關(guān)于石英基慣性器件與硅基慣性器件的一些看法

為什么MEMS慣性傳感器主要包括石英基慣性器件和硅基慣性器件？MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微機電系統(tǒng)）是一種加工工藝的簡稱，可以作用在各類基材上。因為慣性傳感器的特殊需要（易加工、高可靠、長期穩(wěn)定、溫度穩(wěn)定性高等），主要材料必須滿足這些特殊需要的材料特性。因此，MEMS慣性傳感器主要以石英基和硅基為基材。

硅基材料各向異性的特質(zhì)，非常適合電子產(chǎn)品的應(yīng)用，集成電路行業(yè)誕生于上世紀(jì)五十年代，全球?qū)杌牡陌l(fā)展、晶圓加工工藝和加工能力提升迅猛。隨著Foundry和Fabless的行業(yè)分工產(chǎn)生，更是對集成電路發(fā)展起到推波助瀾的作用。

慣性傳感器有相當(dāng)?shù)奶刭|(zhì)化、定制化特點，集成電路高分化的分工合作并不利于MEMS慣性傳感器行業(yè)的發(fā)展。

隨著慣性傳感器的理論快速發(fā)展，如何實現(xiàn)慣性器件的低成本量產(chǎn)，成為迫切的問題。一些慣性行業(yè)的頭部企業(yè)建立了從研發(fā)到生產(chǎn)的IDM模式，將MEMS加工工藝充分結(jié)合硅基集成電路的制造能力，使得慣性傳感器成本迅速降低，工藝一致性得到保障。硅基慣性傳感器很快在各個工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，慣性傳感器行業(yè)得以快速發(fā)展。

在慣性傳感器行業(yè)迅速發(fā)展的過程中，全球石英的加工能力和產(chǎn)業(yè)水平發(fā)展并不突出。主要原因包括：

（1）石英基材各向同性的特性并不適合電子產(chǎn)品的用途；

（2）石英材料更加難以加工；

（3）石英材料高精度加工設(shè)備發(fā)展緩慢。

因此，MEMS石英基慣性傳感器的發(fā)展一直落后于MEMS硅基慣性傳感器的發(fā)展。

自2015年，湖南天羿領(lǐng)航就開始對MEMS硅基、石英基慣性傳感器領(lǐng)域的研制，目前公司已建成一條6寸晶圓MEMS生產(chǎn)線和全球首條MEMS微半球陀螺生產(chǎn)線，并研發(fā)出全數(shù)字閉環(huán)控制石英撓性加速度計。公司在微半球加工過程中，已經(jīng)將石英材料的加工能力提升到納米（nm）/納克（ng）水平，并且可以對加工過程進(jìn)行實時在線監(jiān)測、在線修調(diào)（硅基目前不具備這樣的能力）。公司初步具備自動化生產(chǎn)的能力，實現(xiàn)了較高的產(chǎn)品良率，使得微半球傳感器本體生產(chǎn)效率提升，成本快速下降，在高性能陀螺領(lǐng)域充滿競爭力。

相比石英和硅兩種材料的材料特性（溫度特性、長期穩(wěn)定性、電磁兼容性等）而言，石英比硅具有更好的表現(xiàn)。在慣性傳感器方面，石英基的慣性器件與硅基慣性器件相比，石英基擁有更好的溫度特性，更高的長期穩(wěn)定性等優(yōu)點，這些優(yōu)點在高性能的慣性器件的需求中尤為突出。半球陀螺、微半球陀螺、石英加速度計就是高性能MEMS慣性器件的典型代表。

因此，隨著石英材料的加工能力不斷提升，石英基材的慣性傳感器將成為高性能MEMS慣性傳感器未來的發(fā)展方向。