MEMS技术实现的功能及优势

MEMS传感器除了利用硅片的众所周知的宝贵电学特性之外,还利用硅片的独特机械特性来集成能够感应加速度,旋转,角速度,振动,位移,航向,以及其他物理和环境属性。

  MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems,微机电系统)是可以检测或操纵物理世界的微米级设备。MEMS使用微加工工艺制造,类似用于生产集成电路IC器件的工艺。这允许在典型的IC器件的同一小区域内创建二维或三维机械系统。由于制造工艺类似于IC制造,因此MEMS通常在硅晶圆上创建,但也可以使用其他类型的基板。由于尺寸微小,可以在单个晶片上制造成千上万个这样的设备。

  MEMS传感器除了利用硅片的众所周知的宝贵电学特性之外,还利用硅片的独特机械特性来集成能够感应加速度,旋转,角速度,振动,位移,航向,以及其他物理和环境属性。

  通过MEMS实现的有用功能包括:

  1. 感应各种参数,包括惯性变量,例如加速度和转速;其他物理变量,例如压力和温度;化学药品,通常是气态或液态;生物物种,例如DNA或细胞;以及其他多种感应模式,例如辐射。

  2. 控制物理变量,例如光的方向(例如激光),辐射能量的方向,流体的流动,信号的频率含量等

  3. 有用物理量的产生和/或传递,例如超稳定的频率,功率,墨水和药物剂量等。

  此外,MEMS设计和技术从根本上提供了在物理领域(包括电气领域,机械领域,化学领域和生物领域)进行扩展的好处。MEMS技术带来的扩展优势使人想起了IC革命中电子设备已经体验到的一些优势,即:

  1. 随着尺寸的增大,较高的机械共振频率,较快的热时间常数等体现出较快的速度。

  2. 移动较小的机械元件所需的力较小,或可实现的较小的热容量和较高的热隔离度可显示出较低的功耗或能量消耗,从而导致维持一定温度所需的功耗大大减小。

  3. 更高的功能复杂性,使得机械连接和谐振器,流体通道和混合器,可移动反射镜和光栅等的集成电路现在可以通过MEMS技术实现。

  但不幸的是,尽管扩展确实带来了巨大的好处,但它也会带来一定的限制。例如,尽管加速度计的小型化降低了成本并大大提高了加速度传感器的g力生存能力,但它通常还会导致分辨率降低,而MEMS设计人员可以通过适当的设计策略来缓解这一缺点。本质上,MEMS设计技术等同于在规避其后果的同时利用缩放优势的能力。

  MEMS和传感器的主要类型:

  加速度计

  陀螺仪

  数字罗盘

  惯性测量单位(IMU)

  MEMS麦克风

  压力传感器

  温度传感器

  接近传感器

  湿度传感器

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