物联网时代的传感器和材料创新方法研究

杨瑛 青海畜牧兽医职业技术学院

1 传感器的现状

1.1 传感器的发展

半导体是物联网中很重要的领域，支撑起整个物联网应用的各种产业。在2020年，将有300亿美元半导体硬件与物联网相关，其中传感器便占一半左右。传感器体积虽小，但其应用非常广泛。在上世纪七八十年代多用于汽车应用，而当时我国汽车制造业发展速度缓慢，所以汽车中传感器较少。但我们今天仔细观察便可发现汽车里存在相当多的传感器，比如目前的高级辅助驾驶系统，便需要相当多的传感器组成。而现在传感器应用领域里大家熟知的便是智能手机与智能终端领域。因为智能终端出现，传感器的需求飞速上涨。而在目前物联网时代下新型研发的可穿戴设备，未来的市场机会将更大。而另一领域智能手机的发展使智能手机上的传感器不断增加，虽然大多传感器是由国外手机厂商推动发展，但如今随着我国各个手机厂商水平的不断提高，自主研发的传感器甚至要比国外厂商还要先进。在过去的时间里，国外厂商占传感器市场较大份额，由苹果三星主导。但近年来我国国产手机厂商占其比重不断增加，由2011年的9%增长到2015年的30%，而随着我国科技的飞速发展，国产手机厂商占有份额还将持续提高。而从另一方面来说，传感器和材料的创新将推动智能时代的发展，实现物联网智能化。

1.2 国内传感器研发平台概况

如今，我国传感器研发的生态系统并不健全，而我国的特点就是后端发达。上海微技术工业研究院存在于开发链条中端，可以连接产品到研发间的产业化与工程化。上海微技术工业研究院在传感器研发领域有三十年工作经验，传感器研发的生态系统较为健全。目前我国传感器实验室主要有上海微技术工业研究院、清华和北大。长江三角洲中的传感器设计公司较为集中，但其公司规模相对较小，没有使用大型企业的研发平台。所以想要把传感器研发量产化规模化，则需要一个较为完善的平台。目前我国的传感器研发平台相对较少，其中苏州有一家规模较大的，有一定封装与测试能力。无锡同样也有一家，而在上海，上海微技术工业研究院由上海政府支持构建了一条完整的传感器研发供给线，这条线建成后将支撑代工厂与设计公司的研发。而科技发达的美国目前也存在科研技术转为产品的问题，从2014年开始，美国建成了多个研究院。从科研技术上来讲，各个研究院与产业间需要开发桥梁，这边是上海微技术工业研究院等中国先进研究院的使命。在传感器领域中，上世纪六七十年代的汽车传感器应用领域我们已经错过，在2006、2007年中智能手机的传感器应用浪潮也已经错过，所以我们希望在物联网时代，中国的传感器相关领域可以坚持创新越来越好。

1.3 材料分析

如果想做传感器便要做材料，绝缘层上硅是一种做传感器衬底的选择，优点是结构简单，绝缘层上硅材料不仅应用于传感器市场，还在射频上用处较大，可以用于手机射频前端。而传统的砷化镓也涉及射频元器件领域，例如手机开关，而目前绝缘层上硅在射频前端领域占有很大比例。在当前物联网时代中，需求量大大提高，这对我们来说是一次难得的机遇，我国在材料方面有相当好的前景。我国认为要想后来居上，绝缘层上硅芯片很重要，所以我国与世界最大的绝缘层上硅公司达成合作，推动我国绝缘层上硅领域快速发展。

2 物联网时代传感器和材料创新思路

我国的高级传感器研究院在经过几十年的积累后，通过逐年的推进以及产业化发展已经有两家公司上市。近年来物联网飞速发展，物联网时代来临，我们也应仔细思考。一些传统老牌企业，比如博世，博世的汽车传感器质量非常好，在看好电子产品消费的发展前景后，尽全力发展电子消费领域，因其有汽车传感器领域的经验，他们在物联网时代也有不小的竞争力。而半导体发展到20纳米后，便存在两条发展路线，第一是采用绝缘层上硅二维结构，而第二便是采用三维的FinFET。到目前，因特尔等公司依然还在使用三维的晶体管结构，其市场发展前景较好，这是一条分水岭，我国如果走第二条，便是跟随别人的成果，超越机会渺茫，所以我国应走第一条路线，半导体体硅变化，才有较大可能实现落后超越。所以本文分析认为下个阶段传感器的发展应和半导体结合，要广开思路，不只开发传感器领域，还应把传感器与系统相结合，对国际半导体企业进行并购重组，整合各种优秀资源，推动物联网时代的传感器和材料创新发展。

3 结束语

摩尔定律已诞生五十多年，半导体发展还有很大空间。我国的半导体产业系统还不完事，实力有所不足，想超过国外厂商有所困难。所以我们希望在物联网时代来临时进行联合创新发展，把传感器、通信、能源与功率相结合，这里创新方法非常多。通过半导体器件的发展，推动传感器和材料的创新与发展，推动物联网时代智能化的到来。

[1]蔡丹丹.物联网时代传感器技术在教育领域的应用与反思[J].黑龙江科技信息.2017(12) :4-4

[2]李慧.机智云联合创始人兼总经理黄锡雄:在物联网时代,数据带来价值[J].金卡工程.2016(12)

[3]张楠.基于非穿戴式传感器的多用户室内活动识别研究[D].哈尔滨工业大学.2017