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MEMS傳感器的全稱是微型電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro-ElectroMechanicalSystem)，微機(jī)電系統(tǒng)是指將微機(jī)構(gòu)、微傳感器、微執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、接口、通信和電源集成到一個(gè)或多個(gè)芯片上的微設(shè)備或系統(tǒng)。MEMS傳感器是利用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造的新型傳感器。

MEMS是一種基于傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)和材料的先進(jìn)制造技術(shù)。學(xué)科交叉現(xiàn)象極其明顯，主要包括微加工技術(shù)、機(jī)械/固態(tài)聲波理論、熱流理論、電子、材料、物理、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，它已成為世界上最重要的技術(shù)領(lǐng)域之一。

  加工工藝：

  MEMS技術(shù)基于已經(jīng)相當(dāng)成熟的微電子技術(shù)、集成電路技術(shù)及其加工工藝。它與傳統(tǒng)的IC工藝有許多相似之處，如光刻、薄膜沉積、摻雜、刻蝕、化學(xué)機(jī)械拋光工藝等，但是有些復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)難以用IC工藝實(shí)現(xiàn)，必須采用微加工技術(shù)制造。

  微加工技術(shù)包括硅的體微加工技術(shù)、表面微加工技術(shù)和特殊微加工技術(shù)。體加工技術(shù)是指沿著硅襯底的厚度方向?qū)枰r底進(jìn)行刻蝕的工藝，包括濕法刻蝕和干法刻蝕，是實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的重要方法。表面微加工是采用薄膜沉積、光刻以及刻蝕工藝，通過(guò)在犧牲層薄膜上沉積結(jié)構(gòu)層薄膜，然后去除犧牲層釋放結(jié)構(gòu)層實(shí)現(xiàn)可動(dòng)結(jié)構(gòu)。

除了上述兩種微加工技術(shù)以外，MEMS制造還廣泛地使用多種特殊加工方法，其中常見(jiàn)的方法包括鍵合、LIGA、電鍍、軟光刻、微模鑄、微立體光刻與微電火花加工等。

  應(yīng)用材料：

  硅基材料：大部分集成電路和MEMS的原材料是硅(Si)，這個(gè)神奇的VI族元素可以從二氧化硅中大量提取出來(lái)。而二氧化硅是什么?說(shuō)的通俗一點(diǎn)，就是沙子。沙子君在經(jīng)歷了一系列復(fù)雜的加工過(guò)程之后，就變成了單晶硅，長(zhǎng)這個(gè)樣子：

  這個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的大柱子，直徑可以是 1 inch (2.5 cm) 到 12 inch (30 cm)，被切成一層層 500 微米厚的硅片 (英文：wafer，和威化餅同詞)，長(zhǎng)這個(gè)樣子：

  采用以硅為主的材料，電氣性能優(yōu)良，硅材料的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng)，密度與鋁類(lèi)似，熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢。若單個(gè)MEMS傳感器芯片面積為5 mm x 5 mm，則一個(gè)8英寸(直徑20厘米)硅片(wafer)可切割出約1000個(gè)MEMS傳感器芯片，分?jǐn)偟矫總€(gè)芯片的成本則可大幅度降低。

  非硅材料：近年來(lái)，MEMS的材料應(yīng)用上有被非硅材料逐漸替代的現(xiàn)象，學(xué)術(shù)研究人員現(xiàn)在開(kāi)始專注于開(kāi)發(fā)聚合物和紙基微型器件。利用這些材料開(kāi)發(fā)的器件，不僅工藝環(huán)保，而且制作設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低。相對(duì)硅材料，它們大幅縮減了研發(fā)經(jīng)費(fèi)預(yù)算。許多聚合物和紙基微型器件的創(chuàng)新都指向了醫(yī)療應(yīng)用，對(duì)該領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，生物相容性和材料的柔性是基本要求。

