第60期“见微知著”培训课程：新兴MEMS传感器和执行器技术

本次课程内容涵盖惯性传感器及其接口电路、谐振式MEMS器件、压电式MEMS器件（PMUT、麦克风、扬声器）、生物MEMS传感器（神经探针、生物反应器状态监测传感器），以及MEMS器件设计的进化算法。

Emerging MEMS Sensor and Actuator Technologies

时间：2024年7月6日至7日

地点：无锡

主办单位：麦姆斯咨询、比利时法兰德斯布拉班特省经济局中国代表处

授课老师：Michael Kraft博士，比利时鲁汶大学电气工程系教授

助理老师：WANG Chen博士，比利时鲁汶大学电气工程系博士后研究员
（注：助理老师负责翻译及中文释疑）

为什么参加本次培训课程？

微纳系统（Micro and Nano Systems，MNS）无疑是21世纪的一项关键使能技术，因为其可以帮助解决人类面临的几乎所有重大社会挑战，例如可持续增长、流动性、环境问题，特别是气候变化、健康和可再生能源。这一令人着迷的多学科交叉研究领域必定会在未来数年强劲发展，并且已经成为一项重要的经济驱动因素。

本次培训课程将讲解新兴微机电系统（MEMS）传感器和执行器技术的最新发展及其在各种领域的典型应用，讨论一系列MEMS传感器和执行器的创新概念——所有这些内容都是授课老师Michael Kraft教授积极参与的研究方向。本次培训课程涵盖的主题包括惯性传感器、电容式惯性传感器的接口电路、谐振式MEMS器件、压电式MEMS器件（PMUT、麦克风、扬声器）、生物MEMS传感器（神经探针、生物反应器状态监测传感器），以及MEMS器件设计的进化算法。

此外，本次培训课程的授课老师Michael Kraft教授还带了四个潜在合作项目，涉及PMUT、神经探针、生物反应器状态监测用传感器、电流传感器，可以与国内科研机构及厂商开展研究合作及商业化落地。

谁应该参加本次培训课程？

计划进入或最近已经进入高价值MEMS领域的公司工程师；计划从事或已经从事MEMS研究工作的教师、博士或硕士研究生；希望了解MEMS前沿研究和新兴应用的专业人士及投资机构。如果您具备MEMS设计与制造基础知识，那么对于学习本次课程更加有利。

授课结束后，为学员颁发麦姆斯咨询的结业证书。

课程内容：

课程一：MEMS简介及市场潜力

本课程概述MEMS技术并探讨其市场发展潜力：讨论MEMS器件的基本原理，重点介绍MEMS器件的小型化、集成化和多功能性；探讨MEMS技术在消费电子、汽车电子、生物医疗、航空航天等行业的多样化应用。本课程旨在通过洞察MEMS器件的市场潜力，展示对MEMS产品不断增长的需求以及MEMS市场创新和扩张的机会。

课程提纲：
• 我的背景
• MEMS从何而来？
  - 历史
  - 定义
  - 发展
• 当前MEMS市场和未来预测
• 值得关注的新兴MEMS应用和公司

课程二：MEMS惯性传感器的最新发展

本课程讲解MEMS惯性传感器领域的最新进展和创新之路，包括精度、灵敏度、小型化和集成能力的改进与提升，以及新兴的技术发展趋势，例如使用新型材料、先进的信号处理技术和增强的校准方法来提高MEMS惯性传感器的性能。此外，本课程还介绍MEMS惯性传感器在导航系统、运动跟踪、机器人、虚拟现实（VR）/增强现实（AR）等领域的应用情况，展示惯性传感技术进步对众多行业的潜在影响。

课程提纲：
• MEMS加速度计工作原理
• 商用MEMS加速度计示例
• 高性能MEMS加速度计
• 反弹簧（Anti-spring）低噪声MEMS加速度计
  - 案例研究：自动调谐静电式反弹簧MEMS加速度计
• MEMS陀螺仪工作原理
• 商用MEMS陀螺仪示例
• 案例研究：调频MEMS陀螺仪

课程三：电容式MEMS惯性传感器的智能控制接口

本课程深入探讨专为电容式MEMS惯性传感器定制开发的智能控制接口，研究如何通过实施先进的控制算法和智能接口来增强MEMS惯性传感器的性能和功能。通过集成智能控制策略，该接口技术旨在优化电容式MEMS惯性传感器的感测工作，从而在各种应用中实现精确的运动检测和准确的测量数据。本课程讲解电容式MEMS惯性传感器的智能控制接口的设计原理、优点和潜在应用，强调其在推进传感器技术和提高系统性能方面的重要意义。

课程提纲：
• 工作原理
• 闭环力反馈
• 用于MEMS加速度计和陀螺仪的机电Σ-Δ调制器
  - 二阶机电Σ-Δ调制器
  - 高阶机电Σ-Δ调制器

课程四：谐振式MEMS器件

本课程重点剖析谐振式MEMS器件：探讨利用谐振原理进行传感、驱动和信号处理的MEMS器件的设计、制造和应用；讨论谐振式MEMS器件的特性和优势，强调其在电信、传感器和精密仪器等各个领域的发展潜力。此外，本课程还讲解各种工程应用的谐振式MEMS器件相关挑战和未来前景。

