一、重組國家隊，加強基礎研究，突出創(chuàng)新一一培養(yǎng)多個領域傳感器專業(yè)領軍人才

世界傳感器發(fā)展己經到新的階段，以硅基材料為主的MEMS傳感器，無論從工藝、裝備、性能都己到“極限”，我國很難超越了，即使要超越其代價也難以承受，且國內基礎研究薄弱，專業(yè)人才匱乏，跟在別人后面亦步亦趨，受制于人是必然結果。

重組國家隊，是重組而非完全新建，其主要任務是：

　　加強基礎研究，開展新材料、新原理、新工藝、新結構的新穎(型)傳感器研發(fā);

　　對前沿的、國際上先進的傳感器提前布局和預研，如石墨烯傳感器、量子傳感器、柔性傳感器等;

　　對國內長期沒有解決的關鍵技術和工藝、卡脖子的產品進行攻關;

　　提供我國傳感器發(fā)展的頂層設計、戰(zhàn)略規(guī)劃、實施步署等咨詢意見，供政府決策部門參考。

　　國家隊的資金來源大部分應由國家提供。

通過重組國家隊，培養(yǎng)多個領域傳感器專業(yè)領軍人才。國家隊應在一些前沿先進傳感器進行超前布局和安排，如石墨烯傳感器、量子傳感器、柔性傳感器等。

　　1、石墨烯傳感器

石墨烯材料被譽為“黑金”、“新材料之王”，是目前世界上最薄、最堅硬、導電性最好的納米材料。科學家預言，石墨烯材料將“改變21世紀”。

可充分利用我國在石墨稀材料研究方面起步較早的優(yōu)勢，如常州有一石墨烯產業(yè)園，石墨烯研究院，鼓勵科技人員開發(fā)出石墨稀傳感器和相應的工藝裝備。

要研究石墨稀傳感器，研究石墨稀傳感器的工業(yè)應用，有無“替代”目前硅基傳感器在測溫、測壓、測流量方面的可行性。2019年10月25日，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心先進碳材料研究部的科研人員，首次制備出以肖特基結作為發(fā)射結的垂直結構的硅-石墨烯-鍺晶體管，這是一個非?？上驳某晒?，有可能對傳感器技術發(fā)展有石破天驚之作用。

世界各國由石墨烯材料制成的傳感器有：

石墨烯電化學傳感器:基于石墨烯的電極在電催化活性和宏觀尺度的導電性上比碳納米管更有優(yōu)勢。因此，在電化學領域，石墨烯電化學傳感器就有了大展身手的機會。

石墨烯電化學傳感器的應用，有以下優(yōu)點：①體積小，表面積大;②靈敏度高;響應吋間快;④電子傳遞快;⑤易于固定蛋白質并保持其活性;⑥減少表面污染的影響。

石墨烯氣體傳感器：石墨烯獨特的二維特點使之在傳感器領域具有光明的應用前景。巨大的表而積使之對周圍的環(huán)境非常敏感。即使是一個氣體分子吸附或釋放都可以檢測到。當然目前檢測可以分為直接和間接檢測。通過TEM可以直接觀測到單原子的吸附和釋放過程，并且觀察到了碳鏈和空位，實時研宂其動力學過程。

這些技術提供了一種研究更復雜化學反應的真實動力學途徑，并能鑒別未知吸附物的原子結構。通過測量霍爾效應的辦法通過霍爾電阻的變化能間接檢測單原子的吸附和釋放過程，極大提高了微量氣體快速檢測的靈敏性。

石墨烯光電傳感器：由石墨烯制作而成的用途廣泛的高光敏度傳感器。這種新型傳感器的關鍵在于使用了“滯留光線”的納米結構。納米結構能夠比傳統(tǒng)的傳感器更長吋間的捕獲產生光線的電子微粒。這就會導致產生一種更強的電信號，就像數碼相機所拍攝的照片一樣，它能夠將這種電信號轉變成圖像。這種新型傳感器是由新加坡南洋理工火學的研宄人員研制的，它對可見光和紅外線都高度敏感，這就意味著它可以用于尼康品牌的所有產品。

還有石墨烯生物小分子傳感器、石墨烯酶傳感器、石墨烯電場傳感器、石墨烯磁場傳感器、石墨烯機械傳感器(質量傳感、應力傳感)等。

　2、量子傳感器

隨著量子控制研宄的深入,量子效應將不可避免的在傳感器中扮演重要角色，傳感器自身的發(fā)展有向量子型發(fā)展的趨勢，隨著對敏感元件的要求將越來越高，精確傳感系統(tǒng)必將涉及量子傳感器，量子傳感器基于激光冷卻原子，極可能大幅提升系統(tǒng)性能。而量子傳感器相比于傳統(tǒng)產品則實現性能上的“大躍進”：在靈敏度、準確率和穩(wěn)定性上都有了不止一個量級的提高。

