第三屆中國MEMS智能傳感器產業發展大會論壇實錄之一

由華東光電集成器件研究所、蚌埠市發改委、蚌埠經濟開發區管委會主辦，2019第三屆中國MEMS智能傳感器產業發展大會在美麗珠城、大禹故里——蚌埠龍子湖畔盛大開幕。這里將分三個部分呈現大會論壇的精彩內容，這是第一部分智能傳感器及應用。

當今世界，以信息技術為代表的新一輪科技革命方興未艾，全球新興技術發展正跨界融合，加速創新，深度融合的歷史時期，呈現萬物互聯、萬物智能的新特征，MEMS智能傳感器作為與外界交互的重要手段和重要來源，正成為新時代關鍵引擎。MEMS智能傳感器產業是高技術、高投入、高回報，它的發展需要地方政府、科研院所、企業單位的共同方合作，此次論壇目的是搭建一座橋梁，形成以政府為主導，企業為主體，市場為導向，院校為先鋒的政產學研相結合的技術創新體系，促進中國MEMS智能傳感器產業化的快速發展。我們確信，在各界領導、學者、企業家和政府部門的共同努力下，中國MEMS智能傳感器產業必將進入一個全新的高速發展階段。

以下八位專家分別從慣性傳感器、非制冷紅外焦平面技術、人工嗅覺系統、壓力傳感器、磁傳感器、傳感器的調理芯片以及針尖技術等八個方面，給我們做出了詳細的報告，這些報告讓我們全面了解了我國傳感器的發展現狀和未來的發展趨勢，讓我們對傳感器的發展有了更清醒的認識，也更進一步堅定了我們對傳感器發展的信心。

MEMS成套工藝及高性能慣性傳感器產品發布

華東光電集成器件研究所副所長徐春葉

我的匯報分成三部分：一是成套工藝介紹，二是平臺能力介紹，三是MEMS產品介紹。在成套工藝方面，214所經過從“十一五”以來，十幾年的研究、攻關，逐步形成了四套標準工藝，還有一個一站式的定制服務，也就是“4+1”工藝體系。

第一套工藝體系是對標法國Tronics體硅工藝體系，有這么幾個特點：一是基于Cavity/SOI技術實現高深寬比敏感結構、較佳結構保型；二是多金屬引線互聯，串聯電阻小；三是PAD側扁引出，易與引線鍵合；四是Au-SI共晶鍵合真空封裝優于0.1Pa；五是復合薄膜Geeter工藝，長期穩定可靠；六是適用于高靈敏度、高一致性需求的MEMS器件。

第二套工藝體系是基于TSV-SOI體硅工藝體系，特點有：一是全硅工藝、熱匹配性好；二是Cap直接高溫硅硅鍵合真空封裝，氣密性極佳，無需Getter，優于0.1Pa；三是介質隔離TSV實現PAD垂直引出，芯片體積小，便于3D堆疊互聯微系統集成；四是適用于高可靠性、高靈敏度、小體積MEMS器件及微系統。

第三套工藝體系是基于Class Frit晶圓級封裝SOD體硅工藝，特點有：一是采用低阻硅引線，可實現硅硅鍵合，敏感結構應力低；二是Cap采用Glass Frit鍵合實現高真空晶圓級封裝，工藝冗余度高，易于實現，真空度優于0.1Pa；三是兼容Getter工藝，穩定性好；四是工藝普適性強。

第四套工藝體系是一種特殊的，用于壓阻體硅工藝，用于量程超過3萬個G以上的，適用于各類壓阻式傳感器工藝加工。這是四套標準體系，希望各位同行到其工藝線進行加工，可以給大家提供工藝開發服務。另外在成套工藝里面，一站式定制柔性開發，一種器件，一種工藝，甚至是同種器件，不同的設計師，工藝都不一樣，定制特征非常明顯。基于這種特點，我們也提供了一站式定制柔性技術開發，從工藝加工、設計仿真到封裝、設計、篩選、可靠性檢測，一站式為大家提供服務。目前成功的案例有光學器件，在給華為供貨，還有MEMS射頻器件、MEMS氣息傳感器，成功應用在合作伙伴的產品上，已經大批量的供貨。

下面簡單介紹一下平臺能力，MEMS所需要的所有的設計平臺都有設計工具、設計版面。二是平臺能力，有一套6英寸體硅MEMS工藝纖，手段齊全，沒有缺陷。有常規的MEMS線所沒有的特殊手段，因為219所還有6英寸的半導體芯片線，利用這種優勢，有大市場的光刻、高能、低能離子注入，低應力CVD沉積以及優質的Getter專利技術等特色工藝。這條線的批產能力是一個月一萬片，凈化面積2500平。

另外還有完整的人才團隊，工藝線再好，也離不開人，各類人才從研發到工藝技術人員共有100多人。光刻有步進式和接觸式雙面光刻，步進式做到0.5微米，接觸式雙面光刻1微米，離子注入有大、中、小束流，深硅刻蝕有40：1深寬比硅刻蝕。金屬圖形化有Lift/off工藝。成膜是低應力LPCVD沉積SiN、Poly工藝。金屬制備有多種金屬濺射、蒸發、電鍍工藝，工藝手段齊全。

昨天有十幾款新產品剛剛通過儀器儀表學會新產品鑒定，以下做一個簡要的介紹。本次發布了12款產品，四款MEMS陀螺儀、三款MEMS加速器，還有特種裝置用的大量程MEMS開關，應用于產品領域主要是軍民兩用。在MEMS陀螺儀方面有這么幾款，首先給大家介紹的是低成本的MEMS陀螺儀，它的量程在400deg/s，這個量程能覆蓋日常的一些應用，但是在彈載高速旋轉的時候，量程小了一點，后面還有大量程。輸出精度24bits，數據輸出率是12KHz，零偏穩定性是優于3deg/hr，角隨機游走是0.125/h，標度因子是20000lsb/deg/s，這是第一款產品，低成本的。

第二款產品是大量程、耐過載的MEMS陀螺儀，量程能到2000deg/s，輸出精度24bits，數據輸出率是6KHz，零偏穩定性優于3deg/hr，溫漂100ppm，帶寬150Hz，抗沖擊20000G。

第三款產品是高精度的MEMS陀螺儀，它的量程能達到1000deg/s，輸出精度24bits，零偏穩定性小于優于1deg/h，較好的能達到0.2的水準，1deg/h左右精度的可以大量的批量供貨，隨機游走0.05/h，它也具備耐高或者抗沖擊。它采用了自較準補償技術，把精細做的優于1度每小時的水平。

第四款產品是大動態MEMS陀螺儀，量程能到4000deg/s，相當每秒鐘超過10轉的旋轉速度，10轉是3600，現在是4000，輸出精度24bits，數據輸出率12KHz，零偏穩定性優以10deg/hr，在微小型彈藥上使用。

這些MEMS陀螺儀和市面上戰術級和導航級陀螺儀的對比，應該說已經做到了從戰術級到導航級過渡的狀態，也是當前國內能買到的全國產化的，MEMS產品覆蓋了大部分的市場。

在加速度計方面，給大家介紹三款加速度計，一個是量程在2-10g，零偏穩定性小于20ug，可以抗10000g以上的沖擊，這是第一款。第二款量程是30-50g，零偏穩定性優于50ug，也是有很強的抗沖擊能力，10000g以上。第三款加速度計是70-100g，零偏穩定性優于100ug，也可以抗沖擊。

另外把我們的加速度計和國際的一些產品進行了對比，總體性能上跟國際的先進水平相當，部分的性能是優于國際上的產品，現在跟國際的對比也是達到這樣的國際水平。第三類產品是特種裝置用的大量程MEMS開關，特種裝置就是軍事上應用的相對多一些，量程有5000g、20000g等等。

非常歡迎各位經常到214所來走一走，多進行交流。我們是完全開放的模式，可以做服務，可以做產品，也可以聯合研制，跟大家共同地把我們國家的基礎器件水平推上去，也是解決我們軍民兩用的自主可控的這些問題。

