作為獲取信息的關(guān)鍵入口,MEMS傳感器已在汽車、消費(fèi)電子、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。而隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的逐步發(fā)展,MEMS所包含的內(nèi)容正在不斷增加,并變得更加豐富。
1、汽車領(lǐng)域
在20世紀(jì)90年代,MEMS首先在汽車工業(yè)開(kāi)始應(yīng)用,汽車電子被認(rèn)為是MEMS傳感器第一波應(yīng)用高潮的推動(dòng)者。
受益于汽車行業(yè)安全規(guī)定及信息化、智能化浪潮,MEMS傳感器在汽車領(lǐng)域得到飛速發(fā)展,其應(yīng)用方向和市場(chǎng)需求包括車輛的防抱死系統(tǒng)、電子車身穩(wěn)定程序、電控懸掛、電動(dòng)手剎、斜坡起動(dòng)輔助、胎壓監(jiān)控、引擎防抖、車輛傾角計(jì)量和車內(nèi)心跳檢測(cè)等。
根據(jù)相關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù),目前平均每輛汽車包含10-30個(gè)MEMS傳感器,而在高檔汽車中大約會(huì)采用30甚至上百個(gè)MEMS傳感器。
2、消費(fèi)電子
隨著消費(fèi)電子的大發(fā)展及產(chǎn)品創(chuàng)新不斷涌現(xiàn),該領(lǐng)域已經(jīng)取代汽車成為MEMS最大的應(yīng)用市場(chǎng)。
MEMS傳感器在消費(fèi)電子產(chǎn)品中可用于運(yùn)動(dòng)/墜落檢測(cè)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)補(bǔ)償、游戲/人機(jī)界面交互、電源管理、GPS增強(qiáng)/盲區(qū)消除、速度/距離計(jì)數(shù)等,應(yīng)用較多的品類為MEMS麥克風(fēng)、3D加速器、MEMS 射頻組件、GPS陀螺儀、小型燃料電池與生化芯片等。多種MEMS傳感器的綜合應(yīng)用可增加電子設(shè)備的娛樂(lè)性及智能性,改善交互性能,大大提升了用戶體驗(yàn)。
在手機(jī)拍照功能上,MEMS更是發(fā)揮著重要的作用。在MEMS Drive出現(xiàn)之前,手機(jī)攝像頭主要由音圈馬達(dá)移動(dòng)鏡頭組的方式實(shí)現(xiàn)防抖(簡(jiǎn)稱鏡頭防抖技術(shù)),受到很大的局限。而另一個(gè)在市場(chǎng)上較高端的防抖技術(shù):多軸防抖,則是利用移動(dòng)圖像傳感器(Image Sensor)補(bǔ)償抖動(dòng),但由于這個(gè)技術(shù)體積龐大、耗電量超出手機(jī)載荷,一直無(wú)法在手機(jī)上應(yīng)用。
憑著微機(jī)電在體積和功耗上的突破,最新技術(shù)MEMS Drive類似一張貼在圖像傳感器背面的平面馬達(dá),帶動(dòng)圖像傳感器在三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)。MEMS Drive 的防抖技術(shù)是透過(guò)陀螺儀感知拍照過(guò)程中的瞬間抖動(dòng),依靠精密算法,計(jì)算出馬達(dá)應(yīng)做的移動(dòng)幅度并做出快速補(bǔ)償。這一系列動(dòng)作都要在百分之一秒內(nèi)做完,你得到的圖像才不會(huì)因?yàn)槎秳?dòng)模糊掉。
3、航空航天
MEMS在航空航天領(lǐng)域主要有狀態(tài)傳感器和環(huán)境傳感器之分。狀態(tài)傳感器主要針對(duì)飛機(jī)姿態(tài)、燃料用量、生命活動(dòng)、各種活動(dòng)機(jī)件的即時(shí)位置等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。環(huán)境傳感器主要針對(duì)溫濕度、氧氣濃度、流量大小等方面進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)提供有關(guān)航天器的工作信息,MEMS傳感器起到故障診斷、提供決策依據(jù)、保障正常飛行的作用。
4、生物醫(yī)療
隨著體外診斷、藥物研究、病患監(jiān)測(cè)、給藥方式以及植入式醫(yī)療器械等領(lǐng)域發(fā)展,醫(yī)療設(shè)備需要迅速提高性能、降低成本、縮小尺寸。MEMS技術(shù)使醫(yī)療設(shè)備可以做到微型化,醫(yī)療檢測(cè)、診斷、手術(shù)和治療過(guò)程可以更加便捷、精準(zhǔn),甚至無(wú)痛。
MEMS壓力傳感器可以檢測(cè)包括血壓、眼內(nèi)壓、顱內(nèi)壓、子宮內(nèi)壓等在內(nèi)的人體器官壓力水平。MEMS慣性器件最主要用于心臟病治療設(shè)備。MEMS圖像傳感器普遍應(yīng)用于包括CT掃描、內(nèi)窺鏡在內(nèi)的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備中。MEMS技術(shù)在傳感和執(zhí)行功能上的優(yōu)勢(shì),使其在醫(yī)療健康行業(yè)的應(yīng)用廣泛增長(zhǎng)。
此外,MEMS技術(shù)在國(guó)防、工業(yè)、能源及環(huán)保等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用,為各行各業(yè)提供自動(dòng)化、智能化的數(shù)據(jù)接口,賦能智能社會(huì)。根據(jù)相關(guān)市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù),全球MEMS市場(chǎng)結(jié)構(gòu)中消費(fèi)電子領(lǐng)域占比最高,增長(zhǎng)空間最大的是生物醫(yī)療領(lǐng)域。
MEMS的創(chuàng)新革命才剛剛開(kāi)始
從應(yīng)用范圍來(lái)看,MEMS足夠廣,足夠被全球認(rèn)可,但并不會(huì)止步于此。
例如,大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)使用MEMS技術(shù)作為構(gòu)建無(wú)法制造的設(shè)備的獨(dú)特基礎(chǔ)。該芯片上的國(guó)際方案加速器(AChIP),是一個(gè)世界性的項(xiàng)目,試圖開(kāi)發(fā)出能夠產(chǎn)生飛秒到阿秒的電子加速器。基于硅的電子加速器的電子脈沖具有高達(dá)1兆電子伏特(MeV)的能量,并通過(guò)硅芯片完成,但其目前所需的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)達(dá)一英里。
達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)加速器物理小組的工程師描述了他們?nèi)绾蝿?chuàng)建微小的MEMS通道和新的電子束聚焦方法,以替代傳統(tǒng)的電磁聚焦方法,但這種方法太弱了。
硅制雙柱結(jié)構(gòu)使用基于激光的光學(xué)相位控制來(lái)聚焦電子的加速和減速區(qū)域。(圖片來(lái)源:達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué))
另一個(gè)創(chuàng)新的MEMS項(xiàng)目針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的世界。東北大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種基于MEMS的開(kāi)關(guān),該開(kāi)關(guān)在處于休眠待機(jī)模式時(shí)消耗零功率,但是在撞擊紅外(IR)光時(shí)會(huì)“喚醒”。該團(tuán)隊(duì)的等離激元增強(qiáng)型微機(jī)械光電開(kāi)關(guān)(PMP)通過(guò)在定義的光譜帶內(nèi)轉(zhuǎn)換極少量的光子能來(lái)激活MEMS機(jī)制,從而實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。除去激活的IR能量后,開(kāi)關(guān)會(huì)自行關(guān)閉。