對(duì)于一個(gè)癡迷于超薄的人群來說，傳感器似乎正在反映時(shí)尚潮流。納米技術(shù)和納米級(jí)材料正在提供物理，化學(xué)和生物傳感的新解決方案，能夠提高靈敏度，可靠地檢測和識(shí)別污染物來源，發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)，定位病原體，并克服通常與傳統(tǒng)傳感器相關(guān)的技術(shù)障礙。因此，超薄傳感器越來越多地應(yīng)用于各種健康，安全和環(huán)境應(yīng)用中，這些應(yīng)用的尺寸確實(shí)很重要，越來越少，并且“薄而薄”。

多薄的傳感器傳感器去，雖然現(xiàn)在已經(jīng)很好地理解用作氣體傳感器的薄膜半導(dǎo)體材料的技術(shù)，加州大學(xué)河濱分校的UC總統(tǒng)主席和電氣和計(jì)算機(jī)工程教授亞歷山大·巴蘭丁以及他實(shí)驗(yàn)室的研究生想要訂購進(jìn)一步的規(guī)模：他們與二硫化鉬建立了原子級(jí)薄的氣體和化學(xué)蒸氣傳感器，并與紐約特洛伊的倫斯勒理工學(xué)院的研究人員合作進(jìn)行了測試。這些器件具有二維通道，由于其高表面積與體積比，因此非常適合傳感器應(yīng)用。由于該材料中的電子能帶隙，使用原子級(jí)薄的MoS2制成的傳感器對(duì)某些氣體具有更好的選擇性，這導(dǎo)致在暴露于某些氣體時(shí)強(qiáng)烈抑制電流。研究人員證明，他們稱之為二硫化鉬薄膜場效應(yīng)晶體管（TF-FET）的傳感器可以選擇性地檢測乙醇，乙腈，甲苯，氯仿和甲醇蒸氣。

醫(yī)療應(yīng)用是超薄傳感器技術(shù)的主要推動(dòng)力。例如，有靈活的壓力傳感器監(jiān)測動(dòng)脈 - 手腕血脈沖和聲波的力，具有觸摸靈敏度的納米材料柔性壓力傳感器，為人造皮膚鋪平道路，以及超薄MEMs電容式壓力傳感器檢測微小的環(huán)境壓力變化。然而，隨著傳感器的縮小，功耗和性能肯定不會(huì)下降。

可攝取傳感器開發(fā)商Proteus Digital Health和計(jì)算機(jī)軟件巨頭甲骨文公司最近宣布推出一種數(shù)字健康反饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)由可攝取的藥丸傳感器和可穿戴設(shè)備組成補(bǔ)丁和軟件系統(tǒng)，使用Oracle的InForm軟件提供數(shù)據(jù)收集。兩家公司聯(lián)手了解和測量藥物攝入，劑量時(shí)間和患者生理反應(yīng)，使臨床試驗(yàn)研究人員能夠獲得準(zhǔn)確的藥物依從性信息，與目前使用的自我報(bào)告和臨時(shí)實(shí)驗(yàn)室測試方法相比。

這些可攝入的傳感器已使用了幾年，沒有不良事件的報(bào)告。傳感器只有一粒沙子（尺寸為1平方毫米）主要由硅組成。它不含電池，而是包含兩種導(dǎo)電材料，當(dāng)它們在胃中變濕時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)為傳感器供電。在其使用壽命之后，攝取傳感器被設(shè)計(jì)成在正常消化過程中穿過身體。

可攝入的傳感器和用于侵入性操作的傳感器需要大量的生物學(xué)測試。飛思卡爾用于一次性應(yīng)用的MPX2300DT1高容量壓力傳感器（圖1）為醫(yī)療診斷，血壓和患者監(jiān)測以及壓力導(dǎo)管應(yīng)用提供了低成本解決方案。

圖1：飛思卡爾MPX2300DT1壓力傳感器可用于侵入式應(yīng)用。

低成本，高容量，微型壓力傳感器套件具有集成溫度補(bǔ)償和校準(zhǔn)功能，可用作子模塊組件或一次性裝置。該設(shè)備將剪切應(yīng)力 - 壓力傳感器設(shè)計(jì)的性能與生物醫(yī)學(xué)認(rèn)可的材料相結(jié)合，可用于各種侵入性應(yīng)用。

有機(jī)硅介電凝膠覆蓋硅壓阻傳感元件，提供符合所有USP XX生物測試的無毒，無過敏性彈性體系統(tǒng)