萬物互聯，MEMS傳感器迎來新一波浪潮

明皜傳感科技有限公司副總裁錢春華

聽了很多院士的介紹，讓我發現了很多MEMS一些我之前未知的地方，所以說整個MEMS，整個行業，還有很多東西值得我們去探索。院士們只是給我們指明了很多寶藏的發現，接下來挖寶藏就要靠我們這些MEMS企業來做。

MEMS發展經過了幾波發展浪潮，先從能量說起，在整個世界上，所謂能量，可能我們了解比較多的是機械能量，一般在學校學的比較多，還有一些化學能量、輻射能、磁能、熱能、電能這些東西，能量中間存在不同的轉換，也就是說換能器，我們可能常見的換能器有傳感器、執行器，傳感器是探測和監測物理化學現象的器件，執行器相反，通過電產生一些機器運動，力和扭矩的器件。

MEMS設備，很大一部分其實是屬于這兩個范疇，還有其它的定義。我們看一下MEMS傳感器，我們目前比較常見的傳感器，當然這些傳感器還是比較偏消費類的，有些專家還講了軍用類的傳感器。我們以加速器為例，這是明皜傳感設計的加速器，這里有我們的專利，主要特點是8寸的MEMS/CMOS鍵合，使用單晶硅，整個是體硅工藝。MEMS現在有體硅工藝和表面硅工藝，我們專門做了抗沾黏工藝，還有晶圓級密封，明皜傳感器有核心的專利。

速度傳感器在實際運作中過梳尺運動產生電容的變化，再轉化成電壓，通過后端的數字電路處理把它轉換成較后常見的數字信號。明皜的設計特點在于，現在MEMS片芯是世界較小面積加速度計，結構強壯化，耐high G沖擊，現在標準是10000g沖擊，整個結構對稱化，溫飄小。

我們常見的在消費類電子用的加速器內部結構是一款2×2的芯片，這款芯片是我們公司目前準備出貨的產品。換能器有兩個，一個是MEMS傳感器，還有MEMS執行器，現在MEMS傳感器比較多，相對而言， MEMS執行器在消費領域還比較少見。在VG中，每個小方塊是可以活動的部件，上面會有兩個支撐連，通過上面的電極施加不同的電壓，產生角度的傾斜，這樣它會改變射進來的光線，從而把光較終打出來，每個鏡片的尺寸在10×10微米，我們標準的1.2寸4.88投影儀有12萬個小鏡片，在一個小鏡片中集成這么多，對精度要求非常高，有很多技術需要突破。

明皜較早就是在投入研究這個技術，做出來了XGA分辨率的投影儀芯片。今天萬物互聯可能會給我們帶來新的所謂的浪潮或者叫機遇，浪潮其實就意味著機遇和挑戰，我們看一下MEMS的發展歷程，MEMS從六十年代開始，六十年代到八十年代可能是一個階段，那時候主要是在構建一些基本的技術基礎。在這個過程中，剛才提到的結構就有了研究，包括有一些使用的技術。在二十世紀九十年代，有兩部分，一個是EDR，就是MEMS加速器，主要用在汽車上，安全氣囊用的比較多，九十年代還有一個比較重要的是投影儀，在二十世紀九十年代基本上成型了。

MEMS讓大家所熟知是在2006年以后，從蘋果手機開始，里面內置了加速器，我們才知道MEMS器件變成了大家都能看到的一個東西，所以在這個之后就變得一發而不可收拾，MEMS各種各樣傳感器都出現在生活當中。MEMS的應用，不管是安全氣囊，或者是整個動力系統、動力集成，有很多傳感器，包括壓力，這是用在汽車電子驅動。這是消費類產品推動的，讓MEMS得到很廣泛的應用，在我們很多設備中都出現了，以Iphone手機為例，第一代有加速器，后來有加速度計、陀螺儀，現在可能有二、三十種傳感器。穿戴設備在傳感器應用中是用的比較多的產品，比如心率傳感器、壓力傳感器，在手表手環上得到很大的應用，這是MEMS爆發的時期。

在這波浪潮后，我覺得帶給我們較大的收獲是我國MEMS產業鏈開始逐漸形成，我們可能從設計、制造、封測包括后端的應用，都有相關公司慢慢開始發展起來了，至于有沒有在浪潮里賺了很多錢，也不一定。在整個浪潮中，可能收獲的應該還是國外公司，國內高端手機產品采用的還是國外傳感器，但是隨著整個大環境的變化，我覺得現在很多國產手機或品牌，更愿意使用國產的傳感器，這對我國的MEMS企業是很好的機會。這是以手機帶動的消費浪潮。

還有萬物互聯階段，MEMS傳感器還有一波新的機會和浪潮，首先是流動市場趨于飽和，手機出貨量已經在放緩，移動設備終端傳感器種類應該還會增加，但是沒有前一段時間增速那么快了，現在整個在這塊的廠商投入會越來越多，會有越來越多的公司進入，這就不可避免成本會被拉低。在這樣的狀況下，我們要去尋找一些新的機會，一個是消費電子，技術有很大的可挖點；還有智能制造，包括工業4.0、中國制造2025，應該在整個生態中，傳感器應該是有很多的增長機會；智慧醫療、智能家居都是我們未來的機會。

機會大家都能看得到，但是我們還是有很多挑戰，通過第一波浪潮，產業鏈應該初步具備，但是不可否認，我們整個能力還是比較薄弱，特別是在很多高端產品上，進口的比較多，看我們所有國內企業怎么去通過自身的研發提升，包括合理的利用產業鏈的配套，這是我們要去特別關注的地方。

專利是不能回避的，始終要面對，在MEMS上，專利是比較多的，我們在發展有時候沒有注意，這是我們在接下來每個企業都需要關注的，雖然明皜在MEMS領域有超過100多項專利，包括加速計、微鏡產品，都有自己的專利，專利是我們需要特別關注的地方，如果你的出貨量是幾百的話，沒有人關注你怎么做的，等你做大后，會有人關注你是否有觸碰專利的壁壘。

從MEMS芯片本身來講，尺寸、集成化是趨勢，芯片要做的越來越小，對于芯片來說，尺寸越小，代表著成本降低。對于MEMS來講，芯片做的越小，代表你里面的機械結構、設計會有很多的約束和限制，這是非常大的挑戰，明皜MEMS現在大概是0.9×0.8的尺寸。從產品參數上講，基本上是高精度、低功耗、智能化，這是MEMS優勢的地方，但是可能根據不同客戶的需求，這些參數還需要持續提升，比如說噪聲指標、穩定性、偏差，偏差一般是零偏，還有軸間串擾，溫度這邊是長期穩定性、重復穩定性。目前我們加速計的典型參數是16 bit ADC，信號帶寬達到2K以上。低噪聲一般都是120ug，TCO是0.5mg/k。

我們的第二個挑戰是不同行業和客戶的差異化需求，個人消費電子領域更看重功耗，汽車領域可靠性要求比較高，對工業領域，較看重的是壽命。今天做消費電子領域，再擴展到其他領域，要了解各個領域的真實需求，可能會去對產品做一些差異化的定制，這是當前需要考慮的問題。

接下來的挑戰，我認為是軟件與算法，今天的大會是從“芯”出發，智“慧”無限，智可以理解為后端芯片之外的，就是軟件、算法這塊。算法在傳感器方面有信號處理、傳感器融合、人工智能，有芯片、驅動、算法，一個集成一個模塊，模塊芯片集成變成系統，系統要集成化的話，會把系統集成到一個芯片上去。

我們較近的AirPods Pro力傳感器在算法和軟件方面有些完整的解決方案，比如車載設備有所謂的CarMotion，是基于傳感器做的各種狀態檢測，比如說停車守衛、碰撞檢測等。還有針對可穿戴的整個的算法集成方案，像簡單的記錄、跌倒檢測等。另一個算法是把目前人工智能跟傳感器結合，現在主要使用深度學習方法，對數據進行訓練，然后是建模，我們提供在運動狀態下的解決方案。

