體積無感、偵測有感—感測用的微機電元件技術與發展趨勢
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感測元件早期應用在美軍單位，做為軍事偵防與情資蒐集等用途。隨著科技進步，感測元件的體積得以微縮、測量精度越來越準確，其用途也越來越廣，包括環境與氣候監測、交通運輸、公共設施的維護等公共領域；在各行各業如工廠安全、倉儲管理、果園蟲害防治等領域的應用也很普遍。而行動裝置的流行，更引爆了感測元件市場的大肆應用…
感測元件從早期的類比電路時代，進化到後來的搭配數位電路世代，再進化到微機電(MEMS)世代，透過製程技術的提升，讓體積不斷縮小，從原本的獨立元件，進化到可以整合多樣功能，並嵌入到其他類別的晶片產品內，成為多功能的系統晶片，應用在各種領域。
第一代的MEMS感測元件，主要是以數位處理的矽架構微晶片為主，其內部偶爾會整合Amp(Analog Amplifier；類比放大器)。第二代微晶片開始直接整合了Amp和ADC(Analog-to-Digital Converter；類比數位轉換器)。到了第三代朝多樣化功能發展，不只涵蓋了Amp、ADC，也加入線性化的數據情報與溫度補償電路，以降低因溫度與環境所造成的感測誤差。而如今第四代的MEMS感測元件，屬於第三代產品再加入記憶儲存單元，以存放校正與溫度補償的參數，讓感測結果更加精確。
行動裝置流行 驅動MEMS大量成長
感測元件的應用範圍非常廣泛，一般可分成家用、商用、車用、軍事用、工業用、醫療用等場域。特別由於行動裝置的全面普及，進而帶動了MEMS感測元件的爆發性成長。
以家用或商用產品來說，在遊樂器方面，任天堂Wii首度將體感技術帶入家庭，引領後續微軟Xbox 360與Sony Playstation等相繼推出體感裝置，進而帶動體感遊戲的流行。隨後智慧型手機、平板電腦等行動裝置的市場大爆發，驅使MEMS市場的需求量激增。而PC從Windows 8作業系統開始納入各式感測裝置的支援，使PC也具備如行動裝置具備位置、溫度、光感應等各種感測應用。
這些科技產品的內部，皆內建多種MEMS感測元件，包含物理感測類的6或9軸慣性(Inertial)感測元件，包含磁力計(電子羅盤)、加速器、陀螺儀等等，能夠偵測物理運動狀態，做到移動感測、裝置控制、運動計步、振動感應等體感或受環境外力的感測能力。
光學感測類則包含: 近接(proximity)、環境光源(ambient)、或應用在相機的感測上，做為亮度調節、拍照、光學辨識(如臉部辨識、指紋辨識)。至於高階的產品，開始內建像是溫度計、濕度計、氣壓計、高度計等環境類的感測元件，以利戶外使用或專業運動員做參考。
各式MEMS感測器的種類與整合應用
EMS的感測元件可分成許多種類：有聲波用的像是音訊感測器(如麥克風)、超音波感應器(測距、障礙檢測、甚至體感控制應用)。有控制與監測專用的像是觸摸式感測器(可應用於工廠觸控式開關)、電流？電壓感應器(偵測電流？電壓是否有超過範圍)、磁感應計(偵測3軸磁場感應，並定位北極方向的功能)與加速感應器？陀螺儀(該元件通常整合此兩種功能，具備6軸慣性運動感測，應用在動力、震動等各種控制與偵測反應等應用)。
在環境偵測用部分，則有紅外線熱能感應器？模組(人體體溫感應燈具、玩具、火災偵測、安防、工業自動化控制)、紅外線偵測儀(測距、障礙檢測)、煙霧偵測器(以光電或紅外線原理的消防安全偵測與控制)、液位？流量感應器(偵測水位？流量)、近程感測器(可偵測設定範圍內是否有物體接近，或設計成近接開關，可應用在各種工業自動化環境)、溫濕度感測器(感測特定場所的溫度與相對濕度)、壓力感應器(應用在各種氣壓、水壓等偵測)與氣壓計？高度計(可應用在運動產品或智慧手錶等室外使用或工作環境)。
