1、中文 12450 字 国防上的穆尔法律： 一个基于矽微型悬臂的智能传感器平台 摘要 急需 为发展存在廉宜的 ,高度地选择的 ,和极端地敏感的 传感 器帮助 打击恐怖主义。 如果这样的传感器可以被制造 成 极其小的规模 ，他们可能在实际上任何形势里 被 部署 。 恐怖分子有多种潜在代理和交付 ，这样意味着 从中选择 化学，生物学， 传播学 ，或者爆炸攻击 。 检测恐怖分子武器已经成为 一项复杂和 昂贵的 工作 ，因为 目前需要众多传感器平台 去 发现不同类型 的 威胁。 能集中生产和有效部署出一种能查出一系列威胁的单一传感器是 赢得这场反恐怖主义战争 的根本 。 基于硅的 微型电子悬 臂 传感器
2、 代表了一种能 与恐怖主义作斗争 的 理想的传感器平台 ， 因为这些微型传感器是廉价的并且可以被部署在任何地方 。 最近， 这种 高灵敏性 的 微型悬臂 传感器已经被 用在各种各样的威胁的侦查中 。 因此， 这 种 要求为单 一 微型传感器 平台的需求已经被认识，并且 实现 这种 综合 、 广泛 、 可部署 的微型 传感器 是几乎 可能 的 。 关键词 化学， 生物学， 传播学 ， 爆炸察觉 ， 国防 ， 微型悬臂 ， 微型电子 ， 悬臂传感器 ， 恐怖主义 。 I 介绍 恐怖分子 有 超过法律 的 巨大的经济优势 ，正因为这样， 很多次，发现 恐怖分子威胁比部署恐怖分子威胁 更昂贵 。 例如
3、，一个天然爆炸设备能在 飞行过程中破坏一架飞机 。换句话说 ，在飞机场部署的当今的爆炸察觉技术是昂贵的并且需要操作者 的时刻 注意 。那些 象征性的价钱和努力 也可能 进行 的化学制品或生物攻击 甚至可能未 被 留意直到伤害的人们开始在医院出现 。 在核 的角度 上，使用一枚 涂有 放射性物质 的常规 炸弹，是 其他 可能 的 威胁 。 即使个人 对于 威胁敏感的察觉可能 对于 目前 来说是 可能 的 ， 但是 这样的技术 / 传感器系统是庞大，昂贵的，并且需要费时的程序 。 此外，多次威胁的察觉需要使用基于不同的技术 / 传感器平台的多种专业的仪器 。 因此，在传感器技术方面的一种范例变化需
4、要与反 对 恐怖主义作斗 争 。 最好，国防需要一个有下列特点的传感器系统 ：1) 同时和迅速能发现多次威胁的一个单个传感器的平台 ； 2) 一 个 廉价，微型和可以被部署 在任何地方的坚固的传感器系统和数据传输 ；和 (3)联网的内置遥测术 . 但是没有可 利用 的技术满足这些条件 . 不过，基于 微型悬臂传感器 的新兴的传感器技术 能 满足这些条件 。 这样的微型传感器可能被有效地使用 在 任何地方 例如 飞机场，海港，公共大楼等等 ， 为这些静态建筑提供战略性的保护 。 在多种领域方面的技术 进步 ，包括计算， 交互 化学和遥测术，已经足够 成熟 被 合成为 微型悬臂 传感器技术 。 因
5、此， 微型悬臂 传感器平台 为这种 传感器技术方面 的 革命 得到平衡 。 例如，提出传感器技术可以与 20 世纪 60 年代内计算机 的 地位相 提并论 ，任何计算 被 限制在少数的巨型计算机 内 。 但是在穆尔里被简明表示的硅革命 已经 能够广泛使用在 计算机 。 目前，昂贵和庞大的察觉系统 已经很少的被 部署 在战略性位置，例如飞机场 。在传感器技术方面的一次类似革命可能 使 数百万对智能化，微型的传感器的部署 在 一个基于 微型悬臂 的传感器平台是可能的 。 除反 对 恐怖主义战争外，这样的一个传感器平台将 被应用 在医学诊断，法律实施，地雷察觉，环境监控和很多其他应用过程中 。 因此
6、，主要问题可 能是如下，说明：需要 能 使用微型，廉价传感器 迅速对 复杂混合的大量多种威胁 踪迹的察觉 的技术 。 我们讨论对用传感器阵列达到这个目标的研究 和 当今的地位并且指出 给 微型悬臂 传感器提供了一个合适 的 平台 。 应当指出这篇文章没打算是一篇全面的回顾文章 。 我们将短暂评论传感器阵列的当今的地位并且参考在 微型悬臂和其他传感器技术上的文件 。 我们的意图是指出基于 一个 微型悬臂 传感器平台 用于国防的可能性 。 II 同步和迅速侦破 在 刚刚 过去的 二十年 里 ， 我们一直在研究开发基于 阵列的传感器的 的“电子鼻” 。在 1982 年， 皮特 和 多德首次发表了一份
