運(yùn)動(dòng)傳感器技術(shù)發(fā)展新方向

現(xiàn)在的手機(jī)和其他多數(shù)移動(dòng)設(shè)備都裝有追蹤地理位置的傳感器。移動(dòng)設(shè)備中安裝的數(shù)字指南針、陀螺儀和加速度計(jì)分布于各種各樣的基于位置的服務(wù)程序中，同時(shí)也應(yīng)用于一些控制移動(dòng)設(shè)備的新方式中，如通過(guò)微晃和輕彈動(dòng)作控制設(shè)備。現(xiàn)在，一種新的傳感器制造方法的出現(xiàn)將使這一技術(shù)的實(shí)施成本更廉價(jià)、設(shè)備更小巧。

西班牙Baolab Microsystems公司使用一種更加簡(jiǎn)單的制造方法制造出了新型的數(shù)字指南針。明年，這一技術(shù)將應(yīng)用于GPS設(shè)備上。該公司還制造加速度計(jì)和陀螺儀原型設(shè)備，并計(jì)劃在一個(gè)芯片上整合這三種類(lèi)型的傳感器。

數(shù)字指南針的傳統(tǒng)制造方法是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)制造法。該法也是制作微芯片和電控電路的最普遍方法。但這一方法制造的指南針包含的一些結(jié)構(gòu)，如磁場(chǎng)集中器，需要在芯片制作完成后再添加上去，從而增加了芯片的復(fù)雜性和成本。“基本的差異是我們制造的指南針完全是在標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體制造法之內(nèi)完成的。

這種新法能夠?qū)崿F(xiàn)是因?yàn)橹改厢樌昧寺鍌惼澚?Lorentz force)現(xiàn)象。而大多數(shù)商業(yè)數(shù)字指南針利用的是另一種不同的現(xiàn)象——霍爾效應(yīng)(Hall Effect)，通過(guò)使電流貫穿導(dǎo)體并測(cè)量因地球磁場(chǎng)產(chǎn)生的電壓上的變化使指南針工作。

相反，洛倫茲力是當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體材料時(shí)，磁場(chǎng)產(chǎn)生的力。一個(gè)移動(dòng)設(shè)備可將洛倫茲力施加在一個(gè)物體上，通過(guò)測(cè)量這個(gè)物體的位移決定地球磁場(chǎng)的方位。

Baolab公司制造的芯片是在一個(gè)傳統(tǒng)的硅芯片上蝕刻出一個(gè)納米級(jí)的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)。在這個(gè)納米級(jí)微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備中有一個(gè)由彈性元件懸吊著的鋁片。當(dāng)一個(gè)移動(dòng)設(shè)備驅(qū)使一束電流通過(guò)這個(gè)鋁片時(shí)，存在的任何磁場(chǎng)都會(huì)產(chǎn)生洛倫茲力，作用于鋁片上并影響其共振。位于鋁片兩側(cè)的兩個(gè)金屬片會(huì)檢測(cè)到鋁片發(fā)生的變化。移動(dòng)設(shè)備通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)金屬片上產(chǎn)生的微小的電容變化，就能夠在一個(gè)方向上測(cè)量磁場(chǎng)。使用一組三個(gè)這樣的傳感器，移動(dòng)設(shè)備就能夠確定地球磁場(chǎng)的方向和方位。

英國(guó)南安普頓大學(xué)納米組的納米電子學(xué)教授Hiroshi Mizuta說(shuō)，“與傳統(tǒng)傳感器相比，這種微機(jī)電系統(tǒng)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體相結(jié)合的技術(shù)將提高傳感器的敏感度，并縮小傳感器芯片的體積，降低芯片的成本。”Baolab公司的每個(gè)納米微機(jī)電系統(tǒng)傳感器的長(zhǎng)度都不足90微米，而將三種類(lèi)型的傳感器集成在一個(gè)3毫米長(zhǎng)的芯片上是可能實(shí)現(xiàn)的。