1959年,美國物理學家理查德·費曼(Richard Feynman)在他著名的演講《底部有足夠的空間》中首次提出了將機器小型化到原子和分子層面的想法。然而,直到20世紀80年代和90年代,MEMS(微機電系統)技術才逐漸開始得到開發并走向商業化。
MEMS傳感器的歷史可以追溯到1962年,世界上第一個硅微壓力傳感器的誕生,標志著MEMS技術的發展起點。早期,霍尼韋爾研究中心和貝爾實驗室在相關領域的研究為這一技術奠定了基礎,推動了硅隔膜壓力傳感器和應變計的問世。
隨著時間的推移,人們對MEMS傳感器的興趣迅速增長。到1960年代末,許多美國公司已開始生產首批MEMS壓力傳感器。
如今,MEMS技術已成為傳感器領域的核心推動力,促使傳感器小型化、集成化、低功耗等特性得以實現,并在物聯網、智能手機、汽車等領域大放異彩。每年,全球MEMS傳感器的出貨量達數百億件。以下是幾種取得商業成功的MEMS傳感器及執行器。
1. MEMS麥克風:移動設備中的革命者
1961年,貝爾實驗室研制出第一款駐極體麥克風(ECM),它利用聲音引起振膜電容變化,將聲音轉化為電信號。這種麥克風一度主導市場40多年,直到2003年,樓氏電子推出了首款商用MEMS麥克風SiSonic,使得該技術迅速普及并廣泛應用于移動設備。
2. MEMS慣性傳感器:賦予設備感知運動的能力
世界上第一款真正大規模商用的MEMS傳感器是加速度計,由美國ADI公司于1991年推出,主要用于汽車安全氣囊。相比傳統傳感器,MEMS加速度計價格低廉,推動了汽車安全系統的大規模普及。如今,MEMS慣性傳感器廣泛應用于手機、智能手表、TWS耳機等設備中,測量設備的加速度和旋轉狀態。
3. MEMS壓力傳感器:推動微小化檢測的前沿技術
MEMS壓力傳感器是測量物理壓力的關鍵工具。與傳統傳感器相比,MEMS壓力傳感器具有靈敏度高、體積小、穩定性好、易于大規模生產等優點。其應用范圍從汽車到醫療設備,甚至可穿戴設備中,實現血壓監測、心率檢測等功能。
4. MEMS DLP芯片:顛覆投影技術
MEMS技術在投影顯示領域的突破性應用體現為DLP芯片的發明。德州儀器(TI)的DLP技術推動了數字電影時代的到來,其基于MEMS的數字微鏡裝置(DMD)可以控制數百萬個微鏡的反射,從而實現精確的光線調控,廣泛應用于投影儀和其他顯示設備中。
5. MEMS噴墨頭:不僅用于打印文字
MEMS噴墨打印頭是噴墨打印機的核心部件,它通過壓電或熱氣泡技術將墨水擠出。除了打印設備外,MEMS噴墨技術還廣泛應用于生物領域,特別是在DNA合成等高精度技術中,推動了基因研究的發展。
結語
MEMS技術是21世紀最具顛覆性的技術之一,從麥克風到慣性傳感器,再到噴墨頭,這些MEMS器件廣泛應用于各行各業,推動了科技的進步。未來,隨著新技術的不斷涌現,MEMS器件將在更多領域展現其巨大的潛力。