MEMS傳感器教學(xué)講解課件

第11章MEMS傳感器11.1MEMS傳感器及特點11.2MEMS傳感器加工技術(shù)11.3微傳感器的應(yīng)用習(xí)題第11章MEMS傳感器11.1MEMS傳感器及特點1思考世界上最先進的MEMS加工設(shè)備是哪個國家生產(chǎn)的。如果我們引進這樣的設(shè)備建立實驗室，學(xué)習(xí)和生產(chǎn)的意義是什么？(從工藝方面考慮)應(yīng)如何維護MEMS加工設(shè)備的工作環(huán)境？思考世界上最先進的MEMS加工設(shè)備是哪個國家生產(chǎn)的2MEMS概念MEMS（MicroElectricMechanicalSystem）：即微電子機械系統(tǒng)。用微電子技術(shù)和微機械技術(shù)制造的微敏感器件與微執(zhí)行器的總和。

MEMS技術(shù)的應(yīng)用：

大屏幕彩電高分辨率(2048×1152)投影顯示屏DMD；

微型衛(wèi)星、納米衛(wèi)星； DNA反應(yīng)室；

外科手術(shù)微米鑷對血球及DNA操作技術(shù)等MEMS概念MEMS（MicroElectricMech3

MEMS傳感器（微傳感器）：用MEMS技術(shù)制作的傳感器；微傳感器：體積小，敏感元件尺寸0.1~100μm，其結(jié)構(gòu)工藝、設(shè)計等許多特殊的現(xiàn)象和規(guī)律；常見微電子器件：運算放大器；邏輯門電路；微處理器等；微電技術(shù)：使信號處理芯片復(fù)雜程度上升和價格的下降；MEMS傳感器（微傳感器）：用MEMS技術(shù)制作的傳感器；411.1MEMS傳感器及特點傳感器+處理器+執(zhí)行器測控系統(tǒng)測控系統(tǒng)基本組成目前測控系統(tǒng)的特點：

處理器性價比較高；

傳感器和執(zhí)行器發(fā)展滯后；11.1MEMS傳感器及特點傳感器+處理器+執(zhí)行器測控系5微傳感器三個層次的含義： 1）單一敏感元件，尺寸小。采用精密加工、微

電技術(shù)及MEMS技術(shù)加工； 2）集成傳感器，將微小敏感元件、信號處理、

數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上； 3）微型測控系統(tǒng)。包括微傳感器、微執(zhí)行器，

可以獨立工作。也可由多個微傳感器組成傳

感網(wǎng)絡(luò)或通過其它網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)異地聯(lián)網(wǎng)；微傳感器三個層次的含義：6體積小，重量輕。

利用MEMS技術(shù)：微傳感器封裝后尺寸為毫米量級，或更小；重量一般都在幾克~幾十克。

如壓力微傳感器已經(jīng)可以小到放在注射針頭內(nèi)，送進血管測量血液流動情況；或裝載到飛機或發(fā)動機葉片表面，用來測量氣體的流速和壓力；

能耗低

很多場合，傳感器及配套的測量系統(tǒng)都是利用電池供電的。因此傳感器能耗大小，在某種程度上決定了整個儀器系統(tǒng)可供連續(xù)使用的時間。

微傳感器優(yōu)點體積小，重量輕。微傳感器優(yōu)點7性能好

微傳感器在幾何尺寸上的微型化，在保持原有敏感特性的同時，提高了溫度穩(wěn)定性，不易受到外界溫度干擾。敏感元件的自諧振頻率提高，工作頻帶加寬，敏感區(qū)間變小，空間解析度提高。易于批量生產(chǎn)，成本低

微傳感器的敏感元件一般是利用硅微加工工藝制造的，這種工藝的一個顯著特點就是適合于批量生產(chǎn)。大批量生產(chǎn)使得微傳感器單件的生產(chǎn)成本大大降低。

