| 2022-09-03 | (点此查看)

为了紧跟压电MEMS与传感器发展趋势,满足相关领域从业人员的进修需求,麦姆斯咨询特邀请行业资深学者和专家,为大家详细解析压电MEMS与传感器的核心技术、典型应用与创新挑战。


以压电MEMS为代表的新兴技术,是充满技术多元化和产业多样性的蓝海领域。近些年,各种新型MEMS光学、声学、惯性、压力产品,在自动驾驶、消费电子、光通信、生物医疗、工业控制等领域大展拳脚。随着新材料与新工艺的发展,压电与MEMS技术的融合有望为市场带来更多颠覆性产品和“杀手级”应用。


为了紧跟压电MEMS与传感器发展趋势,满足相关领域从业人员的进修需求,麦姆斯咨询特邀请行业资深学者和专家,于2022年6月24日至26日开设了《第43期“见微知著”培训课程:压电MEMS与传感器》,为大家详细解析压电MEMS与传感器的核心技术、典型应用与创新挑战。


西南科技大学研究员高杨:BAW滤波器和BAW传感器

课程一:BAW滤波器和BAW传感器

老师:西南科技大学 研究员 高杨


在高性能射频声学滤波器市场上,体声波(BAW)滤波器占据着半壁江山,广泛用于移动通信、蓝牙、WiFi等无线通信领域。西南科技大学高杨老师从BAW滤波器的产业发展脉络与技术演进趋势出发,生动讲述了滤波器成为BAW技术首个爆款应用的驱动力。接下来,高老师讲解了典型BAW滤波器的器件结构、敏感机理、仿真建模方法、读出电路设计、微加工工艺与性能测试表征,并分享展示了多种新型BAW器件的最新研究进展和潜在应用。高老师分析道,从BAW技术发展趋势来看,BAW介导的磁电耦合天线有望成为下一个颠覆性产品,这也将是国内企业在强者如林的BAW滤波器国际市场上抢占技术高地的关键机遇。


湖南大学岳麓学者、博士生导师周剑:SAW传感器和SAW微流控

课程二:SAW传感器和SAW微流控

老师:岳麓学者、博士生导师 周剑


声表面波(SAW)技术既可以用于传感器,也可以用于执行器,在5G通信、无线无源传感、微流控等领域广受欢迎。目前,周剑老师研究团队已在柔性SAW传感器、隐形透明SAW传感器、超高频超高灵敏度SAW传感器等新型器件以及SAW无线无源探测方向取得了诸多创新成果。此次课程中,周老师对国内外领先的SAW传感器企业及其技术路线、产品应用等做了详细梳理与讲解,并重点分析了SAW器件在粒子操控、液体操控、粒子分选等微流控领域的应用,以及其在生物样品分析和即时诊断等领域的研究进展。周老师指出,基于SAW的微流控产业正在兴起,未来SAW微流控将在单细胞检测以及生物诊断中蕴含巨大市场。


上海大学教授徐甲强:石英晶体微天平传感器

课程三:石英晶体微天平传感器

老师:上海大学 教授 徐甲强


石英晶体微天平(QCM)是基于石英晶体的逆压电效应而设计的一种具有极高灵敏度的谐振式传感器,在微量及痕量物质检测等方面具有显著优势。上海大学徐甲强老师以基于石英晶体微天平的甲醛传感器和湿度传感器为例,从材料设计、敏感机理、制备策略等角度详细讲解了如何有效实现低功耗、高性能的传感器,分析了石英晶体微天平传感器在环境监测(气体与湿度)、食品分析、生物医学检验、材料分析等应用中的研究进展,并对石英晶体微天平技术的未来研究动向和应用趋势进行了展望。基于其操作简便、灵敏度高、成本低、可在线跟踪、易于自动化等优点,随着与相关技术的融合发展,石英晶体微天平技术有望拓展到更多新兴应用领域。


