傳感器的發(fā)展趨勢（精品）

1、傳感器的發(fā)展趨勢傳感器的歷史可以追溯到遠(yuǎn)古吋代，公元而1000年左右，中國的指南針、記里鼓車已 開始使用。埃及王朝時代開始使用的天平，一直延用到現(xiàn)在。利用液體膨脹進(jìn)行溫度測量在 16世紀(jì)前后就已出現(xiàn)。19世紀(jì)建立了電磁學(xué)的棊礎(chǔ)，當(dāng)時建立的物理法則直到現(xiàn)在作為各 種傳感器的工作原理仍在應(yīng)用著。以電量作為輸出的傳感器，其發(fā)展歷程最短，但是隨著真空管和半導(dǎo)體等有源元件的可 靠性的提高，這種傳感器得到匕速發(fā)展。目詢只要捉到傳感器，一般是指具有電輸出的裝置。 由于集成電路技術(shù)和半導(dǎo)體應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，研究開發(fā)了性能更好的傳感器。隨著電子設(shè)備 水平不斷提高以及功能不斷加強，傳感器也越來越顯得重要。世界各國都

2、將傳感器技術(shù)列為 重點發(fā)展的高新技術(shù)，傳感器技術(shù)已成為高新技術(shù)競爭的核心技術(shù)之一,并且發(fā)展十分迅速。近年來，由于微電子技術(shù)、微機械加工技術(shù)、納米技術(shù)的迅速發(fā)展，傳感器領(lǐng)域的主要 技術(shù)也將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上了以延伸和提高：（1）微機械加工技術(shù)（memt）和納米技術(shù)將得到高速發(fā)展。采用memt制作的傳感器和 微系統(tǒng)，具冇體積微小、低成木、高可靠性等獨特的優(yōu)點。（2）新型敏感材料將加速開發(fā)，微電子、光電子、生物化學(xué)、信息處理等各學(xué)科的互 相交叉、滲透和綜合利用，將會研制出一批新穎、先進(jìn)的傳感器。（3）敏感元件與傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒌玫叫碌拈_拓，二次傳感器和傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用 將大幅度增長。傳感器技術(shù)發(fā)展的兩大

3、物質(zhì)蘋礎(chǔ)是：物理現(xiàn)彖的深入研究一一發(fā)現(xiàn)新的檢測原理；新材 料的開發(fā)一一制造出高水平的傳感器。但是，傳感器技術(shù)能否高速發(fā)展，最終取決于社會對 傳感器技術(shù)的需求。即糧食資源、能源、公害防冶、災(zāi)害預(yù)測、醫(yī)療衛(wèi)牛、國防建設(shè)等各個 領(lǐng)域?qū)鞲衅骷夹g(shù)的需求。當(dāng)今吋代，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展特別迅猛時代，特別是電子計算機的 飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對傳感器技術(shù)的需求更為迫切，并口存在著“頭腦（計算機）發(fā)達(dá)，感 覺（傳感器）遲鈍”的嚴(yán)重現(xiàn)彖，所以傳感器技術(shù)的研究和生產(chǎn)受到了全世界普遍重視。為了 滿足科技高度發(fā)展的要求，傳感器技術(shù)將向以下幾個方血發(fā)展：1. 高精確度為了提高測控精度，必須使傳感器的精度盡對能地尿例如對于火箭

4、發(fā)動機燃燒室的壓 力測量，希望測試精度能優(yōu)于0.1%,對超精加工“在線”檢測精度高于0.1微米，因此需 要研制出高精度的傳感器，以滿足測最的需要。我們已研制出精度優(yōu)于0.05%的傳感器。2. 固態(tài)化趨向與微機械加工工藝i古i態(tài)傳感器體積小，便于集成。目麗最先進(jìn)的固態(tài)傳感器是在一塊芯片上同時集成差壓、 靜壓和溫度傳感器，使差壓傳感器具有溫度和壓力補償功能。以ic制造技術(shù)發(fā)展起來的微 機械加工工藝，可使被加工的敏感結(jié)構(gòu)的尺寸達(dá)到微米、亞微米級，并可以批量生產(chǎn)，從而 制造出微型化而價格便宜的傳感器。如微型加速度計已經(jīng)商品化，廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)。微 機械加工工藝主耍包括： 平而電子加工工藝技術(shù)，如光刻