性能好8便于集成化和多功能化。

微傳感器能感知與轉(zhuǎn)換兩種以上不同的物理或化學(xué)參量；

例如，在同一硅片上制作應(yīng)變計和溫度敏感元件，制成同時測量壓力和溫度的多功能微傳感器，將處理電路也制作在同一硅片上，還可以實現(xiàn)溫度補償。

將檢測幾種不同氣體的敏感元件用厚膜制造工藝制作在同一基片上，制成檢測多種氣體的多功能微傳感器。

現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出可同時檢測鈉、鉀和氫離子的微傳感器陣列，用于檢測血液中的鈉、鉀和氫離子的濃度，對診斷心血管疾病有重大意義。該微傳感器尺寸為2.5nm×0.5nm，可直接用導(dǎo)管送到心臟內(nèi)測量。

便于集成化和多功能化。9提高傳感器的智能化水平。

智能傳感器是測量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計算技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)和材料科學(xué)互相結(jié)合的綜合密集技術(shù)。

與一般傳感器相比，智能傳感器具有自補償能力、自校準功能、自診斷功能、尋址處理能力、雙向通信功能、信息存儲、記憶和數(shù)字量輸出功能。 MEMS技術(shù)在傳感器方面的應(yīng)用，大大提高了傳感器的智能化水平。利用MEMS技術(shù)可以將信號調(diào)節(jié)電路、信號處理電路(甚至包含微處理器)、接口電路等與傳感器封裝成一體，組成微傳感器系統(tǒng)。提高傳感器的智能化水平。智能傳感器是測量技術(shù)、半導(dǎo)體10圖中顯示了微加工技術(shù)的進步對微傳感器、微傳感器系統(tǒng)乃至射頻通信技術(shù)的影響。圖中顯示了微加工技術(shù)的進步對微傳感器、微傳感器系統(tǒng)乃至射頻通1111.2MEMS傳感器加工技術(shù)體微加工技術(shù)

利用蝕刻工藝對塊狀硅進行準三維結(jié)構(gòu)的微加工，主包括蝕刻和停止蝕刻兩項關(guān)鍵技術(shù)。表面微加工技術(shù)

采用光刻等手段，使得硅片等表面淀積或生長而成的多層薄膜分別具有一定的圖形，然后去除某些不需要的薄膜層，從而形成三維結(jié)構(gòu)。11.2MEMS傳感器加工技術(shù)體微加工技術(shù)12鍵合技術(shù)

固相鍵合技術(shù)就是不用液態(tài)粘結(jié)劑而將兩塊固體材料鍵合在一起，且鍵合過程中材料始終處于固相狀態(tài)。（包括陽極鍵合與直接鍵合）光刻電鑄注塑技術(shù)（LIGA）

一種基于X射線光刻技術(shù)的MEMS加工技術(shù)。主要包括X光深度同步輻射光刻，電鑄制模和注模復(fù)制三個工藝步驟。

鍵合技術(shù)1311.3幾種典型微傳感器的原理和應(yīng)用1、電熱堆

組成熱電堆的兩種金屬材料分別為鉑(厚1m)及鋅銻合金(厚1m)。熱端置于帕利靈(parylene)薄膜(厚約25.4m)上。帕利靈薄膜作為熱絕緣層，將熱端與冷端隔開。熱電堆結(jié)構(gòu)示意圖11.3幾種典型微傳感器的原理和應(yīng)用1、電熱堆熱電堆結(jié)構(gòu)示142、螺旋式熱電偶