在經典控制中，測量過程山各種測量儀表完成，其中的變換過程一般由相應的測量傳感器完成。測量儀表可以由若千個傳感器以合適的方式聯接而成,共同完成變換、選擇、比較和顯示功能。與經典控制中一樣，量子控制中測量的關鍵也是被測量和標準量的比較。而量子控制中的可觀測量與量子力學中的相應自共軛算符對應，量子系統(tǒng)狀態(tài)的直接測量一般不易實現，需要將被測量按一定的規(guī)律轉變?yōu)楸阌跍y量的物理量，進而實現量子態(tài)的間接測量。這一過程可以通過量子傳感器完成。

各種量子傳感器將在量子控制、狀態(tài)檢測等方而得到廣泛應用：例如在航空航天、氣候監(jiān)測、建筑、國防、能源、生物醫(yī)療、安保、交通運輸和水資源利用等尖端領域都實現了量子傳感器的商業(yè)化應用。

德國成功研制出新型量子傳感器，德國弗勞恩霍夫應用固體物理研究所(IAF)和馬普固體研究所發(fā)布消息稱，其科研人員共同研發(fā)出一種量子傳感器，未來可用于測量微磁場，如硬盤磁場和人腦電波。

3、柔性傳感器

柔性傳感器技術是極具挑戰(zhàn)和潛力的發(fā)展方向，在人工智能、醫(yī)療健康等領域有著廣闊的發(fā)展前景。隨著人機交互、運動健康監(jiān)控等細分領域的快速發(fā)展，相關產品對傳感器提出了更高的要求，迫切需要具有柔韌、可彎曲、可拉伸、可回復特性的彈性傳感技術，以滿足人體穿戴舒適性的需求。

目前柔性傳感器領域最熱門就是柔性可穿戴電子傳感器。柔性可穿戴電子傳感器的信號轉換機制主要分為壓阻、電容和壓電三大部分。

　柔性壓阻傳感器。可以將外力轉換成電阻的變化(與施加壓力的平方根成正比)，進而可以方便地用電學測試系統(tǒng)間接探測外力變化。而導電物質間導電路徑的變化是獲得壓阻傳感信號的常見機理。由于其簡單的設備和信號讀出機制，這類傳感器得到廣泛應用。

柔性電容傳感器。電容是衡量平行板間容納電荷能力的物理量。傳統(tǒng)的電容傳感器通過改變正對面積S和平行板間距d來探測不同的力，例如壓力，剪切力等。電容式傳感器的主要優(yōu)勢在于其對力的敏感性強,可以實現低能耗檢測微小的靜態(tài)力。在彈性基底上制備電容型透明、可拉伸的碳納米管傳感器，對壓力和拉力同時有響應。

　柔性壓電傳感器。壓電材料是指在機械壓力下可以產生電荷的特殊材料。這種壓電特性是由存在的電偶極矩導致的。電偶極矩的獲得是靠取向的非中心對稱晶體結構變形，或者孔中持續(xù)存在電荷的多孔駐極體。壓電系數是衡量壓電材料能量轉換效率的物理量，壓電系數越高，能量轉換的效率就越高。高靈敏，快速響應和高壓電系數的壓電材料被廣泛應用于將壓力轉換為電信號的傳感器。

柔性可穿戴傳感器的應用也非常廣泛，除了具有壓力傳感功能，還具有現實和潛在應用的多種功能，體溫和脈搏檢測、表情識別和運動監(jiān)測等。

二、強化傳感器產業(yè)鏈的研究和建設一一培育中國傳感器標志性企業(yè)

通過“補鏈”、“固鏈”、“強鏈”，實現傳感器產業(yè)鏈高級化，通過MEMS技術+IC技術的深度融合，實現傳感器產業(yè)鏈現代化。

“補鏈”：MEMS傳感器專用設計軟件、智能傳感器專用設計軟件、可靠性設計軟件;傳感器產業(yè)化生產(工藝)技術、傳感器專用檢測技術。

“固鏈”：傳感器制造鏈條中工藝規(guī)范的固化，檢測方法的固化，封裝規(guī)范的同化。

“強鏈”：傳感器工藝裝備的國產化、檢測裝備的H產化。國家應重視傳感器工藝裝備和檢測裝置的研發(fā)和行業(yè)推廣應用。

傳感器技術的提升取決于MEMS技術和1C技術的融介深度，這一問題的解決，必須由專門的部門來承折和研發(fā)，如“智能傳感器創(chuàng)新中心”，國家應加強資金投入，讓科學家和工程技術人員安心研究，無后顧之憂。企業(yè)是不能解決這類問題的，因企業(yè)首要考慮的是盈利和生存問題，何況中國企業(yè)賦稅確實很重、傳感器大部分都是小微企業(yè)。

