現(xiàn)實(shí)世界的信息是通過(guò)傳感器獲得的，與人們的生活息息相關(guān)。傳感器已大舉進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化、汽車工業(yè)、航天、生物、醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，且在無(wú)線通信、消費(fèi)品領(lǐng)域亦有廣泛的發(fā)展空間。傳感器種類繁多，涉及物理、化學(xué)、電子、機(jī)械、生物、醫(yī)學(xué)等學(xué)科。在眾多傳感器技術(shù)中，微系統(tǒng)技術(shù)起著關(guān)鍵的作用，利用這一技術(shù)已研制了各種類型、性能可靠的傳感器。此外，傳感器無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化也是當(dāng)前一個(gè)熱門(mén)話題，為傳感器應(yīng)用另辟一條蹊徑。本文將詳細(xì)介紹這方面的發(fā)展情況。
微系統(tǒng)技術(shù)
MST（微系統(tǒng)技術(shù)）泛指系統(tǒng)內(nèi)使用有源和無(wú)源兩種微結(jié)構(gòu)組件的一門(mén)技術(shù)。MST隱含MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)），兩個(gè)術(shù)語(yǔ)常常是通用的。微結(jié)構(gòu)或微組件表示長(zhǎng)度單元為微米級(jí)，最小達(dá)100nm的工藝與技術(shù)，該技術(shù)的崛起又出現(xiàn)了NEMW（納米機(jī)電系統(tǒng)），它可以看作是MEMS的延伸。MNT（微與納米技術(shù)）則是兩者的融合，是一門(mén)兼有兩種工藝和技術(shù)特點(diǎn)的更高級(jí)的技術(shù)。
傳感器微型化的優(yōu)點(diǎn)是不言而喻的。由于它采用與半導(dǎo)器件相同的材料和工藝加工的，因此可制作嵌入式傳感器、陣列型傳感器、多功能傳感器以及智能傳感器。由于傳感器體積小、功耗低，便于進(jìn)行分布式測(cè)量，更進(jìn)一步可實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
汽車行業(yè)是MEMS傳感器的一個(gè)大市場(chǎng)，除目前的溫度、壓力、安全氣囊加速計(jì)和輪速傳感器外，還會(huì)在輪胎壓力監(jiān)控、車輛動(dòng)態(tài)控制和陀螺儀/速度傳感、制動(dòng)壓力傳感、引擎射出壓力傳感和燃料氣化壓力傳感諸多方面大量應(yīng)用。加速計(jì)是比較有代表性的一款產(chǎn)品。
早期MEMS采用多芯片方案，傳感元件（MEMS結(jié)構(gòu)）在一個(gè)芯片上，而信號(hào)調(diào)理電路在另一個(gè)芯片上。從工藝加工觀點(diǎn)，這一方法是比較簡(jiǎn)單的，但存在很多缺點(diǎn)：
* 增加了硅片總面積。
* 多芯片模塊需要附加的組裝步驟。
* 要求傳感器輸出信號(hào)較大，以克服芯片至芯片互連形成的雜散電容以及較大傳感器結(jié)構(gòu)固有的雜散場(chǎng)效應(yīng)。
* 成品率低                                                                                                                                            最新一代加速計(jì)傳感器都是單芯片的，如AD公司的ADXL 202E集成EMES加速計(jì)，它是目前已批量生產(chǎn)的小型、廉價(jià)、低重力集成化雙軸加速計(jì)。圖1是ADXL202E機(jī)械結(jié)構(gòu)的示意圖。MEMS結(jié)構(gòu)用多晶硅彈簧懸掛在襯底上，傳感器本體可沿X軸和Y軸移動(dòng)。四方形傳感器本體四周設(shè)有32組徑向指狀橫桿。這些指狀橫桿處于固定在襯底上的兩條平板之間。每條指狀橫桿一對(duì)固定板組成一個(gè)差動(dòng)電容。傳感器本體相對(duì)子中心位置的任何偏離通過(guò)差動(dòng)電容的測(cè)量來(lái)確定。這種傳感器既能測(cè)量動(dòng)態(tài)加速度（如沖擊或震動(dòng)），也能測(cè)量靜態(tài)加速度（如傾角或重力）。

圖1 ADXL202E機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是ADXL202E的總體方框圖。差動(dòng)電容是采用同步調(diào)制/解調(diào)技術(shù)測(cè)量的。放大后的X軸和Y軸加速度信號(hào)分別通過(guò)32KΩ電阻加至CX和CY輸出引腳以及PWM調(diào)制器。在CX和CY引腳處增加電容能限制帶寬，從而降低噪聲電平。PWM與加速度成正比，其輸出可直接送至微處理器的數(shù)字輸入端，用計(jì)數(shù)器解調(diào)PWM信號(hào)。

 
圖2 ADXL202E方框圖
MEMS設(shè)計(jì)存在諸多挑戰(zhàn)。首先是機(jī)械方面問(wèn)題，即便是最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，也要弄清各個(gè)元件的機(jī)械性質(zhì)。多數(shù)MEMS系統(tǒng)用多晶硅來(lái)構(gòu)建微機(jī)械結(jié)構(gòu)，然而它的機(jī)械性能并不是十分理想的。此外，在微觀世界中，材料的機(jī)械性能又會(huì)發(fā)生什么變化呢？其次是傳感器的電氣測(cè)量。傳感器利用差動(dòng)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，然后，將信號(hào)放大、線性化、在某些場(chǎng)合還要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。差動(dòng)電容輸出的信號(hào)是十分微小的，已達(dá)到測(cè)量的極限。對(duì)集成化一體器件，在加工過(guò)程中還存在機(jī)械性能和電氣性能互相影響的問(wèn)題，改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)卻影響電氣性能，反之亦然，例如退火可以增加機(jī)械強(qiáng)度，但使BiMOS器件性能惡化，因此要完善兼顧機(jī)械加工和電氣性能的工藝技術(shù)。目前，器件的設(shè)計(jì)都不是手工完成的，廣泛使用CAD工具和模擬軟件，但在MEMS領(lǐng)域還