微电子传感器

微电子传感器与MEMS系统,参考教材,传感器技术,贾伯年俞朴东南大学出版社,关于本课程的几点说明,学时数：34学分：3培养目标：培养学生站在系统设计的高度，能够根据系统的要求选用最适宜的传感器，并解决构成系统的相关问题。,传感器概念,简单说传感器是把非电量信号变成电量信号的装置。,传感器,热光声位移加速度速度力力矩湿度气体,电流电压电阻频率,传感器,计算机等电子系统,控制装置,非电量信号,电量信号,为什么要把非电量信号变成电量信号？,如何将非电量信号变成电量信号？,以湿度传感器为例,毛发测湿原理，是利用人们熟知酌一种现象，即很多物质在湿度发生变化时共长度随之变化。当相对湿度从0变到100时，通常人类毛发长度的变化为其总长度的25。这一变化可以通过机械放大用指针指示出来。,毛发测湿原理,毛发仲长与相对湿度的关系曲e,红外型湿度传感器,红外光源,红外光探测器,水分子,湿度与红外光强度衰减率有关,发射天线,接受天线,湿度与微波强度衰减率有关,微波湿度传感器,水汽,水分子,金属膜上电极,氧化铝膜,金属膜下电极,孔洞,电容？,增加,电容型湿度传感器,吸湿,电容型湿度传感器的响应曲线,VaisalaHUMICAP,水分子,金属膜电极,聚合物薄膜,金属膜电极,电阻？,增加,吸湿膨胀,炭粉链断裂,炭粉链,复合电阻型湿度传感器,复合电阻型湿度传感器的响应曲线,石英晶体表面涂覆一层吸水物质，当吸水膜吸收水分时，晶体的质量增加，从而改变了它的振荡频率。,石英晶体振荡器构成的湿度传感器,石英晶体湿度传感器的响应曲线,聚合物薄膜,硅,压敏电阻器,吸湿膨胀,电阻变化？,压阻型湿度传感器,将一种非电量信号变成电量信号有多种方法！,传感器给创新思维一个极大的想象空间！,微电子传感器,微电子传感器：建立在微电子技术基础上的传感器,与传统传感器相比，微电子传感器具有以下特点：,3、可靠性高,4、成本低,5、接口灵活,（1）将传感器和信号处理电路制作在同一芯片上,（2）将多个相同或不同的敏感元件集成在同一芯片上，实现多参数测量。,1、集成器件,2、体积小，结构紧凑,电容型湿度传感器,复合电阻型湿度传感器,石英晶体湿度传感器,压阻型湿度传感器,红外型湿度传感器,微波湿度传感器,微电子传感器,传统传感器,传感器的重要作用,人与机器的对应关系示意图,外界刺激,五官,大脑,肌体,传感器,计算机,执行器,系统之首,代替补充五官功能,信息技术的三大基础：信息获取传感器技术(发展相对缓慢）信息传输通信技术（发展迅速）信息处理计算机技术（发展迅速）传感器技术在信息社会中的作用举足轻重不发展传感器，计算机就难于适应实际需要,没有传感器，就没有真正的信息社会！,我们现在的社会还不是一个健全的信息社会，因为我们的五官还不够发达,传感器与集成电路的地位是相当的。,传感器技术对国民经济的发展起着重要的作用。,1、汽车与传感器,1、用在电控喷油喷射发动机上的传感器进气压力传感器：空气流量传感器节气门位置传感器；曲轴角度传感器：氧传感器：进气温度传感器：水温传感器：爆燃传感器：,2、用在底盘控制方面的传感器车速传感器、温度传感器、轴转速传感器、压力传感器等，方向器有转角传感器、转矩传感器、液压传感器；加速度传感器、车身高度传感器、侧倾角传感器、转角传感器等；有车轮速度传感器。,3、车身的安全传感器安全气囊传感器、侧面防碰传感器、测距传感器等。,4、灯光及电气系统的传感器光亮检测传感器、雨滴量传感器、空调温度传感器、座椅位置传感器等。,到2005年，全球的车用传感器需求量已达到12.7亿只,目前，一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器，而豪华轿车上的传感器数量可多达二百余只。,我国现有汽车2000万辆，并且每年以5%以上的速度递增，但是目前“电喷”汽车还只占10%左右，国家规定取消“化油器”汽车生产，新出厂的汽车要求全部安装“电喷”系统。上海联合汽车电子现在年产120万套“电喷”系统传感器，约4000元/套6000元/套，年产值将达48亿元。