銷售額將呈迅速增長之勢，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、半導體物理等學科的發(fā)展提供了極好的機遇和嚴峻的挑戰(zhàn)。

MEMS壓力傳感器可以用類似集成電路的設計技術和制造工藝，進行高精度、低成本的大批量生產(chǎn)，從而為消費電子和工業(yè)過程控制產(chǎn)品用低廉的成本大量使用MEMS傳感器打開方便之門，使壓力控制變得簡單、易用和智能化。相對于傳統(tǒng)的機械量傳感器，MEMS壓力傳感器的尺寸更小，最大的不超過一個厘米，相對于傳統(tǒng)“機械”制造技術，其性價比大幅度提高。

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、50 am厚的硅懸臂，由一種廉價的二極管激光器振動。

Datskos計劃提高MEMS傳感器的靈敏度，通過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的低重力（1ow—g）傳感器，可以探測透過微小的力量變化就可導致的墜落、傾斜、移動、定位和振動。