【導讀】進入2023年，傳感器企業密集上市迎來了爆發，僅上半年就已有9家傳感器企業上市。在近期這些上市或準備上市的傳感器企業中
，大部分來自MEMS傳感器領域
，譬如中芯集成、芯動聯科、高華科技
、明皜傳感

、歌爾微電子、矽睿科技
、天箭慣性……MEMS傳感器企業幾乎占據半壁江山。

目前，MEMS技術已寫入國家“十四五”規劃等重要政策文件中
，各地方政策對MEMS傳感器產業扶持力度也非常大，上馬建設多條MEMS產線/中試線，中國傳感器產業迎來了蓬勃發展的春天

，MEMS技術對傳感器產業的影響至關重要。

本文是3年前中國科學院院士尤政對我國傳感器產業的看法和評價
，當時尤政院士已指出MEMS技術是傳感器重要的發展方向和趨勢，並建言我國大力發展MEMS產業
，其中提到的一些問題和矛盾如今依然尖銳。

專家檔案

尤政 
，中(zhong)國(guo)工(gong)程(cheng)院(yuan)院(yuan)士(shi)
，華(hua)中(zhong)科(ke)技(ji)大(da)學(xue)校(xiao)長(chang)，中(zhong)國(guo)儀(yi)器(qi)儀(yi)表(biao)學(xue)會(hui)第(di)九(jiu)屆(jie)理(li)事(shi)長(chang)，中(zhong)國(guo)微(wei)米(mi)納(na)米(mi)技(ji)術(shu)學(xue)會(hui)理(li)事(shi)長(chang)，主(zhu)要(yao)研(yan)究(jiu)方(fang)向(xiang)為(wei)微(wei)米(mi)納(na)米(mi)技(ji)術(shu)、智能微係統技術及其應用。

《微納電子與智能製造》：您多年從事智能微係統與 MEMS 技術的基礎和應用研究 

，請跟大家分享一下您的研究成果和研究過程中的故事和體驗。

尤政院士：我們團隊是國內最早的從事智能微係統
、MEMS 方麵研究的團隊之一 
，在前沿科學問題、關鍵核心技術以及工程實踐方麵都取得了一些創新成果。

（1）MEMS傳感器及微係統 

創建了可擴展的高端 MEMS 器件加工平台 
，解決了係列高端 MEMS 器件加工的難題，“麵向典型器件的體矽 MEMS 加工平台及其應用”於 2019 年獲高 等學校科學研究優秀成果獎技術發明獎一等獎。

完成了 MEMS 繼電器
、RF MEMS 開關 ，用於環境感知的 MEMS 智能感知微係統 ，惡劣環境下的 MEMS 高溫無線傳感微係統 ，MEMS 掃描鏡及目標探測微係統
，微型 MEMS 儲能器件及能源微係統等。

其中超高過載自供電 MEMS 傳感器及集成微係統在國內首次通過實測驗證，填補國內空白
，相關技術被國內多家重點單位應用並產業化，“基於微納米技術的新型超級電容器及其實現”獲得國家技術發明二等獎。

（2）空間微係統及微納航天器 

提出高精度姿態/軌道測量新方法並研製了MEMS磁敏感器、MIMU 慣性微係統、MEMS太陽敏感器 、納\皮型星敏感器等空間微係統 

，相關成果填補了多項國內空白，已在探月工程、高分專項等國家重大工程以及國內外百餘顆型號衛星中得到應用推廣
，並實現了出口歐

、美、日等國。

在我國率先開展了微納航天器的技術創新與工程實踐 ，首次將三軸穩定方式用於 25 kg 以下的微小衛星
，成功研製並運行了國內第一顆納型衛星 NS-1 衛星
，也是當時世界上在軌飛行的最小“輪控三軸穩定衛星”（2004 年）。

