MEMS傳感器技術(shù)-課件

MEMS傳感器技術(shù)MEMS傳感器技術(shù)內(nèi)容提要MEMS的基本介紹MEMS的加工方法MEMS的基本分類幾種常見的MEMS傳感器MEMS在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用相關(guān)參考文獻(xiàn)內(nèi)容提要MEMS的基本介紹MEMS的基本介紹一門技術(shù)一門產(chǎn)業(yè)一門科學(xué)MEMSMEMS的基本介紹一門一門一門MEMSMEMS的基本介紹MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)是微機(jī)電系統(tǒng)的縮寫，它是以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和計算機(jī)軟件技術(shù)融合而成的一門新興交叉學(xué)科。MEMS的基本介紹MEMS(Micro-Electro-MeMEMS的基本介紹MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))，同時也是一門技術(shù)，是在一個硅基板上，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(微機(jī)電系統(tǒng))，同時也是一門技術(shù)，MEMS的基本介紹MEMS又是一種產(chǎn)業(yè)，采用MEMS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、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的基本介紹MEMS又是一種產(chǎn)業(yè)，采用MEMS技術(shù)制作MEMS的加工方法MEMS，微電子機(jī)械系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工藝、軟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，微電子機(jī)械系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工MEMS的加工方法傳統(tǒng)超精密加工方法傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法以日本為代表，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。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大機(jī)器來制造小機(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的電子機(jī)械適用于在特殊場合的應(yīng)用，例如微型工作臺、微型機(jī)械手等。MEMS的加工方法傳統(tǒng)超精密加工方法MEMS的加工方法微機(jī)械加工方法LIGA

微機(jī)械加工方法LIGA以德國為代表,LIGA~IY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制備微機(jī)械結(jié)構(gòu)。MEMS的加工方法微機(jī)械加工方法LIGAMEMS的加工方法半導(dǎo)體硅微機(jī)械加工方法半導(dǎo)體硅微機(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為代表。它利用集成電路工藝技術(shù)或化學(xué)腐蝕對硅基材料進(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)。MEMS的加工方法半導(dǎo)體硅微機(jī)械加工方法MEMS的基本分類MEMS一般可以以其核心元件分為兩類：傳感型MEMS、致動型MEMS。MEMS的基本分類MEMS一般可以以其核心元件分為兩類：傳感傳感型MEMS輸入信號微傳感元件輸出信號傳輸單元能量供給傳感型MEMS輸入信號微傳感元件輸出信號傳輸單元能量供給致動型MEMS輸出動作微致動元件傳輸單元能量供給致動型MEMS輸出動作微致動元件傳輸單元能量供給幾種常見的MEMS傳感器微壓力傳感器微機(jī)械壓力傳感器是最早開始研制的微機(jī)械產(chǎn)品,也是微機(jī)械技術(shù)中最成熟、最早開始產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品。從信號檢測方式來看,微壓力傳感器可分為壓阻式和電容式兩類,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)。幾種常見的MEMS傳感器微壓力傳感器幾種常見的MEMS傳感器微壓力傳感器幾種常見的MEMS傳感器微壓力傳感器幾種常見的MEMS傳感器微壓力傳感器微壓力傳感器原理圖幾種常見的MEMS傳感器微壓力傳感器微壓力傳感器原理圖幾種常見的MEMS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、工業(yè)測量控制、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。幾種常見的MEMS傳感器微壓力傳感器幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器硅微加速度傳感器在過去十年里發(fā)展很快,是繼微壓力傳感器之后第二個進(jìn)入市場的微機(jī)械傳感器。微加速度傳感器有很多種類型,目前最有吸引力的是電容式力平衡加速度計,其典型產(chǎn)品是Kuehnel等人1994年報道的AGXL50型。系統(tǒng)分為四個部分:質(zhì)量塊、檢測電容、力平衡執(zhí)行器和信號處理電路,均被集成在3mm×3mm的硅片上,其中機(jī)械部分采用表面微機(jī)械工藝制作,電路部分利用BiCMOSIC技術(shù)制作。幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器微加速度傳感器原理圖幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器微加速度傳感器原理圖幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器隨后Zimmermann等人報道了利用SIMOXSOI芯片制作的類似結(jié)構(gòu)的微加速度傳感器，另外Chan等人還報道了測量范圍在5g和1g的改進(jìn)型的力平衡式加速度計。這種傳感器在汽車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。幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀微機(jī)械陀螺儀是另一種慣性微機(jī)械器件,它在諸如汽車牽引控制系統(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)與常見陀螺儀差別很大,常見的結(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)、振動環(huán)結(jié)構(gòu)等幾種,其中最先進(jìn)的是振動環(huán)結(jié)構(gòu)。幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀單軸MEMS偏航陀螺儀工作原理圖幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀單軸MEMS偏航陀螺儀工幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀微機(jī)械陀螺儀的設(shè)計和工作原理可能各種各樣，但是公開的微機(jī)械陀螺儀均采用振動物體傳感角速度的概念。利用振動來誘導(dǎo)和探測科里奧利力而設(shè)計的微機(jī)械陀螺儀沒有旋轉(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)械陀螺儀依賴于由相互正交的振動和轉(zhuǎn)動引起的交變科里奧利力。振動物體被柔軟的彈性結(jié)構(gòu)懸掛在基底之上。整體動力學(xué)系統(tǒng)是二維彈性阻尼系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中振動和轉(zhuǎn)動誘導(dǎo)的科里奧利力把正比于角速度的能量轉(zhuǎn)移到傳感模式。

幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀幾種常見的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)用是計算機(jī)硬盤的磁頭定位系統(tǒng),硬盤的磁道密度很快將達(dá)到0.25μm/道,此時對應(yīng)的移動定位精度是0.025μm,這時解決磁頭移動控制的辦法是在現(xiàn)有位置控制系統(tǒng)上附加一個微機(jī)械次級控制系統(tǒng)。幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械位移控制器幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械位移控制器幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械位移控制器幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械位移控制器微機(jī)械位移控制器原理圖幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械位移控制器微機(jī)械位移控制器原理MEMS在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

基于MEMS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)用基于MEMS慣性傳感器融合的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)中一項重要的節(jié)本增效措施，為了使激光平地機(jī)在水田中作業(yè)時平地鏟保持水平，設(shè)計了一種低成本的水田激光平地機(jī)水平控制系統(tǒng)，采用MEMS陀螺儀與加速度計通過信息融合測定平地鏟實時傾角，通過脈沖寬度調(diào)節(jié)普通電磁閥實現(xiàn)平地鏟水平控制。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)中一項重要的節(jié)本MEMS在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用水平激光平地機(jī)示意圖MEMS在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用水平激光平地機(jī)示意圖MEMS在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用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ADXL203測量平地鏟傾角MEMS在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用采用加速度計ADXL203測量平地鏟MEMS傳感器技術(shù)MEMS傳感器技術(shù)內(nèi)容提要MEMS的基本介紹MEMS的加工方法MEMS的基本分類幾種常見的MEMS傳感器MEMS在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用相關(guān)參考文獻(xiàn)內(nèi)容提要MEMS的基本介紹MEMS的基本介紹一門技術(shù)一門產(chǎn)業(yè)一門科學(xué)MEMSMEMS的基本介紹一門一門一門MEMSMEMS的基本介紹MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)是微機(jī)電系統(tǒng)的縮寫，它是以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和計算機(jī)軟件技術(shù)融合而成的一門新興交叉學(xué)科。MEMS的基本介紹MEMS(Micro-Electro-MeMEMS的基本介紹MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))，同時也是一門技術(shù)，是在一個硅基板上，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(微機(jī)電系統(tǒng))，同時也是一門技術(shù)，MEMS的基本介紹MEMS又是一種產(chǎn)業(yè)，采用MEMS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、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的基本介紹MEMS又是一種產(chǎn)業(yè)，采用MEMS技術(shù)制作MEMS的加工方法MEMS，微電子機(jī)械系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工藝、軟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，微電子機(jī)械系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工MEMS的加工方法傳統(tǒng)超精密加工方法傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法以日本為代表，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。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大機(jī)器來制造小機(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的電子機(jī)械適用于在特殊場合的應(yīng)用，例如微型工作臺、微型機(jī)械手等。MEMS的加工方法傳統(tǒng)超精密加工方法MEMS的加工方法微機(jī)械加工方法LIGA

