新材料赋能MEMS传感器，我国实现高端传感技术突破

新材料赋能MEMS传感器，我国实现高端传感技术突破

中国工程院院士、清华大学副校长尤政近日表示，新材料的应用正在推动微机电系统（MEMS）传感器技术实现重大突破，特别是在数字化、微型化和智能化方面取得了显著进展。这一技术革新对于提升我国在传感器领域的自主创新能力具有重要意义，有望解决当前面临的“卡脖子”难题。

MEMS传感器是一种将微电子技术与微机械加工技术相结合的高科技产品，通常由微型机械结构、传感器元件和信号处理电路等部分组成。其工作原理基于微机械结构对物理量的敏感响应以及微电子技术对信号的检测和处理。以MEMS加速度传感器为例，它的工作原理主要是利用质量块在加速度作用下的惯性力来测量加速度。传感器内部有一个可移动的质量块，当有加速度作用时，质量块会受到惯性力的作用而发生位移。这个位移通过微机械结构转化为电信号，然后经过信号处理电路进行放大、滤波和数字化等处理，最终输出与加速度成正比的电信号。

MEMS传感器的工作原理使其具有许多独特的优势。首先，由于采用微机械加工技术，传感器的体积小、重量轻，可以集成到各种小型化设备中，如智能手机、可穿戴设备、无人机等。其次，MEMS传感器的功耗低，能够满足移动设备和物联网等领域对低功耗的要求。此外，MEMS传感器的响应速度快、精度高、可靠性好，能够在各种恶劣的环境条件下稳定工作。

新材料的应用正在为MEMS传感器带来革命性的变化。通过引入新型压阻材料和电容材料，传感器的灵敏度和精度得到了显著提升。例如，新型压阻材料能够更精确地将压力变化转化为电阻变化，从而提高压力传感器的测量精度。同样，电容式传感器通过采用新型电容材料，可以实现更高的电容变化率，进而提升传感器的灵敏度。

除了传统材料的升级，纳米材料和复合材料也开始在MEMS传感器中得到应用。纳米材料因其独特的物理和化学性质，能够实现更小尺寸的传感器结构，进一步推动传感器的微型化发展。复合材料则通过结合不同材料的优点，为传感器带来更好的稳定性和可靠性。

尤政院士带领的研究团队在MEMS传感器领域取得了多项重要成果。他们创建了可扩展的高端MEMS器件加工平台，解决了系列高端MEMS器件加工的难题。团队完成了MEMS继电器、RF MEMS开关、用于环境感知的MEMS智能感知微系统、恶劣环境下的MEMS高温无线传感微系统、MEMS扫描镜及目标探测微系统、微型MEMS储能器件及能源微系统等一系列具有国际先进水平的器件与微系统。

其中，超高过载自供电MEMS传感器及集成微系统在国内首次通过实测验证，填补国内空白。相关技术被国内多家重点单位应用并产业化，获得国家技术发明二等奖。在空间微系统及微纳航天器领域，团队提出高精度姿态/轨道测量新方法并研制了MEMS磁敏感器、MIMU惯性微系统、MEMS太阳敏感器、纳/皮型星敏感器等空间微系统，相关成果填补了多项国内空白，并在探月工程、高分专项等国家重大工程以及国内外百余颗型号卫星中得到应用推广。

随着新材料技术的不断进步，MEMS传感器将在更多领域展现其价值。在工业领域，高性能MEMS传感器可以实现更精确的过程控制和监测；在医疗领域，生物MEMS传感器将为疾病诊断和治疗提供更可靠的数据支持；在汽车和航空航天领域，MEMS传感器将助力实现更安全、更智能的系统控制。

面对我国传感器产业的“卡脖子”问题，新材料和技术创新无疑是一条重要的突破路径。通过持续加强基础研究和应用开发，我国有望在高端传感器领域实现自主可控，为科技强国目标贡献力量。