傳感器的微型化發(fā)展歷程

各種控制儀器設(shè)備的功能越來(lái)越大，有些精密儀器或設(shè)備，體積本身就小，還需要接上各種傳感器進(jìn)行感知和控制，這也對(duì)傳感器微型化提出了更高的要求。因而傳感器本身體積也是越小越好，這就要求發(fā)展新的材料及加工技術(shù)，目前利用硅材料制作的傳感器體積已經(jīng)很小。如傳統(tǒng)的加速度傳感器是由重力塊和彈簧等制成的，體積較大、穩(wěn)定性差、壽命也短，而利用激光等各種微細(xì)加工技術(shù)制成的硅加速度傳感器體積非常小、互換性可靠性都較好。微型傳感器可以不受空間大小制約而安放在狹小位置上，并有對(duì)被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)干擾小、時(shí)間應(yīng)快和成本低等優(yōu)點(diǎn)。過去制作傳感器一邊用眼看一邊用手加工，就是機(jī)械加工也受到機(jī)械能力的限制。以集成技術(shù)為基礎(chǔ)的微細(xì)加工技術(shù)則不然，能把電路加工到光波數(shù)量級(jí)，而且可批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜。

集成電路加工技術(shù)由三大摹本技術(shù)組成：平面電子工藝技術(shù)；有選擇的化學(xué)腐蝕技術(shù)和機(jī)械切割技術(shù)。這三項(xiàng)技術(shù)都能進(jìn)行三維加工。平面電子工藝技術(shù)是把在硅表面生成的氧化膜作為一種掩膜，在具有掩膜的硅單晶上進(jìn)行具有空間選擇的擴(kuò)散和腐蝕加工。所以平面電子工藝技術(shù)包括照相制版技術(shù)、雜質(zhì)擴(kuò)散技術(shù)、離子注入技術(shù)和化學(xué)氣相沉積技術(shù)等。利用有選擇的化學(xué)腐蝕技術(shù)能對(duì)由平面電子工藝技術(shù)制作而成的氧化物掩膜和已擴(kuò)散了雜質(zhì)的半導(dǎo)體物體空間進(jìn)行有選擇的化學(xué)腐蝕加工。利用這種技術(shù)可以在特定方向上把硅體腐蝕掉，可以進(jìn)行三維加工。這種微加工技術(shù)可以把物體加工成極微細(xì)的可動(dòng)部件，如應(yīng)力桿狀物，開關(guān)甚至馬達(dá)等。美國(guó)斯坦福大學(xué)已把過去相當(dāng)大的連搬遙都困難的氣相色譜儀集成在直徑5cm的硅片上，制成超小型氣相色譜儀，現(xiàn)在的傳感器概念已跳出原來(lái)含義的小圈子，而是以微型、集成化和智能化為特征的微系統(tǒng)。該微系統(tǒng)除具有自測(cè)試、自校準(zhǔn)和數(shù)字補(bǔ)償?shù)奈⑻幚砥髦?，還具有微執(zhí)行器?，F(xiàn)代的微細(xì)加工技術(shù)已把微傳感器、微處理器和微執(zhí)行器集成在一塊硅片上構(gòu)成微系統(tǒng)。

Mems技術(shù)的發(fā)展使微型傳感器提高到了一個(gè)新的水平，利用微電子機(jī)械加工技術(shù)將微米級(jí)的敏感元件、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在同一芯片上，它具有體積小、價(jià)格便宜、可靠性高等特點(diǎn)，并且可以明顯提高系統(tǒng)測(cè)試精度。MEMS技術(shù)是隨著半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工技術(shù)和超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。借助MEMS技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)將朝著微型化、智能化、多功能化的方向發(fā)展，這也正適合自動(dòng)化和工業(yè)控制對(duì)傳感器性能的需求。目前采用Mems技術(shù)可以制作檢測(cè)力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量、化學(xué)量和生物量的微型傳感器。由于Mems微型傳感器在降低汽車電子系統(tǒng)成本及提高其性能方面的優(yōu)勢(shì)，它們已開始逐步取代基于傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的傳感器。Mems傳感器將成為世界汽車電子的重要構(gòu)成部分。