MEMS傳感器將迎來發展浪潮，中國MEMS發展任重道遠，中國應以巨大的市場應用為牽引，不斷彌合人才缺口，研判和把握未來趨勢，錨定自主創新之路，實現規模化崛起和趕超。在萬物互聯時代，牢牢把握并努力贏得MEMS傳感器新一輪的商機。

高性能MEMS慣性傳感器應用與研究進展

華東光電集成器件研究所科技帶頭人、MEMS傳感器與維系統團隊負責人鞠莉娜

慣性傳感器的定義是對物理運動做出反應的器件，如線性位移或者角度旋轉，并將這兩種反應轉換成電信號，目前涉及到通信、醫療、工業、國防、消費電子、汽車電子、航天航空等各個專業，它的增長動力，一方面來源于全球主要市場對汽車安全以及智能化需求的增加；第二個方面是受到工業4.0包括智慧家庭的影響，也就是工業類和家居類的自動化產品對MEMS的器件需求是巨大的；第三方面是目前可穿戴的無人機、機器人需求日益普及。

從產業鏈來說，MEMS慣性傳感器在汽車制造領域取得了極大的提供，在消費市場應用也占有了極大的市場。目前在整個傳感器應用里，消費存在兩個極端的需求，一方面是以軍共、航空航天等高端應用為主，另外一方面是以通常所熟知的消費電子、汽車領域的應用為主，消費的兩極，應用需求是截然不同的。

從高端應用來說，整個高端應用主要是通過大量的資金投入來推動整個技術不斷地向前進步與發展，在低端或者我們通常所說的消費領域，則是通過利潤的吸引，使得這個技術不斷走向產業化。以MEMS陀螺為例，從結構形態來看，就是典型的有線振動、角振動、蝶翼式、振動環。國際大公司，像Honeywell、Litton、Thales、UTC等等，這些公司有成熟化的應用體系，主要以滿足高端的應用需求為主。

從國外MEMS產業技術來看，每種結構都有各自的優點，也有它的應用領域。MEMS陀螺有力學和電學。從驅動形式來看，目前以電驅動為主，日本的SIM以壓電形成微結構。從材料上來看，發展很迅速，從早期的多晶硅，到現在逐步被單晶硅取代。從加工工藝來說，目前整個全硅工藝快速發展，MEMS的晶圓尺寸以6-8英寸為主。從產業鏈結構來看，大公司和高水平的高校、研究機構是深度合作，這樣推動整個技術的快速迭代和發展。

按照對MEMS傳感器導航性能的等級劃分，目前整個高性能的MEMS傳感器基本上覆蓋現在戰術級的應用需求。這是國際上目前整個MEMS慣性傳感器所構建的慣性組建，它在成本上、體積上有著不可比擬的優勢，相對于我們傳統的機械或者是慣性，再加上全球定位系統的快速發展，極大地改善了慣性自導和導航精度。世界各國，尤其是各大軍事強國增大了對MEMS慣性器件的研發力度。從裝備應用方面，在國外已經應用于精確的打擊彈藥、多功能彈藥以及分布式的偵查網絡等多功能的作戰平臺體系。我們能夠通過網絡資料查到的典型高性能MEMS產品，用在自導炮彈、自導炸彈，還有小型戰術彈上的應用。

總的說來，采用MEMS慣性器件，整個戰術武器，一方面專注于微型化、低功耗，也適用于制導精度要求，有很強的環境適應性，低成本也是不可回避的話題。從應用類型上看，旋轉彈，關注于需要大量程MEMS陀螺；從穩像技術來說，它作為精確制導武器的主要技術力量成為未來精確制導的一個重要發展方向。通過相關資料，美國的海陸空三軍對新的作戰概念和作戰需求提出來了，對于制導彈藥和利用制導彈藥信息提升作戰能力是美軍的發展重點。在這里面，一方面特別關注于中小口徑的制導彈藥發展，主要從單兵應用角度，特別關注于制導槍彈、智能榴彈應用；第二方面是反坦克彈藥，主要關注微型自導彈藥；第三是無人機載的圍型彈藥實現察打一體能力，較后是關注于艦艇用的中小口徑但要，也是發展很活躍。

我們能夠找到的雷聲公司新研制的40毫米口徑精確制導彈藥，主要采用數字式的激光半主動導引頭，用到UTC公司的一款迷你mu，體積只有16.5立方厘米，能實現小口徑對導引頭彈上姿態的精確控制。

較近美國達信展出了他可裝備無人機的新型制導彈藥，MEMS慣性器件也是大顯身手，采用了GPS/ING+激光半主動復合制導。前面說了小口徑，大家經常會說到高速高能制導彈藥，也就是通常所說的電磁軌道炮和超高速彈藥，超高速彈藥是采用了節卻的電子制導系統，要求常規彈藥發射高射彈藥，需要承受3-6萬G強烈沖擊。

總的說來，美軍探索研究前瞻性的技術，也推動了新概念、新技術在彈藥中的，因此美國DAPPA啟動不依賴GPS的導航技術研發項目。比較著名的是SOT，他的辦公室啟動了自適應導航系統項目。第二個項目是微系統技術辦公室，也就是MTO，發展的是我們通常熟知的MEMS PAT，用芯片級的技術取代傳統的PAT，實現系統集成，建立整個系統的尺寸、質量、功耗，提升精度、帶寬和速率。較后一個項目是發展一套完成的PAT能力。2015年DAPPA發布了一個項目，就是PPIGM項目，一個目標就是研制新型的MEMS傳感器，這個傳感器要具備幾項特點，一方面是要有高動態、低噪聲，還有高精度，同時對環境適應性的要求提出了高沖擊、高振動。在DAPPA項目里面，意味著新型的MEMS傳感器是他的研究目標，全對稱的MEMS諧振陀螺是DAPPA PRIGM——MIMS項目重點支持三種建設方向之一，代表著MEMS慣性器件的發展方向。

幾個關鍵要素，一是大量程，二是刻度因子高穩定性，三是高動態范圍，四是靈敏度高，較后這種類型的陀螺環境靈敏度不是那么的敏感。從1995年到2018年全對稱陀螺的研制進展，結構形式上，前期有半球的、環形的、碟形結構，目前碟形陀螺是被研究的較多的，這種碟形陀螺具有良好的對稱性，信噪比高，是較接近于導航級的MEMS陀螺方案之一。相對于全對稱的MEMS全角陀螺，有一些重點的關鍵技術，比如特別關注于在晶圓級高真空封裝工藝，關于低熱彈阻尼材料，關注于模態匹配控制，然后是全角模式技術研究，比如虛擬旋轉技術、調幅/調頻全角模式，還有環境穩健設計，對溫度和應力的一體化要求比較高。

Snesors in Motion發布的世界上首款MEMS慣性導航系統，新一代導航原理就是采用多環圓盤式結構，這項研究從2003年研究到2019年，差不多二十年時間。這是PRIGM的第二個主要關注領域，是用于未來槍械高帶寬、高動態范圍、無GPS導航下的先進慣性微傳感器技術研究，主要希望探索取代MEMS慣性傳感器的替代技術和模式，包括光子和MEMS光子集成，以及新穎的架構和材料系統。發展新動向表明，在未來戰爭MEMS中將扮演重要的角色。

非制冷紅外焦平面技術與產品

浙江大立科技股份有限公司前沿技術室主任錢良山

我的報告分為兩點，第一跟大家匯報一下非制冷紅外焦平面技術概括，二是我們公司的研制介紹。非制冷紅外焦平面探測器利用熱效應來探測目標物體的紅外輻射并輸出電信號的傳感器。主要工作在8-14um的長波紅外，通常也稱為“熱紅外”的波段，目前基本特指微測輻射熱計原理的探測器。非制冷紅外焦平面工作原理，由兩個象素點組成，檢測到目標物體的紅外輻射，然后把這種紅外輻射轉換為本身的電路變化，由下面的讀出電路把電路變化讀出，顯示為圖像輸出。

