經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，已成為世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一。它涉及電子、機械、材料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)，具有廣闊的應用前景。

一、MEMS傳感器的主要分類(lèi)
 
1、傳感
 
傳感MEMS技術(shù)是指用微電子微機械加工出來(lái)的、用敏感元件如電容、壓電、壓阻、熱電耦、諧振、隧道電流等來(lái)感受轉換電信號的器件和系統。它包括速度、壓力、濕度、加速度、氣體、磁、光、聲、生物、化學(xué)等各種傳感器，按種類(lèi)分主要有:面陣觸覺(jué)傳感器、諧振力敏感傳感器、微型加速度傳感器、真空微電子傳感器等。傳感器的發(fā)展方向是陣列化、集成化、智能化。由于傳感器是人類(lèi)探索自然界的觸角，是各種自動(dòng)化裝置的神經(jīng)元，且應用領(lǐng)域廣泛，未來(lái)將備受世界各國的重視。
 
2、生物
 
生物MEMS技術(shù)是用MEMS技術(shù)制造的化學(xué)/生物微型分析和檢測芯片或儀器，有一種在襯底上制造出的微型驅動(dòng)泵、微控制閥、通道網(wǎng)絡(luò )、樣品處理器、混合池、計量、增擴器、反應器、分離器以及檢測器等元器件并集成為多功能芯片�？梢詫�(shí)現樣品的進(jìn)樣、稀釋、加試劑、混合、增擴、反應、分離、檢測和后處理等分析全過(guò)程。它把傳統的分析實(shí)驗室功能微縮在一個(gè)芯片上。生物MEMS系統具有微型化、集成化、智能化、成本低的特點(diǎn)。功能上有獲取信息量大、分析效率高、系統與外部連接少、實(shí)時(shí)通信、連續檢測的特點(diǎn)。國際上生物MEMS的研究已成為熱點(diǎn)，不久將為生物、化學(xué)分析系統帶來(lái)一場(chǎng)重大的革新。
 
3、光學(xué)
 
隨著(zhù)信息技術(shù)、光通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，MEMS發(fā)展的又一領(lǐng)域是與光學(xué)相結合，即綜合微電子、微機械、光電子技術(shù)等基礎技術(shù)，開(kāi)發(fā)新型光器件，稱(chēng)為微光機電系統(MOEMS)。它能把各種MEMS結構件與微光學(xué)器件、光波導器件、半導體激光器件、光電檢測器件等完整地集成在一起。形成一種全新的功能系統。MOEMS具有體積小、成本低、可批量生產(chǎn)、可精確驅動(dòng)和控制等特點(diǎn)。較成功的應用科學(xué)研究主要集中在兩個(gè)方面:一是基于MOEMS的新型顯示、投影設備，主要研究如何通過(guò)反射面的物理運動(dòng)來(lái)進(jìn)行光的空間調制，典型代表為數字微鏡陣列芯片和光柵光閥；二是通信系統，主要研究通過(guò)微鏡的物理運動(dòng)來(lái)控制光路發(fā)生預期的改變，較成功的有光開(kāi)關(guān)調制器、光濾波器及復用器等光通信器件。MOEMS是綜合性和學(xué)科交叉性很強的高新技術(shù)，開(kāi)展這個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)研究，可以帶動(dòng)大量的新概念的功能器件開(kāi)發(fā)。
 
4、射頻
 
射頻MEMS技術(shù)傳統上分為固定的和可動(dòng)的兩類(lèi)。固定的MEMS器件包括本體微機械加工傳輸線(xiàn)、濾波器和耦合器，可動(dòng)的MEMS器件包括開(kāi)關(guān)、調諧器和可變電容。按技術(shù)層面又分為由微機械開(kāi)關(guān)、可變電容器和電感諧振器組成的基本器件層面；由移相器、濾波器和VCO等組成的組件層面；由單片接收機、變波束雷達、相控陣雷達天線(xiàn)組成的應用系統層面。
 
