眾所周知，海洋面積遠超陸地面積，海洋中最重要的信息是水聲信息。水下聲信息的傳播與地面傳播有所不同，主要差別是：水聲在海中傳播會受到海水的分層效應和海底及海面的影響，特別是無線電信號和光信號都無法在較深的海水中使用，只能采取聲信號的傳播來實現水下信息的傳遞。

隨著MEMS與CMOS技術的融合，為水聽器的發展帶來了無限的可能。特別是近20年，國內軍民兩用MEMS技術快速發展，推動了水聽器在高靈敏、抗噪聲、自定位及目標信息識別等方面涌現出一大批技術成果。

據麥姆斯咨詢報道，近期，來自工業和信息化部第四電子研究院、北京航空航天大學、山東省東儀光電有限公司、中國電子科技集團公司第三研究所的研究團隊在《傳感器與微系統》期刊上聯合發表了題為“MEMS水聽器國內研究現狀與未來技術發展”的綜述文章。對MEMS水聽器近15年在國內的發展情況做了綜述，并針對國家海洋戰略、未來批量制造的MEMS水聽器，以及在封裝和標定技術等方面存在的問題，進行了解讀。

從MEMS水聽器的研究方向來看，主要有三類：一類是利用氧化鋅壓電薄膜制成的MEMS水聽器；一類是加速度傳感器多端支撐量式振動梁式同陣型水聽器；另一類單端固定性毛發式水聽器。

在MEMS水聽器技術發展過程中，其結構不斷從傳統的平面結構走向纖毛結構，產品形式也從硅阻式、硅電容式、壓電和壓電薄膜等形式發展為氮化鋁（AlN）壓電陶瓷薄膜。隨著各種新型半導體材料的不斷加入，MEMS水聽器不僅從單一化走向陣列化，也走向實用化和批量化。例如基于AlN壓電薄膜的水聽器，成本相比壓電陶瓷和光纖水聽器顯著降低，且成品率與一致性大幅提高，使得MEMS水聽器擁有極高的性價比。這對于海洋勘探、航道監測、管網監測、水下導航等大規模民用領域具有重要意義。

在封裝技術方面，硅基壓電MEMS水聽器芯片的出現，使其從設計到工藝，保證了器件的高一致性、高靈敏度與低成本。在校準技術方面，通常需要高靈敏度的磁傳感器來輔助確定地磁夾角等參數，量子與隧道式磁傳感器，是近10年最明顯的技術進步。

近15年來，國內MEMS水聽器技術取得了長足的進步，不過，當前仍面臨一些問題有待解決，主要集中在以下幾方面：（1）提高信噪比；（2）提高靈敏度；（3）制造工藝必須與集成電路工藝相結合，能將阻抗變換器、信號放大器集成一體化；（4）新工藝的引入：多采用犧牲層技術；（5）封裝技術：由于采用MEMS半導體封裝技術，產品結構更能適合各種水聲環境的使用。從有機封裝到無機材料的封裝，特別是典型的陶瓷外殼封裝，可能成為下一代產品的主流；（6）面對大批量制造出來的MEMS水聽器，校準問題成為生產制造的重要環節。因此，MEMS水聽器的校準，將成為今后大批量生產的重要環節。

隨著MEMS技術的快速發展，以及信號處理技術日趨成熟，更多功能的信號處理芯片，將會與新一代材料與工藝相結合，使MEMS水聽器像其他力學量傳感器一樣，從高端市場逐漸走向大眾市場，廉價化的水聽器時代很快將會到來。

論文鏈接：
https://doi.org/10.13873/j.1000-9787(2022)08-0157-04

審核編輯 ：李倩