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下一节:MSMS的发展

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MEMS的应用领域课程教案、知识点、字幕

我们来看一下MEMS有哪些应用

在今天我们可以说MEMS的应用无处不在

这个图给大家看到的是

按照一些应用领域来划分

我们现在从无线通信到工业控制

到智能电网 消费电子 能源化工 航空航天

生物医学 军事国防 精准农业

环境监测 科学研究和汽车电子等

都非常大程度的依赖MEMS的发展

可以说如果没有MEMS 这些领域

就不能发展到今天的水平

MEMS最典型的一个特点是

它可以进行测量

也就是可以进行感知

而感知是我们这个信息社会下一步

非常非常重要的一个发展方向

我们来看

我们从90年代的计算时代开始

进入到了通信时代

那么从通信时代

我们会进一步进入到一个感知的时代

在感知时代的基础上

我们还会向着智能时代发展

那么无论是感知时代还是智能时代

对环境各种参数的测量

是我们实现感知和智能的一个基础

没有测量我们就没有智能

从系统的实现体系和功能上来看

位于最底层的系统是一个静态的系统

也就是说它制造出的功能

是和设计功能是一致的

性能是固定的

也就是它能实现什么功能

在我们设计和制造的时候已经确定了

再往上一层是一个可重构的系统

那么它可以通过外部进行选择和预定义

这样的话这个系统就能够提供更大的灵活性

当然可重构的功能

也是我们预先可以估计和设定好的

再往上是一个自适应的系统

它是指在一定程度上

能够自主的进行优化测试和监控

能够改变它的工作模式

也就是说它可以根据环境

或者工作条件的变化自动的

调整自己的工作方式

到了最顶层就是一个智能的系统

所谓智能的系统它是具有推理和学习能力

的一个高度自治的系统

发展智能系统一直是我们人类

科学技术努力的一个梦想

好 下面我们从不同的领域来看

MEMS有哪些应用

首先来看汽车电子

汽车电子是最早

推动MEMS领域大发展的一个应用方向

那么今天的一个复杂一些的汽车

上面包含了有100个以上的传感器

这里边通过MEMS技术来实现

传感器多达20到50个那么这些传感器

已经构成了我们今天整个汽车的安全系统

舒适系统 动力系统等等

不可缺少的一个组成部分

举个例子我们来看这幅图

给大家看到的是一个汽车碰撞过程的照片

那么在汽车碰撞的过程中气囊的弹出

安全带的缩紧都是由汽车预先安装的

一个加速度传感器来实现的

当这个加速度传感器检测到一个汽车的减速度

超出我们正常的控制范围时

我们就认为汽车发生了碰撞

这个时候由加速度传感器

所产生的驱动信号 控制气囊

或者是安全带预警系统进入到工作状态

这幅动画给大家看到的

是一个汽车碰撞过程中的

一个高速摄像机所拍摄的分解过程

我们可以看汽车开过来的时候

当它与一个坚硬的障碍物碰撞

碰撞的过程中气囊首先弹出

从慢镜头我们可以看出来

在人的整个身体随着惯性向前冲的时候

气囊已经弹出来了

那么这个气囊的弹出实际上就是

由一个安装在汽车上的加速度传感器所实现的

正常情况下碰撞所出现的减速度

不是我们通过刹车就能够实现的

因此我们可以通过减速度的大小

来判断汽车是不是处于一个碰撞的状态

下面这一个动画给大家看到的是

现在汽车上广泛采用的

一个电子稳定系统的一段工作原理

那么汽车的电子稳定系统

我们也称为 ESP

来控制汽车不至于在高速转向的过程中

翻车或者是汽车摆尾这样的一些功能

那么ESP的工作原理是由

几个加速度传感器和陀螺

共同时刻的在监测汽车车身的状态

那么当汽车遇到障碍物紧急转向的时候

如果没有良好的平衡能力

汽车很容易翻车或者汽车摆尾

通过陀螺也就是角速度传感器和

加速度传感器时刻检测汽车的状态

