1.2　典型MEMS产品

进入21世纪以来，MEMS开始走向全面应用，市场规模不断扩大，总体超过100亿美元，如图1-8所示。随着市场规模的不断扩大，包括台湾积体电路制造股份有限公司（简称台积电）在内的集成电路代工企业开始进入MEMS领域，进一步提高了MEMS传感器的性价比，某些消费类传感器的价格仅为1～2元甚至几角。MEMS传感器已经像集成电路一样深入人们日常生活的方方面面，在手机、家庭医疗、游戏和汽车等领域得到广泛应用。

1.MEMS压力传感器

MEMS压力传感器在20世纪60年代就实现了产业化应用，是最早实现产业化的MEMS传感器。随着MEMS制造技术的不断进步，MEMS压力传感器的性价比越来越高。日常生活中在很多地方都用到了MEMS压力传感器，比较典型的应用有电子血压计、汽车、手机、工业仪表等。目前，MEMS压力传感器约占MEMS市场20%的份额。图1-9所示为苏州感芯微系统技术有限公司制造的MEMS压力传感器。

图1-8　2018—2024年全球MEMS市场规模
（资料来源：Yole＆麦姆斯咨询）

图1-9　MEMS压力传感器

2.MEMS加速度传感器

MEMS加速度传感器的应用始于20世纪70年代，是第二个得到大规模应用的MEMS传感器。大规模应用始于1993年，美国ADI公司采用牺牲层技术将微型可动结构与处理电路集成在单芯片内，大幅降低了MEMS加速度传感器的制造成本，实现了用于汽车安全气囊控制的微型加速度传感器的批量生产，当时价格为数美元，充分展示了MEMS技术集成和规模生产的优势。图1-10所示为上海微系统所制造的MEMS三轴加速度传感器。

图1-10　MEMS三轴加速度传感器

3.MEMS数字微镜显示器

美国TI公司从20世纪80年代中期开始研究MEMS数字微镜显示器（DMD），希望用在投影仪上。MEMSDMD通过底层的处理电路给出驱动信号，使得中间的机械传动机构带动顶层的微镜产生偏转，从而控制光的投向，实现投影显示，是典型的微光机电器件。经过10年的研发，MEMSDMD在20世纪90年代后期在投影仪上得到大量应用，其性能明显优于液晶投影仪，在当时产生了很大的反响。图1-11所示为美国TI公司的MEMSDMD结构示意图。

图1-11　MEMSDMD结构示意图

4.MEMS微机械陀螺

MEMS微机械陀螺的研究始于20世纪90年代初期，Draper实验室利用柯氏力，采用MEMS技术制造出梳齿结构MEMS微机械陀螺，引发了MEMS微机械陀螺的研究热潮。初期的研究目标是希望MEMS微机械陀螺在国防上得到应用，经过不断的改进，特别是制造技术的进步，MEMS微机械陀螺在集成电路生产线实现量产，成本大幅下降，进入手机和游戏机等消费领域，得到大规模应用。图1-12所示为上海微系统所2003年制作的MEMS微机械陀螺。

图1-12　MEMS微机械陀螺

5.MEMS微传声器

MEMS微传声器的研究始于20世纪90年代中期。清华大学是早期微传声器主要研究机构之一，早在20世纪90年代，他们就研制出纹膜式硅电容微传声器，其在当时是国际同类研究中灵敏度最高的微传声器。随着MEMS制造技术的不断进步，其生产成本不断下降，如今已在手机、笔记本电脑和iPad等领域得到大规模应用。图1-13所示为MEMS微传声器。

图1-13　MEMS微传声器

6.MEMS红外传感器

人们在20世纪90年代后期开始研究MEMS红外传感器，主要是想解决低温制冷问题，发展低成本非制冷红外传感器。当时主要有两条技术路线，一条技术路线是利用热膨胀系数不一样的材料构成的悬臂梁支撑微镜阵列，悬臂梁受红外辐射后产生变形，带动微镜偏转，通过光直接读出红外成像；另一条技术路线是基于热释电效应，通过测量热释电产生的电压来获取红外信息。此外，基于泽贝克效应（Seebeck Effect）的MEMS红外热电堆传感器在人体温度测量方面具有明显优势。经过不断演进，MEMS红外传感器已经实现了大规模应用，红外测温仪中的传感芯片就是红外热电堆传感器，引发了MEMS红外传感器研究热潮，催生了不少红外传感器公司。图1-14所示为上海微系统所制作的MEMS红外传感器。

图1-14　MEMS红外传感器