以上的各類型感測器，有純感測IC(Sensor IC)的產品，可以搭配Breadboard萬用板(俗稱麵包板)來設計各種不同感測需求的電路模組。有些廠商則提供專屬的感測模組(Sensor Module)，搭配上Arduino平台來設計各種感測與電子控制系統。例如Google Nexus 4/7、Samsung Galaxy S3等手機內建的InvenSense MPU6050 (6軸陀螺儀+加速器)動作追蹤IC，就可再搭配3軸的電子羅盤IC，建構出9軸的動作感應子系統，應用在行動裝置、自動化控制、工業應用領域上。
生物醫學感測器 科技產業也投入
在醫療領域裡，也有研究單位結合了電子技術，開發出各種感測器。以常見的「生物感測器(Biomedical Sensor或Biosensor)」，就是一種對生物物質敏感，且能將其濃度轉換為電信號來檢測的儀器。其原理是結合生物要素與物理化學檢測要素，將被分析物放進該檢測裝置，以分析出其生物特性，其應用領域擴及到環境監測、醫療衛生和食品檢驗等等。
生物感測器包括三個部分：1. 敏感的生物元件(即生物體機能性膜，如酵素、微生物、小器官、組織、細胞、抗原、抗體)；2. 連接二者的信號轉換器？換能器(即感應產物，如分子、離子、電子、光能、熱能、氣體)；3. 檢測元件(如基質、酵素、輔酵素、抗原、抗體、激素)。
而生物感測器的設計上，又可分成: a. 電化學(Electrochemical)生物感測器；b. 半導體離子感測器：ISFET(Ion Sensitive Field Effect Transistor；離子選擇性場效電晶體)；c. 光纖(Fiber-optic)生物感測器；d. 壓電晶體(Piezoelectric quartz crystal)生物感測器等4個種類。在市售的生物感測器中，最普遍的就是「血糖感測器」(Glucose Sensor)。
再來像是腦電圖(EEG)、心電圖(ECG)、肌電圖(EMG)等感測應用，也延伸到科技業。腦電圖(EEG)感測器主要用來感測我們的大腦活動，透過記錄與分析腦波方式，能夠幫助了解心智活動。並透過訓練來即可減輕壓力、改善記憶力、增加專注力，最後達到以心智來控制各種裝置，達成心靈控制。在商用的EEG產品中，有Neurosky(神念)的EEG headset(腦電波耳機)與InteraXon的MUSE EEG(腦電圖感測頭帶)，就是輕巧型的穿戴式腦波感測器。
而心電圖(ECG)感測器，其可以應用在心率感測上，記錄心跳偵測之用。可應用於醫療用途，亦可用在運動訓練、健康保健等場所。當今許多商用的ECG產品，像是心率帶，就可搭配藍牙手錶來使用。此外也有直接內建心率感測器的穿戴式產品。例如MioGlobal的Mio Alpha手錶、Adidas的miCoach SMART RUN心率錶、Samsung Gear 2？Fit？Live智慧手錶？手環等產品。搭配健康教練軟體，即可達到自我鍛鍊、健身塑身的目的。
再來是肌電圖(EMG)感測器，可透過神經及肌肉的電生理特性，以電流刺激神經，以記錄其運動和感覺反應波，以輔助診斷神經肌肉疾患的檢查。如今科技業也有透過EMG開發出體感控制的產品，例如微軟就發表其EMG控制器，透過偵測肌肉的肌電活動與反應，來發出控制命令，以進行遊戲或控制電腦。而Thalmic Labs的MYO控制手環，亦是採用EMG訊號來達到控制各項電子設備。
如今醫學用的感測器，已從穿戴式(Wearable)朝可植入式(Implantable)來發展，能夠應用在慢性病監測與治療等用途，搭配無線傳輸模組與雲端整合，便可達到遠距醫療與照護的目的。這類植入式感應器，不僅體積要更小更省電，且在材質的使用上必須不傷害身體才行，相信這對MEMS業者將是一項重大挑戰。