课程提纲：
• 谐振式MEMS基本原理
• 谐振式MEMS器件示例
• 案例研究：高动态范围谐振式MEMS加速度计
• 耦合谐振器：工作原理和优点
• 用于质量传感器的自激振荡耦合谐振器
• 采用蓝移边带（blue sideband）激励的多模谐振器

课程五：压电式MEMS器件

本课程重点剖析压电式MEMS器件，特别是压电式微机械超声换能器（PMUT）及其阵列、压电式MEMS麦克风和MEMS扬声器，深入讲解压电式MEMS器件的工作原理、材料选择（例如AlN、PZT）、器件设计与制造，以及潜在的增强功能，并强调PMUT在医疗成像领域的发展潜力。

PMUT及其阵列

课程提纲：
• PMUT
  - 工作原理
  - 设计与制造
  - 医疗应用案例研究
• 柔性PMUT
  - 案例研究：柔性衬底上的PZT PMUT
• 压电式MEMS麦克风和MEMS扬声器

课程六：MEMS生物医学应用

本课程深入探讨MEMS技术在生物医学领域的重要应用，介绍集成MEMS器件的生物医学系统，例如医疗诊断设备、药物输送系统、植入式设备和芯片实验室系统等。本课程重点讲解MEMS器件在生物医学领域的关键进展、挑战和创新，展示MEMS技术对改善医疗保健的有效成果，以及对推进医学研究的潜在影响。

MEMS生物医学应用：神经探针让盲人重见光明

课程提纲：
• 神经探针
  - 设计与加工制作
  - 高密度神经探针
  - 刺激与记录
  - 为了让盲人重见光明
• 生物反应器状态监测传感器
  - 六参数传感器芯片

课程七：MEMS器件设计的进化算法

本课程讲解如何将进化算法用于MEMS器件设计。进化算法旨在通过模仿自然选择过程来优化MEMS器件的性能和特性。通过迭代生成和选择机制，该算法旨在改进MEMS器件的设计参数，从而增强功能和效率。进化算法在MEMS器件设计中的应用为实现最佳性能和解决微系统技术领域的复杂设计挑战提供了一种有前途的方法。

课程提纲：
• 背景和概念
• 真正复杂的MEMS系统设计
• 自由几何形状（Freeform geometries）
• 案例研究：机械运动放大器
• 案例研究：微型夹持器（Microgripper）

潜在的MEMS合作项目介绍
• 用于医学成像的便携式PMUT设备
• 用于刺激视觉皮层的神经探针
• 用于生物反应器状态监测的多参数传感器平台
• 用于电缆侵入式测量的电流传感器

问答环节（Q&A）：Michael Kraft教授解答学员提出的问题

师资介绍

Michael Kraft，博士，自2017年起担任比利时鲁汶大学（KU Leuven）电气工程系全职教授。他是鲁汶大学微纳系统（Micro & Nano Systems）研究部门的负责人、微纳集成研究所（LIMNI）的代理所长，还担任imec客座教授。他的研究小组目前包括22名博士生、4名博士后和2名技术人员。

在加入鲁汶大学之前，Michael Kraft是列日大学（University of Liege）的教授（2015至2017年），负责Microsys洁净室。2012至2014年，他在德国杜伊斯堡的弗劳恩霍夫（Fraunhofer）微电子电路与系统研究所担任微纳系统部门主任，专注于全集成微型传感器和生物混合系统的研究工作。他同时担任杜伊斯堡-埃森大学（University of Duisburg-Essen）集成微纳系统W3教授职位。

1999年至2012年，Michael Kraft在英国南安普顿大学（University of Southampton）任教，并担任微系统技术教授，1993年，他毕业于埃尔兰根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学，获得电气与电子工程专业工学硕士学位。1997 年，他获得英国考文垂大学（Coventry University）博士学位，研究方向为MEMS加速度计。之后，他在美国加州大学（University of California）伯克利传感器和执行器中心工作了两年，研究集成MEMS陀螺仪。

Michael Kraft在微纳制造技术、微型传感器和执行器及其接口电路方面拥有20多年的经验。他对MEMS和纳米技术有着广泛的兴趣，从工艺开发到MEMS和纳米器件的系统集成。他作为作者或合著者在同行评审期刊和会议上发表了300多篇论文。他还作为作者和编辑为四本关于MEMS的教科书做出了贡献。他曾在多个国际会议的指导委员会和技术委员会任职，例如Transducers、ISSCC、IEEE Sensors、Eurosensors、MNE和MME，还担任过IEEE Sensors Letter、IEEE JMEMS、MDPI Sensors和AMA Journal of Sensors and Sensors Systems等期刊的副主编。

报名咨询：

联系人：麦姆斯咨询 毕女士
电话：18921125675
邮箱：BISainan@MEMSConsulting.com

联系人：麦姆斯咨询 杨女士
电话：15950573633
邮箱：YANGNan@MEMSConsulting.com