电场传感器在使用过程中，需要测量两个方向上的电场强度，因此其灵敏度较高。

一般的电场传感器包括压阻式电场传感器、压电式电场传感器和电磁感应式电场传感器等。

压阻式电场传感器结构简单，成本较低，但灵敏度不高，一般需要外加磁场来增强其灵敏度。电容式电磁场传感器具有响应速度快、精度高和动态范围宽等优点，但对磁场不敏感。压电式和电磁感应式电场传感器均为压阻式，结构简单，灵敏度较高且具有很宽的工作温度范围。

本文对四种主要的 MEMS电场计进行了介绍和比较，重点对压阻式电场传感器、电容式电场传感器和电磁感应式电场传感进行了比较分析。并指出了其发展趋势。

研究背景

MEMS技术是当今的研究热点之一，其在多个领域得到了广泛的应用，其中电场传感技术作为 MEMS的重要应用之一。

传感器原理

压电式电场传感器由压电材料构成，主要有金属箔片、金属板和金属丝等，金属箔可制成圆形或方形，具有较好的抗弯曲能力。压电材料的等效电阻与电压成正比，在施加电压后可将其变形为一个电阻值。

当施加在金属箔上的电压足够高时，就会产生一个机械信号。该信号可用于检测施加在金属箔上的电压大小，从而确定两个方向上的电场强度。压电传感器中还设有一个与之等效的电容元件，该电容元件会随时间变化并产生相应信号。在电路中设计了一个电流传感器，来检测电路中的电流大小，并将该电流与传感器的输出电压进行比较，进而确定电场强度大小。

结构设计

压阻式电场传感器的结构设计主要是根据测量的电场大小进行选择。压阻式电场传感器主要有三种类型：等面积型、等压型和差压型，一般采用差压型结构。压阻式电场传感器的核心部件为膜片，上有两个电极，如图4所示。在电极之间设有一个缝隙，的大小直接影响到电极的尺寸，这也是影响其灵敏度的一个主要因素。此外，为了满足不同的电场测量需要，可以在薄膜上引入不同形状、不同大小和不同数量的电极，以满足不同情况下的测量需求。

芯片工艺

MEMS芯片的工艺对传感器的性能有很大影响，目前在微机电系统（MEMS）领域，已经提出了多种 MEMS制造工艺，包括硅基薄膜技术、硅基半导体技术和 CMOS技术。MEMS制造工艺一般包括：光刻（Laser）、刻蚀（Etching）、化学机械研磨（CMP）、扩散（Diffusion）、薄膜沉积（Thinfilm Layer Deposition）和微机械加工（micro-manufacturing）等。MEMS制造工艺具有制造精度高、成品率高以及环境影响小等优点，但其制造成本相对较高。

传感器测试与验证

传感器的测试通常采用电容式电场计，通过测量电荷在传感器中的分布来计算电场值。可用于检测电场强度或通过比较测量结果来确定测量结果的可靠性。

MEMS压电式电场传感器主要采用的是电容式电场传感器，其原理是将电荷作用在电容上，通过改变电容器的电容，可使输出电压变化，从而达到测量的目的。但压电式电场传感器有两个缺点：一是制作工艺复杂，二是制作成本高。电磁感应式电场计具有测量精度高、稳定性好和灵敏度高等优点。