智能传感器大会三院士分享重点
尤政：MEMS微系统技术及其产业发展
我们从计算时代、通讯时代、感知时代，逐步进入智能时代，到了智能时代，我们传感器的发展成为重要的一方面。到目前为止，大家都想超越摩尔定律，按照目前大家的预测，可能有两个重要的方向，一个是在垂直方向，我们继续突破微电子极限，向几纳米奋斗，第二个方向是水平方向，我们不追求更窄的线宽、更高的速度，我们还是追求系统性能的最优，把我们所需的传感、电源、通讯和我们的分析处理的系统能不能集成一个满足社会需求的微系统。
MEMS技术在逐渐发展，国际上说叫微系统技术，微系统技术把微电子、光电子、MEMS以及微系统的架构和智能算法融合在一起。按照现在的说法，我们微系统分为器件技术、集成技术、算法架构与支撑技术。2018年推出了微型AI杀人蜂，这个小的无人机可以飞，它给我们展现的不光是微型化技术，而且展现的是制造化技术，它还可以根据事先的输入可以进行人脸识别，最后进行攻击，这也反映了微系统的智能化发展的一个重要方面。所以根据现在的划分，我们的微系统从器件技术上来说已经划分的非常细了，而且市场份额在不断的增加。
MEMS改变了世界，微系统正在创造新的未来，所以在各行各业拥有很大的应用。MEMS最大的特点是大批量的生产，这里可以举两个特殊的行业，一个是汽车行业，一个是我们的环境监测行业。很遗憾，我们国家自主知识产权的汽车产品不多，我们很多新的技术不一定能用在我们自己的汽车行业，我们很多的传感器首先要卖到国外，到它的承包商里集成，集成完以后才能到咱们的汽车里面。
最近我们的新能源汽车异军突起，为我们国家汽车电子传感器的发展带来新的应用，很多新能源汽车国产化，有了更多的国产传感器，所以我们要抓住这个机遇，把我们自己的新能源汽车、智能汽车做好的同时，向传统能源汽车进军，这也是我们发展的主道路之一。
在传统的汽车里面有两百多个传感器，有80%就意味着有一百多个传感器都是由MEMS来做。据统计，目前一台中高配汽油车拥有至少3000个传感器，从它的应用系统，或者从传感器的种类等等方面，我们做了细分。运动传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器、气体传感器等。新能源汽车施行以后，一些传统的燃烧相关的传感器减少了，但是增加了更多的电子系统的传感器，所以我们认为新能源汽车对传统的汽车而言，传感器的速度下降了，但是传感器的价格在提升，使我们的需求更加的旺盛了，这里面也有一些，例如三电系统、底盘等等。智能汽车的出现使得我们高端的MEMS的传感器有了很好的机遇，智能传感器价格非常之多，像智能传感器里面，陀螺仪、加速计已经成为必用的了，同时新的例如激光雷达、夜视系统，集成的图像处理系统也会有新的机遇，特别是传统的激光雷达，怎样用MEMS系统把几万块钱的激光雷达压缩到几千块钱、几百块钱，这也是我们MEMS应该做的贡献，这个方面已有很多新的突破，包括MEMS的毫米波的雷达。
在环境感知里面给我们留下了巨大的空间，万物互联时代信息的获取是不可缺的。我们现在做网络、做应用做的比较多。根据常用的环境，感知传感器种类非常多，我们的智慧农业、智慧城市、智慧交通、智慧医疗里面，它们的需求都非常之大。
集成电路发展很快，MEMS现在大概占到整个集成电路发展的11%，我们发展速度非常快，因为我们基数比较小，整个在400亿左右，目前主要可统计的，主要是在汽车和消费电子这两个领域里面，占的市场比较大，我自己的估计，未来将是三分天下，就是我们说的智慧城市、智慧医疗、智慧农业和消费电子可能各占三分之一，这三分之一里面，可能它的价值比例还是有点区别，消费电子可能更便宜、量更多、低精度为主。
