4. MEMS磁场传感器。这些传感器检测和测量磁场,并在位置感应,电流检测,速度检测,车辆检测,太空探索等方面得到应用。
5. 磁通门传感器。磁通门传感器用于测量直流或低频交流磁场。这些发现有许多应用,例如空间研究,地球物理,矿物勘探,自动化和工业过程控制。基于MEMS的磁通门传感器在功耗,体积和性能方面均优于其他磁通门传感器。
⑫、NEMS
纳米机电系统(NEMS)是一类类似于MEMS的设备,但属于纳米级。这些是MEMS器件之后的下一个小型化步骤。纳米谐振器和纳米加速度计是NEMS的示例。
通常,NEMS依赖于碳基材料,包括金刚石,碳纳米管和石墨烯。他们最有前途的应用之一是生物学和纳米技术的结合。纳米谐振器将在无线通信技术中找到应用,而纳米电机则可用于生物芯片或传感器的纳米流体泵中。
三、传感器的材料
确切的传感器材料取决于其类型和应用。例如,数字,模拟,接近和图像传感器都具有自己的材料,结构,制造技术和包装。大多数制造商通常采用最新的传感器(如MEMS)的材料和制造技术。电子产品中使用的材料主要起着两个作用——发挥主动或被动的作用。
被动材料:
被动材料用于提供机械结构或电气连接。这些材料中的某些材料(如硅和砷化镓)也可以用作有源和无源材料。
活性物质:
活性物质对于微电子,光敏,压电,磁阻和化学电阻膜的传感过程至关重要。薄膜或厚膜形式的微传感器材料在传感系统中起着积极的作用。这些设备使用化学气相沉积(CVD)或低压化学气相沉积(LPCVD)以及特殊技术(例如电化学沉积)制造。
硅:
元素硅在自然界中不存在,但存在于氧化物和硅酸盐等化合物中。硅是丰富的,相对便宜的,并且具有许多可用于传感器应用的物理特性。可以在硅衬底上沉积具有所需特性的材料层。单晶硅是使用最广泛的半导体材料。
多晶硅:
可以通过用氧化物真空沉积到氧化的硅晶片上来形成多晶层。多晶硅结构可以通过离子注入或其他技术掺杂硼或其他元素,以达到所需的导电性。电阻的温度系数可以通过选择性掺杂在正负范围内变化。多晶硅电阻具有长期稳定性。
其他半导体:
有各种各样的化合物半导体可用于制备具有独特性能的异质结构。砷化镓(GaAs)和锑化铟(InSb)广泛用于电子组件中。
砷化镓用于诸如红外发光二极管,激光二极管,微波单片集成电路(IC)和太阳能电池之类的设备中。它也用于测量特定物体温度的光纤温度传感器。
研究表明,砷化镓的某些电子性能优于硅。砷化镓晶体管的工作频率高于250GHz.由于砷化镓的优越性能,它们被广泛用于移动电话,卫星通信和雷达系统中。高灵敏度的GaAs压电传感器也用于生物检测。
InSb.它对诸如霍尔效应传感器和磁阻之类的磁传感设备很有用。InSb磁阻器在汽车应用中用作位置传感器。InSb材料也用于红外成像。
塑料制品:
塑料广泛用于电子和电气组件。由于塑料是绝缘体,因此它们可用于需要绝缘性能的各种应用中。聚合物还用作辐射探测器和化学传感器。
金属:
设计传感器时要考虑金属的物理特性和机械加工。
铜具有出色的热和电性能,但是很难加工。在某些情况下,可以使用铝作为替代。金属用于磁传感器。金,银,铂,铑和钯等贵金属广泛用于汽车,RFID标签,手机和PC的传感器设备中。
陶瓷:
陶瓷广泛用于传感器制造。这些具有共同的特性,包括结构强度,重量轻,热稳定性,电绝缘性以及与其他材料结合的能力。它们不与氧气反应,因此不会产生氧化物。许多制造商将陶瓷用作传感器基板。
四、传感器制造
微传感器技术使用了常规硅平面IC技术中遵循的基本制造步骤以及一些其他步骤。目前,互补金属氧化物半导体(CMOS)是微传感器中最常用的技术。微传感器是使用商业CMOS IC工艺和随后的批量微加工技术设计和制造的,确切具体的步骤因传感器而异。
封装形式:
必须保护芯片不受大气影响。光刻胶或氮化硅材料通常用于覆盖传感区域。LPCVD或CVD工艺用于沉积氮化硅层,该氮化硅层可作为防水层。
下一步是IC封装。这包括将IC密封在塑料树脂或金属外壳中。此过程可保护硅器件免受周围环境的影响,在某些使用大气传输测量量的MEMS器件中,可能并不总是需要此过程。
沉积:
一些传感器,特别是MEMS器件,需要沉积薄膜和厚膜材料,以为传感表面提供所需的特性。例如,对热辐射的敏感性是通过用镍铬合金涂层来实现的。可以使用光刻和湿法化学蚀刻工艺对膜进行局部蚀刻。也可以使用干法物理蚀刻和激光加工。
五、传感器的未来展望