剑桥大学走出的中国科技精英：我们也能做出世界级的MEMS惯性传感器

是标准的"80"后，1986年出生在山东。2006年，在首批"国家大学生创新性试验计划"资助下，进入"北京大学微米/纳米加工技术国家重点实验室"，从此与微机电系统技术研究结下了不解之缘。

"高新技术的发展必须面向产业，面向世界提升核心竞争力。"对于科研工作，邹旭东有着自己的理解。因此，他在读博士时就要求自己一定要做面向应用的研究，唯有如此，科技上的发展与创新才能实现其固有价值。从博士到担任研究员工作，邹旭东对于"面向产业的技术研发"有着自己的深刻体会。他常说，学术上的创新往往源于应用实践，只有在实践中发现问题、研究问题，才能更好地通过研究产生学术成果。因此，取得成果不能完全依赖研究的前沿性，还必须注重与应用实践的结合。

MEMS是20世纪80年代末出现的一种战略性高新技术，引起各发达国家的广泛关注，近年来更是形成全球化的产业。随着新一轮技术革命浪潮的兴起，以微传感器、执行器为代表的MEMS技术应用迎来了更广阔的发展空间。MEMS加速度计是最早实用化的MEMS技术成果之一。然而，现有的产品普遍精度较低，少数高精度MEMS加速度计产品受制于传感原理的限制，难以满足特定应用的需求。在英国的那些年中，邹旭东一直从事基于谐振式传感原理的高精度MEMS加速度传感器的研发工作，针对如何提升谐振式微机电惯性传感器测量精度的核心问题设计了一系列高精度微机电加速度传感器，并以此为核心研发了高精度微型测振仪和微型相对重力仪，用于实现对低频、准静态的加速度信号进行精确的立体测量。

"我的这项研究主要是为满足油气行业对分布式井下局域重力场数据获取的需要，要求仪器设备能够在生产井的环境下正常工作。因此对仪器的体积大小、抗震能力、耐高压高温能力等多个方面具有严格的要求。"邹旭东说。

经过反复的尝试和实践，他运用完全自主开发的"谐振传感单元、惯性力耦合-放大器与支撑结构联合设计"方法，在保持传感器的微机械结构体积基本不变的情况下，显著提高了谐振式微机电加速度传感器的灵敏度，为实现高精度测量提供了保证。

邹旭东坦言，在研究过程中曾遇到过很多困难。那时候，他常常是边琢磨，边实验，设计方案不行就想方设法改变，凭借着不懈努力向最终的目标挺进。至今他仍记得在2012年冬天面临的困难--面向应用的科研项目对技术和时间节点的要求很高，而当时正值圣诞节前夕，很多人都准备度假，就在这样一个特殊的时间点上，年终项目要进行中期测试。只有通过测试证明技术的可行性，研究项目才能获得下一阶段的支持。而当时由于合作代工厂的工艺问题，导致收到传感器核心芯片的时间比计划晚了近两个月，可项目的进度必须要保证。面对仅剩不到一个月的时间节点，邹旭东和助手从测试样机的壳体加工，到器件的封装、测试、组装，忙到了几乎没有休息时间。

关键时候，导师前来帮忙。与往日的方向指导不同，导师拿起了电焊、螺丝刀，无论有多琐碎的事情都一一上手。就这样，从吃住到工作，导师都和大家在一起，最终在限定时间内完成了测试，研究项目得以按时完成。

这次经历带给邹旭东的不仅是感动，也让他感到了团队的力量。到2014年时，他带领团队研发的首批高精度微型井下测震仪和微型相对重力仪样机，在外场试验中实现了连续稳定的高分辨率加速度测量和超过3000米距离的信号传输，实测传感器的各项指标均达到设计要求，加速度分辨率在0.1-100Hz范围内均好于1×10-6m/s2/Hz1/2，对准静态加速度信号的最小加速度分辨超过50ng，其对1Hz以下加速度分辨率和线性动态范围两项指标均超过了Sercel公司和壳牌石油与惠普公司开发的高精度电容式MEMS加速度传感器约1个数量级，从而成功研制出了一种小型化、低功耗并能够在油气勘探钻井环境下对局域重力场分布实现高精度测量的传感设备。

而邹旭东并未满足于此。他始终坚持，应用才是产品实现价值的最大体现，为实现高精度谐振式微机电加速度传感器的批量生产，他与微机电系统芯片代工企业Silex Microsystems公司合作开发了一套基于8英寸硅片的先进微加工工艺流程及相应的设计规范。在此过程中使用了包括多层SOI硅片键合、大深宽比各向异性刻蚀、全硅通孔连接和全片真空封装在内的多项先进工艺，还先后攻克了同时精确制备毫米级与微米级微机械结构、消除TSV电学寄生效应与残余应力和全片多层键合真空封装等关键技术。最终采用该工艺流程生产的加速度传感器芯片成品率超过95%，真空封装年漏率小于万分之一，初步达到批量化生产的要求。

邹旭东的这一研究获得了英国技术战略