MEMS傳感器技術(shù)_百度文庫(kù).

1、報(bào)告題目：MEMS 傳感器技術(shù) 學(xué)生姓名：陳科尹學(xué)號(hào)：2011110002學(xué)科專(zhuān)業(yè)：農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化學(xué)院年級(jí)：工程學(xué)院 2011 級(jí)任課教師：劉洪山華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院2011 年 12 月 27 日MEMS傳感器技術(shù)工程學(xué)院陳科尹學(xué)號(hào):20111100022011110002華南內(nèi)容提要MEMSMEMS 的基本介紹MEMSMEMS 的加工方法MEMSMEMS 的基本分類(lèi)幾種常見(jiàn)的 MEMSMEMS 傳感器MEMSMEMS 在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用相關(guān)參考文獻(xiàn)MEMS的基本介紹 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是微機(jī)電系統(tǒng)的縮寫(xiě)，它是以機(jī)械學(xué)、 電子學(xué)和計(jì)算

2、機(jī)軟件技術(shù)融合而成的一 門(mén)新興交叉學(xué)科。 MEMS(MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))，同時(shí)也是一門(mén)技術(shù),是在一個(gè)硅基板上，微米范圍內(nèi)集成了微型傳感器、執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體 的微型機(jī)電系統(tǒng)的高新技術(shù)。MEMS的基本介紹MEMS的基本介紹MEMS的基本介紹 MEMSMEMS 又是一種產(chǎn)業(yè)，采用 MEMSMEMS 技術(shù)制 作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、 微機(jī)械光學(xué)器件、真空微電子器件、電 力電子器件等在航空、航天、汽車(chē)、農(nóng) 業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾 乎人們所接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十 分廣闊的應(yīng)用前景。 MEMS,MEMS,微電子機(jī)械系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工藝、

3、軟 x x 射線深層光刻電鑄成型工藝和半導(dǎo)體硅微機(jī)加工工藝等來(lái)制作微尺度的機(jī)械、電子、流體、光學(xué)、生物及 其它一些器件。制作微電子機(jī)械系統(tǒng)的 主流技術(shù)是硅微機(jī)械加工工藝，它越來(lái) 越多地用于微電子機(jī)械系統(tǒng)的加工中。下面是其三種常用的加工方法：MEMS的加工方法MEMS的加工方法傳統(tǒng)超精密加工方法傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法以 FI 本為代表，超精密機(jī) 械加工是日本研究微電子機(jī)械系統(tǒng)的重點(diǎn)。它 主要是傳統(tǒng)機(jī)械加工的微型化，這種加工方法 就是用人機(jī)器來(lái)制造小機(jī)器，然后再利用小機(jī) 器制造出微機(jī)器，這種加工方法加工出來(lái)的電 子機(jī)械適用于在特殊場(chǎng)合的應(yīng)用，例如微型工 作臺(tái)、微型機(jī)械手等。微機(jī)械加工方法LIGA微機(jī)械

4、加工方法LIGA以德國(guó)為代表丄IGAIY法 是指采用同步 x 射線深層光刻、注塑復(fù)制和微 電鑄制模等主要工藝步驟組成的一種綜合性微 機(jī)械加工技術(shù)。LIGA 技術(shù)首先采用同步 X 射線 光刻技術(shù)光刻出所要生產(chǎn)的圖形，然后采用電 鑄的方法加工出與光刻圖形相反的金屬模具撮 后采用微塑注來(lái)制備微機(jī)械結(jié)構(gòu)。MEMS的加工方法半導(dǎo)體硅微機(jī)械加工方法半導(dǎo)休硅微機(jī)械加工方法與傳統(tǒng)微電子器件工 藝兼容，這種加工方法以美國(guó)為代表。它利用 集成電路工藝技術(shù)或化學(xué)腐蝕對(duì)硅基材料進(jìn)行 加工，加工成硅基微電子機(jī)械系統(tǒng)的器件，它 可以實(shí)現(xiàn)微電子與微機(jī)械的系統(tǒng)集成，非常適 合于批量生產(chǎn)，已經(jīng)成為微電子機(jī)械系統(tǒng)的主 流技術(shù)。

5、MEMSMEMS般可以以其核心元件分為兩類(lèi):傳感型 MEMSMEMS、致動(dòng)型 MEMSoMEMSoMEMS的基本分類(lèi)傳感型MEMS致動(dòng)型MEMS幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器微壓力傳感器微機(jī)械壓力傳感器是最早開(kāi)始研制的微機(jī)械產(chǎn) 品,也是微機(jī)械技術(shù)中最成熟、最早開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化 的產(chǎn)品。從信號(hào)檢測(cè)方式來(lái)看，微壓力傳感器 可分為壓阻式和電容式兩類(lèi)，分別以體微機(jī)械 加工技術(shù)和犧牲層技術(shù)為主制造;從敏感膜結(jié)構(gòu) 來(lái)看,微壓力傳感器可分為圓形、方形、矩形、 E 形等多種結(jié)構(gòu)。微壓力傳感器幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器微壓力傳感器微壓力傳感器目前微機(jī)械壓力傳感器的主要發(fā)展方向：一是擴(kuò)展其在汽車(chē)、工業(yè)測(cè)