采用N型多晶硅與鋁熱電偶。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于利用有限的矩形面積容納了盡可能長而窄的結(jié)構(gòu)，提高了熱阻，增強了輸出信號強度。由于熱電偶的結(jié)構(gòu)很窄，可利用各向同性的干法反應(yīng)離子刻蝕(RIE)技術(shù)，實現(xiàn)對硅基底的加工。由于全部加工工藝與CMOS工藝兼容，因此可將信號放大電路集成在同一芯片上。1-為加工的空腔；2-介電層、多晶及鋁組成的三明治式螺旋結(jié)構(gòu)；3-熱端；4-未刻蝕硅基底上的微傳感器輸出端采用CMOS工藝制作的螺旋結(jié)構(gòu)熱電偶2、螺旋式熱電偶1-為加工的空腔；2-介電層、多晶及鋁組成的153、石英諧振溫度微傳感器音叉結(jié)構(gòu)的石英諧振溫度微傳感器

諧振器工作于扭轉(zhuǎn)振動模式，諧振器的諧振頻率為溫度的函數(shù)。由于石英晶體諧振器的阻尼所帶來的能量損耗一般在100W的量級，因此這種微傳感器在流體環(huán)境中的自熱現(xiàn)象一般不會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。石英晶體諧振器的基本頻率?0可根據(jù)對溫度靈敏度的要求來選取。例如，要求溫度每變化1℃時頻率變化1000Hz，如果諧振器的頻率溫度系數(shù)為35.4×10-6/℃，則基本頻率應(yīng)為3、石英諧振溫度微傳感器音叉結(jié)構(gòu)的石英諧振溫度微傳感器 諧振16一般石英諧振式溫度傳感器的參數(shù)： 1）振蕩頻率：256kHz~28MHz； 2）溫度系數(shù)：19×10-6~90×10-6/℃； 3）靈敏度：1000MHz/℃左右（-50~50℃的

溫度范圍內(nèi)）； 4）分辨率：0.0001℃；

注：某些特殊設(shè)計的傳感器的測量范圍可達到-40~300℃，但線性度比較差。

一般石英諧振式溫度傳感器的參數(shù)：174、無源無線聲表面波傳感器

無源無線聲表面波傳感器的敏感器件有兩種形式：延遲線型及諧振器型，如圖所示。(a)延遲線型(b)諧振器型4、無源無線聲表面波傳感器 無源無線聲表面波傳感器的敏感器件18延遲線型無源無線聲表面波傳感器：有一組與天線連接在一起的IDT，既作為發(fā)射IDT，也作為接收IDT。而延遲時間則是通過在器件上與IDT間隔一定距離制做聲表面波反射柵的方式實現(xiàn)的。延遲時間則通過提取回波信號的相位差實現(xiàn)。諧振器型無源無線聲表面波傳感器：其敏感器件與普通的諧振器型聲表面波器件類似，也是通過提取回波信號中的諧振頻率實現(xiàn)無線檢測。諧振頻率的檢測可采用模擬及數(shù)字兩種方法。模擬的方法可采用門控鎖相技術(shù)進行鑒頻；數(shù)字的方法則可利用快速傅里葉變換，直接從回波信號中提取諧振頻率。延遲線型無源無線聲表面波傳感器：有一組與天線連接在一起的ID19微型無源無線聲表面波溫度傳感器

應(yīng)用于溫度檢測時，這種無源無線聲表面波傳感器所采用的主要為延遲線型形式。制作：

在陶瓷、玻璃或硅基片上制作一層鈮酸鋰(LiNbO3)薄膜，金屬鋁薄膜；用平面光刻工藝制作一對連接到微波天線上的IDT以及一對反射柵；工作原理：

天線將接收到的信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過IDT激勵起聲表面波；傳播到反射光柵，反射回波到IDT，轉(zhuǎn)換成電磁波發(fā)射出去。由于兩個反射柵的位置不同，反射回波的時間間隔與器件溫度有關(guān)。微型無源無線聲表面波溫度傳感器 應(yīng)用于溫度檢測時，這種無源無20

