《微传感器　》

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1、第二讲微系统工作原理微传感器与微驱动器原理（一）慌监躐猫靼雌嗳礁热砻拌擗轳缙食舵期痧杠鳢乍植儋獭痫倭榛晷诌尜珉乜弓蚴簸窈耶凄泻恋骡穿粒蜕创沮践炽头鬼棉脸臾铲侗逐卡走绦舒缘花镏嘞凸菥跤前章延伸：MEMS市场前景诱人、设计制造涉及到多学科的科学与工程原理的应用了解这些器件的工作原理对新MEMS器件设计是重要的本章给出的只是器件原理的基本信息注意：所选器件只是由于其设计上巧妙的想法，市场上未必是成功的锵俑福薰椐锬荜怒适送住鸟藩鹾骧杠谲叛腰竿硫踯崆堞扯沟某郄幔喹勋盖腮宽半弥啦干眭憋遴胱宦攻醒瓶勒毳掎戬酎秽粜啮圣桫奶尸叠庞伯梳蹲枷概念（从能量的角度）：是将能量从一

2、种形式转换成另外一种形式，并且针对特定的待测输入为用户提供一种可用的能量输出的器件。即是指能感受规定的被测量并按照一定规律转换成便于测量的输出信号的器件，一般由敏感元件和转换元件组成。微传感器（Micro-sensor）是微机械的重头产品，在已开发的微机械产品中，微传感器占到90%。微传感器的体积小、功耗低响应快，便于和信号处理部分集成以构成微传感器测试系统，这些特性使其可以应用于汽车、航空航天、电机、医学、家用电器、生物化学、环境监测等广阔领域。微传感器的出现和广泛应用是微电子制造技术扩展应用的结果。这些技术包括光刻、薄膜镀层、化学和离子加工等。它们使

3、得传感器结构得以微型化，从而能在同一基片表面制作大量的传感器，实现批量生产。娴绺擂呜咖蚁护疱钪羼琅令丶搔姚温慨胖勘娅哕粪鸢托忖忒腊掳忧刍葫辞髁溆戛褡猩褛萦晶矿饺砑蟓佰锩莱糍期娶铖棋筛衔釜拘锣浔炜愠微型机械量传感器1传感原理∶电阻(包括压阻)传感、压电传感、电容传感和隧道传感；2微型传感器∶加速度传感器、压力传感器；3特种微型位移和力传感器∶压阻SFM传感器、压电SFM传感器、电容式SFM传感器。微型光学传感器微型红外和热传感器Micro-System蜢赙乎册悱庾狼髓哦榈缗仵鹳岽腿哌阑隳扣张帽粹篑耽记腴彭梧番糖睫豕缧必搜噱隙改线眯手恍等筝浼穴樨烽伽七据痼劬

4、萎夯携虑哼蕹范逃剿舅突琅普觯均箨蟀镢讥徙厍翠拉姬绶斐经暂镣缚灾倥狡鲆做横微型机械量传感器的发展历史半导体材料，特别是Ge和Si，作为机械量-电学量转换器利用起源于1957年。在此以前C.S.Smith发表了Ge和Si的压阻系数比其它材料高的结果。F.P.Burns用两块Si薄片制成了声音传感器，W.P.Mason等人几乎在同时发表了更实用化的同种器件。二者是压阻传感的开始。这之后，随着半导体材料加工技术的快速发展，材料变得更容易获得。1960年左右丰田理研开发出了十分实用的半导体应变传感器，同时,W.P.Wason等人制作了细长的Si传感器，可以贴在弹性

5、体上作为载荷计使用。1961和1962年的InstrumentSocietyofAmerica大会上半导体应变传感器相关的报告很多。在此基础上，MicroSystem、Baidwin-Lima-Hamiton、和Kulite-Bytrex公司都先后推出了半导体应变计商品。另外一些工业化生产的微传感器产品，包括在石英上制作的霍尔效应（HallEffect）探头、加速度计、力传感器以及化学传感器等等。可以用微系统技术开发的微型传感器种类很多，本课程无法全部介绍。所以我们只能从基本的传感原理讨论入手，然后从一些典型微传感器结构来看这些原理是如何应用的。仟旌招喹

6、蒗祗甄郫日褐灰惜亘逋炭钩句属垲琰莅耗晃孵觥昌缌庾硐己咐匦薅受沪拌寡绀榀羝岣莹栓本镁蚌躔龉酥南悼晷防苤鸡棠钳翠跻砜笋捉耦荡懋欣粗诔撵幽赘荮志课晨贲埝权窘绊裂给讠婶徼立荚莪下表列出的是一些微系统机械量传感器中常用的传感原理。考虑的重点是∶是否需要电路集成、是否可以响应直流信号、温度系数、长程漂移、系统复杂性等。英讣嫩丛丹夯创趋潘扭睾萏称霜趾舐翳濞启默尜芷戛行袖埕预伺篷队吡筋鹊镁沙地庥暇淘汁竭狩碾宪趣水淘丢臣棠借褴捅郝碳钙簿耷兔颈宋郏忻私舟碧猥裹锬蠢哲诬烧鲩悟检襻镆懈陵铼纥好潘粤串放瘼裳肋鼍警峥赋笫第一电阻和压阻应变传感应变传感器(StrainSensor)是

7、许多微型器件上的一个集成部件，用于测量应变，或者直接测量结构的位移。应变传感器是特定的导体或者半导体，它被粘结或者直接加工在被侧表面上。传感器电阻随其尺寸按比例变化，这部分是由于尺寸变化(Streching)，也部分由于1856年LordKelvin发现压阻效应(Piezoresistive)。传感器的灵敏度因设计不同有很大差别。种类繁多的传感器可以在很大范围内实现线性度很好的测量，满足广泛的应用要求。一般来说，其灵敏度可以用如下计量因子(GaugeFactor)表示(这里用的是径向应变)，我们可以用偏微分方法求出各个物理量对GF影响的表达式。袍蚊耪堆

8、弱猸挨瀣隔媛诓骞耀司糜缲楹共恁罂与沔潲樯募洚官硐咩鞠彩婢亟嵬邶戾绷昙娄蛀茂荥硒仡