MEMS傳感器技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用分析

林文浩，陳昱，夏曼，梁明光

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400）

0 引言

現(xiàn)階段，隨著MEMS傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，MEMS傳感器技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用。在具體應(yīng)用過程中，技術(shù)人員要結(jié)合MEMS傳感器技術(shù)應(yīng)用實(shí)際，科學(xué)地進(jìn)行具體分析，從而全面提高M(jìn)EMS傳感器技術(shù)應(yīng)用研究水平。

1 MEMS傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)在MEMS傳感器研究方面的起步較晚，但研究成果較為可觀，已經(jīng)成為國(guó)際上重要的研究力量。目前，我國(guó)在MEMS傳感器設(shè)計(jì)、測(cè)試、裝配等多個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了大跨度的提升，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多項(xiàng)成果，并組建了代表我國(guó)先進(jìn)MEMS/NEMS研發(fā)力量的團(tuán)隊(duì)，形成了專門的研發(fā)基地，在較短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建了微納制造技術(shù)研發(fā)體系。這些措施促使我國(guó)在MEMS/NEMS方面的研究水平不斷提升，技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)能力也持續(xù)加強(qiáng)。

近年來，我國(guó)參與MEMS/NEMS研發(fā)的企業(yè)已經(jīng)超過200余家，大型集成電路的領(lǐng)軍企業(yè)也參與到MEMS/NEMS的研發(fā)工作中，汽車等行業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了MEMS/NEMS的代工生產(chǎn)，構(gòu)建了設(shè)計(jì)、封裝、測(cè)試等多個(gè)環(huán)節(jié)的全產(chǎn)業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)鏈條[1]。

在我國(guó)的“十二五”計(jì)劃中，與“工業(yè)用高端微納傳感器與系統(tǒng)研究開發(fā)”相關(guān)的課題有9個(gè)，目前這些課題均通過驗(yàn)收環(huán)節(jié)，這也為MEMS能量收集器方面的研究提供了基礎(chǔ)。

未來，傳感器的發(fā)展方向主要為無源化，以及材料的多元化和微型化，無線MEMS傳感器系統(tǒng)可利用能量收集芯片收集其他形式的能源，從而完成能量的聚集與轉(zhuǎn)化，最終實(shí)現(xiàn)無源化的應(yīng)用。在傳感器制備期間，材料合成技術(shù)也在持續(xù)發(fā)展，如光纖材料制備技術(shù)等，這也能夠?yàn)椴牧系亩嘣l(fā)展提供基礎(chǔ)。

2 MEMS傳感器技術(shù)的應(yīng)用

2.1 在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

我國(guó)的生物醫(yī)藥領(lǐng)域使用MEMS傳感器的頻率較高，主要可用于臨床化驗(yàn)、健康指數(shù)的檢測(cè)等多項(xiàng)內(nèi)容。使用的MEMS傳感器主要為壓力傳感器、微型流體傳感器等多種系統(tǒng)。將MEMS傳感器應(yīng)用到醫(yī)用口服液當(dāng)中，可通過口服方式將芯片送入人體，實(shí)現(xiàn)對(duì)身體目標(biāo)器官的檢驗(yàn)與分析。此外，還可發(fā)揮MEMS傳感器的吸附作用，逐漸消除人體內(nèi)存在的危害細(xì)胞等物質(zhì)，同時(shí)清除多余的脂肪，以此降低人體出現(xiàn)心臟疾病的幾率。在生物醫(yī)療應(yīng)用方面，MEMS傳感器還可介入到手術(shù)之前來發(fā)揮功能，從而降低術(shù)中所形成風(fēng)險(xiǎn)，為提高手術(shù)的成功率提供重要的保障[2]。

2.2 在環(huán)保項(xiàng)目生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理領(lǐng)域中的應(yīng)用

從污泥處理方面來講，企業(yè)需在整個(gè)運(yùn)營(yíng)期間對(duì)各類機(jī)組進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)控，搜集一手?jǐn)?shù)據(jù)信息，并將其發(fā)送到中央控制室，依據(jù)項(xiàng)目的具體要求來完成生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)、全廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)等內(nèi)容的構(gòu)建。結(jié)合項(xiàng)目所提出的具體要求，接入對(duì)應(yīng)的監(jiān)管平臺(tái)中，將項(xiàng)目各監(jiān)控子站的數(shù)據(jù)同步上傳到監(jiān)管平臺(tái)，同時(shí)還需依據(jù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫及界面風(fēng)格的具體要求，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置，為后續(xù)的數(shù)據(jù)等層面對(duì)接提供便利。為實(shí)現(xiàn)上述要求，可對(duì)污泥處理企業(yè)的運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)E-MES進(jìn)行深度開發(fā)。該系統(tǒng)具有多協(xié)議接入功能，可接入到監(jiān)管平臺(tái)，對(duì)污泥的計(jì)量、視頻場(chǎng)景等各指標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控[3]。

