分析MEMS壓力傳感器的原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用

MEMS主要包括微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等幾部分，它是在融合多種微細(xì)加工技術(shù)，并應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高科技前沿學(xué)科。

MEMS技術(shù)的發(fā)展開辟了一個(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(zhí)行器、微型構(gòu)件、微機(jī)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、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)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年來微電子產(chǎn)業(yè)和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)給人類帶來的巨大變化一樣，MEMS也正在孕育一場(chǎng)深刻的技術(shù)變革并對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生新一輪的影響。目前MEMS市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品為壓力傳感器、加速度計(jì)、微陀螺儀、墨水噴咀和硬盤驅(qū)動(dòng)頭等。大多數(shù)工業(yè)觀察家預(yù)測(cè)，未來5年MEMS器件的銷售額將呈迅速增長之勢(shì)，年平均增加率約為18%，因此對(duì)對(duì)機(jī)械電子工程、精密機(jī)械及儀器、半導(dǎo)體物理等學(xué)科的發(fā)展提供了極好的機(jī)遇和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

MEMS壓力傳感器可以用類似集成電路的設(shè)計(jì)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(fèi)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(jiǎn)單、易用和智能化。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械量傳感器，MEMS壓力傳感器的尺寸更小，最大的不超過一個(gè)厘米，相對(duì)于傳統(tǒng)“機(jī)械”制造技術(shù)，其性價(jià)比大幅度提高。

圖1 惠斯頓電橋電原理

圖2 應(yīng)變片電橋的光刻版本

圖3 硅壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)

美國Oak Ridge國家實(shí)驗(yàn)室的Panos Datskos與Nickolay Lavrik使用MEMS傳感器檢測(cè)出5.5 fs的物質(zhì)，創(chuàng)造了一項(xiàng)新的世界紀(jì)錄。其使用的只有2 tun長、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(jì)劃提高M(jìn)EMS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(yīng)地使懸臂更小、更硬，最終完成檢測(cè)單個(gè)分子的目標(biāo)。

飛思卡爾半導(dǎo)體（Freescale）推出3款具備高感應(yīng)度的傳感器，采用微機(jī)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(fèi)電子市場(chǎng)的低重力（1ow—g）傳感器，可以探測(cè)透過微小的力量變化就可導(dǎo)致的墜落、傾斜、移動(dòng)、定位和振動(dòng)。