低流速監測在工業過程控制、醫療設備與航空航天等場景中都有非常廣泛的應用。尤其在呼吸監測醫療設備中，傳感器往往需要識別低于4 m/s、甚至低于0.1 m/s的氣流變化，但傳統方案仍受限于體積大、成本高、靈敏度與測量精度不足等問題。
據麥姆斯咨詢報道，近期，北京理工大學王曉毅教授、周波教授研究團隊提出一種把熱電堆CMOS-MEMS流量傳感器與低噪聲斬波穩定CCIA接口電路緊密集成的系統級方案，并通過定制post-CMOS工藝進一步提升器件性能。相關研究成果以“A High-Sensitivity Thermal-Based Integrated Sensor System With a Low-Noise Chopper-Stabilized CCIA Using Customized CMOS-MEMS Process”為題發表在IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement期刊上。
（a）流量傳感器與CCIA接口電路集成系統示意圖（b）恒溫差控制電路（c）CCIA接口電路
這項研究工作首先利用CMOS工藝中高塞貝克系數（Seebeck coefficient）的n?/p? polysilicon構成單熱電偶，并將32對熱電偶串聯以提高熱電輸出；其次，在工藝層面提出了一個定制的post-CMOS后處理工藝，利用Metal-2層作為硬掩模，使自對準圖案化和懸臂梁打薄；最后在接口電路上，利用斬波調制技術、紋波抑制回路和高開環增益運放等技術，設計了一個低噪聲、低功耗、高精度的ASIC電容耦合儀表放大器（CCIA）?；谝陨显O計，研究人員實現了一個歸一化靈敏度為3.42 mV/(m/s)/mW，最小可測流速為2.49 mm/s以及響應時間為3 ms的高性能流量傳感集成系統。卓越的傳感性能和集成設計相結合，使該傳感器系統為高精度、便攜式流量傳感應用提供了解決方案。
基于熱電堆結構的post-CMOS后處理工藝步驟
CCIA接口電路原理圖
（a）CMOS-MEMS熱電堆傳感器芯片照片（b）CCIA接口電路芯片照片（c）系統測試示意圖
CCIA接口電路性能測試
CMOS-MEMS傳感系統性能測試
綜上所述，這項研究工作從器件設計、定制工藝與電路優化、系統集成三方面入手，提出了一種高性能的集成流量傳感系統。該系統具有高靈敏度、高精度、低功耗和小體積等特點，非常適合高精度、便攜式流量監測應用。
為了進一步提升該CMOS-MEMS熱式流量傳感系統的整體性能，后續工作可聚焦與以下幾方面：從測試/封裝流道結構入手優化系統一致性與可重復性；從具體使用場景出發，對降低系統的環境漂移與噪聲干擾等方面進行優化，以進一步提供系統的魯棒性。此外，還可以利用CMOS-MEMS技術進行更多ASIC模塊的集成拓展，在單芯片上實現“感-存-算”的智能傳感節點，為物聯網及邊緣AI提供低功耗、高集成度的解決方案。
《MEMS熱式氣體質量流量傳感器產品對比分析-2023版》
《MEMS產業現狀-2025版》
《傳感器技術及市場-2026版》
《下一代MEMS技術及市場-2025版》