V類要求。凝膠的特性允許傳感器將壓力均勻地傳遞到設(shè)備的隔膜表面，同時(shí)將內(nèi)部電氣連接與流體的腐蝕作用隔離，例如鹽水溶液。

去年，伊迪絲考恩大學(xué)（ECU）的納米技術(shù)科學(xué)家開發(fā)出一種比人發(fā)稀薄500倍的pH傳感器。在最先進(jìn)的潔凈室設(shè)施內(nèi)，研究人員使用氧化釕納米薄膜來制造該設(shè)備。 ECU電子科學(xué)研究所所長Kamal Alameh解釋說，該解決方案集成了傳感器和變送器，創(chuàng)造了一種新設(shè)備，取代了已經(jīng)使用了大約80年的傳統(tǒng)玻璃電極。

氧化釕傳感器非常小;它整齊地放入一個(gè)長約1厘米，直徑0.5厘米的膠囊中，發(fā)射器占據(jù)了膠囊的大部分空間。從膠囊內(nèi)部，傳感器能夠讀取電壓，該電壓轉(zhuǎn)化為被測物質(zhì)的pH水平或酸度讀數(shù)。傳感器和變送器的電子線圈由外部磁能供電。 pH傳感器可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，環(huán)境科學(xué)和水處理。鑒于該裝置適合膠囊，它也可以用于藥物環(huán)境，患者可以吞咽該裝置而不會(huì)造成傷害。

“Skinny”也適用于傳感器的薄膜厚度。例如，美國宇航局格倫研究中心（GRC）的傳感器和電子部門正在開發(fā)用于推進(jìn)系統(tǒng)研究中表面測量的薄膜傳感器（圖2）。這些傳感器用于應(yīng)變，溫度，熱通量和表面流動(dòng)，以及用于未來空間和飛行器部件的關(guān)鍵車輛健康監(jiān)測和表征。

薄型傳感器的使用與危險(xiǎn)的高溫環(huán)境中的線或箔傳感器相比，薄膜具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。它們不需要對(duì)安裝它們的部件進(jìn)行特殊加工，它們的厚度小于10微米，比金屬絲或薄箔薄。該技術(shù)取代了總厚度大于10微米的噴涂傳感器，NASA發(fā)現(xiàn)這會(huì)導(dǎo)致渦輪機(jī)部件的湍流和加熱增加，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的測量結(jié)果。

圖2：在極端環(huán)境中使用，這種多層薄膜傳感器讀取幾個(gè)參數(shù)。 （由美國國家航空航天局GRC提供）

薄壓力和溫度傳感器

STMicroelectronics LPS25HB專為滿足快速增長的可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的傳感器需求而設(shè)計(jì)，是一種防水MEMS壓阻式絕對(duì)式 - 壓力傳感器，用作數(shù)字輸出氣壓計(jì)。該器件包括一個(gè)傳感元件和一個(gè)IC接口，通過I 2 C或SPI從傳感元件與應(yīng)用通信。傳感元件本身由彈簧懸掛，以提供更大的沖擊/振動(dòng)耐久性。它提供高可靠性，易于系統(tǒng)集成，并支持更薄的設(shè)備。

除了小而薄之外，許多應(yīng)用還需要非接觸式傳感器解決方案。采用芯片級(jí)封裝的德州儀器（TI）TMP006/B紅外熱電堆傳感器（圖3）提供非接觸式溫度傳感，用于健康，美容和火焰檢測應(yīng)用。它采用緊湊型封裝，尺寸僅為1.6 mm x 1.6 mm x 0.625 mm。

圖3：德州儀器（TI）的TMP006/TMP006B的簡化示意圖。

TMP006和TMP006B是完全集成的MEMs熱電堆傳感器，通過在最終用戶視野內(nèi)吸收波長在4μm到16μm之間的物體的被動(dòng)紅外能量來測量物體的溫度。

通過I 2 C-和SMBus兼容接口，通過片上芯片熱傳感器測量數(shù)字化并報(bào)告熱電堆上電壓的相應(yīng)變化。有了數(shù)據(jù)，對(duì)象的溫度可以由外部處理器計(jì)算。

雖然瘦可能很有吸引力，但傳感器的全部功能都是為了實(shí)現(xiàn)針對(duì)特定應(yīng)用的設(shè)計(jì)所需的功能。正如本文所示，超薄傳感器技術(shù)背后有許多驅(qū)動(dòng)因素，各種現(xiàn)成的解決方案可以幫助工程師滿足他們的設(shè)計(jì)要求，并且在研究實(shí)驗(yàn)室中開發(fā)的新傳感器具有直到最近才有的能力夢想著。