國家應該通過科研項目等方式，在溫度、壓力、流量、液位等主要過程參數測量行業(yè)，培育一批國內傳感器標志性企業(yè)。使其在技術、產業(yè)、市場和品牌方面，逐步具備同國外企業(yè)競爭的能力。如果沒有這個培養(yǎng)的過程，按著近些年的趨勢，國產品牌的傳感器、儀表與國外的差距，會越來越大。因此通過強化傳感器產業(yè)鏈的研究和建設一一培育中國傳感器標志性企業(yè)也是當前傳感器產業(yè)發(fā)展要務之一。

在傳感器產業(yè)化方面，國家應該出臺政策：推進國產傳感器、儀表產品在工程上應用。要求國內主要設計院，在設計階段，傳感器和國產品牌儀表的占比，不低于50%。

　三、用好、用活現有的MEMS傳感器芯片工藝線一一培養(yǎng)傳感器大國工匠

傳感器芯片的研發(fā)是推動傳感器產業(yè)發(fā)展的根本。傳感器芯片企業(yè)的生存是難中之難，在傳感器產業(yè)發(fā)展過程中，出現了大部分企業(yè)去搞傳感器應用，而不愿搞傳感器芯片的研究和開發(fā)，因為搞傳感器芯片投資大、難度大、見效慢、風險島，這里有國家政策、體制、機制等問題，但其本質是對傳感器技術的特點和規(guī)律認識不足，如放棄研發(fā)傳感器芯片，傳感器應用難以為繼，而且受制于人，會重蹈集成電路芯片之覆轍。不在傳感器芯片上下功夫，不厚積薄發(fā)，想走捷徑，中國傳感器產業(yè)要取得突破性發(fā)展是很難的，甚至是沒有希望的。

這需要國家有關主管部門下決心、下狠心。

但是，國內由4英寸以上MEMS傳感器生產線至少有20條(以傳感器為主的生產線)，其中研發(fā)線5條、壓力線4條、壓力+慣性線3條、慣性線5條，慣性+磁傳感器線1條、磁傳感器線2條。

據了解，這些生產線除5條研發(fā)線外，存在諸多問題，最主要問題是開工率嚴重不足。開工率不足的原因是某種傳感器產品的產業(yè)化問題沒有解決：

一是沒有解決產業(yè)化的市場，沒有市場需求，或沒有規(guī)模化的市場需求，傳感器產品達不到量產的指標和目標;二是即使有規(guī)?；氖袌鲂枨蠖鴤鞲衅鞯漠a業(yè)化技術或工藝技術沒有解決,造成廢品率高，成本增加，或者某些材料和輔料供應有問題，工藝線難以開工;三是有些生產線并不完整，缺少某些關鍵設備;四是傳感器的工藝線運行成本很髙，沒有足夠的資金支持難以為繼。

有些生產線成為擺設、供參觀之用。毎一條生產線的建設均需巨大投資。

希望不要再盲目投資傳感器芯片生產工藝線，而是用好、用足現有的芯片工藝線，這需國家、政府牽線，企業(yè)協作、共盈，關鍵是要轉變觀點和思維方式，要打破行業(yè)壁壘、要實施聯合技術攻關，實現工藝線在全行業(yè)“低價格有償”共用;其次應將專用的工藝線進行適當組合構成柔性工藝線;規(guī)劃每條工藝線的專業(yè)分工和主業(yè)產品。這些需發(fā)揮中國特色的優(yōu)勢，發(fā)揮政府的作用。

傳感器可以說是一種“高技術工藝品”，通過用好、用活現沒的MEMS傳感器芯片工藝線，培養(yǎng)傳感器工藝人才一一進而培養(yǎng)傳感器大國工匠。

四、盡快解決流程工業(yè)變送器“有器無芯”問題一一培養(yǎng)眾多傳感器企業(yè)家

目前，國內工業(yè)用壓力傳感器或變送器，包括硅基OEM產品，其核心部件芯片(芯體)97%以上均從國外進口，國外占據絕大部分國內市場，技術始終在外方手里，我國變送器的生產只是零部件的裝配，無自主知識產權。

