1 微型化
為了能夠與信息時(shí)代信息量激增、要求捕獲和處理信息的能力日益增強(qiáng)的技術(shù)發(fā)展趨勢保持一致,對于傳感器性能指標(biāo)(包括精確性、可靠性、靈敏性等)的要求越來越嚴(yán)格;與此同時(shí),傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程,因此還要求傳感器必須配有標(biāo)準(zhǔn)的輸出模式;而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求,所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取代;后者主要由硅材料構(gòu)成,具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。
1.1 由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)引發(fā)的傳感器微型化
目前,幾乎所有的傳感器都在由傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)向基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)的模擬式工程化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變,從而使設(shè)計(jì)者們能夠在較短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出低成本、高性能的新型系統(tǒng),這種設(shè)計(jì)手段的巨大轉(zhuǎn)變在很大程度上推動(dòng)著傳感器系統(tǒng)以更快的速度向著能夠滿足科技發(fā)展需求的微型化的方向發(fā)展。
對于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的研究工作始于20世紀(jì)60年代,其研究范疇涉及材料科學(xué)、機(jī)械控制、加工與封裝工藝、電子技術(shù)以及傳感器和執(zhí)行器等多種學(xué)科,是一個(gè)極具前景的新興研究領(lǐng)域。MEMS的核心技術(shù)是研究微電子與微機(jī)械加工與封裝技術(shù)的巧妙結(jié)合,期望能夠由此而制造出體積小巧但功能強(qiáng)大的新型系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,尤其最近十多年的研究與發(fā)展,MEMS技術(shù)已經(jīng)顯示出了巨大的生命力,此項(xiàng)技術(shù)的有效采用將信息系統(tǒng)的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一個(gè)新的高度。在當(dāng)前技術(shù)水平下,微切削加工技術(shù)已經(jīng)可以生產(chǎn)出來具有不同層次的3D微型結(jié)構(gòu),從而可以生產(chǎn)出體積非常微小的微型傳感器敏感元件,象毒氣傳感器、離子傳感器、光電探測器這樣的以硅為主要構(gòu)成材料的傳感/探測器都裝有極好的敏感元件[1],[2]。目前,這一類元器件已作為微型傳感器的主要敏感元件被廣泛應(yīng)用于不同的研究領(lǐng)域中。
1.2 微型傳感器應(yīng)用現(xiàn)狀
就當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看,微型傳感器已經(jīng)對大量不同應(yīng)用領(lǐng)域,如航空、遠(yuǎn)距離探測、醫(yī)療及工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的信號(hào)探測系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響;目前開發(fā)并進(jìn)入實(shí)用階段的微型傳感器已可以用來測量各種物理量、化學(xué)量和生物量,如位移、速度/加速度、壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、聲、光、電、磁、熱、PH值、離子濃度及生物分子濃度等。