  紙基和聚合物微型器件的功能和性能開(kāi)發(fā)，目前還處于相對(duì)早期的階段，這類(lèi)器件的生產(chǎn)設(shè)施現(xiàn)今也還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出來(lái)。這些新技術(shù)的成熟和商業(yè)化，可能還需要超過(guò)10年的時(shí)間。所以，基于硅材料的微型器件研究，還有很多創(chuàng)新工作要做，不然就會(huì)面臨發(fā)展停滯的風(fēng)險(xiǎn)。

  技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

  用MEMS工藝制造傳感器、執(zhí)行器或者微結(jié)構(gòu)， 具有微型化、集成化、智能化、成本低、效能高、可大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)， 產(chǎn)能高，良品率高。MEMS技術(shù)使數(shù)以萬(wàn)計(jì)的MEMS芯片(有些工藝也會(huì)把集成電路芯片放在同一步驟加工)出現(xiàn)在了每一片wafer上面，如下圖所示。

  這種批量生產(chǎn)(batch process)的過(guò)程目前已經(jīng)全自動(dòng)化控制，隔離了人為因素，確保了每一個(gè)MEMS芯片之間的工藝誤差可以得到嚴(yán)格的控制，從而提高了良品率。切片、封裝之后，就成為了一個(gè)個(gè)的MEMS芯片。從外觀上來(lái)看，大部分的MEMS芯片和集成電路芯片是差不多的。

綜上所述，微米量級(jí)的特征尺寸使MEMS傳感器可以完成某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實(shí)現(xiàn)的功能。是微型傳感器的主力軍，正在逐漸取代傳統(tǒng)機(jī)械傳感器，普遍應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車(chē)工業(yè)、航空航天、機(jī)械、化工及醫(yī)藥等各領(lǐng)域。常見(jiàn)產(chǎn)品有壓力傳感器，加速度計(jì)，陀螺，靜電致動(dòng)光投影顯示器，DNA擴(kuò)增微系統(tǒng)，催化傳感器。

  與傳統(tǒng)傳感器的區(qū)別：

在下面的圖片中，以麥克風(fēng)為例我們來(lái)更清晰地認(rèn)識(shí)一下傳統(tǒng)麥克風(fēng)和MEMS麥克風(fēng)的區(qū)別。

  傳統(tǒng)的駐極體麥克風(fēng)：

  MEMS傳感器的分類(lèi)

  MEMS傳感器不僅能夠感知被測(cè)參數(shù)，將其轉(zhuǎn)換成方便度量的信號(hào);而且能對(duì)所得到的信號(hào)進(jìn)行分析、處理和識(shí)別、判斷，因此形象地被稱為智能傳感器。

  MEMS傳感器的種類(lèi)繁多，也有很多分類(lèi)的方法。下面是按照工作原理分類(lèi)：

每一種MEMS傳感器又有很多種細(xì)分方法。如加速度計(jì)，按檢測(cè)質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)方式劃分，有角振動(dòng)式和線振動(dòng)式加速度計(jì)等，常見(jiàn)的MEMS傳感器有壓力傳感器、加速度傳感器、微機(jī)械陀螺儀、慣性傳感器、MEMS硅麥克風(fēng)等等;MEMS傳感器的品種多到可以以萬(wàn)為單位，且不同MEMS之間參量較多，沒(méi)有完全標(biāo)準(zhǔn)的工藝。

  MEMS工藝流程

  MEMS傳感器作為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略的重要標(biāo)志性產(chǎn)業(yè)，以其技術(shù)含量高、市場(chǎng)前景廣闊等特點(diǎn)備受世界各國(guó)的關(guān)注。近十年來(lái)，中國(guó)MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)也正逐步完善，從研發(fā)、設(shè)計(jì)、代工、封測(cè)到應(yīng)用，完整產(chǎn)業(yè)鏈已基本形成，國(guó)家對(duì)MEMS傳感器行業(yè)也給予了前所未有的政策支持。我國(guó)MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨了重大的機(jī)遇，特別是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，將對(duì)MEMS產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并將催生大量新的產(chǎn)品、新的應(yīng)用，帶動(dòng)MEMS產(chǎn)品在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中的普及化。