微(光)电机械系统 / M(O)EMS

未来是一个万物互联的世界，也是一个高度智能感知的世界。传感器在人们的生活中起着越来越重要的作用，也帮助人们创造了越来越多的新价值。

简而言之，微光电子机械系统 (MOEMS: Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems) 就是将光学、微电子和机械元器件集成在一个微型系统中，从而实现传感控制功能。之所以称其为微系统，是因为它由尺寸为1至100微米（0.001至0.1毫米) 之间的部件组成。随着对电子产品性能要求的不断提高，摩尔定律已经趋于瓶颈状态。
在More than Moore的后摩尔时代，原本就应用广泛的微系统，更是借助其体积小，重量轻，能耗低等特点，以及与传统硅集成电路CMOS制造工艺的融合，不断拓展其应用领域并体现出越来越大的商用价值。

弗劳恩霍夫光电微系统研究所(Fraunhofer IPMS)

Fraunhofer IPMS专注于研究，开发和生产基于电子、光学和机械元器件的各类传感器，执行器和微镜，并拥有强大的集成能力将这些元器件集成到一个微型系统中(MEMS, MOEMS, CMOS)，从而不断开发光电机械微系统在众多领域中的创新应用。
光电机械微系统能够帮助实现一些以前由于受到体积，重量，功耗而无法实现的新功能，并可以提高现有产品的性能和降低成本。除了扎实和创新的科研能力，该研究所还拥有先进的芯片制造工艺技术和自己的晶圆生产室。
除了位于德国德累斯顿的总部外，Fraunhofer IPMS还设立有3个分支机构，即：

• 纳米电子技术中心
• 集成硅系统
• 光电微系统医疗应用项目中心

-1- 先进的实验室

Fraunhofer IPMS拥有1500平方米的无尘室，支持MEMS/MOEMS微系统产品的研发和样品生产。该无尘室可以提供200毫米(8英寸)晶圆的生产、验证、测试、系统集成等。纳米电子技术中心则拥有4000平方米的无尘室，可以提供200/300毫米(12英寸)的晶圆生产，以及450平方米的实验室，拥有约60余种生产和分析工具。

-2- MEMS传感技术产品

  Fraunhofer IPMS 凭借其在微电子，光学和机械器件领域卓越的科研和创新能力以及强大的系统整合能力，研制开发了基于微系统的各类传感技术产品，部分总结如下:

传感器 (Sensors)
超声类 Ultrasonic	电容式超声换能器 Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer (CMUT)
	纳米静电驱动式MEMS超声换能器 Nanoscopic Electrostatic Drives (NED) MEMS Ultrasonic transducer
	压电式超声换能器 Piezo-electric Micromachined Ultrasonic Transducers (PMUT)
光学类 Optical	MEMS光谱仪 MEMS based Spectroscopy Systems
	汽车领域的激光雷达传感技术 Automotive LiDAR Technology
	光学环形谐振器 Optical Ring Resonator
化学类 Chemical	离子分光仪 Ion Mobility Spectrometer

 

执行器 (Actuators)

MEMS扫描仪 MEMS Scanner

结构光调制器 Spatial Light Modulators

 

通信功能传感器

基于Li-Fi光学技术的数据传输 Li-Fi Optical Data Transmission

RFID传感系统 RFID Sensor System

-3- 应用范围

Fraunhofer IPMS研究所的产品主要覆盖以下三个领域：

• 工业解决方案
• 生活质量优质化
• 医疗和健康

【工业解决方案在物流、生产和进程等方面的应用】

• 微型可视设备 基于微扫描镜的头戴式显示器可以帮助实现物流和拣货过程中数据的可视化。优点是体积小，耗能低。
• 全自动质量监控 客户定制化的RFID传感系统，可以数字化地实时追踪货物或生产过程中的各种状态，从而实现全自动连续不间断的质量管理。
• 3D激光雷达 借助微型节能的3D激光雷达实现的全自动运输系统，不受交通设施影响，并且适用于现有改造使用。

• 机器与机器的通信 使用Li-Fi热点和GigaDock®技术实现快速、可靠和可改造的M2M通信。
• 状态监控 利用多传感器系统来实现对于不易到达环境下设备的预防性维护。
• 人机互动 基于超声波传感或者基于MEMS的雷达技术，实现可靠、智能和安全的人机互动(HMI)。

• 工业通信 使用Li-Fi GigaDock®技术，无线、可靠和高速的交换生产过程中的各种参数。
• 工业状态监控 基于扫描镜的光学相干断层扫描可以实现高精度的位置识别和质量检测。
• 工业过程监控 使用可调激光的微扫描镜，通过非入侵光光谱分析来监测气体，液体和固体的生产过程和参数。

【生活质量优质化体现在娱乐，通信和个人健康方面的创新解决方案】

• 移动式娱乐 利用微扫描镜的下一代高度紧凑，高度清晰的彩色车载平视显示屏，可以增加驾驶的安全性、娱乐性以及导航和AR功能。
• 手势控制 使用静电驱动式超声传感器产品，进行手势识别，从而控制AR和VR的操作。产品具有体积小，识别率高和不受光照影响等优点。

• 通信 利用客户定制化的Li-Fi技术，在WLAN受限区域，实现高速、无线、实时、安全和长距离的数据通信。
• 安全 基于2D线性微扫描技术的虹膜扫描仪，体积紧凑，可以像指纹扫描一样，实现100%安全、快速的安全验证(例如智能手机上的应用)。

• 佩戴式音频设备 基于静电驱动技术的下一代听力设备“hearables”，能够以其低能耗，超紧凑的体积和卓越的续航能力给用户带来杜比环绕立体声的享受以及个人健康检测。
• 食品质量 使用红外线扫描镜和超声波技术，实现快速，即时，无接触和无害的食品或材料扫描。

【医疗和健康在预防，治疗和护理领域的关注】

• 穿戴设备 基于低耗能传感器和能量收集技术的无线数据传输系统，被嵌入在穿戴设备中，能够在真实场景下对人体的运动姿态进行自主、实时的分析。
• 食品扫描 利用近红外光微型光谱仪，使用移动设备对食品，材料，药品和化妆品的成分(例如: 水，糖，淀粉，油脂和蛋白质等)进行分析。

 

• 医学成像 用微型、高分辨率的超声波矩阵来替代传统的压电陶瓷，即通过具有生物相容性的电容式超声波换能器，去实现超声波成像检查。
• 制药 基于近红外光微型光谱仪，在制药过程中或者对药品成品进行快速、准确和灵活的分析。
• 微型内窥镜 基于扫描镜的超高分辨率微型内窥镜，实现对细胞结构的检查和成像。
• 显微镜 利用扫描镜和微镜阵列开发的光片荧光显微镜（Light sheet fluorescence microscopy），可以通过3D成像实现快速准确的细胞分析。

• 医学治疗 采用与CMOS兼容的新型执行器开发的微泵, 不仅体积小而且能耗低，寿命长。 适用与给药物的计量进行准确定量。
• 佩戴式音频设备 采用与CMOS兼容的执行器开发的微型、低能耗和长寿命的扩音器，用于新一代助听器等佩戴式音频设备中。

-5- 价值

Fraunhofer IPMS研究所凭借在传感器微系统领域的科研能力和成果，可以胜任从产品设计，研发，集成到生产，检测的全过程。在市场和需求都高速变化的当下，MEMS传感领域一定可以为企业，社会和经济创造更多价值。
 
 
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德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会 北京代表处
电子，信息与通信技术代表 闫贝贝
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