体积无感、侦测有感—传感用的微机电元件技术与发展趋势
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传感元件早期应用在美军单位，做为军事侦防与情资蒐集等用途。随着科技进步，传感元件的体积得以微缩、测量精度越来越准确，其用途也越来越广，包括环境与气候监测、交通运输、公共设施的维护等公共领域；在各行各业如工厂安全、仓储管理、果园虫害防治等领域的应用也很普遍。而移动设备的流行，更引爆了传感元件市场的大肆应用…
传感元件从早期的类比电路时代，进化到后来的搭配数码电路时代，再进化到微机电(MEMS)时代，透过制程技术的提升，让体积不断缩小，从原本的独立元件，进化到可以整合多样功能，并嵌入到其他类别的芯片产品内，成为多功能的系统芯片，应用在各种领域。
第一代的MEMS传感元件，主要是以数码处理的矽架构微芯片为主，其内部偶尔会整合Amp(Analog Amplifier；类比放大器)。第二代微芯片开始直接整合了Amp和ADC(Analog-to-Digital Converter；类比数码转换器)。到了第三代朝多样化功能发展，不只涵盖了Amp、ADC，也加入线性化的数据情报与温度补偿电路，以降低因温度与环境所造成的传感误差。而如今第四代的MEMS传感元件，属于第三代产品再加入记忆储存单元，以存放校正与温度补偿的参数，让传感结果更加精确。
移动设备流行 驱动MEMS大量成长
传感元件的应用范围非常广泛，一般可分成家用、商用、车用、军事用、工业用、医疗用等场域。特别由于移动设备的全面普及，进而带动了MEMS传感元件的爆发性成长。
以家用或商用产品来说，在游乐器方面，任天堂Wii首度将体感技术带入家庭，引领后续微软Xbox 360与Sony Playstation等相继推出体感装置，进而带动体感游戏的流行。随后智能手机、平板电脑等移动设备的市场大爆发，驱使MEMS市场的需求量激增。而PC从Windows 8操作系统开始纳入各式传感装置的支持，使PC也具备如移动设备具备位置、温度、光感应等各种传感应用。
这些科技产品的内部，皆内建多种MEMS传感元件，包含物理传感类的6或9轴惯性(Inertial)传感元件，包含磁力计(电子罗盘)、加速器、陀螺仪等等，能够侦测物理运动状态，做到移动传感、装置控制、运动计步、振动感应等体感或受环境外力的传感能力。
光学传感类则包含: 近接(proximity)、环境光源(ambient)、或应用在镜头的传感上，做为亮度调节、拍照、光学识别(如脸部识别、指纹识别)。至于高端的产品，开始内建像是温度计、湿度计、气压计、高度计等环境类的传感元件，以利户外使用或专业运动员做参考。
各式MEMS传感器的种类与整合应用
EMS的传感元件可分成许多种类：有声波用的像是音讯传感器(如麦克风)、超声波感应器(测距、障碍检测、甚至体感控制应用)。有控制与监测专用的像是触摸式传感器(可应用于工厂触控式开关)、电流？电压感应器(侦测电流？电压是否有超过范围)、磁感应计(侦测3轴磁场感应，并定位北极方向的功能)与加速感应器？陀螺仪(该元件通常整合此两种功能，具备6轴惯性运动传感，应用在动力、震动等各种控制与侦测反应等应用)。
在环境侦测用部分，则有红外线热能感应器？模块(人体体温感应灯具、玩具、火灾侦测、安防、工业自动化控制)、红外线侦测仪(测距、障碍检测)、烟雾侦测器(以光电或红外线原理的消防安全侦测与控制)、液位？流量感应器(侦测水位？流量)、近程传感器(可侦测设定范围内是否有物体接近，或设计成近接开关，可应用在各种工业自动化环境)、温湿度传感器(传感特定场所的温度与相对湿度)、压力感应器(应用在各种气压、水压等侦测)与气压计？高度计(可应用在运动产品或智能手表等室外使用或工作环境)。