7、关于现代 电子鼻，试图模仿的嗅觉系统 ：他们指出哺乳动物的嗅觉系统基于宽 转动的感受神经细胞 ， 并且嗅觉系统的 特性 区别是整体上的系统的特性 。 对 于 特定 的有气味物体， 嗅觉受体 是非 高度选择性的 ； 每个感受器 能响应多种有气味物体 ，并且很多感受器对任何规定的 物体都能 作出反应 。 模式识别方法被认为是嗅觉 信号处理的 主要方式。 电子鼻技术的基础上广泛使用同一概念调整多种传感器 。 这种做法 的优势是同时 检测各 种 分析 的能力。 到目前为止，几个可能的传感器阵列平台已经 在 被研究，作为电子鼻子 的 候选， 包括 那些 基于金属氧化物 ， 导电的聚合物，光纤，电化学，和
8、声音 的波传感器。 加德纳和巴特利特详细描述这些传感器技术 。 多种统计和神经网络技术已经被应用处理源于传感器阵列的数据 。 最早应用基于电子鼻传感器阵列是对 气味的评估和用于工业数据处理 ，这个并不奇怪 。 传感器阵列已被证明是成功的 ,这其中最令人感兴趣的应用是依靠变动传感器阵列响应模式 来进行 质量分析 。 基于传感器阵列的商业证书适用于这些应用 。 在这些应用过程中的通常使用的传感器技术是金属氧化物 ， 聚合物，和声音 表面声波 传感器 。 金属氧化物传感器是庞大的，但是他们有 每平方米 1000000 水平的敏感性； 传感器与聚合物进行小型低功率 消耗 ,但一般的敏感程度 比 金属氧
9、化物传感器低 ； 传感器从 涂层 得到他们的蒸汽检测功率并且能 从 有时候可以歪曲 ， 涂料的粘弹性的特性的变化 来 识别吸附的蒸汽， 。 然而 ,发现微量的烟雾混合物 总量 尚未成功地实现传感阵列 。 几乎所有的传感器阵列研究到现在已经用传感器探测范围水平达到或接近 1百万分率 ,最高约在 12个传感器阵列 。 好察觉敏感性和高 质 量 的 传感器每阵列可能需要 在 复杂的混合物内 取得踪迹察觉。 最近的一项研究得出的结论是 ,增加了大量传感器性能没有大幅提高混合物的分析 ；最多 6 台传感器被在阵列里使用，并且为零部件蒸汽在阵列里使用的锯 传感器的检测极限在低的 1 平方 。 而且，已经注
10、意到在人 类里 有超过 1000 种嗅觉的基因和在一个狗鼻子里的超过 1 亿个嗅觉的细胞 。 相信 微型悬臂 传感器可以提供高灵敏 度 和 在 一 阵列 里 用 更 多的 单个 传感器的能力，如此使在复杂的混合物里的踪迹蒸汽的察觉成为可能。 这种高灵敏性 微型悬臂 传感器起源于 大量固有表面 集成 的 微 观物体 。 因此，一台 基于为信号 传输而表面相互作用 微型悬臂 传感器预计 能 在敏感性方面 提供巨大的 扩展 。 过去十年 里集成电路技术的迅速发展 ，已经在硅或者补充的金属氧化物半导体上起动化学传感器的制造 。 基本上二维集成电路和化学传感器 结构以结合石印处理，薄膜，蚀刻，散播，并且
11、氧化台阶被最近延长进第 3 尺寸使用微型机制或者 微型悬臂 技术一结合的特别 特殊 ，蚀刻停止，以及牺牲层 。 因此， 微型悬臂 技术提供极好的方法达到化学传感器的其他关键标准， 例如设备，低功耗并且还有低成本的批捏造的微型化。 目前，两台基于 CMOS 技术的 微型悬臂 传感器正被研究，弯曲的盘子波 (FPW)传感器和微悬臂的传感器。 FPW 传感器对更多的公用草地在很多方面相似看见和 QCM 传感器， 并且它能监控在一层薄层上吸收的群众在传感器上沉积 。 它已经在最高的测量的敏感级显示高的 每 1000000000000 平方米 (ppt)水平的察觉敏感性 。 另一方面， 微型悬臂 传感器
12、有另外的察觉方式，包括这种非常敏感的弯曲的方式， 利用这高表面把收集成卷比率的这 微型悬臂 传感器元素和在在第 III 部分讨论时，经常展示附属察觉敏感性。 III. 微型悬臂 传感器 在 1994 年，研究人员观察用原子力量显微镜学 (AFM)使用的 微型悬臂 对外部物理和化学影响敏感 ， 指出弯曲的可能的用途，频率为化学制品感觉等等用 微型悬臂 移动在热量热学方面指出应用。 从那以后，全世界的研究人员一直报告为检测使用 微型悬臂 各种各样的物理，化学，生物 学，和 传播学的 影响 。 图 1. 扫描一套的电子显微镜图象不同的大小和形状 悬臂 。为比较 , 人发被显示 出来 。 微型悬臂 是从硅或者其他材料微机械加工的微型板。 这种长度这些经常在 100 范围内 -200 米，而那些厚度分布在从 0.3 到 1 米的范围内 。 (在人嗅觉的系统里注意到那是有趣的，有香的分子的小屋的相互作用的场所在 像头发一样长的 发生，到 200 米长并且为气味提供增加的表面面积感觉是 .) 高灵敏性的关键的那些 微型悬臂 在这巨大表面把