這種溫度傳感器的檢測精度并不是很高，其突出優(yōu)勢在于檢測方式。因此，在一些嚴格限制不能采用有線方式為傳感器提供電源的場合非常適用。另外，這種傳感器還可嵌入在旋轉(zhuǎn)或運動的部件中，如汽車輪胎、火車車輪、飛機馬達等，實現(xiàn)運動部件的溫度檢測。雖然訪問系統(tǒng)的工作頻率高，電路組成比較復(fù)雜一些，但器件本身容易采用微細加工工藝制作，成本低廉，是一種很有發(fā)展前途的傳感器。 這種溫度傳感器的檢測精度并不是很高，其突出優(yōu)勢在于檢測方215、紅外光微傳感器利用微加工技術(shù)很容易實現(xiàn)輻射熱測量器的設(shè)計制作。由于可以制作出很好的熱絕緣微結(jié)構(gòu)，微傳感器的性能也很理想。圖示為一種紅外光微傳感器的結(jié)構(gòu)。熱輻射測量器型紅外光微傳感器結(jié)構(gòu)5、紅外光微傳感器利用微加工技術(shù)很容易實現(xiàn)輻射熱測量器的設(shè)計226、壓力微傳感器壓力微傳感器的常見結(jié)構(gòu)形式其中Pinput1及Pinput2為被測量的壓力，Preference為參考壓力。壓力微傳感器分類：

密封測量：測量與一個密封的參照腔相對壓力；

（絕對壓力差）

非密封測量：測量兩個端口輸入壓力差。6、壓力微傳感器壓力微傳感器的常見結(jié)構(gòu)形式其中Pinput1237、單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器組成：硅片（敏感質(zhì)量塊+懸臂梁）+兩塊玻璃；懸臂梁上，通過擴散法集成了壓阻；質(zhì)量塊運動一種具體的單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器結(jié)構(gòu)懸臂梁彎曲，壓阻阻值變化。7、單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器組成：硅片（敏感質(zhì)量塊+懸24制作這樣一個加速度微傳感器的基本工藝單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器的制作工藝過程1）在硅片上腐蝕定位孔，覆蓋一層帶有一定圖形的大約1.5μm厚的熱氧化物；2）兩次擴散，形成連接線和壓阻；3）硅片正面淀積氧化物，對硅片背面氧化物圖形化，用KON刻蝕形成梁形狀；4）對正面氧化物圖形化；5）金屬化玻璃層形成空腔，玻璃上淀積圖形化一層鋁，形成縫合盤；6）硅片夾在玻璃之間縫合，劃片。體積：2mm×3mm×0.6mm（可植入體內(nèi)）測量最低加速度值0.001g。制作這樣一個加速度微傳感器的基本工藝單懸臂梁壓阻式加速度微傳258、催化燃燒型可燃氣體微傳感器傳感器的檢測元件：鉑金屬電阻（保持300~400°C）；原理：與可燃氣體接觸在催化層燃燒鉑電阻溫度上升阻值上升測阻值變化知可燃氣體濃度(a)工作原理(b)微傳感結(jié)構(gòu)催化燃燒型可燃氣體微傳感器的結(jié)構(gòu)8、催化燃燒型可燃氣體微傳感器傳感器的檢測元件：鉑金屬電阻269、電導(dǎo)敏感元件在中央部位表面利用納米材料制作氣體敏感薄膜(如SnO2)，則該元件即成為氣體微傳感器的基礎(chǔ)元件，可用于制作各種類型的氣體微傳感器以及微傳感器列陣。這種微傳感器的優(yōu)勢：體積小、功耗低、可批量生產(chǎn)；問題：硅基底材料的立體加工工藝、元件的可靠性以及元件與敏感材料之間的兼容性等。利用MEMS技術(shù)制作的可控溫的電導(dǎo)敏感元件9、電導(dǎo)敏感元件在中央部位表面利用納米材料制作氣體敏2710、SnO2氧化物薄膜氣體微傳感器原理：氣體分子在SnO2氧化物薄膜表面的吸/脫附過程。溫度變化的影響：氣體分子在表面的吸附量、反應(yīng)速度、