那么可以判断汽车是不是处于翻车的临界

如果汽车将要处于翻车的临界

那么可以由加速度传感器和

陀螺所产生的信号去驱动控制系统

对某一些特定的车轮进行短促紧急的刹车

以此来维持汽车的平衡状态和

正确的方向指向性

下面我们来看消费电子领域里的应用

消费电子是近年来

MEMS最大的应用领域我们以一个手机为例

那么包括从屏幕触控 麦克风里面的

加速度 陀螺 地磁传感器等

我们举一个例子

对于三星的X5这样的一个手机

上面已经安装了17个传感器

那么这些传感器协同在一起与

电子系统共同来完成一些其它器件和

系统无法实现的功能

比如说我们可以用加速度传感器和

陀螺组合到一起来判断

现在手机的运动状态也就是人的运动状态

因此它构成了手机导航一部分重要的功能

接下来我们来看在生物医学领域生物医学

领域里边MEMS应用可以划分成这样

几类疾病的诊断治疗

可植入和可穿戴的系统

外科及微创手术 药物释放与新药开放

最后以及是科学和基础生物学的研究

我们来看几个简单的例子

这幅图从上到下给大家展示的是

整个人体可以植入MEMS器件的

一些组织和器官

那么这些不仅仅是可以植入

往往是需要植入

这幅图给大家看到的是一个可植入的

眼压传感器

那么它可以24小时监测人的眼压

这对于眼部疾病的治疗

甚至于间接监测高血压等症状

都是非常有帮助的

那么这幅图给大家看到的是

一个可植入的人工耳蜗 那么

它对于听力失常的人具有非常大的帮助

我们仅仅来看可穿戴和可植入的应用

它在生理指标 姿态和环境等不同的

参数方面需要很多的传感器进行监测

那么我们又可以按照使用

时间的长短分为短期和长期

比如说心压 血压 眼压等测量属于

短期的测量

那么体内的起搏器 血糖监测

脑电监测等又属于长期的使用

在航空航天领域

MEMS也扮演着非常重要的一些角色

比如说在航空领域里

一架现代化的客机大需要1000个传感器

那么这1000个传感器构成了

整个航空电子成本的60%以上

因此可以说没有传感器飞机就没办法起飞

那么飞机里面所使用的传感器

从头到尾遍布整个飞机系统

我们举一个例子

那么在空气控制与调节领域

我们需要非常多的空气质量

颗粒物 压力 温度等等的一些传感器

那么这些传感器是保证飞机能够正常飞行

能够为乘客提供正常生理环境所必须的

在航天领域

同样MEMS也扮演着举足轻重的作用

比如说在航天飞机内部环境的监测

调整和控制等 我们需要

几十种传感器来测量环境的一些参数

确保航天员的安全

比如说在微小卫星在太空中需要

改变姿态时候

我们可以利用各种由MEMS来制造的

微型的喷射推进器

从而来调整微小卫星在太空中的姿态

在无线通信领域也有非常广泛的应用

以MEMS作为基础技术来实现的

一些RF MEMS器件也就是无线通信器件

比如说谐振器比如说开关

那么它具有传统的谐振器和开关

所不具有一些特性

在一些卫星通信

基站甚至于手机上都有极为广泛的应用

那么在光学领域里

除了作为光通信的微镜以外

MEMS近年来在显示和成像 也就是

影像再现领域表现了非常优异的性能

比如说德州仪器的DMD微镜

那么以它作为核心器件所实现的

投影和显示系统具有非常好的影像再现能力

使德州仪器仅依靠这样一款产品

在长达十多年的时间里一直保持着

世界最大MEMS制造商的地位

那么近年来随着手机投影的迫切需求

一个或几个微镜的偏转来

实现投影对手机的发展也具有重要的作用

这使得我们以后在手机成像领域

不再依靠屏幕

而是有可能在手机上安装一个微型的投影机

使得图像和信息的交换不再紧紧依靠屏幕

这对于共享图片资源的时候具有

非常大的优势

在军事国防领域里MEMS也有

非常重要的一些应用

比如说在单兵的装备体系中

在枪械的稳定性的控制中

都有MEMS的身影

我们来看一个典型的例子

这是由MEMS组成的一个智能引信

来控制的一个炮弹的示意图

那么它可以通过在炮弹中