主要技術環節有以下五個方面，首先利用標準的CMOS工藝加工制造出探測器的讀出電路，再利用MEMS工藝在讀出工藝上加工處MEMS微橋結構，然后利用真空封裝技術封裝成探測器產品，后面是要用一些測試系統來測探測器的熱性能和操作率指標，較后是環境測試，生產出合格的產品。

非制冷紅外焦平面較早起源于美國，主要用于軍事。美國在紅外探測器產品上對中國是禁運的，中國在2006年左右有一些單位開始紅外探測器的研制，目前有四五家做氧化釩的產品，我們也是在2006年左右開始研制，2009年實現了的量產，我們公司是2008年上市。紅外探測器有兩個技術路線，一個是非晶硅路線，一個是氧化釩路線。由于美國對中國在非制冷紅外焦平面方面有些禁運，導致國內技術發展相對比較好。

全球非制冷紅外焦平面產量情況，目前北美市場還是較大的市場，主要是軍事的應用，能占到市場份額75%以上，歐洲是ULIS公司，亞洲是中國，大概有15%的份額。

美國由于紅外歷史比較長，因為有三四十年的發展歷史，經過了多次的并購和重組，格局是比較穩定的，目前FLIR在民品市場全球一家獨立、軍品以配套為主。中國是目前較活躍的市場，做探測器的企業國內現在有四五家，市場企業也有三四家，做整機的更多，可能有七、八家，還有眾多的小企業做模組、方案、熱像儀、集成商、代理商，可能有幾十家，甚至幾百家。

我們公司從1993年開始研制紅外探測領域，目前有25年的經驗積累，早期主要購買法國的一些探測器，組裝成整機系統，從2006年開始核心器件探測器研制，2009年實現量產，目前已經實現了全系列產品量產，并用在公司的整機和模組上。

大立科技公司的產品分以下三塊，一個是小列陣產品，中間是中等陣列，也是目前產量和產值較大的一塊，還有一塊是大列陣，主要是1024×768，是百萬像素及百萬像素以上的產品。我們公司是國內一家以非晶硅為探測器的企業，我們發揮a-Si技術路線優勢，在大、中、小面陣三個方向提供特色產品，中面陣產品上，無需片上非均勻性校正步驟，模組生產過程簡單，熱敏特性穩定，可大批量實現無擋片車像工作模式，測溫模型簡單，非常適合工藝產品生產，還有大面陣、小面陣。大立公司的中等陣列探測器在2009年實現了量產，目前已有十年的經驗積累，探測器的長期可靠性得到了充分的驗證，在測溫熱像儀里面也是額國內較大的。中等陣列探測器的應用方向第一類是工業檢測，比如手持的熱像儀、在線監控；第二類是夜視增強；第三類是紅外系統，包括電力巡檢機器人；第四類是軍事國防，包括夜視增強、望遠鏡這塊。

大面陣非制冷紅外焦平面探測器陣指規模達到1024×768以上，也就是百萬像素或百萬像素以上，目前我們公司100萬像素和200萬像素產品已經成熟，這兩個產品也是公司承擔的“十二五”、“十三五”立項項目，在研是3072×2048，也就是600萬像素的紅外探測器。

紅外探測器成像是8到14微米，尺寸相對比較大，在讀出電路上我們降低了噪聲，同時增加了均勻性。在微校上采用了單層微校和雙層微校工藝。同時我們對探測器的熱敏材料進行了優化，主要是提高熱敏薄弱TCR和降低熱敏薄膜噪聲。我們公司200萬探測器無擋片成像效果，圖像經過一定的軟件算法就可以知道每一個點的溫度，無論是白天，還是黑夜，拍攝到的這個圖片其實都是差不多的。這也是200萬像素的成像效果。

較后介紹一下紅外陣列傳感器，也就是小面制的紅外探測器，小面制紅外探測器應用場合比較特殊，對熱靈敏度要求不是特別高，反而對芯片的尺寸和它的價格比較敏感，所以我們公司的小陣列探測器主要是80×80和320×240、陶瓷或晶圓級封裝，降低探測器的價格。主要的技術路徑，在尺寸和重量上進行了優化，也采用了低功耗電路設計，在NETD和均勻上進行了可靠化的設計，提高產品良率，采用了全新的犧牲層工藝和CMOS產線代工，降低探測器產品的價格。小陣列探測器的主要產品有不同像元尺寸，有20um、17um，不同的規格，還有不同的輸出方式。小陣列探測器因為價格有一定的優勢，現在的應用范圍越來越廣，主要像手持式的測溫、周界安防，周界安放前幾年應用有限，這幾年加上非熱敏的探測器進行監控。還有人流量監控和設備在線監控，比如變電站里面可以在線實時監控，看是不是有些局部的溫度過高，還有戶外的愛好者，有望遠鏡，晚上可以看到動物在哪里。還有智能交通，現在的無人駕駛，較主要的可能是激光雷達，但激光雷達本身有缺點，比如在霧天、雨天或者下雪的天氣會受到影響，但是紅外探測器沒有影響，它可以作為無人駕駛必要的補充，在測具和成像不如激光雷達，但是有些情況下少不了紅外探測器。還有智能交通，早期探測器在汽車方面的應用作為輔助的安全駕駛，早期像寶馬的7X還有奔馳的S級，因為價格比較高，你加個一兩萬塊錢，他對價位不是很敏感；國內的國產車也想使用，國產車目前較貴的就是發動機，我們加一套這種紅外系統，他根本就接受不了，所以就說隨著紅外探測器價格的下降，汽車領域可能是一個很好的方向。

較后總結一下，首先我們通過ROIC與微橋設計、拼接工藝、熱敏薄膜優化，研制大面陣非制冷紅外焦平面，目前的熱靈敏度達到了45mK，實現了無擋片模組成像，并且在各種溫度環境下可以穩定工作。第二是我們開發了新的犧牲層工藝，實現CMOS生產線代工，大幅提高芯片及封裝合格率，實現低成本紅外陣列傳感器大規模應用。同時我們也會堅持大立非晶硅技術發展方向，我們開發大陣列、中陣列、小陣列的應用，同時在耐高溫等新技術也會有新的應用。

基于MEMS及納米陣列氣體傳感器的人工嗅覺系統

蘇州慧聞納米科技有限公司董事長兼首席科學家孫旭輝

我們叫慧聞，也就是有智慧的去聞，智慧傳感器較高級別就是做人工嗅覺或者叫電子鼻，我們希望在人工嗅覺方面能夠做一些工作，真正實現人工嗅覺應用。

我們知道人的四大感官是視聽觸嗅，四個方面，其實視聽觸三個已經有非常好的發展，而且有非常多的應有了，但是在嗅覺這塊實際上一直沒有很好的應用，這邊有一個1919年貝爾電話公司發明人貝爾說的一段話，就說你測量過氣味嗎，你能分辨出一個氣味剛好是另外一種氣味的兩倍強嗎？你能測量兩種氣味的不同之處嗎？這是非常明顯的，我們具有非常不同的氣味。

科技發展到現在了，我們還是沒有辦法定量氣味標準，實際缺乏一把去測量氣味的標準。較重要的就是硬件，你拿什么去測量？我們每一個人的鼻子是不一樣的，每一個人聞出來的味道可能會不太一樣，所以出來一個公共的標準，如何讓我們的機器具備嗅覺，我們現在提出一個解決方案，基于MEMS/納米傳感器陣列芯片+人工智能算法平臺讓機器具備嗅覺，它是什么原理呢？下面我跟大家簡單介紹一下。

做一個氣體傳感器，找不到一個有絕對選擇性的傳感器，我們經常看到我們市面上做甲醛傳感器，可能它對甲醛的選擇性比較好，還有一個指標是干擾器，很多其它的氣體也會讓它有響應，只不過響應低一點，在測量范圍內響應小一點。另外一個傳感器是氨氣，它的選擇性對氨氣好一點，但是還是找不到絕對性的傳感器。這是一個缺點，把這些傳感器放在一起的時候，這個缺點往往就變成了優點，也就是我們把這些傳感器全部擺在一個陣列里，如果一個氣體進入以后，每個傳感器都有一個響應，那就不是一個傳感器在工作，這些響應在一起就組成針對氣體或者氣味的特征響應圖譜，這個圖譜通過后面的算法，提取特征，我們就可以得到氣體的氣味或者氣體的種類、濃度、強度。這是我們的基于陣列的簡單的原理或者模型。