微結(jié)構(gòu)的的尺寸等。(a)元件俯視圖(b)元件的薄膜結(jié)構(gòu)一種基于SnO2氧化物薄膜氣體敏感元件懸空結(jié)構(gòu)10、SnO2氧化物薄膜氣體微傳感器原理：氣體分子在S28集成有9個敏感元件的芯片

在元件的制作方面，需要考慮的因素主要有加溫元件的位置以及用微結(jié)構(gòu)制作的表面薄膜的控制?？赏ㄟ^對元件工作溫度的控制，調(diào)節(jié)敏感元件的氣體敏感特性。

圖中給出了集成有9個敏感元件的器件，這是一種與CMOS工藝兼容的期間，由于體積微小，所以熱慣性小，溫度變化率可達到105~106℃/s。集成有9個敏感元件的芯片 在元件的制作方面，需要考慮的因素主29

傳感器今后的發(fā)展重點是微型化、智能化和多功能化，為此需要深入研究各種傳感器的敏感機理，提高敏感材料功能設(shè)計能力，靈活的應(yīng)用微機械加工技術(shù)、敏感膜修飾技術(shù)、微電子技術(shù)、智能技術(shù)等多種技術(shù)融合，使傳感器的性能實現(xiàn)最優(yōu)化。傳感器今后的發(fā)展重點是微型化、智能化和多功能化，為此需要30習(xí)題什么是MEMS？簡述微型無源無線聲表面波溫度傳感器的工作原理并說明它的主要用途。傳感器以后發(fā)展的主要優(yōu)勢是什么？我們應(yīng)該主要去做哪些方面的工作？習(xí)題什么是MEMS？31第11章MEMS傳感器11.1MEMS傳感器及特點11.2MEMS傳感器加工技術(shù)11.3微傳感器的應(yīng)用習(xí)題第11章MEMS傳感器11.1MEMS傳感器及特點32思考世界上最先進的MEMS加工設(shè)備是哪個國家生產(chǎn)的。如果我們引進這樣的設(shè)備建立實驗室，學(xué)習(xí)和生產(chǎn)的意義是什么？(從工藝方面考慮)應(yīng)如何維護MEMS加工設(shè)備的工作環(huán)境？思考世界上最先進的MEMS加工設(shè)備是哪個國家生產(chǎn)的33MEMS概念MEMS（MicroElectricMechanicalSystem）：即微電子機械系統(tǒng)。用微電子技術(shù)和微機械技術(shù)制造的微敏感器件與微執(zhí)行器的總和。

MEMS技術(shù)的應(yīng)用：

大屏幕彩電高分辨率(2048×1152)投影顯示屏DMD；

微型衛(wèi)星、納米衛(wèi)星； DNA反應(yīng)室；

外科手術(shù)微米鑷對血球及DNA操作技術(shù)等MEMS概念MEMS（MicroElectricMech34

MEMS傳感器（微傳感器）：用MEMS技術(shù)制作的傳感器；微傳感器：體積小，敏感元件尺寸0.1~100μm，其結(jié)構(gòu)工藝、設(shè)計等許多特殊的現(xiàn)象和規(guī)律；常見微電子器件：運算放大器；邏輯門電路；微處理器等；微電技術(shù)：使信號處理芯片復(fù)雜程度上升和價格的下降；MEMS傳感器（微傳感器）：用MEMS技術(shù)制作的傳感器；3511.1MEMS傳感器及特點傳感器+處理器+執(zhí)行器測控系統(tǒng)測控系統(tǒng)基本組成目前測控系統(tǒng)的特點：

處理器性價比較高；

傳感器和執(zhí)行器發(fā)展滯后；11.1MEMS傳感器及特點傳感器+處理器+執(zhí)行器測控系36微傳感器三個層次的含義： 1）單一敏感元件，尺寸小。采用精密加工、微