预装一个加速度传感器来

控制炮弹的爆炸时间

比如说当炮弹穿透第一层楼板的时候

不是我想去爆炸的目的

那么我就可以通过加速度传感器来检测

第一层楼板通过的时候

并不激发它的引爆信号

穿透第二层楼板 第三层楼板

直到达到我预设的位置的时候才去

控制它的引信对炮弹进行引爆

这个图给大家看到的是

一个MEMS一个光谱议

那么它可以实现对战场的毒剂或者

爆炸物的检测

那么在工业 能源 农业

化工等等领域里

MEMS都是非常重要的

我们以一个精细农业作为一个例子

那么现代的精细农业都采用了喷灌的技术

这样可以节约用水

最大程度的满足作物生长的需要

那么如何和何时进行喷灌

我们可以在土壤中或者

空气中增加温度和湿度传感器

由温度和湿度传感器来控制

是否需要进行喷灌

即便如此 未来的农业进一步发展

有可能我们不再根据土壤或者

空气中的湿度来决定是不是灌溉了

而是去直接测量农作物体内的

水分和盐分的程度

由此直接来确定是不是需要进行灌溉

这将是一个更高层次的精细农业

我们也可以把它叫做智慧农业

前面讲的是不同领域里对MEMS的需求

我们再以一个具体的MEMS器件

比如说最常见的压力传感器来看

它在哪些领域里可以应用

比如说在生物医学的可穿戴领域里

压力感器是实现血压测量的一个核心器件

比如说在智慧家庭里 通过压力传感器

可以使洗衣机知道目前所处的水位

衣服的多少 水的多少 以此来决定

洗涤剂的投放量和洗涤的一些参数

比如说在汽车电子领域里

安装在座椅里边的压力传感器

可以来判断座位上是否有人

如果有人但是没有系紧安全带的时候

汽车会出现报警

因此 一个简单的压力传感器可以在生物医学

消费电子 航空航天 汽车电子等不同的领域

有非常广泛的应用

MEMS与微系统课程列表:

第一章 概述

-第1小节 MEMS的定义

--MEMS的定义

-第1小节 MEMS的定义--作业

-第2小节 MEMS的应用领域

--MEMS的应用领域

-第2小节 MEMS的应用领域--作业

-第3小节 MEMS的发展

--MSMS的发展

-第3小节 MEMS的发展--作业

-第4小节 MEMS的发展(续)

--MEMS的发展(续)

-第4小节 MEMS的发展(续)--作业

第二章 微系统基本理论—基础力学与基本物理

-第1小节 应力和应变

--应力与应变

-第1小节 应力和应变--作业

-第2小节 弹性梁

--弹性梁

-第2小节 弹性梁--作业

-第3小节 弹性梁(续)

--弹性梁(续)

-第3小节 弹性梁(续)--作业

-第4小节 薄板与流体的基本概念

--薄板与流体的基本概念

-第4小节 薄板与流体的基本概念--作业

-第5小节 流体的基本概念(续)

--流体的基本概念(续)

-第5小节 流体的基本概念(续)--作业

-第6小节 静电力

--静电力

-第6小节 静电力--作业

-第7小节 尺寸效应

--尺寸效应

-第7小节 尺寸效应--作业

第三章 微系统制造技术I—光刻与体微加工技术

-第1小节 MEMS光刻技术

--MEMS光刻技术

-第1小节 MEMS光刻技术--作业

-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀

--体微加工技术—各向同性湿法刻蚀

-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀--作业

-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀

--体微加工技术—各向异性湿法刻蚀

-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀--作业

-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀(续)