我們去對比一下所謂的鼻子，就是我們的仿生學原理，為什么鼻子有嗅覺功能，主要是我們首先有一個嗅覺細胞，我們有不同的嗅覺細胞，細胞多少取決于嗅覺的靈敏度，狗的鼻子比人的要多大概1萬倍，就是這個嗅覺細胞，它比我們人的鼻子就更靈敏一些，對這些嗅覺細胞我們要做一個傳感器的陣列，陣列越多，越靈敏。嗅覺細胞上為什么有對氣體或者氣味敏感，主要是上面有嗅覺受體，就是我們的氣敏材料，我們放在不同的傳感器上進行響應。我們的嗅覺，所有的感官都是后天響應或者是后天意識，就是你要先聞過這個氣味你才能夠識別，比如我們小時候，你的老師或者你的父母，在你第一次聞到蘋果的時候告訴你這是蘋果味道，如果第一次告訴你這是香蕉的話，那你后面可能還有糾錯的過程。

傳感器要在不同濃度的氣體以及各種氣味進行嗅覺形成。舉一個例子，比如玫瑰花香是五種不同的芳香氣體組成的，它會在四個傳感器上形成這么一個圖案，如果我把它記下來，碰到不一樣的，比如桂花香，我就不會識別，就不認識，遇到類似的圖案，響應圖案的時候就定義成玫瑰花香，這是簡單的仿生學，通過陣列形成嗅覺的方法或者原理。

什么樣的方法或者硬件可以做嗅覺或者陣列，這里面列舉了常見的嗅覺傳感器，人工嗅覺一定要傳感器是小體積的，陣列越多，體積越大，如果功耗高的話，排列的越多，總功耗會成倍的增加，而且它是廣譜，有特異性，如果傳感器對所有氣體都響應，它的貢獻也是為零的，一定是廣譜而又有特意性的。

我們看一下常見的傳感器，常見的紅外光學傳感器，優點是高靈敏度、高精度，缺點是結構復雜、體積大，成本高。催化燃燒可以檢測可然氣體，但是工作溫度高、功耗大。電化是高靈敏度、選擇性好，結構簡單，但是環境干擾大，壽命較短。較常見的一種半導體傳感器，靈敏度高、廣譜、壽命長、成本低、結構簡單，它的缺點就是選擇性差、工作溫度高、功耗大、精確度較差。

現在我們的解決方案是把傳統傳感器通過MEMS，通過納米技術，通過MEMS技術把它做小，做到低功耗，實現低功耗的工作，從體積和功耗上都是大大縮小，可以形成陣列。在硬件方面，我們通過MEMS/納米氣體傳感器，可以實現硬件方面對人工嗅覺的要求。軟件方面相對成熟，其實軟件這塊不是人工嗅覺發展的主要因素，我們常見的模式識別和分類技術，統計技術有主成分分析法，層次聚類分析，主成分回歸。判別因子分析、組間方差分析，偏較小二乘法，軟獨立建模類比較和聚類算法等。人工智能技術，有人工神經網絡、多層感知器等。軟件、軟件還有集成，系統集成我們可以看到。

氣體傳感器用于人工嗅覺來說，相對于物理類的溫度或者壓力的難度會更高一點，它主要涉及到化學和材料，涉及到氣體和材料跟傳統物理的加工，你可以在代工廠全部實現加工，在封測廠可以實現封裝和測量，但是氣體傳感器很難做到這兩步，所以做氣體傳感器一定要自己的生產加工線，后面還有測量、序列對傳感器的標定，后面還有傳感模塊、通訊、軟件、算法，所以做人工嗅覺來說，如果要實現公司學科種類、人才的聚集，還是具有一定的挑戰性。所以人工嗅覺是目前很難找到真正可以應用的產品，在這方面也是一種挑戰。

我們目前通過MEMS，可以在傳感器上實現半導體制備工藝，可以做到小于10mW，通過脈沖可以降低到1個mW功耗，實現針對單一氣體傳感器的開發，比如甲醛、一氧化碳、甲烷這些氣體，而且我們把這些氣體做成陣列之后，通過數據采集，可以實現自動識別氣體和氣味，再加上藍牙、NB這種低功耗的數據傳輸系統，我們可以建立低功耗的氣體檢測網絡。這是我們現在已經做的工作。

對于人工嗅覺的市場來說，我們看到的是傳統的氣體傳感器應用市場，主要在工業、安全、環境檢測、公共安全。氣體傳感器跟其它傳感器一樣，在低功耗、小型化和智能化發展結果下，它可以用到增量市場，比如智能家居、家電、品質檢測和醫療方面，通過氣體跟蹤健康或者做早期的疾病診斷，這方面的研究在國外已經有非常多了。

對于我們公司來說，我們是針對常見的工業安全，針對互聯網應用的，做成可穿戴的，在工業安全，比如說智能化工業園區，還有倉儲，化工品的倉儲運輸過程，包括食品加工的過程，做一些物聯網的應用。對于消費類的主要是和一些家電廠商合作，比如說在安全領域，在廚房做燃氣灶、可燃氣體、一氧化碳氣體監控，還有冰箱里面對食物保鮮的應用，還有健康領域的一些應用、慢性病的管理、疾病診斷，這些是未來發展的趨勢。后面舉幾個簡單的例子，一個是從易到難，先用幾個傳感器來做一些常見的應用場景，比如說廚房里面的燃氣泄露，目前產品針對燃氣泄露，有一氧化碳，很多家庭為什么不愿意裝，就是它會誤報。比如中國人炒菜加調料會讓它誤報。我們加上陣列，提高它的水平和抗干擾能力，我們的傳感器不止一顆，我們的封裝里面是1×1毫米的封裝，不止一個傳感器，可以做各種抗干擾。所以在這個模塊，不僅僅可以報警，還可以跟常見的熱水器、燃氣灶聯動，有泄露的話，立刻可以把燃氣灶關掉。常見的誤報現象，在這種情景下就很難了，只有非常好的選擇性的時候，它才有后續的動作，這是我們目前在做的模塊。

另外一個例子是在食品加工過程，這是一個炒茶的，10月初我們跟福建做鐵觀音茶廠合作，我們知道以前的炒茶全是靠老師傅去聞的，茶葉的好壞和質量，在搖清的過程中香味被搖走了。現在隨著年輕人對炒茶工藝越來越感興趣，而且茶的制作周期非常短，也就一個月時間，如果這個月老師傅生病了或者感冒了，他的鼻子不靈了，整個茶廠這一年的收成就會受到很大的影響，急迫需要標準或者一個傳感器來幫他，需要一個人工嗅覺幫他解決這個問題。我們就把這個放到邊上，找到一個特征，我們把特征記下來，后面讓機器代替師傅炒茶，也非常成功地炒出質量非常好的茶葉。另外一個應用就是冰箱里面的果蔬，腐敗的預警系統，常見的疏果放在冰箱里面，什么時候可以吃，它的儲存時間我們是不太清楚的，等我們打開冰箱，發現有很多忘了或者已經蔫了、腐敗了。這個時候，冰箱里需要這么一個果蔬新鮮度的判斷系統。我們通過電子鼻可以分出不同的果蔬種類，它的腐敗和新鮮的圖譜是不一樣的，特征不一樣，我們通過訓練以后，就可以做冰箱的應用。目前果蔬種類非常多，在這個應用場景下還很難去區別所有的果蔬腐敗新鮮，那目前至少可以做到異味，就是你有一點點異味的時候，人的鼻子還沒有聞到的時候，它就提醒冰箱可以開你的紫外線或者負離子殺菌也好，把這些異味消除。

