MEMS 热式器件按功能可分为热式传感器和热式执行器两大类，热式传感器主要包括热式流量传感器、差压传感器、热式气体传感，热式执行器包括热膨胀执行器和焦耳热执行器。
热式流量传感器原理是利用流体流动对热源的热传导或热对流效应测量流量，常见的为恒温差法，在流道中设置加热元件（热源）和温度传感器，当流体流动时，热源的热量被带走，通过调节加热功率使热源与流体的温差保持恒定，加热功率与流量成正比。差压传感器是利用压力差引起的热对流或热传导差异测量压差，与热式流量原理相似。
图 热式流量传感器原理示意图
热式气体传感器，包括金属氧化物式，催化燃烧式和热导式。金属氧化物式传感器是基于金属氧化物半导体材料的气敏特性开发的一类传感器，核心原理是利用气体与金属氧化物表面在一定温度下发生氧化还原反应时，材料的电导率或电阻值发生变化，从而实现对气体的检测。催化燃烧式气体传感器原理是可燃气体在催化层表面燃烧释放热量，加热元件温度升高，通过电阻变化检测燃烧热，应用在甲烷、丙烷等易燃易爆气体检测。热导式气体传感器是利用不同气体热导率不同，当被测气体流经加热元件时，热导率变化导致元件温度变化，通过电阻（如铂电阻）检测温度变化量，应用在混合气体成分分析（如 H₂、CO₂浓度监测）。
图 MEMS金属氧化物气体传感器和热效应
热膨胀执行器是利用双层结构（如硅-金属复合层）受热后因膨胀系数差异产生弯曲变形，驱动微机械结构运动，如MEMS阀门和MEMS开关。焦耳热执行器通过电流通过电阻产生热量，用于微加热、 MEMS 热泡式打印头或化学反应加热。
图 热发泡喷头芯片
MEMS热式器件的性能高度依赖材料的热导率、电阻率、耐高温性和兼容性，常用材料包括金属及金属合金材料，如Pt、W、NiCr、NiPt和半导体材料如多晶硅。金属Pt具有高电阻率、耐高温、抗氧化性强，常用作标准加热材料，加热温度理论可达 600℃以上，常用在400°C左右。金属W高温下电阻率稳定，TCR 略低于 Pt，适用于高温场景，最高加热温度可到1000°C。合金NiCr典型成分为 80% Ni+20% Cr，最高加热温度600℃，高温下 Cr 易氧化，导致电阻漂移。合金NiPt典型成分为 90% Ni+10% Pt，最高加热温度可达700°C，抗腐蚀能力，优于NiCr。多晶硅需掺杂（如 P、B）提升导电性，与CMOS和MEMS工艺完全兼容，根据掺杂浓度，最高加热温度可达800°C，但温度电阻系数受掺杂浓度影响较大，电阻漂移大。在MEMS热式器件中，Pt的应用最高，其次是多晶硅。
那么如何实现加热功能？众所周知，衬底硅是良好的热导体，无法有效聚集热量，因此需要进行结构和膜层设计。第一通过热阻的设计，如蛇形或螺旋形电阻，增加电阻长度，减小芯片面积，第二通过溅射或者蒸发工艺沉积在硅衬底上绝缘层如 SiO₂/Si₃N₄，厚度通常为几百纳米到微米级，第三需要形成悬空结构，通过 MEMS 工艺释放支撑结构，使加热元件悬空（如悬臂梁），减少向基底的热传导，提高加热效率。
图 微加热器制造工艺示意图
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