--体微加工技术—各向异性湿法刻蚀(续)

-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀(续)--作业

-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀

--体微加工技术—干法刻蚀

-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀--作业

-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀

--体微加工技术—时分复用深刻蚀

-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀--作业

-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀(续)

--体微加工技术—时分复用深刻蚀(续)

-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀(续)--作业

-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀

-- 体微加工技术—稳态深刻蚀

-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀--作业

-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用

--体微加工技术—稳态深刻蚀--作业

-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用--作业

第三章 微系统制造技术II—表面微加工技术

-第1小节 表面微加工技术概述

-- 表面微加工技术概述

-第1小节 表面微加工技术概述--作业

-第2小节 表面微加工技术的几个问题

--表面微加工技术的几个问题

-第2小节 表面微加工技术的几个问题--作业

-第3小节 表面微加工代工工艺

--表面微加工代工工艺

-第3小节 表面微加工代工工艺--作业

-第4小节 表面微加工的应用

--表面微加工的应用

-第4小节 表面微加工的应用--作业

-第5小节 厚结构层技术

-- 厚结构层技术

-第5小节 厚结构层技术--作业

第三章 微系统制造技术III—键合

-第1小节 键合概述与直接键合

-- 键合概述与直接键合

-第1小节 键合概述与直接键合--作业

-第2小节 阳极键合与聚合物键合

--阳极键合与聚合物键合

-第2小节 阳极键合与聚合物键合--作业

-第3小节 金属键合与键合设备

-- 金属键合与键合设备

-第3小节 金属键合与键合设备--作业

第三章 微系统制造技术IV—集成与封装

-第1小节 工艺集成

-- 工艺集成

-第1小节 工艺集成--作业

-第2小节 系统集成

--系统集成

-第2小节 系统集成--作业

-第3小节 单芯片集成与多芯片集成

--单芯片集成与多芯片集成

-第3小节 单芯片集成与多芯片集成--作业

-第4小节 三维集成

--三维集成

-第4小节 三维集成--作业

-第5小节 MEMS封装

--MEMS封装

-第5小节 MEMS封装--作业

-第6小节 MEMS封装(续)

--MEMS封装(续)

-第6小节 MEMS封装(续)--作业

第四章 微型传感器I—传感器的敏感机理

-第1小节 概述

--概述

-第1小节 概述--作业

-第2小节 压阻传感器

--压阻传感器

-第2小节 压阻传感器--作业

-第3小节 电容传感器与压电传感器

--电容传感器与压电传感器

-第3小节 电容传感器与压电传感器--作业

-第4小节 谐振传感器与遂穿传感器

--谐振传感器与遂穿传感器

-第4小节 谐振传感器与遂穿传感器--作业

第四章 微型传感器Ⅱ—压力传感器

-第1小节 压力传感器

--压力传感器

-第1小节 压力传感器--作业

-第2小节 压阻式压力传感器

-- 压阻式压力传感器

-第2小节 压阻式压力传感器--作业

-第3小节 压阻式压力传感器(续)

--压阻式压力传感器(续)

-第3小节 压阻式压力传感器(续)--作业

-第4小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器

--电容式压力传感器与谐振式压力传感器

-第4小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器--作业

-第5小节 硅微麦克风

--硅微麦克风

-第5小节 硅微麦克风--作业

第四章 微型传感器Ⅲ—惯性传感器

-第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述

--惯性传感器与加速度传感器概述

-第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述--作业

-第2小节 压阻式与电容式加速度传感器

--压阻式与电容式加速度传感器

-第2小节 压阻式与电容式加速度传感器--作业

-第3小节 电容式与热传导式加速度传感器

--电容式与热传导式加速度传感器

-第3小节 电容式与热传导式加速度传感器--作业

-第4小节 微机械陀螺概述

--微机械陀螺概述

-第4小节 微机械陀螺概述--作业

-第5小节 典型微机械陀螺

--典型微机械陀螺

-第5小节 典型微机械陀螺--作业

-第6小节 典型微机械陀螺(续)