中国科学院声学研究所副研究员田亚会:SAW滤波器及压电声子晶体

课程四:SAW滤波器及压电声子晶体

老师:中国科学院声学研究所 副研究员 田亚会


5G时代开启了滤波器的广阔市场,SAW滤波器作为通信射频前端模块的核心元器件,吸引了众多厂商积极布局,迎来了崭新的发展机遇。中国科学院声学研究所田亚会老师从典型SAW滤波器的仿真方法、结构设计及性能提升策略出发,分析了SAW滤波器在高频(高声速)、高性能(高FOM、高功率耐受)等方面有望实现突破的路径,并分享了极具声波调控潜力的压电声子晶体在SAW器件中的热门应用,展示了它在加权声波导、拐角生波导、线缺陷声波导等领域的独特优势。作为一种人工设计的新型材料或结构,压电声子晶体具有独特、超常的弹性波传播特性,为机械振动的有效控制与弹性波的精准调控提供了一个崭新的研究路径与充满希望的应用机遇。


武汉大学讲师刘文娟:压电MEMS声学传感器

课程五:压电MEMS声学传感器

老师:武汉大学 讲师 刘文娟


MEMS声学传感器是MEMS产品中最先被大规模应用的细分领域之一。武汉大学刘文娟老师围绕压电MEMS声学传感器的典型产品——压电MEMS超声换能器(PMUT)、压电MEMS麦克风,对其结构特性、薄膜生长、设计方法、仿真过程、工艺制程、器件测试等做了透彻讲解,并从技术路线、市场现状、应用前景等角度分析了其发展潜力。展望未来,智能手机作为MEMS麦克风需求量最大的市场,随着需求量增长,将为压电MEMS麦克风提供更广阔的发展空间。基于PMUT的高分辨率超声成像系统,其采用大阵列全聚焦相控阵成像,并且体积小、精度高、速度快,将在皮下指纹识别、血管内超声成像等领域发挥关键作用,有望成压电MEMS声学传感领域下一个新的增长点。


华中科技大学教授余洪斌:压电MEMS微镜和压电MEMS变形镜

课程六:压电MEMS微镜和压电MEMS变形镜

老师:华中科技大学 教授 余洪斌


随着光学器件的小型化和集成化发展,基于压电驱动的各类光学元件因其线性控制、快速响应以及低功耗等优势开始获得越来越多的研究与关注。华中科技大学余洪斌老师重点讲解了基于氮化铝(AIN)压电薄膜驱动的两种典型产品——压电MEMS微镜和MEMS变形镜,针对二者的工作原理、技术特性、设计仿真、制备工艺、测试方案以及典型应用等内容做了全方位的解读,并就相关核心技术和工艺改进策略提供了其独到的经验见解。余老师称,器件在结构强度、驱动电压、响应频率、位移变形等性能方面多互为矛盾,器件结构设计的核心是依据实际应用需求寻找性能平衡点。正是因为器件设计的最优解并不唯一,其未知的魅力驱动研究人员不断探索,为铸就更加多元化的器件和应用场景创造了新的可能。


浙江清华柔性电子技术研究院副研究员唐瑞涛:柔性压电式压力传感器

课程七:柔性压电式压力传感器

老师:浙江清华柔性电子技术研究院 副研究员 唐瑞涛


柔性电子技术的发展以及各种新型压电薄膜材料的出现,为压力传感器的微型化、柔性化之路奠定了基础。浙江清华柔性电子技术研究院的唐瑞涛老师对比分析了各种压电材料的性能与应用领域,指出基于聚偏二氟乙烯(PVDF)聚合物的压电薄膜具有极好的发展前景。进而,以基于PVDF薄膜的柔性压电式压力传感器为例,对其设计、制备和测试要求做了“解剖式”分析,并就薄膜性能提升策略及具体操作环节可能会遇到的问题为学员提供实用的解决方案。目前,PVDF薄膜已广泛用于各种压电换能器、电声换能器及智能材料系统中,随着在温度、湿度、稳定性等技术难题方面进一步突破,以PVDF薄膜为功能单元的传感器将在多种复杂应用场景扮演重要角色。


齐鲁工业大学教授欧阳俊:BiFeO3压电薄膜及MEMS器件应用

课程八:BiFeO3压电薄膜及MEMS器件应用

老师:齐鲁工业大学 教授 欧阳俊


铁酸铋(BiFeO3)作为一种非常罕见的室温单相多铁性材料,是各类存储、传感芯片材料的理想选择。齐鲁工业大学欧阳俊老师围绕高居里点、高极化强度、高矫顽场、低介电常数等特性,对比分析了多种BiFeO3薄膜制备、表征方法及相应策略的优缺点,并以BiFeO3压电薄膜振动能量搜集器、触觉/压力感应器、纳米颗粒气体传感器、多层陶瓷驱动器为例,展示了BiFeO3薄膜在大极化、大压电系数、超级磁化等方面的优势与应用潜力。针对BiFeO3压电薄膜存在的高制备温度导致缺陷、与现有硅集成技术不兼容等问题,欧阳老师以其在压电厚膜制备方面取得的研究成果为实例,为学员讲解了可行的解决策略——在中低温性能领域寻求突破。未来,BiFeO3压电薄膜将在电、机械等应用领域继续扩张,同时有望在磁、光多级别耦合等方向有所突破。