以上的各类型传感器，有纯传感IC(Sensor IC)的产品，可以搭配Breadboard万用板(俗称面包板)来设计各种不同传感需求的电路模块。有些厂商则提供专属的传感模块(Sensor Module)，搭配上Arduino平台来设计各种传感与电子控制系统。例如Google Nexus 4/7、Samsung Galaxy S3等手机内建的InvenSense MPU6050 (6轴陀螺仪+加速器)动作追踪IC，就可再搭配3轴的电子罗盘IC，建构出9轴的动作感应子系统，应用在移动设备、自动化控制、工业应用领域上。
生物医学传感器 科技产业也投入
在医疗领域里，也有研究单位结合了电子技术，开发出各种传感器。以常见的「生物传感器(Biomedical Sensor或Biosensor)」，就是一种对生物物质敏感，且能将其浓度转换为电信号来检测的仪器。其原理是结合生物要素与物理化学检测要素，将被分析物放进该检测装置，以分析出其生物特性，其应用领域扩及到环境监测、医疗卫生和食品检验等等。
生物传感器包括三个部分：1. 敏感的生物元件(即生物体机能性膜，如酵素、微生物、小器官、组织、细胞、抗原、抗体)；2. 连接二者的信号转换器？换能器(即感应产物，如分子、离子、电子、光能、热能、气体)；3. 检测元件(如基质、酵素、辅酵素、抗原、抗体、激素)。
而生物传感器的设计上，又可分成: a. 电化学(Electrochemical)生物传感器；b. 半导体离子传感器：ISFET(Ion Sensitive Field Effect Transistor；离子选择性场效晶体管)；c. 光纤(Fiber-optic)生物传感器；d. 压晶体管(Piezoelectric quartz crystal)生物传感器等4个种类。在市售的生物传感器中，最普遍的就是「血糖传感器」(Glucose Sensor)。
再来像是脑电图(EEG)、心电图(ECG)、肌电图(EMG)等传感应用，也延伸到科技业。脑电图(EEG)传感器主要用来传感我们的大脑活动，透过记录与分析脑波方式，能够帮助了解心智活动。并透过训练来即可减轻压力、改善记忆力、增加专注力，最后达到以心智来控制各种装置，达成心灵控制。在商用的EEG产品中，有Neurosky(神念)的EEG headset(脑电波耳机)与InteraXon的MUSE EEG(脑电图传感头带)，就是轻巧型的穿戴式脑波传感器。
而心电图(ECG)传感器，其可以应用在心率传感上，记录心跳侦测之用。可应用于医疗用途，亦可用在运动训练、健康保健等场所。当今许多商用的ECG产品，像是心率带，就可搭配蓝牙手表来使用。此外也有直接内建心率传感器的穿戴式产品。例如MioGlobal的Mio Alpha手表、Adidas的miCoach SMART RUN心率表、Samsung Gear 2？Fit？Live智能手表？手环等产品。搭配健康教练软件，即可达到自我锻链、健身塑身的目的。
再来是肌电图(EMG)传感器，可透过神经及肌肉的电生理特性，以电流刺激神经，以记录其运动和感觉反应波，以辅助诊断神经肌肉疾患的检查。如今科技业也有透过EMG开发出体感控制的产品，例如微软就发表其EMG控制器，透过侦测肌肉的肌电活动与反应，来发出控制命令，以进行游戏或控制电脑。而Thalmic Labs的MYO控制手环，亦是采用EMG信号来达到控制各项电子设备。
如今医学用的传感器，已从穿戴式(Wearable)朝可植入式(Implantable)来发展，能够应用在慢性病监测与治疗等用途，搭配无线传输模块与云端整合，便可达到线上医疗与照护的目的。这类植入式感应器，不仅体积要更小更省电，且在材质的使用上必须不伤害身体才行，相信这对MEMS业者将是一项重大挑战。