電技術(shù)及MEMS技術(shù)加工； 2）集成傳感器，將微小敏感元件、信號處理、

數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上； 3）微型測控系統(tǒng)。包括微傳感器、微執(zhí)行器，

可以獨立工作。也可由多個微傳感器組成傳

感網(wǎng)絡(luò)或通過其它網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)異地聯(lián)網(wǎng)；微傳感器三個層次的含義：37體積小，重量輕。

利用MEMS技術(shù)：微傳感器封裝后尺寸為毫米量級，或更小；重量一般都在幾克~幾十克。

如壓力微傳感器已經(jīng)可以小到放在注射針頭內(nèi)，送進血管測量血液流動情況；或裝載到飛機或發(fā)動機葉片表面，用來測量氣體的流速和壓力；

能耗低

很多場合，傳感器及配套的測量系統(tǒng)都是利用電池供電的。因此傳感器能耗大小，在某種程度上決定了整個儀器系統(tǒng)可供連續(xù)使用的時間。

微傳感器優(yōu)點體積小，重量輕。微傳感器優(yōu)點38性能好

微傳感器在幾何尺寸上的微型化，在保持原有敏感特性的同時，提高了溫度穩(wěn)定性，不易受到外界溫度干擾。敏感元件的自諧振頻率提高，工作頻帶加寬，敏感區(qū)間變小，空間解析度提高。易于批量生產(chǎn)，成本低

微傳感器的敏感元件一般是利用硅微加工工藝制造的，這種工藝的一個顯著特點就是適合于批量生產(chǎn)。大批量生產(chǎn)使得微傳感器單件的生產(chǎn)成本大大降低。

性能好39便于集成化和多功能化。

微傳感器能感知與轉(zhuǎn)換兩種以上不同的物理或化學(xué)參量；

例如，在同一硅片上制作應(yīng)變計和溫度敏感元件，制成同時測量壓力和溫度的多功能微傳感器，將處理電路也制作在同一硅片上，還可以實現(xiàn)溫度補償。

將檢測幾種不同氣體的敏感元件用厚膜制造工藝制作在同一基片上，制成檢測多種氣體的多功能微傳感器。

現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出可同時檢測鈉、鉀和氫離子的微傳感器陣列，用于檢測血液中的鈉、鉀和氫離子的濃度，對診斷心血管疾病有重大意義。該微傳感器尺寸為2.5nm×0.5nm，可直接用導(dǎo)管送到心臟內(nèi)測量。

便于集成化和多功能化。40提高傳感器的智能化水平。

智能傳感器是測量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計算技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)和材料科學(xué)互相結(jié)合的綜合密集技術(shù)。

與一般傳感器相比，智能傳感器具有自補償能力、自校準功能、自診斷功能、尋址處理能力、雙向通信功能、信息存儲、記憶和數(shù)字量輸出功能。 MEMS技術(shù)在傳感器方面的應(yīng)用，大大提高了傳感器的智能化水平。利用MEMS技術(shù)可以將信號調(diào)節(jié)電路、信號處理電路(甚至包含微處理器)、接口電路等與傳感器封裝成一體，組成微傳感器系統(tǒng)。提高傳感器的智能化水平。智能傳感器是測量技術(shù)、半導(dǎo)體41圖中顯示了微加工技術(shù)的進步對微傳感器、微傳感器系統(tǒng)乃至射頻通信技術(shù)的影響。圖中顯示了微加工技術(shù)的進步對微傳感器、微傳感器系統(tǒng)乃至射頻通4211.2MEMS傳感器加工技術(shù)體微加工技術(shù)

利用蝕刻工藝對塊狀硅進行準三維結(jié)構(gòu)的微加工，主包括蝕刻和停止蝕刻兩項關(guān)鍵技術(shù)。表面微加工技術(shù)