2015 年研製並發射了 NS-2（10 公斤量級）MEMS 技術試驗衛星 ，成功開展了基於 MEMS 的空間微型化器組件試驗研究。NS-2 衛星的有效載荷包括納型星敏感器 、低功耗 MEMS 太陽敏感器 、矽基 MEMS 陀螺 、MEMS 石英音叉陀螺 、MEMS 磁強計 、北鬥- II/ GPS 接收機等自主研發的 MEMS 器件及微係統。

同時還成功研製並發射皮型 ZJ-1（100 克量級）MEMS 技術試驗衛星
，采用單板集成的綜合電子係統，搭載試驗商用微型 CMOS 相機
，MEMS 磁強計
、新型商用電子元器件。

“先進空間光學敏感器技術”2012 年獲 國家技術發明二等獎“
，先進 MEMS 衛星設計製造關 鍵技術及應用”2019年獲國家技術發明二等獎。

（3）生物檢測微係統方麵 

圍繞細胞分選檢測、生物分子檢測
、人工聽覺微係統等方向
，突破了高通量細胞圖形化、片上細胞聚焦分選
、耳蝸內聲電混合刺激、高時空分辨率相位差 分檢測等一批具有自主知識產權的關鍵技術 ，取得了一批原創性成果 ，研製了具有世界一流水平的高通量原位細胞多模式檢測係統、流式細胞儀、係列流 式細胞檢測芯片等檢測儀器
，打破了相關領域國際 廠商的技術封鎖和壟斷。

總之 ，mianxiangguojiaanquanheyiliaojiankanglingyudezhongdaxuqiu

，jingguoduonianchixudenuli，womenqudeyixiliejuyouguojixianjinshuipingdekeyanchengguo
，bufenjishuchuyuguojilingxiandiwei， 其中多項核心技術尚屬國際首創。

《微納電子與智能製造》：傳感器技術與計算機技術、通信技術作為現代信息技術的三大支柱，也是計算機技術與通信技術的基礎 ，核心傳感器的元器件更是工業基石 
，請您簡要介紹一下近些年智能傳感器與 MEMS 技術研究和發展的重要曆程及產業發展動態。

尤政院士：簡單來說 ，傳感器的重要性體現在：它是信息獲取的源頭
、物理世界與數字世界的接口。傳感器可以把環境中的物理
、化學量等被測信息轉化為電信號 
，而 MEMS 技術則可將傳感器中機械結構與電路係統通過規模化製造工藝集成在芯 片上 ，因而 MEMS 技術是傳感器的使能技術。

在 “MEMS”一詞出現之前 ，深矽刻蝕、諧振器、電容檢測等 MEMS 技術就早已應用於微傳感器中
；隨著 20 世紀 90 年代以來的 MEMS 技術快速發展期 ，基於 MEMS 技術的各種微傳感器大發異彩 ，已經成為傳感器技術領域的重要發展方向與發展趨勢。

進入新世紀
，特別是近 10 年以來 ，微電子 、MEMS、光電子技術的不斷突破 
，人工智能 、無線通訊等科技的興起 ，智能微係統技術又成為了智能傳感器的關鍵核 心技術 ，推動傳感器在社會生產生活中發揮越來越重要的作用。

從技術發展的角度來講 ，早期的智能傳感器大都是指傳統傳感器加入處理器 ，帶有數據處理功能的傳感器；發展到現在
，隨著 MEMS 技術、通訊技術


、 計算機技術
，特別是微係統技術
、人工智能等前沿技 術的交叉融合
，基於微係統技術的智能傳感器，不僅具有傳感
、處理、通訊等功能，還能實現自供電、自組網、自校準、自學習等智能化的功能、性能。

基於微係統技術的智能傳感器將在各個領域發揮重要作用，除了航空航天
、高端裝備等事關國防安全、重大工程的國家戰略領域之外
，在醫療健康
、汽車 電子
、消費電子
、物聯網等事關社會經濟發展及民生領域等也都離不開智能傳感器。