另外是小體積，低功耗，用于手機里面的應用，把我們的傳感器系統通過手機方案商做到手機里面，這里真正可以實現手機的應用。這里有一個視頻，里面有一個APP，打開APP，就可以監測溫濕度、氣體情況，這些氣體是可以選擇的，感興趣的可以裝，整個傳感器裝在后面。現在有一個是研究酒，先讓它在數據庫里面把二鍋頭聞一下，你從后面拿一個二鍋頭出來，它可以聞到酒精度是多少，這是自動告訴你，而不是說你要點擊我要測什么。這是我們做的智能氣體傳感器聯網系統，通過NB-IoT、LoRa的物聯網氣體檢測系統，檢測管道里的氣體環境泄露，通過監控平臺可以看到整個地下管廊的氣體環境情況。

較后介紹一下，我們公司主要做三個方面，一個是智能家居、移動穿戴，還有醫療檢測。我們希望在醫療健康中，通過我們的人工訓練系統能夠監控我們的健康和實現一些疾病的早期診斷。我們公司口號是智慧感知，健康生活。我經常說一句話，我們就做一件事，就是做呼吸，我們保證呼吸的氣體是健康的，根據我們呼出的氣體跟蹤我們的健康狀況，如果有疾病的話，進行早期的預防和診斷。

壓力傳感器與久好電子的調理芯片

北京久好電子董事長劉衛東

傳感器無非就是用在汽車、可穿戴、千億物聯網、手機，給我們提供了廣闊的應用平臺，我接觸的是壓力傳感器，包括汽車所使用的一部分的壓力傳感器，像進氣歧管、機油壓力、變速箱壓力等等。我們國內壓力傳感器企業在做的產品雖然規模比較小，但是他們在跟全世界較大的壟斷公司做競爭。2013年2014年調查壓力傳感器市場時，蚌埠做汽車壓力傳感器的公司不多，但是做工業應用的壓力傳感器廠家，從百度上一搜，可能全國所有城市里，蚌埠是壓力傳感器數量較多的一個城市，但是我們這五年下來，哪一個城市芯片的發貨量大，是無錫，無錫跑前面去了，可能是溫總理建設無錫物聯網城市推動了他的發展。

我們60后出生的，大家都記得家家戶戶有一個打氣筒，現在完全用壓力傳感器做成智能控制的打氣泵，插到汽車上，加點煙器就可以為汽車打氣，將來的鞋墊甚至床都可能加上壓力傳感器，來感知這么一個情況。充油壓力芯體是國內做壓力傳感器比較多的一個結構。還有一類叫陶瓷電容壓力傳感器，陶瓷電容壓力傳感器它有抗腐蝕、穩定性好的特點，在空調、機油、抗腐蝕這些環節有獨到的應用。說起陶瓷壓力傳感器，世界老大是森薩塔，占據全球70%的份額，一年有3億支的生產。

壓力傳感器的種類分三類，不含諧振式，大部分是電容式和電阻式的，國內做電阻式的廠家和品種非常多，做電容式的相對數量小一點。但是陶瓷壓力傳感器每年的出貨量，電容陶瓷壓力壓力傳感器廠商少，但是出貨量非常大。電阻式陶瓷壓力傳感器廠商非常多，我們接觸的有幾十家，但是出貨量遠遠不如陶瓷電容。

國際高度壟斷、規模巨大，有很多中外合資廠，都是一些老品牌大品牌，產業鏈完整。國內廠家數量多（螞蟻雄兵），規模小，民營廠多，品牌效應在逐步形成，希望我們國內的傳感器廠家在以后能夠取得更大的成就。

國內比較典型的壓力傳感器知名品牌一個是博世，分工業汽車用和消費類用的兩大類，每年幾十億只傳感器，在上海生產進氣歧管就有4000萬只。國內國際壓力傳感器的廠商，里面有兩個非常非常關鍵的芯片，一個是Sensor，一個是ASIC，德國的博世全都是自己的品牌，自己去做。TE也有一部分自己做，一部分外購。森薩塔，Sensor大部分自己做，SASC有外購。國內的情況，Sensor外購，ASIC也外購。傳感器的全球市場巨大，調理芯片每年新增量巨大，幾十年前就非常大，現在每年新增量也還是非常大。

久好電子這五六年來在做芯片：公司成立以來做的第一款芯片面向工業和汽車，是把Sensor模擬出來的信號進行放大濾波，做處理，做補償算法、DSP輸出，這個芯片是一個低成本的創新。當我們這個芯片出來以后，國外的大廠在研究我們的芯片。總的來說，我們的成本都是他們成本的一半以下。我們這個芯片累計幾年下來全國出貨量1千萬只；韓國也有兩個客戶，我們的產品還買向美國，德國博世也有一部分。我們做的第二款芯片是面向手機、無人機的GHM1203芯片。2015年的時候，手機iPone 6出來以后，把氣壓傳感器加進去，我們也具備這個技術，然后就和國內一些廠家合作，他們重點去做MEMS，我們做調理芯片，當時做出來了，指標不低于博世的。它除了在手機上應用，另外還有儀器、儀表各方面的應用。

做了兩款電阻式的壓力傳感器，一個做工業，一個做汽車，第三款選了電容式的。我們認為電容式的壓力傳感器也需要一款電容式的調理芯片，所以我們就把電容式的調理芯片做出來，沒想到的是跟我們合作過的好幾家到現在還沒想出來。后來我們這一款芯片給國內做高精度的加速顆粒的電容測試，反饋效果還不錯。從去年開始，突然我們發現國內有做電容格的濕度傳感器，我們經過標定和補償以后，做出溫濕度傳感器，現在我們的客戶總出貨量超過1千萬個。還有第四款，我們天天盯著陶瓷電容傳感器市場，國內一直沒有陶瓷生產電容壓力廠家的話，我們也一直不敢做，畢竟投資一個芯片下來估計得花一千萬左右。后來安徽一個企業家給給你介紹一個合作伙伴，他們專門做陶瓷電容壓力傳感器，我們把這個芯片就做成了，配合去干。這是我們久好電子的第四款調理芯片，用于汽車產品的JHM2102，功能特性可適應不同容值的陶瓷電容傳感器，較大特點是使得生產簡化而達到低成本制造。

久好電子到現在五年多，有些新的體會給大家分享，做芯片不是一個非常容易的事，我們希望跟上下游的客戶抱團取暖，國家領導人現在也重視了，提出傳感器一條龍。看了半天，我說沒有一條調理芯片，我們送了一本資料過去，領導一看，這個調理芯片SC應該也是很關鍵的一款，我這幾年來看到國內產業形勢的變化也感到非常高興。現在傳感器一條龍能把調理芯片也納入進來。另外我們在質量、可靠性、穩定性方面要做世界第一，武漢有一個客戶，他一年有四十幾萬支，以前是使用德國芯片，他做了對比，我們的穩定性、可靠性遠遠超過他們，他也很開心，我們也很開心。另外我們要在滿足國內生產情況下生產的便利性，然后要降低成本，但是絕不降低性能。2013-2014年，我去跑溫州市場的時候，溫州市場做汽車的說低端市場，搞個放大器，搞個電阻電容，我們不要芯片，但是現在溫州的那些傳感器廠商都生產出來傳感器供應全世界的汽車廠家，他們追求的性能、穩定性、可靠性一點也不比其他地方的差。還有我們要不斷的與整機企業或傳感器企業溝通，共同的找出創新點，共同找出進步點，因為每年或每季度進步一點點，我們才可能慢慢地去追上別人。較后一點，我們做芯片的，慢慢地要練成武林高手，選對方向，我們就做芯片設計，培養一個正向的芯片設計團隊。我們要不斷前進，較后才有可能變成武林大師。

我們做開發壓力傳感器調理芯片所需要的關鍵技術：一是高性能、低功耗數模混合集成電路設計技術，包括極低噪聲的放大器、各種不同的高精度、高速、低功耗ADC、DAC電路IP、低功耗的信號處理技術；二是對傳感器非線性、滿量程誤差及溫漂、靈敏度誤差及溫漂進行補償的先進校準算法；三是低功耗的MCU技術及嵌入式軟件技術；四是針對傳感器、芯片、算法于一體的軟硬件協同設計經驗。