采用光刻等手段，使得硅片等表面淀積或生長而成的多層薄膜分別具有一定的圖形，然后去除某些不需要的薄膜層，從而形成三維結(jié)構(gòu)。11.2MEMS傳感器加工技術(shù)體微加工技術(shù)43鍵合技術(shù)

固相鍵合技術(shù)就是不用液態(tài)粘結(jié)劑而將兩塊固體材料鍵合在一起，且鍵合過程中材料始終處于固相狀態(tài)。（包括陽極鍵合與直接鍵合）光刻電鑄注塑技術(shù)（LIGA）

一種基于X射線光刻技術(shù)的MEMS加工技術(shù)。主要包括X光深度同步輻射光刻，電鑄制模和注模復(fù)制三個工藝步驟。

鍵合技術(shù)4411.3幾種典型微傳感器的原理和應(yīng)用1、電熱堆

組成熱電堆的兩種金屬材料分別為鉑(厚1m)及鋅銻合金(厚1m)。熱端置于帕利靈(parylene)薄膜(厚約25.4m)上。帕利靈薄膜作為熱絕緣層，將熱端與冷端隔開。熱電堆結(jié)構(gòu)示意圖11.3幾種典型微傳感器的原理和應(yīng)用1、電熱堆熱電堆結(jié)構(gòu)示452、螺旋式熱電偶

采用N型多晶硅與鋁熱電偶。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于利用有限的矩形面積容納了盡可能長而窄的結(jié)構(gòu)，提高了熱阻，增強了輸出信號強度。由于熱電偶的結(jié)構(gòu)很窄，可利用各向同性的干法反應(yīng)離子刻蝕(RIE)技術(shù)，實現(xiàn)對硅基底的加工。由于全部加工工藝與CMOS工藝兼容，因此可將信號放大電路集成在同一芯片上。1-為加工的空腔；2-介電層、多晶及鋁組成的三明治式螺旋結(jié)構(gòu)；3-熱端；4-未刻蝕硅基底上的微傳感器輸出端采用CMOS工藝制作的螺旋結(jié)構(gòu)熱電偶2、螺旋式熱電偶1-為加工的空腔；2-介電層、多晶及鋁組成的463、石英諧振溫度微傳感器音叉結(jié)構(gòu)的石英諧振溫度微傳感器

諧振器工作于扭轉(zhuǎn)振動模式，諧振器的諧振頻率為溫度的函數(shù)。由于石英晶體諧振器的阻尼所帶來的能量損耗一般在100W的量級，因此這種微傳感器在流體環(huán)境中的自熱現(xiàn)象一般不會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。石英晶體諧振器的基本頻率?0可根據(jù)對溫度靈敏度的要求來選取。例如，要求溫度每變化1℃時頻率變化1000Hz，如果諧振器的頻率溫度系數(shù)為35.4×10-6/℃，則基本頻率應(yīng)為3、石英諧振溫度微傳感器音叉結(jié)構(gòu)的石英諧振溫度微傳感器 諧振47一般石英諧振式溫度傳感器的參數(shù)： 1）振蕩頻率：256kHz~28MHz； 2）溫度系數(shù)：19×10-6~90×10-6/℃； 3）靈敏度：1000MHz/℃左右（-50~50℃的