--典型微机械陀螺(续)

-第6小节 典型微机械陀螺(续)--作业

-第7小节 模态解耦合

--模态解耦合

-第7小节 模态解耦合--作业

第五章 微型执行器

-第1小节 执行器概述

--执行器概述

-第1小节 执行器概述--作业

-第2小节 静电执行器—平板电容执行器

--静电执行器—平板电容执行器

-第2小节 静电执行器—平板电容执行器--作业

-第3小节 静电执行器—平板电容执行器(续)

--静电执行器—平板电容执行器(续)

-第3小节 静电执行器—平板电容执行器(续)--作业

-第4小节 静电执行器—叉指电容执行器

--静电执行器—叉指电容执行器

-第4小节 静电执行器—叉指电容执行器--作业

-第5小节 热执行器

--热执行器

-第5小节 热执行器--作业

-第6小节 压电执行器和磁执行器

-- 压电执行器和磁执行器

-第6小节 压电执行器和磁执行器--作业

第六章 RF MEMS

-第1小节 RF MEMS概述

-- RF MEMS概述

-第1小节 RF MEMS概述--作业

-第2小节 MEMS开关I

--MEMS开关I

-第2小节 MEMS开关I--作业

-第3小节 MEMS开关II

--MEMS开关II

-第4小节 MEMS开关III

--MEMS开关III

-第4小节 MEMS开关III--作业

-第5小节 MEMS谐振器—梳状谐振器

--MEMS谐振器—梳状谐振器

-第5小节 MEMS谐振器—梳状谐振器--作业

-第6小节 MEMS谐振器—板式谐振器

--MEMS谐振器—板式谐振器

-第7小节 MEMS谐振器的制造

--MEMS谐振器的制造

-第7小节 MEMS谐振器的制造--作业

第七章 光学MEMS

-第1小节 光学MEMS概述

-- 光学MEMS概述

-第1小节 光学MEMS概述--作业

-第2小节 MEMS光开关I

--MEMS光开关I

-第2小节 MEMS光开关I--作业

-第3小节 MEMS光开关II

-- MEMS光开关II

-第3小节 MEMS光开关II--作业

-第4小节 影像再现I—反射器件

-- 影像再现I—反射器件

-第4小节 影像再现I—反射器件--作业

-第5小节 影像再现II—衍射器件

--影像再现II—衍射器件

-第5小节 影像再现II—衍射器件--作业

-第6小节 影像再现III—干涉器件

--影像再现III—干涉器件

-第6小节 影像再现III—干涉器件--作业

第八章 微流体与芯片实验室

-第1小节 概述

-- 概述

-第1小节 概述--作业

-第2小节 软光刻技术

--软光刻技术

-第2小节 软光刻技术--作业

-第3小节 微流体输运

--微流体输运

-第3小节 微流体输运--作业

-第4小节 微流体输运(续)

--微流体输运(续)

-第4小节 微流体输运(续)--作业

-第5小节 试样处理

--试样处理

-第5小节 试样处理--作业

-第6小节 试样处理(续)

--试样处理(续)

-第7小节 检测技术

--检测技术

-第8小节 微流体应用

--微流体应用

-第8小节 微流体应用--作业

-第9小节 微流体应用(续)

--微流体应用(续)

-第9小节 微流体应用(续)--作业

第九章 BioMEMS

-第1小节 概述

--概述

-第1小节 概述--作业

-第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器

--药物释放 神经探针 生物传感器

-第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器--作业

-第3小节 可穿戴与可植入微系统

--可穿戴与可植入微系统

-第3小节 可穿戴与可植入微系统--作业

MEMS的应用领域笔记与讨论

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