传感器的微型化发展历程

各种控制仪器设备的功能越来越大，有些精密仪器或设备，体积本身就小，还需要接上各种传感器进行感知和控制，这也对传感器微型化提出了更高的要求。因而传感器本身体积也是越小越好，这就要求发展新的材料及加工技术，目前利用硅材料制作的传感器体积已经很小。如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的，体积较大、稳定性差、寿命也短，而利用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好。微型传感器可以不受空间大小制约而安放在狭小位置上，并有对被测对象的状态干扰小、时间应快和成本低等优点。过去制作传感器一边用眼看一边用手加工，就是机械加工也受到机械能力的限制。以集成技术为基础的微细加工技术则不然，能把电路加工到光波数量级，而且可批量生产，价格便宜。

集成电路加工技术由三大摹本技术组成：平面电子工艺技术；有选择的化学腐蚀技术和机械切割技术。这三项技术都能进行三维加工。平面电子工艺技术是把在硅表面生成的氧化膜作为一种掩膜，在具有掩膜的硅单晶上进行具有空间选择的扩散和腐蚀加工。所以平面电子工艺技术包括照相制版技术、杂质扩散技术、离子注入技术和化学气相沉积技术等。利用有选择的化学腐蚀技术能对由平面电子工艺技术制作而成的氧化物掩膜和已扩散了杂质的半导体物体空间进行有选择的化学腐蚀加工。利用这种技术可以在特定方向上把硅体腐蚀掉，可以进行三维加工。这种微加工技术可以把物体加工成极微细的可动部件，如应力杆状物，开关甚至马达等。美国斯坦福大学已把过去相当大的连搬遥都困难的气相色谱仪集成在直径5cm的硅片上，制成超小型气相色谱仪，现在的传感器概念已跳出原来含义的小圈子，而是以微型、集成化和智能化为特征的微系统。该微系统除具有自测试、自校准和数字补偿的微处理器之外，还具有微执行器。现代的微细加工技术已把微传感器、微处理器和微执行器集成在一块硅片上构成微系统。

Mems技术的发展使微型传感器提高到了一个新的水平，利用微电子机械加工技术将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在同一芯片上，它具有体积小、价格便宜、可靠性高等特点，并且可以明显提高系统测试精度。MEMS技术是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的。借助MEMS技术的发展，传感器技术将朝着微型化、智能化、多功能化的方向发展，这也正适合自动化和工业控制对传感器性能的需求。目前采用Mems技术可以制作检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器。由于Mems微型传感器在降低汽车电子系统成本及提高其性能方面的优势，它们已开始逐步取代基于传统机电技术的传感器。Mems传感器将成为世界汽车电子的重要构成部分。