MEMS，全稱(chēng)Micro Electromechanical System，微機電系統。是指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置，其內部結構一般在微米甚至納米量級，是一個(gè)獨立的智能系統。
MEMS最初大量用于汽車(chē)安全氣囊，而后以MEMS傳感器的形式被大量應用在汽車(chē)的各個(gè)領(lǐng)域，隨著(zhù)MEMS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以及應用終端輕、薄、短、小的特點(diǎn)，對小體積高性能的MEMS產(chǎn)品需求增勢迅猛，消費電子、醫療等領(lǐng)域也大量出現了MEMS產(chǎn)品的身影。
1. MEMS傳感器的類(lèi)別：
MEMS 傳感器是采用微電子和微機械加工技術(shù)制造出來(lái)的新型傳感器。它具有體積小、質(zhì)量輕、成本低、功耗低、可靠性高、技術(shù)附加值高, 適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實(shí)現智能化等特點(diǎn)。MEMS 傳感器和IC芯片最大的區別在于：MEMS 是可動(dòng)結構，利用微納加工技術(shù)同時(shí)加工出機械結構和電路系統。如圖1中所示，是目前市場(chǎng)中常見(jiàn)的一些MEMS傳感器，并且隨著(zhù)MEMS傳感器的不斷發(fā)展，還出現了許多從前沒(méi)有的MEMS傳感器，如流體黏度傳感器，密度傳感器等等。
圖1 MEMS傳感器的分類(lèi)[1]
2.MEMS傳感器的市場(chǎng)規模與發(fā)展
自2015年開(kāi)始MEMS傳感器市場(chǎng)規模穩步提升[2]，產(chǎn)品需求大幅增加，在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和智能終端領(lǐng)域也得到廣泛應用，傳感器產(chǎn)品需求大幅增加，重心逐漸轉向技術(shù)含量較高的MEMS傳感器領(lǐng)域。在 MEMS 傳感器應用前景良好和國產(chǎn)化進(jìn)程提速背景下，未來(lái)我國 MEMS 傳感器市場(chǎng)前景廣闊。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院結合之前的發(fā)展數據預測，未來(lái)幾年我國MEMS傳感器市場(chǎng)規模年均增速保持在15%左右，預測到2025 年我國 MEMS 傳感器市場(chǎng)將達到 1488.6 億元[3]。
圖2：2015—2020年MEMS傳感器市場(chǎng)規模[2]
圖3：2020-2025年中國MEMS傳感器行業(yè)市場(chǎng)規模預測[3]
3.常見(jiàn)的MEMS傳感器
以手機和汽車(chē)為例，根據博世的統計數據表示，2021年，一部5G手機大概消耗20個(gè)MEMS傳感器，一輛汽車(chē)，大概消耗50個(gè)以上MEMS傳感器，其中加速計、壓力傳感器、陀螺儀的應用合計占比超過(guò)95%，接下來(lái)，對這些常見(jiàn)的MEMS傳感器進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹
（1）MEMS壓力傳感器
壓力傳感器作為MEMS的頭號傳感器，在市場(chǎng)中占有巨大的份額，MEMS壓力傳感器是一種薄膜元件，受到壓力時(shí)會(huì )產(chǎn)生變形，常常通過(guò)壓阻或者電容的形式將形變轉化為電信號，再經(jīng)過(guò)過(guò)轉換元件和轉換電路，輸出與壓力成線(xiàn)性關(guān)系的電流或者電壓信號。壓阻式和電容式這兩種方法都很流行，在工藝和性能上，壓阻式工藝復雜，溫度特性較差，電容式除了具有低溫度系數，零靜態(tài)功耗等優(yōu)勢，還具有靈敏度高、線(xiàn)性度好、后續處理電路易于設計等優(yōu)點(diǎn)，此外，除了電容式和壓阻式外，還有諧振式壓力傳感器等其他工作原理的MEMS壓力傳感器。MEMS壓力傳感器的應用領(lǐng)域包括:汽車(chē)、醫療和工業(yè)等，典型的應用比如：汽車(chē)的胎壓監測
（2）MEMS加速度傳感器
加速度傳感器的原理隨其應用而不同，有壓阻式，電容式，壓電式，諧振式等。已壓阻式MEMS加速度傳感器為例，其制作方法，是通過(guò)注入、推進(jìn)、氧化的創(chuàng )新工藝來(lái)制作壓敏電阻；采用KHO各向異性深腐蝕來(lái)形成質(zhì)量塊；并使用AES來(lái)釋放梁和質(zhì)量塊；最后利用鍵合工藝來(lái)得到所需的三明治結構[4]。
圖4：MEMS壓阻式加速度傳感器結構[4]
（3）MEMS陀螺儀
微機械陀螺儀的設計和工作原理可能各種各樣，但是公開(kāi)的微機械陀螺儀均采用振動(dòng)物體傳感角速度的概念。利用振動(dòng)來(lái)誘導和探測科里奧利力而設計的微機械陀螺儀沒(méi)有旋轉部件、不需要軸承，已被證明可以用微機械加工技術(shù)大批量生產(chǎn)，一般的微機械陀螺儀由梳子結構的驅動(dòng)部分和電容板形狀的傳感部分組成，有的設計還帶有去驅動(dòng)和傳感耦合的結構。MEMS陀螺儀常用于汽車(chē)旋轉速度的測量，與加速度傳感器一起組成主動(dòng)控制系統。
圖5：MEMS陀螺儀[5]
（4）MEMS黏密度傳感器
黏密度作為流體的重要特性，描述了流體的流動(dòng)特性和質(zhì)量關(guān)系，目前市面上的黏密度計，主要針對的應用領(lǐng)域包括：實(shí)驗室測量，流體粘度、密度、濃度、質(zhì)量監測/測量等，比較典型的包括：燃油質(zhì)量監測，食品包裝氣監測，焊接氣體濃度監測，醫藥生產(chǎn)鏈的材料流體密度、濃度監測等等，與傳統的黏度測量方法（毛細管法、落球法和旋轉法等）和密度測量方法（氣量計、比重瓶和浮力法等）不同，MEMS黏密度傳感器常用的測量原理是采用諧振式的微懸臂梁結構，通過(guò)讓流體與懸臂之間發(fā)生諧振，利用諧振頻率與流體粘密度間關(guān)系，結合轉換模塊，將流體的黏密度數據轉換為數字信號。（圖為MEMS黏密度傳感器的芯片）
圖6：MEMS黏密度傳感器芯片，其長(cháng)寬小于10mm x 10mm
參考文獻：
[1]王淑華. MEMS傳感器現狀及應用[J]. 微納電子技術(shù),2011,48(08):516-522.
[2]韓允. MEMS傳感器的發(fā)展概況[J]. 電子產(chǎn)品世界,2019,26(01):4-8.
[3] 本土傳感器產(chǎn)業(yè)現狀、挑戰與建議 作者：李晨光
https://www.eefocus.com/sensor/462503?utm_source=zhihu&utm_medium=cpc&utm_campaign=zhihu20200306
[4] MEMS加速度傳感器的原理與構造介紹 傳感器技術(shù)