二、MEMS傳感器的主要應用領(lǐng)域有哪些？
 
1、醫療
 
MEMS傳感器應用于無(wú)創(chuàng )胎心檢測，檢測胎兒心率是一項技術(shù)性很強的工作，由于胎兒心率很快，在每分鐘l20～160次之間，用傳統的聽(tīng)診器甚至只有放大作用的超聲多普勒儀，用人工計數很難測量準確。而具有數字顯示功能的超聲多普勒胎心監護儀，價(jià)格昂貴，僅為少數大醫院使用，在中、小型醫院及廣大的農村地區無(wú)法普及。此外，超聲振動(dòng)波作用于胎兒，會(huì )對胎兒產(chǎn)生很大的不利作用。盡管檢測劑量很低，也屬于有損探測范疇，不適于經(jīng)常性、重復性的檢查及家庭使用。
 
基于VTI公司的MEMS加速度傳感器，提出一種無(wú)創(chuàng )胎心檢測方法，研制出一種簡(jiǎn)單易學(xué)、直觀(guān)準確的介于胎心聽(tīng)診器和多普勒胎兒監護儀之間的臨床診斷和孕婦自檢的醫療輔助儀器。通過(guò)加速度傳感器將胎兒心率轉換成模擬電壓信號，經(jīng)前置放大用的儀器放大器實(shí)現差值放大。然后進(jìn)行濾波等一系列中間信號處理，用A/D轉換器將模擬電壓信號轉換成數字信號。通過(guò)光隔離器件輸入到單片機進(jìn)行分析處理，最后輸出處理結果。
 
基于MEMS加速度傳感器設計的胎兒心率檢測儀在適當改進(jìn)后能夠以此為終端，做一個(gè)遠程胎心監護系統。醫院端的中央信號采集分析監護主機給出自動(dòng)分析結果，醫生對該結果進(jìn)行診斷，如果有問(wèn)題及時(shí)通知孕婦到醫院來(lái)。該技術(shù)有利于孕婦隨時(shí)檢查胎兒的狀況，有利于胎兒和孕婦的健康。
 
2、汽車(chē)
 
MEMS壓力傳感器主要應用在測量氣囊壓力、燃油壓力、發(fā)動(dòng)機機油壓力、進(jìn)氣管道壓力及輪胎壓力。這種傳感器用單晶硅作材料，以采用MEMS技術(shù)在材料中間制作成力敏膜片，然后在膜片上擴散雜質(zhì)形成四只應變電阻，再以惠斯頓電橋方式將應變電阻連接成電路，來(lái)獲得高靈敏度。車(chē)用MEMS壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式、聲表面波式等幾種常見(jiàn)的形式。
 
而MEMS加速度計的原理是基于牛頓的經(jīng)典力學(xué)定律，通常由懸掛系統和檢測質(zhì)量組成，通過(guò)微硅質(zhì)量塊的偏移實(shí)現對加速度的檢測，主要用于汽車(chē)安全氣囊系統、防滑系統、汽車(chē)導航系統和防盜系統等，除了有電容式、壓阻式以外，MEMS加速度計還有壓電式、隧道電流型、諧振式和熱電偶式等形式。其中，電容式MEMS加速度計具有靈敏度高、受溫度影響極小等特點(diǎn)，是MEMS微加速度計中的主流產(chǎn)品。
 
微陀螺儀是一種角速率傳感器，主要用于汽車(chē)導航的GPS信號補償和汽車(chē)底盤(pán)控制系統，主要有振動(dòng)式、轉子式等幾種。應用最多的屬于振動(dòng)陀螺儀，它利用單晶硅或多晶硅的振動(dòng)質(zhì)量塊在被基座帶動(dòng)旋轉時(shí)產(chǎn)生的哥氏效應來(lái)感測角速度。例如汽車(chē)在轉彎時(shí)，系統通過(guò)陀螺儀測量角速度來(lái)指示方向盤(pán)的轉動(dòng)是否到位，主動(dòng)在內側或者外側車(chē)輪上加上適當的制動(dòng)以防止汽車(chē)脫離車(chē)道，通常，它與低加速度計一起構成主動(dòng)控制系統。
 
3、運動(dòng)追蹤
 
在運動(dòng)員的日常訓練中，MEMS傳感器可以用來(lái)進(jìn)行3D人體運動(dòng)測量，對每一個(gè)動(dòng)作進(jìn)行記錄，教練們對結果分析，反復比較，以便提高運動(dòng)員的成績(jì)。隨著(zhù)MEMS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，MEMS傳感器的價(jià)格也會(huì )隨著(zhù)降低，這在大眾健身房中也可以廣泛應用。
 