现在整个MEMS产业正在细分，从设计公司、代工公司到应用系统集成公司也在像微电子一样在专业化，在分工，也不是一个公司从头做到尾，可能更多的是更细的分工，这样才能形成更好的系统的集成。我们国家传感器发展已完全可以满足低端市场。高端市场上，一般的都是国外企业垄断。高端市场上大公司占60%以上的份额，80%以上高端的也是依靠进口。和我们国家的制造业，和我们国家的芯片产业很类似，唯一的区别就是微电子发展时间比较长，MEMS只有二十几年，我们国家MEMS微系统的科研水平大概和国外差两三年，但是我们国家的产业水平差了五年。所以我们认为有可能这方面我们现在重视以后，有可能以后能取得一定的突破。当然我们也对国内的这些市场做了分析和统计。总的来说，我们发展的机遇还是很高的，因为我们有最大的市场需求，我们有接近二十年的技术的积累，再加上我们有目前微电子发展这么好的基础，我想，我们的MEMS产业应该说迎来了一个发展最好的机遇期。
蒋庄德：高端智能传感技术及应用
传感器的应用确实是非常的多。在航天领域，我们知道运载火箭已经搭载了无线传感的网络系统，而且首次实现了运载火箭传感测量数据的传输。无人机集群：无人机群大量的传感器，包括它的作战，包括无人机机器人的协同作战，我们现在也参与了它的整个设计。流程工业，例如玻璃、轧钢。过程自动化里面的传感的互联极其重要。大数据、传感器是大数据的来源。机器人，现在美国市值达到一百亿美元的达芬奇机器人，他们认为世界上最早提出机器人概念的是达芬奇，这是波士顿一批年轻人做的一个波士顿动力公司，当时看到这个机器狗的时候很新奇，现在发展非常快。高铁，你看高铁的温度传感、震动传感、包括距离、轴温探测传感器。它的震动是低频的，我们以前做的都是高频的，低频由我们来给他们做。
整个全球市场有约1900亿美元的市场，而且增长力非常的快，平均增长率将超过35%，我们处于中低端，中高端的产品严重依赖进口，特别是MEMS传感器芯片的进口比例高达90%，美国、日本德国占据近70%的市场份额，中国占据约10%的市场份额。
在新材料、新工艺、新机理方面的突破，包括新材料的应用。我们在高温的测量，航空航天发动机的高温测量里面，大量的是跟材料有关。包括新工艺，包括MEMS的传感器技术，包括它的纳米尺度效应问题，突破它的微型、集成、功耗。还有量子传感器技术，这个发展也是非常快的。现在我们国家在量子通信、量子计算、量子传感上有重大的布局，特别是量子通信在世界上取得了突出的成绩。
我们再看看专利的情况，我们国家的专利大部分在大学；而美国，大部分在企业，日本则全部在企业，德国全部在企业。这个就有一个科技成果转化的问题，大学的专利要转到企业去，像美国有一个OTP，我们在这方面还有很多的路要走。
还有传感器的设计、加工工艺上面，还有封装技术，以及ASIC技术，专用集成电路的设计，这个是我们国家人才急缺的，需要加大引进和吸收。
现在发展存在的难题。
难题一：如何通过先进传感技术有机融合的问题。建立多元感知模型。
难题二：新原理、新材料、新结构。
难题三：如何突破微纳尺度下的物理效应问题。
下面介绍一些我们在智能传感器方面的研究进展。我选了一些跟大家介绍一下我们做的各类传感器：压力传感器、加速传感器、集成传感器、湍流传感器、黏密度传感器、超声传感器、超高温传感器等等。这是我们所做的各类传感器的芯片，这些芯片都是我们自己设计研发的。