,ABS传感器的成本为50元左右，国内产量为100万套，产值为5000万元;安全气囊的传感器占系统成本的70%以上，安全气囊的传感器售价为2000元左右，需求量为100万套/年，则传感器的产值可达20亿元。,2、传感器与家用电器,自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院,家庭自动化蓝图：,3、传感器在机器人上的应用,红旗轿车焊装生产线,隧道凿岩机器人,足球机器人,迎宾机器人,泰坦尼克中用于水下探测的“邓肯”号机器人,4、传感器在医疗及人体医学上的应用,医用电子学,医用传感器：人体内部温度、血液、呼吸流量、肿瘤、心音、腔内压力、心脑电波,6、传感器与航空及航天,陀螺仪、阳光传感器、星光传感器、地磁传感器,周围环境、内部设备监控、本身状态,月球车,哈尔滨工业大学,5、传感器与环境保护,环境监测仪器,5、传感器与遥感技术,红外接收传感器,8、传感器在军事技术领域的应用,美国高级将领与著名学者访谈录陈伯江,“信息时代的军事革命”美国参联会副主席欧文斯上将,“改变那种认为军事力量主要是军舰、坦克和飞机的概念，把我们的注意力放在思考信息和电信技术所能提供的军事力量上来。这场军事革命标志着一种转变，即从重视军舰、坦克和飞机，转为重视诸如传感器这类东西的作用。”,“陆军、海军、空军都将只不过是历史的产物你也许将成立一个把所有的传感器放在一起的军种（可称之为传感器军）用于观察战场”,地位,传感器是信息采集系统的首要部件，计算机的“五官”，如果没有传感器对原始信息进行精确、可靠的捕获和转换，一切测量和控制都是不可能实现的。,1、现代测量与自动控制的首要环节,2、衡量国家综合实力的重要标志,传感器与传感器技术的发展水平是衡量一个国家综合实力的重要标志，也是判断一个国家科学技术现代化程度与生产水平高低的重要依据。,3、现代信息产业的三大支柱,通讯技术、计算机技术、传感器技术既是现代信息产业的源头，又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。如果没有高度保真和性能可靠的传感器，没有先进的传感器技术，信息的准确获得与精密检测就成了一句空话，通讯技术和计算机技术也就成了无源之水，无本之木，现代测量与自动化技术随之变成水中之月、镜中之花。,4、各国政府高度重视,日本科学技术厅把传感器技术列为六大核心技术（计算机、通讯、激光、半导体、超导和传感器）之一。日本政府还在21世纪技术预测中将传感器列为首位。,美国白宫将“传感器及信号处理”列为对国家安全和经济发展有重要影响的关键技术之一。,西欧各国在制定“尤里卡”发展计划中，把传感器技术作为优先发展的重点技术。,我国政府在“863计划”及重点科技攻关项目中，均把传感器列在重要位置。,传感器技术与个人创业,1、传感器属于多品种、小批量的电子产品，大公司生产不划算，适合小公司与个人创业,2、利润高，尤其是以新型传感器为核心技术可以带动新的电子系统产生更高的附加值,库万军博士早在葡萄牙里斯本计算机工程及应用研究院进修2年多的时间里，就成功研制出系列GMR（巨磁电阻）传感器，并在相关领域通过了中试。作为国内最早一批从事磁传感器研究的学者，2000年6月，库博士放弃了在葡萄牙继续进修博士后的机会，毅然回国。库万军拿出自己多年积蓄的十几万元，唤来自己磁电子专业的同学、国内磁电子方面的专家，在深圳留学生创业园初步搭起华厦磁电子公司的框架。,案例一,2000年11月24日，深圳市科技局成果处对GMR巨磁电阻磁场传感器的开发研制完成了成果鉴定，高交会组委会颁发了项目成交证书。11月28日，库万军凭借着高交会的成交证书、成果鉴定书在深圳商业银行获得了90万元人民币的贷款。这是深圳第一例凭个人信誉获得的贷款。广东工业设备安装公司与南阳金冠分别投入1000万元，分别占总股本的33，技术股份占996万元，库万军个人再拿出34万元现金，以1030万元的投入占总股份的34，成为华厦磁电子公司的董事长。,2001年7月，公司申请的高科技用地审批完成，未来的磁传感器生产基地位于依山靠海的盐田坳工业区，面积为1万平方米。计划年产磁传感器1200万只，年产值可达2亿元。二期工程后，公司年产值可达