MEMS水听器国内研究现状与未来技术发展

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原标题:MEMS水听器国内研究现状与未来技术发展

众所周知,海洋面积远超陆地面积,海洋中最重要的信息是水声信息。水下声信息的传播与地面传播有所不同,主要差别是:水声在海中传播会受到海水的分层效应和海底及海面的影响,特别是无线电信号和光信号都无法在较深的海水中使用,只能采取声信号的传播来实现水下信息的传递。

据麦姆斯咨询报道,近期,来自工业和信息化部第四电子研究院、北京航空航天大学、山东省东仪光电有限公司、中国电子科技集团公司第三研究所的研究团队在《传感器与微系统》期刊上联合发表了题为“MEMS水听器国内研究现状与未来技术发展”的综述文章。对MEMS水听器近15年在国内的发展情况做了综述,并针对国家海洋战略、未来批量制造的MEMS水听器,以及在封装和标定技术等方面存在的问题,进行了解读。

从MEMS水听器的研究方向来看,主要有三类:一类是利用氧化锌压电薄膜制成的MEMS水听器;一类是加速度传感器多端支撑量式振动梁式同阵型水听器;另一类单端固定性毛发式水听器。

在MEMS水听器技术发展过程中,其结构不断从传统的平面结构走向纤毛结构,产品形式也从硅阻式、硅电容式、压电和压电薄膜等形式发展为氮化铝(AlN)压电陶瓷薄膜。随着各种新型半导体材料的不断加入,MEMS水听器不仅从单一化走向阵列化,也走向实用化和批量化。例如基于AlN压电薄膜的水听器,成本相比压电陶瓷和光纤水听器显著降低,且成品率与一致性大幅提高,使得MEMS水听器拥有极高的性价比。这对于海洋勘探、航道监测、管网监测、水下导航等大规模民用领域具有重要意义。

在封装技术方面,硅基压电MEMS水听器芯片的出现,使其从设计到工艺,保证了器件的高一致性、高灵敏度与低成本。在校准技术方面,通常需要高灵敏度的磁传感器来辅助确定地磁夹角等参数,量子与隧道式磁传感器,是近10年最明显的技术进步。

近15年来,国内MEMS水听器技术取得了长足的进步,不过,当前仍面临一些问题有待解决,主要集中在以下几方面:(1)提高信噪比;(2)提高灵敏度;(3)制造工艺必须与集成电路工艺相结合,能将阻抗变换器、信号放大器集成一体化;(4)新工艺的引入:多采用牺牲层技术;(5)封装技术:由于采用MEMS半导体封装技术,产品结构更能适合各种水声环境的使用。从有机封装到无机材料的封装,特别是典型的陶瓷外壳封装,可能成为下一代产品的主流;(6)面对大批量制造出来的MEMS水听器,校准问题成为生产制造的重要环节。因此,MEMS水听器的校准,将成为今后大批量生产的重要环节。

随着MEMS技术的快速发展,以及信号处理技术日趋成熟,更多功能的信号处理芯片,将会与新一代材料与工艺相结合,使MEMS水听器像其他力学量传感器一样,从高端市场逐渐走向大众市场,廉价化的水听器时代很快将会到来。返回搜狐,查看更多

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魏辉兵
活跃在4 天前
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