這一問題國家曾經下功夫解決，二次攻關和立項,一次是2008年，由科技部立項，“高性能傳感器關鍵技術研宄究”，經費1200萬人民幣;另一次是2015年，科技部863支持項目，“高精度硅壓力傳感器技術研宂及產業(yè)開發(fā)”，經費720萬人民幣。但最終均未徹底解決，在行業(yè)影響不大。究其原因，主要有：

①、攻關目標很高，指標性能要和國外知名大公司的成熟產品對標;②、國內傳感器的難礎技術、基礎材料、工藝水平達不到國外同類產品所規(guī)定的技術指

標，與國外同類產品差距較大;③、攻關中，對技術提升和性能改善做了很多工作，但產品的產業(yè)化研究基本未涉及，特別是某些關鍵技術未能突破，加之經費所限，形不成產業(yè)化生產線;④、在確定攻關的技術方案上可商榷，技術人員解決實際問題的能力有限;⑤、項目立項或攻關的組織形式可推敲，二次都是以變送器(整機)企業(yè)牽頭，有一定局限性;⑤、國家下的決心和力度不大，資金投入太少，對產業(yè)化規(guī)模生產無資金投入。政策支持不夠，采用國產自主知識產權的傳感器或變送器應有優(yōu)惠政策等。

“有器無芯”這一問題必須解決，應該解決，而且只要處置得當，也能夠解決：

　1.要提升到國家層面來解決，體現國家意志，國家要有大格局，企業(yè)要有大意識。不僅要解決“有器無芯”中傳感器的技術問題，關鍵問題，系統(tǒng)性問題，而且要解決傳感器產業(yè)化生產問題，建立傳感器產業(yè)生產專用線。

體現國家意志，當然可由國家有關部委牽頭，也可由省、市地方政府出面，或兩者聯合之。

2.解決“有器無芯”問題，對提升傳感器的技術水平，縮短國內外差距，特別是對傳感器后道工序(硬封、焊接、充硅油、封裝等)的工藝研究、工藝裝備制造有重要的作用，有明顯的技術、經濟意義，而且政治意義也不能小覷，如能真正解決該問題，國外產品會立刻降價。

3.不要迷信“招標制”。招標制這一做法是市場經濟的產物。招標時把指標提得很高，而把價格壓得很低，當然引入了競爭機制，有其優(yōu)勢之處，但弊端也不少，如互相攻擊、挖墻腳、走后門、迷信專家，領導定調。應采用“協商制和招標制相結合的原則”，在協商時，應廣開言路、聽取正反二面意見、打破行業(yè)界線、打破專業(yè)界線。特別希望K：行業(yè)、MEMS行業(yè)、傳感器行業(yè)、應用行業(yè)(儀器儀表行業(yè)等)，按照傳感器產業(yè)鏈的要求實行聯合攻關。

4.國家要投錢，地方政府要投錢，企業(yè)當然也應投錢。但國家應投大頭，企業(yè)只能是小頭，實際上過去招標中企業(yè)投資所占比例偏高，落實往往很困難。

攻關成果歸國家所有，全行業(yè)都能應用，不屬于僅僅參加攻關單位。攻關牽頭單位要憤重，最好由第三方“利益關聯度”不大、技術上比較全而、有相當基礎的單位擔當。

　　5.技術方案要充分論證，要有系統(tǒng)性、可行性、操作性，可分階段實施。從芯片-芯體-傳感器-變送器;專用電路+MEMS工藝集成;器件補償、測試;應用-領域-場合-政策等幾個階段分步實施。

結束語

中國傳感器(技術、產業(yè))的發(fā)展，經歷了近七十年的風風雨雨，克服了“造船不如買船，買船不如租船”、“用市場換技術”、“科技創(chuàng)新的主體在企業(yè)”這些認識上的偏頗，一路走來：從無到有，從有到全，全而不大，多而不強;成績巨大，問題不少，進步卓然、崎嶇不凡;有些問題是前進中的問題，發(fā)展中的問題!

隨著物聯網，智能制造，人工智能，云計算，大數據等等技術的蓬勃發(fā)展和廣泛應用，必將對傳感器(技術、產業(yè))的發(fā)展，迎來新的機遇和挑戰(zhàn)，這是時代、歷史賦予“中國傳感器人”的天賜良機，機不可失，時不我待!

國內外形勢波譎云詭，中國傳感器(技術、產業(yè))風險猶存，必須從國家利益、國家安全著想，攻破技術壁壘、打破行業(yè)界線、突破人才禁區(qū)、解破產業(yè)難點，埋頭工作、厚積薄發(fā)，國家要努力、企業(yè)要努力、每一位“中國傳感器人”要努力，中國的傳感器一定會在“世界的于無聲處響起一片驚雷”!