5、、擴散、沉積、氧化、濺射等； 選擇性的三維刻蝕丄藝技術(shù)、各向杲性腐蝕技術(shù)、外延技術(shù)、犧牲層技術(shù)、liga技 術(shù)(x射線深層光刻、電鑄成型、注塑工藝的組合)等； 固相鍵合t藝技術(shù)，如si-si鍵合，實現(xiàn)硅一體化結(jié)構(gòu)； 機械切割技術(shù)，將每個芯片用分離切斷技術(shù)分割開來，以避免損傷和殘余應(yīng)力； 整體封裝工藝技術(shù)，將傳感器芯片封裝于一個合適的腔體內(nèi)，隔離外界干擾對傳感 器芯片的影響，使傳感器工作于較理想的狀態(tài)。3. 集成化和多功能化趨向固態(tài)功能材料一一半導(dǎo)體、電介質(zhì)、強磁體的進(jìn)一步開發(fā)和集成技術(shù)的不斷發(fā)展，為傳 感器集成化開辟了廣闊的前景。所謂集成化，就是在同一芯片上，或?qū)⒈姸嗤活愋偷膯蝹€傳感器件集成

6、為一維線型, 二維陣列(而)型傳感器；或?qū)鞲衅髋c調(diào)理、補償?shù)入娐芳梢惑w化。前一種集成化使傳感 器的檢測參數(shù)由點到線到面到體多維圖像化，甚至能加上時序，變單參數(shù)檢測為多參數(shù)檢測; 麻一種集成化使傳感器由單一的信號變換功能，擴展為兼冇放大、運算、干擾補償?shù)榷喙?能一一實現(xiàn)了橫向和縱向的多功能。近年來，出現(xiàn)的利用一個傳感器實現(xiàn)多參數(shù)測量的多功 能傳感器,如一種同時檢測na", k'和h'離子的傳感器,其尺寸為2. 5 nunxo. 5 mmxo. 5 mm, 可直接用導(dǎo)管送到心臟內(nèi)進(jìn)行檢測。檢測血液中的納、鉀和氫離子的濃度，對診斷心血管疾 患非常冇意義。氣體傳感器在多功

7、能方血的進(jìn)步最具代表性。如圖1-3所示為一種多功能氣體傳感器結(jié) 構(gòu)示意圖，能夠同時測量 邸,gh18, cioh20o, nh3四種氣體。該結(jié)構(gòu)共有6個用不同敏感材 料制成的敏感部分，其敏感材料分別是:w03, zno, sn02, sn02(pd), zno(pt), wo3(pt)。它 們對上述4種被測氣體均有響應(yīng)，但其響應(yīng)的靈敏度差別很大；利用其從不同敏感部分輸出 的差異，即口j測出被測氣體的濃度。這種多功能的氣體傳感器采用厚膜制造工藝做在同一基 片上。根據(jù)上述6種敏感材料的工作機理，在測量時需要加熱。圖1-3 一-種多功能氣體傳感器4. 圖象化趨向圖彖是最直觀的信息，圖像信息的發(fā)展從一維、二維到冃前的三維空間，使z更生動、 更可靠地反映測最對象。5. 智能化趨向隨著微處理器技術(shù)的進(jìn)步，傳感器技術(shù)正在向智能化方向發(fā)展。這也是信息技術(shù)發(fā)展的 必然趨勢。所謂智能化傳感器就是將傳感器獲取信息的基本功能與專用的微處理器的信息分 析、處理功能緊密結(jié)合在一起，并具冇診斷、數(shù)字雙向通信等新功能的傳感器。由于微處理 器具有強人的計算與邏輯判斷功能，故可以方便地對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、變換、校正補償、存儲 記憶、輸出標(biāo)準(zhǔn)化（甚至具有標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的總線式輸出模式）等；同吋實現(xiàn)必要的口診斷、 自檢測、自校驗以及通信與控制等功能。如圖1-4所示為一個應(yīng)用三維集成器件和界質(zhì)結(jié)技 術(shù)制成的三維圖像傳感器示意圖