我們久好的目標是，我們一幫清華的同事們要在一起干一點不是很容易的事，我們琢磨來琢磨去，說干傳感器，傳感器太復雜了，我們進了一個高門檻。這條路高投入，回報周期長。好在我們這幾年抓住了物聯網傳感器的高增長期，所以我們踏踏實實的把我們的每一款芯片做好，我們慢一點沒關系，因為我們當時成立公司的時候說，我們做不了又快又好，但是我們爭取讓我們的芯片，讓我們的客戶用我們的芯片越久越好，所以我們起名子久好電子。現在比較欣慰的是早年用我們芯片的客戶，現在一年有100萬支壓力傳感器的出貨量，還有50萬支的，深圳、江蘇加起來有好幾家。同時現在也在積極尋求與國內的整機企業進行芯片聯合開發，隨著近幾年傳感器蓬勃發展，我們也說這是一個大好的時機。

磁傳感器芯片的設計與應用

東方微電科技武漢有限公司總經理吳建得

我們公司是做磁傳感器，公司位于武漢，在光谷，今天跟大家簡單分享一下磁傳感器有關的產品設計，還有我們的一些應用。

我們公司是一家新公司，去年成立，但是我們做磁傳感器差不多有十來年的經歷，這是我們團隊做傳感器的歷程。我們在2009年，在710所做傳感器，當時有一條MEMS生產線，是重資產模式，現在采用的模式是輕資產模式，另外兩位合伙人主要是西安電子科技大學的，他們也是有十幾年的做傳感器芯片設計經驗。此外，還有做軟件開發和算法的核心骨干，我們的項目得到了都院士、王院士的大體支持，過去十年間也是長期跟蹤我們項目的發展。

簡單介紹一下磁傳感器的應用市場，磁場無處不在，地球是有磁場的，所以我們簡稱地球的磁場可以做成磁羅盤，較典型的應用，每個人的手機上有一個指南指北的小器件，這個器件就是感應磁場的一種傳感器。另外在汽車上，方向盤轉角，方向盤轉角下面鑲嵌著一塊磁鐵，方向盤轉動的時候磁場是在發生變化的，檢測磁場的變化就可以推斷出來方向盤轉角的角度。另外在無人機和機器人上，磁傳感器也是應用的比較多。工業上主要用在工業氣缸，用來測量活塞形成。此外在家用的水汽表里面，其中有超聲波水表，還有磁感應水表，水表里面也是鑲嵌著有一塊磁鐵，磁鐵在轉，當水流動的時候，這個磁場是在發生變化的，目前國內的水汽表里面大部分用的感應器件是日本的。此外還有電流，因為有導線，有產生電流的地方就會產生對應的磁場。較后一項是一個榴彈炮，這是在軍工上的應用，用做引線和姿態修整場景。

磁傳感器主要是被美國、日本、歐洲、德國這些國家壟斷，中國現在有四到五家公司在做，也都是創業公司，包括杭州容磁等，都是做磁場感應器件，目前整個中國企業在全球份額里現在連1%還不到。

我們公司做的一款感應弱磁場器件，除了搭載磁場傳感器，還有信號調理芯片。這個信號調理信號是團隊自主設計的，我們團隊有兩個股東本身是做信號調理芯片，和磁傳感器配套的。

除了做芯片這些基礎性的東西，我們也開發模塊級的產品，這種產品雖然做的公司稍微多一點，但站在我們做公司的角度，能夠快速地生產產品，快速地導入客戶，所以我們做了一些模組產品。這個姿態傳感器模塊可測一個物體的傾斜、俯仰，用在水下裝備、橋梁檢測還有一些路燈燈桿檢測場景。

這是數據采集產品，跟傳感沒有太多關系，不過也是我們公司的收入來源之一。

我們做的應用產品有醫院用的核磁，一個鐵磁物質的報警系統，跟我們在機場的安檢系統不太一樣，那個系統可以檢測銅鋁，我們是只檢測鐵磁物質，因為做核磁共振的時候，只有鐵的物質才會對核磁的設備造成一定的干擾。這個系統里面我們用的傳感器探頭是自主研發的，里面核心的算法也是我們自主研發的。它的關鍵兩個技術，一個就是磁傳感器探頭，另外一個技術就是整個報警有一些邏輯，就是一些算法邏輯。我們的核心團隊設計包括，包括器件制備、調理芯片技術、模塊算法。

我們公司過去這些年積累的一些客戶現在還和我們有合作，包括兵器所，有西安的兄弟單位，他們跟我們都是合作的關系。我們后面的發展展望，現在前期獲得了光谷的一些投資，后面我們期望通過銷售產品，然后把公司進一步做強做大。

MEMS針尖技術在納米指導和測量中的應用

百及納米科技（上海）有限公司周向前博士

我希望也給大家增添一些新的應用場景，MEMS技術本身非常廣泛，但是大家都看到，現在所有的技術背景實際上是基于微米技術，基本上沒有進入到納米技術，現在我們的芯片工業談的是7納米技術，7納米以下技術，5納米技術。反過來說，到了幾個納米技術，它會給我們帶來什么樣的場景，或者說現在尖端的制造工業需要什么樣的一些技術裝備，我們這里通過針尖技術來實現幾個納米精度的一些測量和制造應用。

我們團隊其實是一個綜合性的團隊，這個團隊有德國的朗格諾教授，有我，還有杜川博士和豪爾茲博士，由于大家對中國的情懷，還有德國伙伴對中國的情懷，所以大家都覺得要落戶在中國，我們現在第一步選擇在上海。

為什么這么一個中德合作的團隊落戶在中國是有意義呢，我還是要引用朗格諾教授的一段話，他說世界的和諧是要有一個平衡的，過去是美國和蘇聯的平衡，所以大家得以安寧，目前情況下，美國的單體力量非常強大，世界就失去了平衡，所以他非常愿意幫助中國來建立一個中美平衡的新的世界。我覺得在這個政治理念下，我們有非常大的共性，也就是說我們在做技術研發角度和銷售的角度來說，我們面對的也是中德合作基礎上的這么一種合作，也是面對的是國際市場，因為我們目前所有的技術，大部分情況可能還是國際市場。

中德合作有一個特點，大家一談到工業4.0，這是德國人先提出的概念，我要講一講，現在德國有兩個幽靈在徘徊，工業4.0大家都知道，另外一個就是量子科技革命，量子科技革命一上來，就談到的是量子宣言，如果大家說起宣言，就想起共產黨宣言，如果你要看比例，在工業4.0，當時德國聯邦政府投入1億歐元的進行研發性的導入，而量子科技革命一投入就10個億歐元，也就說這兩個比較重要的戰略格局，中國是有所對應的，一個是中國制造2025，導致中美貿易戰中提到了這個問題。還有量子科技革命的問題。但是所有這些東西都是需要硬件來實現的，硬件是什么，實際上這個硬件都是納米技術，甚至是幾個納米的技術。

集成電路大家都知道，目前基本上是別人卡我們脖子，我們沒法去卡別人脖子，為什么呢，大量的關鍵技術、核心技術都在國外，中國要去起步追趕，我覺得很重要的一個是要有原創性，要有自己的知識產權，這一點來講，像今天早上院士們提的，要強調技術研究。

我覺得從尖端技術這一塊來說，我們要涉及到的芯片制造、量子計算、傳感技術，這些都是在微納技術方面有很大的前景，包括今天上午杜江峰院士提出的他的技術，他的技術的下一步要用到我們的技術。

我們現在的切入點在哪里？我是用一個主動針尖的做法，這個做法就是用MEMS的做法，用MEMS做出針尖，當然這個針尖有很多種，具體的制造過程我這里不詳細介紹了，它的性能我覺得是可以介紹的，這個性能在于我們的針尖由原來的比較寬的幾個微米、幾十個微米，一針一針縮，縮到了幾個微米的數量級，中間的頭已經到了幾個納米，它的特點是振頻高，這就帶來了很多的應用，比如測量和制造。