2.3 在軍事中的應(yīng)用

將MEMS傳感器系統(tǒng)與衛(wèi)星技術(shù)結(jié)合使用，便可在既定的空間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。由于傳感器的質(zhì)量較小，其可應(yīng)用在超微型衛(wèi)星中。但衛(wèi)星系統(tǒng)的飛行時(shí)間較短，這便會(huì)影響MEMS傳感器在軍事系統(tǒng)中發(fā)揮更大的作用。部分國(guó)家也將其應(yīng)用在裝甲兵的車用輪胎內(nèi)，可通過使用衛(wèi)星技術(shù)及探測(cè)儀等設(shè)備，拓展MEMS傳感器的應(yīng)用范圍。MEMS傳感器的耐磨和耐久性均較為理想，可布設(shè)在較為惡劣的環(huán)境中。在軍事方面，可通過戰(zhàn)斗機(jī)的彈座系統(tǒng)對(duì)傳感器進(jìn)行科學(xué)的測(cè)試，提升系統(tǒng)對(duì)惡劣環(huán)境條件的適應(yīng)性，以此促使傳統(tǒng)MEMS傳感器芯片能夠在使用期間具有更高的穩(wěn)定性。此外還可對(duì)通信環(huán)境和地形進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別，以此提高應(yīng)用功能。

2.4 在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用

MEMS傳感器能夠在航空航天領(lǐng)域具有更為理想的應(yīng)用前景，不但可將其安裝在飛機(jī)的核心部分，同時(shí)還可依據(jù)安裝位置來實(shí)施更為精準(zhǔn)的操作，提高控制的精準(zhǔn)性。如在飛機(jī)飛行期間，可通過MEMS傳感器來分析氣流環(huán)境、聲學(xué)等信息，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的控制部件進(jìn)行研究，在保證飛機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的前提下，提高燃料系統(tǒng)的運(yùn)行效果，減少飛機(jī)飛行產(chǎn)生的噪音。此外，MEMS傳感器還可用于對(duì)宇宙的探索，將其植入到探測(cè)設(shè)備中，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，輔助完成拍攝的工作內(nèi)容。

3 推進(jìn)MEMS傳感器技術(shù)發(fā)展的建議

3.1 完善產(chǎn)業(yè)鏈

可將研究院、高校作為創(chuàng)新的載體，將工業(yè)類的MEMS傳感器的研究作為后續(xù)的發(fā)展方向，設(shè)置囊括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、封裝和測(cè)試等的全產(chǎn)業(yè)鏈的服務(wù)平臺(tái)，打造資源共享的服務(wù)體系，從而開辟出技術(shù)創(chuàng)新的新渠道。將公共服務(wù)平臺(tái)作為基礎(chǔ)，將工業(yè)MEMS傳感器等的應(yīng)用作為目標(biāo)，可盡量對(duì)示范企業(yè)提供扶持，形成布局更為優(yōu)化的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[4]。

3.2 攻克關(guān)鍵核心技術(shù)

可廣泛利用各類資源協(xié)同實(shí)施研究活動(dòng)，深化研究多種能量收集器的集成設(shè)計(jì)、規(guī)模化測(cè)試、晶圓級(jí)封裝等技術(shù)，研發(fā)出多種能量收集器傳感設(shè)備，從而能夠拓展能量收集器的應(yīng)用范圍，促使其發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)更為理想的應(yīng)用效果。

3.3 提升應(yīng)用規(guī)模與水平

可通過發(fā)揮公共技術(shù)平臺(tái)的作用來實(shí)現(xiàn)多個(gè)工業(yè)類MEMS傳感器等的轉(zhuǎn)化工作，并將其拓展應(yīng)用到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，針對(duì)重點(diǎn)領(lǐng)域和行業(yè)應(yīng)用各類產(chǎn)品，促使產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量均能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)的提升。研究人員需努力挖掘產(chǎn)品的功能及優(yōu)勢(shì)，結(jié)合產(chǎn)品的特征來將其投放到適合的領(lǐng)域，充分發(fā)揮產(chǎn)品的價(jià)值，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

3.4 加強(qiáng)支持力度

依據(jù)我國(guó)目前在智能微納傳感設(shè)備等方面提出的要求，針對(duì)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”等的應(yīng)用需求，選擇市場(chǎng)需求量較大的MEMS傳感器，開展封裝技術(shù)、單片集成多傳感設(shè)備等方面的重點(diǎn)技術(shù)研究，充分發(fā)揮研究人員的職業(yè)精神與素養(yǎng)，深化鉆研技術(shù)，全面提升產(chǎn)品的技術(shù)水平，不斷提升我國(guó)的科技競(jìng)爭(zhēng)力，促使我國(guó)成為國(guó)際工業(yè)領(lǐng)域傳感器市場(chǎng)的重要供應(yīng)商，以科技創(chuàng)新推動(dòng)我國(guó)向強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，深化落實(shí)科技興國(guó)的戰(zhàn)略思想。

4 結(jié)語

總之，以上的分析從多方面探討了MEMS傳感器技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展策略，希望本文的分析能為MEMS傳感器技術(shù)的發(fā)展提供有效建議。