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如果你不知道 MEMS 传感器都用在哪 读这篇文章就对了 “滴”一声，手机扫一扫，车锁自动打开，随着共享单 车在各大城市的“站稳脚跟” ，这样的场景已愈来愈被大家 熟悉。不过，较少人会注意到，有的共享单车开锁速度比以 前快了，使用者等待的时间正在变短。 这么一个小小却关键的变化，靠的就是窄带物联网的“神 通”，基于蜂窝的窄带物联网（ NB-IoT ）是物联网的一个重 要分支。随着各式物联网（ IoT ）应用开枝散叶，微机电系统 （MEMS ）传感器技术也不断精进。 传感器是物联网网络架构的基础设备，居于产业链的最底 层。我国目前传感器设备大多为进口，依赖大量进口传感设 备营造出的繁荣景象只是暂时的，背后的安全隐患难以消 除。就像业界当年为克服对进口芯片的依赖而奋起研究“中 国芯”一样，现在传感器产业也亟待一场“中国制造”的洗 礼。在我国的传感器短板中，又以 MEMS（ 微机电系统 ）传感 器为最大缺口。 下面随小编一起来看看， MEMS 传感器有哪些应用领域，大 家的机会又在哪。 MEMS 简介 虽然大部分人对于 MEMS （ Microelectromechanical systems ， 微机电系统 /微机械 /微系统）还是感到很陌生，但是其实 MEMS 在我们生产， 甚至生活中早已无处不在了， 智能手机， 健身手环、打印机、汽车、无人机以及 VR/AR 头戴式设备， 部分早期和几乎所有近期电子产品都应用了 MEMS 器件。 MEMS 传感器主要优点是体积小、重量轻、功耗低、可靠性 高、灵敏度高、易于集成等，是微型传感器的主力军，正在 逐渐取代传统机械传感器，在各个领域几乎都有研究，不论 是消费电子产品、汽车工业、甚至航空航天、机械、化工及 医药等各领域。 常见产品有压力传感器，加速度计，陀螺，静电致动光投影 显示器， DNA 扩增微系统，催化传感器。 8 英寸硅片上的 MEMS 芯片( 5mm X 5mm )示意图 从硅原料到硅片过程。 硅片上的重复单元可称为芯片( chip 或 die)。 MEMS 应用领域详解 1. 通信/移动设备 智能手机简化示意图 在智能手机中， iPhone 6 Plus 使用了六轴陀螺仪 amp; 加速 度计( InvenSense MPU-6700 )、三轴电子罗盘( AKM AK8963C )、三轴加速度计( Bosch Sensortec BMA280 )，磁 力计，大气压力计(Bosch Sensortec BMP280)、指纹传感器 (Authen Tec 的 TMDR92) 、距离传感器，环境光传感器 (来自 AMS 的 TSL2581 )和 MEMS 麦克风。 iphone 6s与之类似，稍微多一些 MEMS器件，例如采用了 4 个 MEMS 麦克风。预计将来高端智能手机将采用数十个 MEMS 器件以实现多模通信、智能识别、导航 /定位等功能。 MEMS 硬件也将成为 LTE 技术亮点部分，将利用 MEMS 天 线开关和数字调谐电容器实现多频带技术。 以智能手机为主的移动设备中，应用了大量传感器以增加其 智能性， 提高用户体验。 这些传感器并非手机等移动 /通信设 备独有，在本文以及后续文章其他地方所介绍的加速度、化 学元素、 人体感官传感器等可以了解相关信息， 在此不赘叙。 此处主要介绍通信中较为特别的 MEMS 器件，主要为与射频 相关 MEMS 器件。 通信系统中，大量不同频率的频带（例如不同国家，不同公 司间使用不同的频率， 2G， 3G，LTE，CDMD 以及蓝牙， wifi 等等不同技术使用不同的通信频率）被使用以完成通讯 功能，而这些频带的使用离不开频率的产生。 在此值得一提的事，安华高Avago （前安捷伦半导体事业部） 卖的如火如荼的薄膜腔声谐振器（ FBAR ）。也是前段时间天 津大学在美国被抓的 zhang hao 研究的东西。得益于 AlN 氮 化铝压电材料的沉积技术的巨大进步， AlN FBAR 已经被运 用在 iphone 上作为重要滤波器组件。 下图为 FBAR 和为 SMR （Solidly Mounted Resonator） 。其原理主要通过固体声波在上 下表面反射形成谐振腔。 FBAR 示意图， 压电薄膜悬空在腔 体至上 SMR 示意图 （非悬空结构，采用 Bragg reflector 布拉 格反射层 ） 如果所示，其中的红色线条表示震动幅度。固体 声波在垂直方向发生反射，从而将能量集中于中间橙色的压 电层中。顶部是与空气的交界面，接近于 100%反射。底部 是其与布拉格反射层的界面，无法达到完美反射，因此部分 能量向下泄露。 实物 FBAR 扫描电镜图。 故意将其设计成不平行多边形是为 了避免水平方向水平方向反射导致的谐振，如果水平方向