微機(jī)械加工方法LIGA以德國為代表,LIGA~IY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制備微機(jī)械結(jié)構(gòu)。MEMS的加工方法微機(jī)械加工方法LIGAMEMS的加工方法半導(dǎo)體硅微機(jī)械加工方法半導(dǎo)體硅微機(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為代表。它利用集成電路工藝技術(shù)或化學(xué)腐蝕對硅基材料進(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)。MEMS的加工方法半導(dǎo)體硅微機(jī)械加工方法MEMS的基本分類MEMS一般可以以其核心元件分為兩類：傳感型MEMS、致動型MEMS。MEMS的基本分類MEMS一般可以以其核心元件分為兩類：傳感傳感型MEMS輸入信號微傳感元件輸出信號傳輸單元能量供給傳感型MEMS輸入信號微傳感元件輸出信號傳輸單元能量供給致動型MEMS輸出動作微致動元件傳輸單元能量供給致動型MEMS輸出動作微致動元件傳輸單元能量供給幾種常見的MEMS傳感器微壓力傳感器微機(jī)械壓力傳感器是最早開始研制的微機(jī)械產(chǎn)品,也是微機(jī)械技術(shù)中最成熟、最早開始產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品。從信號檢測方式來看,微壓力傳感器可分為壓阻式和電容式兩類,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)。幾種常見的MEMS傳感器微壓力傳感器幾種常見的MEMS傳感器微壓力傳感器幾種常見的MEMS傳感器微壓力傳感器幾種常見的MEMS傳感器微壓力傳感器微壓力傳感器原理圖幾種常見的MEMS傳感器微壓力傳感器微壓力傳感器原理圖幾種常見的MEMS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、工業(yè)測量控制、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。幾種常見的MEMS傳感器微壓力傳感器幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器硅微加速度傳感器在過去十年里發(fā)展很快,是繼微壓力傳感器之后第二個進(jìn)入市場的微機(jī)械傳感器。微加速度傳感器有很多種類型,目前最有吸引力的是電容式力平衡加速度計,其典型產(chǎn)品是Kuehnel等人1994年報道的AGXL50型。系統(tǒng)分為四個部分:質(zhì)量塊、檢測電容、力平衡執(zhí)行器和信號處理電路,均被集成在3mm×3mm的硅片上,其中機(jī)械部分采用表面微機(jī)械工藝制作,電路部分利用BiCMOSIC技術(shù)制作。幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器微加速度傳感器原理圖幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器微加速度傳感器原理圖幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器隨后Zimmermann等人報道了利用SIMOXSOI芯片制作的類似結(jié)構(gòu)的微加速度傳感器，另外Chan等人還報道了測量范圍在5g和1g的改進(jìn)型的力平衡式加速度計。這種傳感器在汽車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。幾種常見的MEMS傳感器微加速度傳感器幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀微機(jī)械陀螺儀是另一種慣性微機(jī)械器件,它在諸如汽車牽引控制系統(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)與常見陀螺儀差別很大,常見的結(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)、振動環(huán)結(jié)構(gòu)等幾種,其中最先進(jìn)的是振動環(huán)結(jié)構(gòu)。幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀單軸MEMS偏航陀螺儀工作原理圖幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀單軸MEMS偏航陀螺儀工幾種常見的MEMS傳感器微機(jī)械陀螺儀微機(jī)械陀螺儀的設(shè)計和工作原理可能各種各樣，但是公開的微機(jī)械陀螺儀均采用振動物體傳感角速度的概念。利用振動來誘導(dǎo)和探測科里奧利力而設(shè)計的微機(jī)械陀螺儀沒有旋轉(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)械陀螺儀依賴于由相互正交的振動和轉(zhuǎn)動引起的交變科里奧利力。振動物體被柔軟的彈性結(jié)構(gòu)懸掛在基底之上。整體動力學(xué)系統(tǒng)是二維