溫度范圍內(nèi)）； 4）分辨率：0.0001℃；

注：某些特殊設(shè)計的傳感器的測量范圍可達到-40~300℃，但線性度比較差。

一般石英諧振式溫度傳感器的參數(shù)：484、無源無線聲表面波傳感器

無源無線聲表面波傳感器的敏感器件有兩種形式：延遲線型及諧振器型，如圖所示。(a)延遲線型(b)諧振器型4、無源無線聲表面波傳感器 無源無線聲表面波傳感器的敏感器件49延遲線型無源無線聲表面波傳感器：有一組與天線連接在一起的IDT，既作為發(fā)射IDT，也作為接收IDT。而延遲時間則是通過在器件上與IDT間隔一定距離制做聲表面波反射柵的方式實現(xiàn)的。延遲時間則通過提取回波信號的相位差實現(xiàn)。諧振器型無源無線聲表面波傳感器：其敏感器件與普通的諧振器型聲表面波器件類似，也是通過提取回波信號中的諧振頻率實現(xiàn)無線檢測。諧振頻率的檢測可采用模擬及數(shù)字兩種方法。模擬的方法可采用門控鎖相技術(shù)進行鑒頻；數(shù)字的方法則可利用快速傅里葉變換，直接從回波信號中提取諧振頻率。延遲線型無源無線聲表面波傳感器：有一組與天線連接在一起的ID50微型無源無線聲表面波溫度傳感器

應(yīng)用于溫度檢測時，這種無源無線聲表面波傳感器所采用的主要為延遲線型形式。制作：

在陶瓷、玻璃或硅基片上制作一層鈮酸鋰(LiNbO3)薄膜，金屬鋁薄膜；用平面光刻工藝制作一對連接到微波天線上的IDT以及一對反射柵；工作原理：

天線將接收到的信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過IDT激勵起聲表面波；傳播到反射光柵，反射回波到IDT，轉(zhuǎn)換成電磁波發(fā)射出去。由于兩個反射柵的位置不同，反射回波的時間間隔與器件溫度有關(guān)。微型無源無線聲表面波溫度傳感器 應(yīng)用于溫度檢測時，這種無源無51

這種溫度傳感器的檢測精度并不是很高，其突出優(yōu)勢在于檢測方式。因此，在一些嚴格限制不能采用有線方式為傳感器提供電源的場合非常適用。另外，這種傳感器還可嵌入在旋轉(zhuǎn)或運動的部件中，如汽車輪胎、火車車輪、飛機馬達等，實現(xiàn)運動部件的溫度檢測。雖然訪問系統(tǒng)的工作頻率高，電路組成比較復(fù)雜一些，但器件本身容易采用微細加工工藝制作，成本低廉，是一種很有發(fā)展前途的傳感器。 這種溫度傳感器的檢測精度并不是很高，其突出優(yōu)勢在于檢測方525、紅外光微傳感器利用微加工技術(shù)很容易實現(xiàn)輻射熱測量器的設(shè)計制作。由于可以制作出很好的熱絕緣微結(jié)構(gòu)，微傳感器的性能也很理想。圖示為一種紅外光微傳感器的結(jié)構(gòu)。熱輻射測量器型紅外光微傳感器結(jié)構(gòu)5、紅外光微傳感器利用微加工技術(shù)很容易實現(xiàn)輻射熱測量器的設(shè)計536、壓力微傳感器壓力微傳感器的常見結(jié)構(gòu)形式其中Pinput1及Pinput2為被測量的壓力，Preference為參考壓力。壓力微傳感器分類：

密封測量：測量與一個密封的參照腔相對壓力；

（絕對壓力差）

非密封測量：測量兩個端口輸入壓力差。6、壓力微傳感器壓力微傳感器的常見結(jié)構(gòu)形式其中Pinput1547、單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器組成：硅片（敏感質(zhì)量塊+懸臂梁）+兩塊玻璃；懸臂梁上，通過擴散法集成了壓阻；質(zhì)量塊運動一種具體的單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器結(jié)構(gòu)懸臂梁彎曲，壓阻阻值變化。7、單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器組成：硅片（敏感質(zhì)量塊+懸55制作這樣一個加速度微傳感器的基本工藝單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器的制作工藝過程1）在硅片上腐蝕定位孔，覆蓋一層帶有一定圖形的大約1.5μm厚的熱氧化物；2）兩次擴散，形成連接線和壓阻；3）硅片正面淀積氧化物，對硅片背面氧化物圖形化，用KON刻蝕形成梁形狀；4）對正面氧化物