我国高端传感器主要依赖进口为主，在敏感材料、设计、加工、封装技术等方面还存在较大的差距，特别在敏感机理、基础工艺和共性关键技术研究不足，制造工艺设计与优化分析方面缺乏深度，工艺的可靠性控制有待加强，影响稳定性和可靠性的封装技术，缺乏系统解决方案，传感器技术标准还有待完善。我认为制造业要跨越发展很难，有些历史的教训要引起我们高度重视，从基础研究到小批量应用再到产业化，千万不能忽视这些硬件的、制造业最基础的东西，这些装备和零部件、关键的工艺和材料，从制造的角度来讲我们是跨越不过去的，我们应坚定不移坚持长期支持制造业，尤其是先进制造业的发展，在政策、技术研发和创新投入上始终保持支持的力度和强度。
杜江峰：基于钻石传感器的量子精密测量
钻石传感器主要应用于一些精密测量的要求。我简单介绍一下背景，然后说一下钻石传感器制备和控制，也提一下应用和进展，最后提一下展望。
中国目前是科技大国，还不是科技强国，从国家的科技创新目标来说，十八大以来，我们国家实施创新驱动发展战略，关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新为突破口，努力实现关键核心技术自主可控。
磁是普遍存在的自然属性，人脑就是一个微观的分子水平，再到中子星，整个从小到大，磁无处不在。磁的学科涉及到化学、医学、天文学、电子学、物理、光学、地球、地质、生物等各个领域，在迄今为止的206个诺贝尔物理学奖获得者中，有32个是和磁有关的。它的应用有很多，大家可以举很多很多的例子来，例如航海你要指南针。目前为止，我们在微米级，微米大概是毫米的千分之一，在微米以下的磁的测量，现在是没有一个很好的高灵敏度的技术存在。发展的微观磁性的精密测量技术，从微观层次上认识磁现象，研究磁机理。微观磁学研究的重大意义和应用前景在于拓展人类对微观世界的探索能力，从微观磁性角度推进解决各学科领域的重大科学问题，形成支撑国家重大战略需求的新型磁应用科学技术。
纳米是微米的千分之一，在低分辨率的时候，要么就需要真空，要么就是对样品破坏，要么要低温，有没有可能存在一种宽温区、无需真空、无需磁屏蔽的？钻石传感器就是这样一种微观磁学精密测量技术。这个探针有高分辨率、高灵敏度，它可以在大气环境下工作，高温、低温都可以，恶劣环境也可以。上世纪末开始，用了将近二十年的探索，逐步探索这个探测的技术和应用方向。包括在中国在内的世界数个顶尖研究组正在将这一领域迅速推进。
国内的原理方法我们现在还在国际领先，钻石传感器制备工艺链受制于人，国内工艺水平与发达国家相比差距很大，技术积累不够，力量不集中，国外相关技术对华封锁，高品质样品对华禁运，2018年原材料开始管控。这也是从一个侧面告诉我们，有些卡脖子技术，有些工艺制造我们不能放弃，这个是跨不过去，原创性的东西你也是跨不过去的，一定要有一支精干的队伍，能够坐长期的冷板凳，把这块做好。
2015年我们得到了世界上首张单分子顺磁共振谱，2018年首次测到溶液中单个生物分子磁共振信号。同时我们实现了细胞原位的铁蛋白磁性自旋成像以及磁共振-电子显微镜关联成像，分辨率达到10纳米，是国际上首个细胞原位纳米尺度磁共振成像工作。另外，有了这个传感器以后，灵敏度提高了10的10次方倍。下面介绍几个举例，举例一：单分子医学检测，举例二：催化反应机理，突破催化反映机理，开发新型催化剂，促进能源应用。举例三：新型信息器件，钻石扫描显微镜具有极高的分辨率与灵敏度，有极大潜力研究纳米磁结构。
在中国科学院、基金委、科技部等单位的前期支持下，中国科学技术大学围绕微观磁学及其变革性技术，在原理方法、前瞻性科学应用方面实现了系统性的重要进展，奠定了国际领先的科技优势。