《微納電子與智能製造》：目前中國智能微係統與 MEMS 產業的發展中 ，hexinguanjiandechuanganyuanqijiandefazhanhaicunzaifazhanpingjing，ranerjihuiyutiaozhanbingcun，qingninjieshaoyixiazhongguozaigailingyudefazhanmianlinzenyangdepingjinghetiaozhan，younaxiefazhanjiyu，gairuhejinxingtupo
？

尤政院士：傳感器作為“工業基石”，是各類產業賴以生存和發展的基礎，作為“性能關鍵”
，將直接決定重大裝備和整機產品的性能、質量，那麼基於微係 統技術與 MEMS 技術的智能傳感器也必將成為構築未來智能社會基礎設施、工業基礎支撐體係、各類裝備產品的關鍵。

然而由於我國目前微係統與智能傳 感器領域的核心關鍵技術發展滯後 ，中高端傳感器受製於人 
，已經成為“卡脖子”障礙。

我國自主生產的傳感器已完全可以滿足低端市場的需求 ，然而在中高端市場上
，超過60%的市場份額被國外愛默生、 西門子、博世、意法半導體、霍尼韋爾等外國巨頭占據，特別是高端產品幾乎全靠進口，80%的傳感器芯片依賴國外。

目前
，我國主要麵臨以下挑戰與瓶頸問題：

（1）在研究主體方麵，國內主要集中在高等院校與研究所，而國外還包括眾多有實力的公司和企業；

（2）在研發投入方麵，國內微係統與智能傳感器製造的專門設施較少

，研發投入也較少
，而國外基本都具備比較完善的開放生產線（平台），同時投入大量研發經費；

（3）在傳感器芯片方麵，由於工藝成熟度與傳感器專用試驗設施的不足，國內差距明顯

，特別是中高端芯片；

（4）在製造與集成工藝方麵，尚無微係統製造與集成的國產化關鍵設備，與國外仍有較大差距；

（5）在產業化方麵，國外多家公司已具備批生產能力，而國內總體處於集成、封裝及工程化的初級階段。

至於對策 ，除了針對上述差距與問題落實有針對性的措施之外 ，還要圍繞智能微係統這一顛覆性關鍵技術
，把握技術發展趨勢 
，搶占未來技術製高點
，催生大批升級換代甚至變革行業的新產品
，為相關傳統產業跨越式發展提供新機遇。

在設計

、製造、 測試等共性基礎技術方麵進行重點發力，在感知

、處理、通訊、執行
、供能等重要關鍵技術方麵進行重點突破
，同時在感知智能微係統
、空間智能微係統、生化分析微係統
、新概念智能微係統等前沿方向布局 示範。

《微納電子與智能製造》：智能微係統與 MEMS 技術的發展需要政策支持、技術創新、成果轉化、應用創新等產業鏈上下遊的協同合作
，請問您對其發 展中產學研用的合作模式有哪些建議? 

尤政院士：一方麵，學科深度交叉融合的特點決定了智能微係統與 MEMS 技術的人才門檻
、資金門檻、技術門檻均較高

；另一方麵產業環節多
，細分技 術譜係廣 ，導致智能微係統的投資回報周期比較長。

因此 
，隻有打通技術、機構、資金之間的條框與分割 ，整合重組各類創新要素 ，推動機製創新、模式 創新和管理創新，加強複合型人才培養，才能應對上述挑戰。

統籌各項創新要素及科技計劃。形成智能微係 統領域的高校-研究所-企業-政府的互動機製

，推進 學術-技術-產品-用戶-金融等產業創新鏈、產業鏈
、 資金鏈的生態建設 ，充分統籌國家、地方、機構等各級科技規劃 ，發揮相關戰略規劃管理機構與各級專 家谘詢委員會的智力及影響力作用 ，支撐智能微係統領域的科學發展。

支持打造產業共性技術平台。針對智能微係統 技術體係中產業相關性強的共性關鍵技術，如設計、 製造、測試等
，支持平台性研發機構建設，開展共性 基礎理論、關鍵核心技術、共性軟硬件產品及其創新 研發工作
，推進智能微係統技術生態可持續發展。

