本文是《微納電子與智能制造》對中國工程院院士、清華大學副校長尤政的訪談,尤政院士是中國MEMS領域專家中的專家,為中國傳感器事業做了不少開拓性的工作。
文中主要講述智能微系統與MEMS 技術發展的重要歷程和產業發展動態,主要的研究成果,技術發展的瓶頸和挑戰,及其未來的發展趨勢,并對技術和產業發展的產學研協同合作以及人才培養和評價等方面提出建議。
看看我國院士怎么評價中國的傳感器產業。
專家檔案
尤政,中國工程院院士,華中科技大學校長,現任中國科協副主席、教育部科技委常務副主任、國務院學位委員會儀器學科評議組召集人、中國儀器儀表學會理事長、中國機械工程學會副理事長等職務,主要學術方向為智能微系統及其在空間應用。在我國率先開展了微納航天器的技術創新及其工程實踐,為我國空間微系統與微衛星的科技進步做出了重要貢獻;突破了多項核心技術,研制了微型MEMS儲能器件及能源微系統、MEMS太陽敏感器、微/納型星敏感器、MEMS開關/繼電器、MEMS掃描鏡及探測微系統等一系列具有國際先進水平的器件與微系統,且多種產品已經在航空、航天等領域實現應用。
《微納電子與智能制造》:您多年從事智能微系統與MEMS 技術的基礎和應用研究 ,請跟大家分享一下您的研究成果和研究過程中的故事和體驗。
尤政院士:我們團隊是國內最早的從事智能微系統、MEMS 方面研究的團隊之一 ,在前沿科學問題、關鍵核心技術以及工程實踐方面都取得了一些創新成果。
(1)MEMS傳感器及微系統
創建了可擴展的高端MEMS 器件加工平臺 ,解決了系列高端MEMS 器件加工的難題,“面向典型器件的體硅 MEMS 加工平臺及其應用”于 2019 年獲高 等學校科學研究優秀成果獎技術發明獎一等獎。
完成了MEMS 繼電器、RF MEMS 開關 ,用于環境感知的 MEMS 智能感知微系統 ,惡劣環境下的 MEMS 高溫無線傳感微系統 ,MEMS 掃描鏡及目標探測微系統,微型 MEMS 儲能器件及能源微系統等。
其中超高過載自供電MEMS 傳感器及集成微系統在國內首次通過實測驗證,填補國內空白,相關技術被國內多家重點單位應用并產業化,“基于微納米技術的新型超級電容器及其實現”獲得國家技術發明二等獎。
(2)空間微系統及微納航天器
提出高精度姿態/軌道測量新方法并研制了MEMS磁敏感器、MIMU 慣性微系統、MEMS太陽敏感器 、納\皮型星敏感器等空間微系統 ,相關成果填補了多項國內空白,已在探月工程、高分專項等國家重大工程以及國內外百余顆型號衛星中得到應用推廣,并實現了出口歐、美、日等國。
在我國率先開展了微納航天器的技術創新與工程實踐 ,首次將三軸穩定方式用于25 kg 以下的微小衛星,成功研制并運行了國內第一顆納型衛星 NS-1 衛星,也是當時世界上在軌飛行的最小“輪控三軸穩定衛星”(2004 年)。
2015 年研制并發射了 NS-2(10 公斤量級)MEMS 技術試驗衛星 ,成功開展了基于 MEMS 的空間微型化器組件試驗研究。NS-2 衛星的有效載荷包括納型星敏感器 、低功耗 MEMS 太陽敏感器 、硅基 MEMS 陀螺 、MEMS 石英音叉陀螺 、MEMS 磁強計 、北斗- II/ GPS 接收機等自主研發的 MEMS 器件及微系統。
同時還成功研制并發射皮型ZJ-1(100 克量級)MEMS 技術試驗衛星,采用單板集成的綜合電子系統,搭載試驗商用微型 CMOS 相機,MEMS 磁強計、新型商用電子元器件。
“先進空間光學敏感器技術”2012 年獲 國家技術發明二等獎“,先進 MEMS 衛星設計制造關 鍵技術及應用”2019年獲國家技術發明二等獎。
(3)生物檢測微系統方面
圍繞細胞分選檢測、生物分子檢測、人工聽覺微系統等方向,突破了高通量細胞圖形化、片上細胞聚焦分選、耳蝸內聲電混合刺激、高時空分辨率相位差分檢測等一批具有自主知識產權的關鍵技術,取得了一批原創性成果,研制了具有世界一流水平的高通量原位細胞多模式檢測系統、流式細胞儀、系列流式細胞檢測芯片等檢測儀器,打破了相關領域國際廠商的技術封鎖和壟斷。
總之,面向國家安全和醫療健康領域的重大需求,經過多年持續的努力,我們取得一系列具有國際先進水平的科研成果,部分技術處于國際領先地位,其中多項核心技術尚屬國際首創。