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- 536期－微機電系統的應用（8月號）
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2014-08-01一手掌控的未來革命 微機電系統的發展與應用
536 期
Author 作者
曲建仲／任職美商德州儀器公司。
利用黃光微影、摻雜技術、蝕刻技術、薄膜成長等半導體的製程技術，製作微小的機械元件（如微夾頭、微馬達）、光學元件（如微透鏡、光柵）與電子元件（如CMOS），並且將所有元件整合成單一的系統製作在矽晶片上，稱為微機電系統（microelectromechanical systems, MEMS），歐洲將這種技術稱為微系統技術（microsystems technology, MST）。微機電系統最大的優點在於它的製程與半導體製程相容，可以將前述元件整合在單一矽晶片上，達到微小化的目的；目前已經可以製作尺寸小於100 nm（奈米）的元件了，因此也有科學家將這種技術稱為奈機電系統（nanoelectromechanical systems, NEMS）。
微機電系統的核心技術與元件
微機電系統（MEMS）包括微小技術、系統技術、材料效應等三大核心技術，可應用在微致動器與微感測器等不同領域，同時需要訊號處理器來進行控制與協調，其關係如圖一所示。
圖一：微機電系統概念圖。
微機電系統的應用層面
微機電系統應用的範圍極廣，甚至許多都演變為非常成功的商品，以下就列出幾項相關的應用來說明：
醫學藥物：當我們胃部不舒服時，醫生常常會替我們做胃鏡檢查，胃鏡其實是使用一根與手指粗細相當的內視鏡，由食道放入我們的胃部，內視鏡前端是CMOS影像感測器，可將胃內部的影像訊號傳送到外面的顯示器來觀察胃內部的情形，將這麼粗的內視鏡放入食道很不舒服，相信照過胃鏡的人一定有深刻的體會。目前已經有廠商成功利用微機電製程技術製作出微小的影像感測器，大小與藥用膠囊差不多，使用的時候只需要吞服即可，完全免除痛苦，膠囊最後會隨著糞便排出。這種「膠囊內視鏡」目前已在實用階段，可是價格很高，國內很少使用，若未來價格下降則很有機會取代傳統胃鏡。但膠囊內視鏡如果無法控制影像感測器的方向，可能會找不到醫生想看的地方，該怎麼辦呢？別擔心，更新一代的膠囊內視鏡在末端有類似魚鰭的「微致動器」，可以讓膠囊像魚一樣在胃裡游來游去，厲害吧！
生物技術：相信大家一定都還記得2003年席捲全球的嚴重急性呼吸道症候群（severe acute respiratory syndrome, SARS）吧！要防治SARS最困難的便是如何分辨感冒病毒與SARS病毒，由於要分辨這兩種病毒必須經過許多儀器分析，花費數天的時間，因此常造成疫情擴散，解決的方法便是使用微機電製程技術製作出微小的生物晶片（bio chip），便能在幾個小時內分辨出病毒的種類。此外，2001年美國發生的炭疽熱細菌攻擊事件，恐怖份子拿麵粉當作是炭疽熱細菌，郵寄到美國政府各大機構造成全國恐慌，由於兩者外觀相似，如何分辨麵粉與炭疽熱細菌，也需要經由儀器分析且相當耗時，因此仍需仰賴生物晶片解決。目前生物晶片的製作技術尚不純熟，所以沒有真正可用的商品上市，但未來必定是很重要的發展方向。
汽車工業：微機電系統應用在汽車上最成功的商品就屬安全氣囊了。由於體積與價格的受限，當微機電製程技術開發出「微加速度計」，取代早期安全氣囊中的感測器後，才使得安全氣囊成為所有汽車的基本配備！文後會有更詳盡的介紹。
環境保護：還記得幾年前日本發生在地下鐵車站的沙林毒氣攻擊事件嗎？當恐怖份子在地下鐵車站施放毒氣時，我們如何知道呢？……【更多內容請閱讀科學月刊第536期】