在滑雪方面，3D運動(dòng)追蹤中的壓力傳感器、加速度傳感器、陀螺儀以及GPS可以讓使用者獲得極精確的觀(guān)察能力，除了可提供滑雪板的移動(dòng)數據外，還可以記錄使用者的位置和距離。在沖浪方面也是如此，安裝在沖浪板上的3D運動(dòng)追蹤，可以記錄海浪高度、速度、沖浪時(shí)間、漿板距離、水溫以及消耗的熱量等信息。
 
4、手機拍照
 
在MEMS Drive出現之前，手機攝像頭主要由音圈馬達移動(dòng)鏡頭組的方式實(shí)現防抖(簡(jiǎn)稱(chēng)鏡頭防抖技術(shù))，受到很大的局限。而另一個(gè)在市場(chǎng)上較高端的防抖技術(shù)：多軸防抖，則是利用移動(dòng)圖像傳感器(Image Sensor)補償抖動(dòng)，但由于這個(gè)技術(shù)體積龐大、耗電量超出手機載荷，一直無(wú)法在手機上應用。
 
憑著(zhù)微機電在體積和功耗上的突破，最新技術(shù)MEMS Drive類(lèi)似一張貼在圖像傳感器背面的平面馬達，帶動(dòng)圖像傳感器在三個(gè)旋轉軸移動(dòng)。MEMS Drive 的防抖技術(shù)是透過(guò)陀螺儀感知拍照過(guò)程中的瞬間抖動(dòng)，依靠精密算法，計算出馬達應做的移動(dòng)幅度并做出快速補償。這一系列動(dòng)作都要在百分之一秒內做完，你得到的圖像才不會(huì )因為抖動(dòng)模糊掉。
 
目前，全世界有大約600余家單位從事MEMS的研制和生產(chǎn)工作，已研制出包括微型壓力傳感器、加速度傳感器、微噴墨打印頭、數字微鏡顯示器在內的幾百種產(chǎn)品，其中MEMS傳感器占相當大的比例。MEMS傳感器是采用微電子和微機械加工技術(shù)制造出來(lái)的新型傳感器。與傳統的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實(shí)現智能化的特點(diǎn)。同時(shí)，在微米量級的特征尺寸使得它可以完成某些傳統機械傳感器所不能實(shí)現的功能。
 
隨著(zhù)時(shí)間的推移和技術(shù)的逐步發(fā)展，MEMS所包含的內容正在不斷增加，并變得更加豐富。MEMS內容歸納為集成傳感器、微執行器和微系統。人們還把微機械、微結構、靈巧傳感器和智能傳感器歸入MEMS范疇。制作MEMS的技術(shù)包括微電子技術(shù)和微加工技術(shù)兩大部分。微電子技術(shù)的主要內容有:氧化層生長(cháng)、光刻掩膜制作、光刻選擇摻雜(屏蔽擴散、離子注入)、薄膜(層)生長(cháng)、連線(xiàn)制作等。
 
微加工技術(shù)的主要內容有硅表面微加工和硅體微加工(各向異性腐蝕、犧牲層)技術(shù)、晶片鍵合技術(shù)、制作高深寬比結構的LIGA技術(shù)等。利用微電子技術(shù)可制造集成電路和許多傳感器。微加工技術(shù)很適合于制作某些壓力傳感器、加速度傳感器、微泵、微閥、微溝槽、微反應室、微執行器、微機械等，這就能充分發(fā)揮微電子技術(shù)的優(yōu)勢，利用MEMS技術(shù)大批量、低成本地制造高可靠性的微小衛星。
 
MEMS技術(shù)主要屬于微米技術(shù)范疇，MEMS技術(shù)大都基于現有技術(shù)，用由大到小的技術(shù)途徑制作出來(lái)的，發(fā)展了一批新的集成器件，大大提高了器件的功能和效率，已顯示出了巨大的生命力。MEMS技術(shù)的發(fā)展有可能會(huì )像微電子一樣，對科學(xué)技術(shù)和人類(lèi)生活產(chǎn)生革命性的影響，尤其對微小衛星的發(fā)展影響更加深遠，必將為大批量生產(chǎn)低成本高可靠性的微小衛星打開(kāi)大門(mén)。