武汉大学教授吴国强:压电MEMS谐振器与振荡器

课程九:压电MEMS谐振器与振荡器

老师:武汉大学 教授 吴国强


作为时间和频率的基准,MEMS谐振器因其体积小、失效率低、与集成电路制造工艺兼容好等优点而广受青睐。武汉大学吴国强老师详细描绘了压电MEMS谐振器的发展历程及当前主流厂家谐振器产品类型、市场动向、技术方案和产业现状,展示了压电MEMS谐振器发展的图谱脉络。结合多款典型MEMS谐振器,吴老师对其设计思路、核心技术与关键工艺做了解析,并分析了如何有效提高频率稳定性、提高Q值、降低空气阻尼以及优化性能参数。从实验室到产业化的道路并非容易,吴老师还分享了其研究团队在电子听诊器、水下听声、高性能MEMS陀螺仪等研究领域取得的创新成果,并寄希望学术界与产业界深入探讨、共同合作,推动国内压电MEMS谐振器技术研究与产业化协同发展。


乌镇实验室研究员杜亦佳:压电MEMS微执行器技术研究进展

课程十:压电MEMS微执行器技术研究进展

老师:乌镇实验室 研究员 杜亦佳


压电与MEMS技术的融合发展,为高集成化微系统应用带来了繁荣景象。“多样化、小型化、高精度”是压电MEMS执行器的主流趋势,也是为其拓展应用场景的必由之路。乌镇实验室杜亦佳老师全面、系统地讲解了压电MEMS微执行器的核心技术及典型应用。高性能无铅压电MEMS器件是当前的研究重点,杜老师以基于铌酸钾钠(KNN)无铅压电薄膜的MEMS换能器为例,从薄膜材料选择、结构设计到制造工艺与封装测试,将各环节关键点与难点悉数列出、逐一解析。目前,压电MEMS执行器在扬声器、微镜、微泵、喷墨打印头等消费类应用领域开始抢占市场份额,基于其大行程、快速响应、线性度高等特点,可在激光雷达、光学防抖、自动对焦等应用方面发挥其优势,将为更多应用场景开拓多元化、可定制的发展空间。


天津大学助理教授张孟伦:氮化铝MEMS大有可为

课程十一:氮化铝MEMS大有可为

老师:天津大学 助理教授 张孟伦


随着半导体产业的发展,各类“新材料、新器件、新工艺”不断涌现,氮化铝(AlN)无疑是其中最具有发展前景的半导体材料之一。天津大学张孟伦老师从氮化铝MEMS平台技术的演进史出发,悉数其近四十年以来的发展脉络,并分析了其从“小试牛刀”到“大展宏图”的演进趋势,向大家展示了氮化铝的魅力。结合其团队的研究成果,张老师进一步对氮化铝MEMS扬声器、超声成像、眼动追踪、室内定位、柔性可穿戴FBAR谐振器和滤波器等产品的设计思路与工艺难点做了剖析,并分析了相关空白研究领域目前的发展瓶颈以及未来有望突破的方向,为学员后续研究提供借鉴与指引。随着氮化铝MEMS滤波技术的成熟和产业化,将为其他氮化铝MEMS器件的发展提供更加丰沃的土壤,未来必将大有可为。


至此,《第43期“见微知著”培训课程:压电MEMS与传感器》圆满落幕!期望麦姆斯咨询搭建的平台,成为每一位学员前行路上的“铺路石”。麦姆斯咨询也将在探索与创新的征程上,驰而不息,为大家带来更多精彩课程,期待再次相会!



近期课程

第46期“见微知著”培训课程:声学MEMS与传感器

声学MEMS与传感器是指采用以MEMS为代表的微纳制造技术实现声学应用的传感器、执行器及微系统,例如MEMS麦克风、MEMS扬声器、压电式微机械超声换能器(PMUT)、电容式微机械超声换能器(CMUT)等。


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