物聯網時代的傳感器和材料創新方法研究

楊瑛 青海畜牧獸醫職業技術學院

1 傳感器的現狀

1.1 傳感器的發展

半導體是物聯網中很重要的領域，支撐起整個物聯網應用的各種產業。在2020年，將有300億美元半導體硬件與物聯網相關，其中傳感器便占一半左右。傳感器體積雖小，但其應用非常廣泛。在上世紀七八十年代多用于汽車應用，而當時我國汽車制造業發展速度緩慢，所以汽車中傳感器較少。但我們今天仔細觀察便可發現汽車里存在相當多的傳感器，比如目前的高級輔助駕駛系統，便需要相當多的傳感器組成。而現在傳感器應用領域里大家熟知的便是智能手機與智能終端領域。因為智能終端出現，傳感器的需求飛速上漲。而在目前物聯網時代下新型研發的可穿戴設備，未來的市場機會將更大。而另一領域智能手機的發展使智能手機上的傳感器不斷增加，雖然大多傳感器是由國外手機廠商推動發展，但如今隨著我國各個手機廠商水平的不斷提高，自主研發的傳感器甚至要比國外廠商還要先進。在過去的時間里，國外廠商占傳感器市場較大份額，由蘋果三星主導。但近年來我國國產手機廠商占其比重不斷增加，由2011年的9%增長到2015年的30%，而隨著我國科技的飛速發展，國產手機廠商占有份額還將持續提高。而從另一方面來說，傳感器和材料的創新將推動智能時代的發展，實現物聯網智能化。

1.2 國內傳感器研發平臺概況

如今，我國傳感器研發的生態系統并不健全，而我國的特點就是后端發達。上海微技術工業研究院存在于開發鏈條中端，可以連接產品到研發間的產業化與工程化。上海微技術工業研究院在傳感器研發領域有三十年工作經驗，傳感器研發的生態系統較為健全。目前我國傳感器實驗室主要有上海微技術工業研究院、清華和北大。長江三角洲中的傳感器設計公司較為集中，但其公司規模相對較小，沒有使用大型企業的研發平臺。所以想要把傳感器研發量產化規模化，則需要一個較為完善的平臺。目前我國的傳感器研發平臺相對較少，其中蘇州有一家規模較大的，有一定封裝與測試能力。無錫同樣也有一家，而在上海，上海微技術工業研究院由上海政府支持構建了一條完整的傳感器研發供給線，這條線建成后將支撐代工廠與設計公司的研發。而科技發達的美國目前也存在科研技術轉為產品的問題，從2014年開始，美國建成了多個研究院。從科研技術上來講，各個研究院與產業間需要開發橋梁，這邊是上海微技術工業研究院等中國先進研究院的使命。在傳感器領域中，上世紀六七十年代的汽車傳感器應用領域我們已經錯過，在2006、2007年中智能手機的傳感器應用浪潮也已經錯過，所以我們希望在物聯網時代，中國的傳感器相關領域可以堅持創新越來越好。

1.3 材料分析

如果想做傳感器便要做材料，絕緣層上硅是一種做傳感器襯底的選擇，優點是結構簡單，絕緣層上硅材料不僅應用于傳感器市場，還在射頻上用處較大，可以用于手機射頻前端。而傳統的砷化鎵也涉及射頻元器件領域，例如手機開關，而目前絕緣層上硅在射頻前端領域占有很大比例。在當前物聯網時代中，需求量大大提高，這對我們來說是一次難得的機遇，我國在材料方面有相當好的前景。我國認為要想后來居上，絕緣層上硅芯片很重要，所以我國與世界最大的絕緣層上硅公司達成合作，推動我國絕緣層上硅領域快速發展。

2 物聯網時代傳感器和材料創新思路

我國的高級傳感器研究院在經過幾十年的積累后，通過逐年的推進以及產業化發展已經有兩家公司上市。近年來物聯網飛速發展，物聯網時代來臨，我們也應仔細思考。一些傳統老牌企業，比如博世，博世的汽車傳感器質量非常好，在看好電子產品消費的發展前景后，盡全力發展電子消費領域，因其有汽車傳感器領域的經驗，他們在物聯網時代也有不小的競爭力。而半導體發展到20納米后，便存在兩條發展路線，第一是采用絕緣層上硅二維結構，而第二便是采用三維的FinFET。到目前，因特爾等公司依然還在使用三維的晶體管結構，其市場發展前景較好，這是一條分水嶺，我國如果走第二條，便是跟隨別人的成果，超越機會渺茫，所以我國應走第一條路線，半導體體硅變化，才有較大可能實現落后超越。所以本文分析認為下個階段傳感器的發展應和半導體結合，要廣開思路，不只開發傳感器領域，還應把傳感器與系統相結合，對國際半導體企業進行并購重組，整合各種優秀資源，推動物聯網時代的傳感器和材料創新發展。

3 結束語

摩爾定律已誕生五十多年，半導體發展還有很大空間。我國的半導體產業系統還不完事，實力有所不足，想超過國外廠商有所困難。所以我們希望在物聯網時代來臨時進行聯合創新發展，把傳感器、通信、能源與功率相結合，這里創新方法非常多。通過半導體器件的發展，推動傳感器和材料的創新與發展，推動物聯網時代智能化的到來。

[1]蔡丹丹.物聯網時代傳感器技術在教育領域的應用與反思[J].黑龍江科技信息.2017(12) :4-4

[2]李慧.機智云聯合創始人兼總經理黃錫雄:在物聯網時代,數據帶來價值[J].金卡工程.2016(12)

[3]張楠.基于非穿戴式傳感器的多用戶室內活動識別研究[D].哈爾濱工業大學.2017