推動智能微係統技術的產品示範應用。提升智能微係統技術解決方案的供給能力 

，推進感知智能 微係統等目前的典型智能微係統技術在航空航天、 高端裝備、能源交通、工農業生產等關鍵領域發揮積極作用；加快智能微係統技術在醫療健康 、汽車電 子、消費終端
、物聯網+等領域的規模應用；探索新概 念智能微係統技術的顛覆性應用
，為未來社會生活 方式的發展變革提供技術儲備。

加大複合創新型人才培養力度。設立智能微係統相關的跨學科門類培養機製
，擴大相關本科生、研究生招生規模；加強智能微係統的職業教育與工程教育
；加強教學、科研與產業的融合，培養多領域、多學科交叉的複合型人才；通過多種機製和特支政策支持，吸引國內外智能微係統領域的高層次人才；改革評價機製
，加強扶持力度，使得青年科技人員能夠長期、穩定開展研究。

《微納電子與智能製造》：請您預判一下未來幾年國內外智能微係統與 MEMS 技術的重要發展趨勢。

尤政院士：準確的技術預測有點兒難度，就好比我們在幾年以前智能手機剛出現的時候 ，來預測現今智能手機在生活中的地位與作用。不過一些發展 趨勢還是已有呈現的，前麵已經提到過一些，這裏再談一下。

智能微係統技術已經呈現出很強的學科獨立特征和係統層次上的內在特性 ，從理論、設計
、製造到集成、封裝、測試、應用開發都形成了獨特的理論和方法體係的雛型；由於智能微係統涉及的學科和技術門類眾多，交叉融合性極強
，還處於學科體係發展的初級階段 ，一些重要的共性基礎問題與關鍵核心技術需要突破。

（1）架構與設計方法：跨尺度、多層級、全能域的建模方法與模擬仿真手段 ，基於多學科優化思想的 設計理論、方法、工具，如：智能微係統 EDA 工具等， 均是設計方麵的重要技術趨勢 ，通過逐步建立智能 微係統設計的 IP 數據庫 ，來實現智能微係統的數字 化敏捷開發。

（2）先進製造與集成技術：探索智能微係統中微 納尺度的力學、流體力學

、傳熱學、電磁兼容等基礎 理論，明晰微尺度效應與宏觀、介觀效應的區別與聯 係

；突破三維集成 、異質/異構集成 
、芯粒集成 ，以及 麵向場景的訂製化集成等關鍵技術
；解決材料
、結構 與器件、芯片、互連、接口等微係統部/組件在應用環 境下的熱匹配、熱隔離、熱傳導、電隔離
、電連接
、電 磁兼容等集成技術難題；形成滿足智能微係統快速
、 靈活需求的先進製造技術體係。

（3）測試技術與標準化：由於智能微係統的特征 尺度在微米納米量級 ，係統組成複雜 
，功能種類繁多
，傳統測試分析手段麵臨很多挑戰。因此，發展涵蓋機理-材料-工藝-器件-模塊-微係統等多個層麵 ， 以及力-熱-電-磁-光-生-化等多參量 ，且與設計 、製 造
、集成、封裝等環節緊密結合的測試理論、方法及 手段至關重要。

此外 ，深入理解智能微係統中模塊 化功能單元、加工工藝以及材料之間的相互影響
，並進行概念、術語
、接口的標準化 ，加快技術體係與測 試體係的規範化 ，是智能微係統的重要發展趨勢與必由之路。

來源：《微納電子與智能製造》2020年第4期、傳感器專家網（由動感傳感整理）

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻
、圖片、文字如涉及作品版權問題
，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

工業4.0時代，單對以太網如何顛覆傳統工廠車間？

IGBTs給高功率帶來了更多的選擇

25kW電動汽車直流快速充電樁：設計技巧、技術和經驗總結

設計高能效AC-DC電源不再需要MCU（和編碼）

ADALM2000實驗：使用窗口比較器實施溫度控製