6、量控制、醫(yī) 療儀器等方面的應(yīng)用，加速產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；二是將壓敏器件與信號(hào)處理、校準(zhǔn)、補(bǔ) 償、微控制單元進(jìn)行單片集成，以形成智 能化的壓力傳感器。幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器傳歸微壓力幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器微加速度傳感器硅微加速度傳感器在過(guò)去十年里發(fā)展很快，是 繼微壓丿J傳感器之后第二個(gè)進(jìn)入市場(chǎng)的微機(jī)械 傳感器。微加速度傳感器有很多種類(lèi)型，目前 最有吸引力的是電容式力平衡加速度計(jì)，其典 型產(chǎn)品是 Kuehnel等人 1994 字報(bào)道的 A GXL 50 型。系統(tǒng)分為四個(gè)部分：質(zhì)量塊、檢測(cè)電容、 力平衡執(zhí)行器和信號(hào)處理電路/均被集成在 3mm X3mm 的硅舟上，其幣機(jī)械鍬奈米用表 面微機(jī)械工藝制作，電

7、曲部分利用BiCMOS IC 技術(shù)制作。幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器微加速度傳感器幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器微加速度傳感器微加速度傳感器隨后 Zimmermann 等人報(bào)道了利用 SIMOX SOI 芯片制作的類(lèi)似結(jié)構(gòu)的微加速度傳感器，另外 Chan等人還報(bào)道了測(cè)量范圍在 5g 和 lg 的改 進(jìn)型的力平衡式加速度計(jì)。這種傳感器在汽車(chē) 的防撞氣袋控制等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，而且成 本較低（在 15 美元幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器以下） ， 因而引起了產(chǎn)業(yè)界 極大的興趣和投資熱情。幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀微機(jī)械陀螺儀微機(jī)械陀螺儀是另一種慣性微機(jī)械器

8、件，它在 諸如汽車(chē)牽引控制系統(tǒng)、行駛穩(wěn)定系統(tǒng),攝像機(jī) 穩(wěn)定系統(tǒng)，飛機(jī)穩(wěn)定系統(tǒng)，計(jì)算的慣性鼠標(biāo)以及 機(jī)器人、軍事等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。微 機(jī)械陀螺儀的結(jié)構(gòu)與常見(jiàn)陀螺儀差別很大，常 見(jiàn)的結(jié)構(gòu)有雙平衡環(huán)結(jié)構(gòu)、懸臂梁結(jié)構(gòu)、音叉 結(jié)構(gòu)、振動(dòng)環(huán)結(jié)構(gòu)等兒種,其中最先進(jìn)的是振動(dòng) 環(huán)結(jié)構(gòu)。微機(jī)械陀螺儀微機(jī)械陀螺儀的設(shè)計(jì)和丁作原理可能各種各樣，但是 公開(kāi)的微機(jī)械陀螺儀均采用振動(dòng)物體傳感角速度的概 念。利用振動(dòng)來(lái)誘導(dǎo)和探測(cè)科里奧利力而設(shè)計(jì)的微機(jī) 械陀螺儀沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件、不需要軸承，已被證明可以 用微機(jī)械加工技術(shù)大批量生產(chǎn)。絕大多數(shù)微機(jī)械陀螺 儀依賴(lài)丁山相互正交的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)引起的交變科里奧 利力。振動(dòng)物體被柔軟的彈

9、性結(jié)構(gòu)懸掛在基底之上。 整體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)是二維彈性阻尼系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中 振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)誘導(dǎo)的科里奧利力把止比于角速度的能量 轉(zhuǎn)移到傳感模式。幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀單軸MEMS偏航陀幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器微機(jī)械位移控制器微機(jī)械位移控制器的主要應(yīng)用是計(jì)算機(jī) 硬盤(pán)的磁頭定位系統(tǒng)， 硬盤(pán)的磁道密度很 快將達(dá)到0 0 25pm/25pm/道匕時(shí)對(duì)應(yīng)的移動(dòng)定 位精度是 0 0 025p025pm m 丿這時(shí)解決磁頭移動(dòng)控 制的辦法是在現(xiàn)有位置控制系統(tǒng)上附加 一個(gè)微機(jī)械次級(jí)控制系統(tǒng)。微機(jī)械位移控制器幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器幾種常見(jiàn)的MEMS傳感器微機(jī)械位移控制器MEMS在

10、農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用基于 MEMSMEMS 慣性傳感器融合的 水田激光平地機(jī)水平控制系統(tǒng)MEMS在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用激光平地技術(shù)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一項(xiàng)重要的 節(jié)木增效措施，為了使激光平地機(jī)在水 田中作業(yè)時(shí)平地鏟保持水平，設(shè)計(jì)了一 種低成本的水田激光平地機(jī)水平控制系 統(tǒng)，采用 MEMSMEMS 陀螺儀與加速度計(jì)通過(guò) 信息融合測(cè)定平地鏟實(shí)時(shí)傾角，通過(guò)脈 沖寬度調(diào)節(jié)普通電磁閥實(shí)現(xiàn)平地鏟水平 控制。水平激光平地機(jī)示意圖MEMS在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用廠平地鏟水平傾角傳感器及安裝示意圖MEMS在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用采用加速度計(jì)ADXL203測(cè)量平地鏟傾角相關(guān)參考文獻(xiàn)李炳乾，朱長(zhǎng)純，劉君華.微電子機(jī)械系統(tǒng)的研 究進(jìn)展J國(guó)外電子元器件，2001, 1.王勇.MEMS 技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)刀工藝與材 料，2011, 5: 85-89 王淑華.MEMS 傳感器現(xiàn)狀及應(yīng)用J微納電子 技術(shù)，2011, 8(8): 516-522.任子西.MEMS 技術(shù)將會(huì)為戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈帶來(lái)一場(chǎng)革 命J戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2010, 1: 1-&相關(guān)參考文獻(xiàn)徐永青，楊擁軍硅MEMS器件加工技術(shù)及展望J微納 電子技術(shù)，2010, 7(47): 425-431.呂樹(shù)海，楊擁軍，徐淑靜，張旭輝.MEMS微加速度與微 角速率集成傳感器的研制J微納電