典型微纳传感器.pdf

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1、微纳传感器实例微纳传感器实例11引言引言22微传感器微传感器33微驱动微驱动44带有微型致动器的带有微型致动器的MEMSMEMS器件器件55微加速度计微加速度计66微流体器件微流体器件2010-3-22111引言引言微制造技术的迅速发展让大量的微制造技术的迅速发展让大量的MEMSMEMS产产品涌入市场。本章将主要介绍一些典型品涌入市场。本章将主要介绍一些典型MEMSMEMS器件的工作原理器件的工作原理2010-3-2222010-3-222010-3-2232010-3-222010-3-2242010-3-222010-3-22520

2、10-3-222010-3-2262010-3-222010-3-2272010-3-222010-3-2282010-3-222010-3-2292010-3-222010-3-22102010-3-222010-3-22112010-3-222010-3-2212122010-3-222010-3-22132010-3-222010-3-22142010-3-222010-3-221515资料选自资料选自MEMSMEMS和微系统和微系统————设计与制造设计与制造MEMS&MicrosystemsMEMS&Microsystems————Desi

3、gnandManufactureDesignandManufacture（美）徐泰然（Tai-RanHsu）著2010-3-221622微传感器微传感器微传感器是今天最广泛使用的微传感器是今天最广泛使用的MEMSMEMS器件。器件。根据根据Madou[1997]Madou[1997]的定义，传感器是一种将的定义，传感器是一种将能量从一种形式转化为另一种形式，并针能量从一种形式转化为另一种形式，并针对特定可测量的输入为用户提供一种可用对特定可测量的输入为用户提供一种可用的能量输出的器件。下面将介绍几种常用的能量输出的器件。下面将介绍几种常用传感器的

4、工作原理。传感器的工作原理。2010-3-22172.12.1声波传感器声波传感器这些传感器通过将机械能转化为电能来产这些传感器通过将机械能转化为电能来产生声波。生声波。其激励能量主要由两种机理提供：压电效其激励能量主要由两种机理提供：压电效应和磁致伸缩效应。应和磁致伸缩效应。主要应用：主要应用：测量气体中的化学成分；测量气体中的化学成分；在微流体系统中用于驱动流体。在微流体系统中用于驱动流体。2010-3-22182.22.2生物医学传感器和生物传感器生物医学传感器和生物传感器很多人预测生物医学产业将成为汽车产业之后的很多人预测生物医

5、学产业将成为汽车产业之后的另一大微系统用户。近年来，另一大微系统用户。近年来，BioMEMSBioMEMS这一术语这一术语已广泛被已广泛被MEMSMEMS产业和学术界所采用。产业和学术界所采用。生物医学传感器生物医学传感器：分为用来检测生物学物质的生：分为用来检测生物学物质的生物医学仪器以及用于医学诊断为目的的仪器。物医学仪器以及用于医学诊断为目的的仪器。生物传感器生物传感器：工作原理基于待检测分析物与生物：工作原理基于待检测分析物与生物学方法产生的生物分子的相互作用。生物分子包学方法产生的生物分子的相互作用。生物分子包括某种形式的酶、抗体和其他

6、形式的蛋白。括某种形式的酶、抗体和其他形式的蛋白。注意：生物医学传感器用来检测生物学物质；生注意：生物医学传感器用来检测生物学物质；生物传感器定义为任何含有生物成分的测量设备。物传感器定义为任何含有生物成分的测量设备。2010-3-22192.32.3化学传感器化学传感器化学传感器用来检测特定的化合物，比如化学传感器用来检测特定的化合物，比如各种气体。大多数化学传感器都基于材料各种气体。大多数化学传感器都基于材料对特定化学物质的敏感性。对特定化学物质的敏感性。2010-3-2220典型例子：典型例子：1.1.化学电阻传感器化学电阻传感器暴露

7、在某种气体中时，引起金属电导发生变化2.2.化学电容传感器化学电容传感器电容的电介质暴露在某种气体中时，材料的介电常数改变，导致电容变化,其原理如图所示2010-3-22213.3.化学机械传感器化学机械传感器某些材料暴露在某种化学物质中时形状会发生变化，可以通过测量材料尺寸变化来检测这种化学物质。4.4.金属氧化物气体传感器金属氧化物气体传感器有些半导体金属当吸收了某种气体后可以改变自身电阻。下图所示为一种基于半导体材料SnO2的微传感器。2010-3-22222.42.4光学传感器光学传感器工作原理基于量子效应，即材料接受外界光子后

8、产生电子空穴对。如图a所示，当透光性较强的半导体基体A接受了光子的能量后，两光敏电阻的连接处可以产生一个电