我這里舉幾個例子，核心的應用簡單的說第一個是做測量，就是做表征。第二個是怎么樣進行材料、器件的表面分析，這個分析不僅僅是一個形貌，三維的形貌，更重要的是其它的物理信息和化學信息可以提取。緊接著可以提取的是可以用針尖做制造。

我主要把重點放在應用場景的介紹，所有這些應用場景的介紹，我們都有相應的產品，其實就像我跟214所領導說的，包括做建模和MEMS的時候都需要很高精度的測量。

應用場景一：微納米高速測量解決方案。我們的特點在什么地方呢，我覺得現在已經不是做基礎研究的時候了，現在是做實驗室流程性的測量和工業化測量，工業化的測量遇到什么問題，實驗室里面非常簡便的測量遇到什么問題。遇到的問題是，我們如果還是用激光反射式的針尖做原子力顯微鏡的時候，你會發現這個東西不太好用，我們用主動針尖來做的話，我是根本不要調試的，直接就可以測。在展覽會上，大家看這個系統怎么回事，拿來以后，這么小就可以用，我說我用了8英寸的晶圓在上面，按照指定的程序直接可以測，測完了以后，進針和換針非常快，一般300秒，我們30秒就能全部測完。

首先講到這個里面的精度，精度可測到原子極，可以看到原子極的石墨表面原子分布圖形。二是可以看到原子臺階，意味著當精度非常高的時候，我們可以測同類的產品。我們不僅可以涉及到同類產品的測法，我們的針尖特別長，普通原子力針尖由于其長度不夠，無法對微米級深度和寬度的孔洞實行三維形貌測量，百及納米科技的特種長針尖是為測量微米級深的溝槽提供解決方案，并提供底部導電性能，滿足行業需求空白。

多針尖并行陣列技術，多針尖并行陣列技術是利用多個并行排列的、可單獨操控的針尖同時進行工作，顯著提高對微納結構表征的范圍和速度。跨尺度微納米結構的高效可靠表征測量提供全新解決方案和核心裝備。我們落地在上海，很重要的就是把多針尖并行陣列技術在中國做出來。

這里有一個四針尖技術，做四幅圖，把這四幅圖一拼，就是四倍速，這個做法不僅僅是針對現在的并行做法，用在芯片工業、顯示屏工業，材料顯示也可以做。

我給大家舉一個例子，這是一個EUV的模板，高度60nm，成像面積為50um×130um，現在SMN在測量的時候所謂模板的測量，就是用我們原子力針尖測量，必須具備納米級的工藝。這不是我們一家說的，包括我們的競爭對手，戰略伙伴也在說，現在國際較大的儀器公司也受芯片公司委托，較后和我們合作，因為我們有多針尖技術。

應用場景二：單納米針尖光刻技術。我們的系統可以做到1到2個納米，具體的做法很簡單，這就是一臺較小的電束光刻機，我用這個針尖進行電子發射，在針尖的頂端，曲力是非常高的，很容易進行場發射，這就是較小的場發射電磁光刻機。我現在用的膠可以是球形的小分子膠，可以刻到幾納米的線和結構，但是如果做一個比較大的分子，也可以用電束光或PMA來做，拓寬了大家目前的工作范圍。非常重要的是這里面有很多優點，包括無鄰近效應，很小的，可以忽略不計的。

舉個例子，我要做結構，做等離子晶圓結構，還是Fin FET，包括量子氣墊的時候，也可以用針尖光刻來做，尺寸很大，不過我的速度比較慢，所以要把前面的并行做法結合到光刻技術里面來。

我們現在做出來的1.8nm的室溫單電子晶體管，這也是較近的新聞，這個單電子晶體管特性也測出來了，從加工制造角度，我們和科學家們、企業家們進行合作，這些都是現成的產品。

應用場景三：離子注入的解決方案。離子注入在MEMS工藝上也是常規的工藝，問題是我們要做一個非常小的、具有量子效應的器件的時候，摻雜濃度的均勻性隨著器件特征尺寸的見效而逐漸需要，目前已經接近到了必須定已幾個離子注入的程度。要做成這樣的樣子，那就意味這我們離子注入的空間定位精度要到幾個納米，這個怎么定位。還有離子注入的束流原則上是不可控的，發射的時候是有偏移的，注入100萬個離子的時候有千份之一的偏移，注入10個粒子就有3.3%的偏移，那就沒法做了，這就需要我們單離子注入。

單離子就需要非常稀薄的離子，需要你的針尖，大家可以看到下面是針尖穿孔的，這么小的穿好孔以后，用針尖找到位置，我可以做到找到非常精確的定位，沒有什么制作的方法比用我的針尖，用原子力找針尖的位置較好了，因為我要是做到原子級的。這個情況下，用單離子的時候可以非常準確地打到我想要的地方，而且可以加上離子閘門，一旦離子進去以后必然會發生二次電子，我們可以捕捉，加一個電子閘門，加一個橫向電閘，可以把后面的離子全部捕捉。

這里就講到了杜江峰正在做的工作，接下來要做什么，他們現在做的是離子太多，不可能做到精確的單分子操縱，怎么辦，要用我們的系統去打。我們現在已經跟中國科技大學聯系合作，包括物理所在做，現在好多所在做，包括杜江峰院士的所。我們要用單個原子，原子電子學的原理。做電子器件耦合，在量子范圍內怎么樣把自旋利用好，以致于做到非常大量的儲存和運算的量，這里面很重要的是做兩個離子，這兩個離子的間距是50納米，0.05微米，而且需要非常精確的控制在這個范圍之內，使它們進行耦合。

怎么做到？這就是我們較近發明的專利，這個專利是什么呢，大家都知道，在固體表面，如果離子打下去以后會產生較大的散射，這個散射會導致一個離子不知道跑哪去了，所以我們必須要用我的針尖來尋找一個位置，這個位置是有通道效應的，以致于我打下去沒有散射。這是多離子工作，這是我們計算機模擬出來的，模擬出來的你可以看到，一旦用了我們的技術，離子定位是非常精準的，這個專利本身是四個人發明的，一個是德國發明的，我算中國，還有一個美國教授，一個加拿大教授，較終經過大家說服工作，同意把這個專利放在中國，專利的擁有人是中國的公司，大家一起來合作。這個我覺得不僅有了政治上的意義，更重要的是打開了進入單離子合作的量子器件的很重要的手段，所以我覺得這個是離子作為應用場景。這個應用場景跟MEMS尺寸不太相配，但是總有一天，我覺得會把這種納米級的器件特點、物理特點，和現有的MEMS一些特點進行結合，我覺得我們可以探討這一類的事。

應用場景四：新型氣體流量傳感器。大家講了溫度、紅外，還沒有講流量，流量也很簡單，當一個針，放在流量通道的時候，這個流量器受到一定的壓力，這個壓力會感知到，某種意義上也是一個壓力器。但是當我們用針尖來做的時候，跟一般壓力區別在什么地方，它特別敏感，敏感到什么程度，能感受7個數量級的測量范圍，而不要換任何東西，而且微型化了以后，非常小。測壓力、質量、濃度，都是可以通過針尖得到的。

還有量程非常大，量程非常大有什么好處？量程大了以后，我在選擇流量級的時候不要考慮，反正什么場景，傻瓜式的我都可以用，傻瓜式用這個流量級的時候，各種場景都可以用，那我就有非常大的量，有非常大的量，自然性價比是較好的。當然還有一些精度，包括線性度、響應時間也不差。

非常快的量程范圍是應用場景中間特別重要的因素，這是一個優勢，這么大的量程范圍和這么高的性價比，就使得這種針尖的使用在這種場景上是有特點的。

我覺得用MEMS技術制作針尖，這里面有一些訣竅，較后的應用場景這么廣泛，我認為也是可想而知的，因為實際上這種精度、靈敏度，就像用原子鏡顯微鏡可以測到原子力，不是殺雞用牛刀，而是正好可以把這個優勢發揮出來。單納米技術的內容如果跟現有其他技術結合，我相信還會有更多的應用場景。