奈米技術研究領域為「介觀（meso）尺度世界」，所發展的科技產品之關鍵尺寸或形狀精度通常位於100nm~1nm範圍。奈米（nanometer；nm）是一計量單位，定義為「十億分之一公尺」，一個奈米長度約為十個氫原子並排在一起的寬度。奈米科技早於1997年即被美國時代（Time）雜誌評選為21世紀十大科技之一；利用奈米技術不僅可突破現有半導體製程技術的瓶頸，開發出更細微的機器元件，且由於奈米尺度下物質特性的變化，可創造出許多神奇的新結構／新材料。美國國家科學基金會NSF曾預估，至2015年全球奈米市值應可達1兆美元，顯示奈米技術之應用將為本世紀最重要之產業發展趨勢。

然而，在現實世界許多應用產品並未及或尚不需要到奈米等級，而許多微米級產品已在市面上銷售。基於電子資訊產品一再追求輕薄短小之趨勢，機器元件能達到微米領域（100mm以下）已成為當今產品發展的重要目標；而使產品小型化的微機電系統（MEMS）技術，各先進國家早在20年前即已著手研發工作。微機電系統包含二大技術部份，電子部份專責訊號與處理；微機械部份則包括微結構與微致動器的設計製造。由於MEMS技術包含利用IC相容批次加工技術製造的電子與機械零件，在半導體技術普及的帶動下，近幾年微機電製程的技術發展亦漸趨成熟，並邁向商品化階段，如原超精細製程所製作的高價感測器與致動器等產品可望因此而大幅降低售價。

由於MEMS元件發展已有商品化之雛形，而Nano技術仍在研究階段，市場發展不若MEMS具體，因此本文就微機電技術之應用與發展作一概略性之介紹。

微機電系統技術發展現況與研發方向

微機電系統係於1960年代對積體電路之材料及製程的研究而發展，當時的理念僅在於如何將電子電路微小化，而在溫度和壓力感測器相繼進入市場後，MEMS技術便開始穩定成長。1970年代中期後，由於微加工蝕刻(etching)技術有所突破，進而使得矽晶感測器得以量產，因此，各式微小的消費性電子產品逐漸走入家庭，產業發生重大革命。

1980年代時期，面型微加工技術(surface micro- machining)成功發展，新型的微感測器（micro sensor）如流量計和加速規也量產化進入市場。接著在1980代末期和1990年代初期，陸續成功研製出微零件和微致動器，因此微機電系統的發展條件漸趨成熟。

雖然1960年代已開發出MEMS元件，但直到90年代後MEMS產品才真正商品化，首先發展的應用市場為相當普及的汽車如安全氣囊上的加速規，醫療領域也略有研究，進而在工業用途上也逐漸應用MEMS產品，如應變規等。到了90年代後期，MEMS技術朝向商業及消費性產品發展，並再次與生醫技術結合發展，隨即應用於21世紀初蓬勃發展的通訊產業。至2002年，應用市場再次回到汽車及醫療儀器領域。

觀察MEMS應用市場有一循環性，吾人可預測近五年內MEMS將在工商業用途、消費性產品、醫療器材方面均有突破性的發展，估計2006年MEMS元件市場規模將可成長至2002年的二倍以上。

各國投入研發情形

為了達成微機電系統功能強大卻價格低廉的夢想實現，各國政府如美國、日本、德國等，都投入了大筆的研發經費來支持微機電系統技術的研發。美國政府方面對 MEMS的研發資助，主要是由National Science Foundation、National Institute of Health和Advanced Research Project Agency等機構負責。日本則是全球首先將微機電系統的研發列為國家型計畫，原通產省與科學技術廳自1991年起持續十年資助成立Micromachine Center（MMC）並進行相關研究計畫；德國則有The Germany Ministry for R&D Technology，於1991年到1999年期間投入大幅資金於微系統技術（Microsystem Technology）的研究計畫：我國則於1997年起相繼於工研院、中科院等單位研究微機電關鍵技術與元件製作，目前更預計將國內相關科專計畫整合於南部工業園區示範專區中；此外，自2003年起微機電技術納入「奈米國家型計畫」中以繼續推動該技術發展，引導產業走向創新、活化並與相關產業連結，以強化國家競爭力。

雖然「微機電系統技術推動委員會」成立至今不過七年，但在政府的推動下，工研院、中科院、各大學院校（如台大、交大、清大、成大、中央大學、淡江大學、雲林技術學院等等）率先投入研發，如成功大學已成立微機電系統研究所，國科會亦於北、中、南三地成立微機電研發中心，其中南部微機電研發中心即設在成功大學。目前超過廿家業者已設立據點從事相關製程與產品的生產與設計，其中以華新麗華、亞太優勢、倍強、大毅科技、微邦科技、新磊等公司最具代表性，相關業者則高達40家。

各國研發之重點技術

在主要國家發展微機電系統的重點技術中，美國以應用於汽車、醫療、工業控制、消費性電子居多；日本以通訊與資訊、醫療、微小工廠、維修機器人、消費性電子、精密加工等應用領域為主；歐洲則以製程、工業控制、醫療、環保、汽車、通訊與資訊為主；韓國則偏重於汽車、資訊與通訊、工業控制、消費性電子、醫療等；中國大陸則以應用在汽車、家電、資訊與光通訊、生醫領域；台灣則以資訊、半導體、生醫、光通訊為主。

綜觀世界各國在微機電技術應用領域的共通性議題，為醫療與生物／化學上的應用，日本與德國更是對微感測器／微致動器的系統整合顯示高度的興趣，透過積體電路的整合大幅提高微機電系統的功能。目前美國是全球微機電系統領域的領導者，日、德、荷等國則緊追在後。

目前國際研發趨向

MEMS可應用的領域相當多，新近研究方向有醫療領域中的內視鏡、顯微手術、人造器官，航空領域中的人造衛星零件、微飛行器，消費性電子產品中微小化影音設備，量測領域中的微小化測量儀器，製造工業中的微製造系統、製造工廠微小化、微機器人，環保領域的微生物偵測、廢氣偵測，以及光通訊領域中的光耦合器等等。

雖然各國均積極進行相關技術與應用領域的擴展，但由於目前微機電技術尚無標準，致使許多相關元件因此難以量產，產品單價仍嫌過高，因此發展並不如半導體產業般迅速。

微機電系統技術於電子產業之應用現況與趨勢

目前MEMS元件產品的應用市場依產值大小依序分為汽車、PC及其週邊、工業、醫療、消費性電子、通訊等領域。雖目前仍以汽車為最主要應用市場，但由於預期MEMS製程將趨標準化發展，加以無線通訊、光纖網路的通訊領域發展仍相當迅速，PC、消費性電子產品、通訊產業等領域市場需求預期將快速成長，並成為近五年內MEMS最主要的應用領域。以下介紹MEMS在PC、消費性及通訊電子產品市場的發展趨勢。

PC及其週邊應用領域

PC（含桌上型電腦、筆記型電腦）及其週邊為MEMS的第二大應用領域，約佔MEMS市場規模的26％。2001年PC及其週邊所使用到的 MEMS元件約為2.74億顆，共值10.4億美元，估計PC市場規模在1.3至1.5億台之間，不過由於市場趨近飽和之故，2002年市場成長略為減緩，市場規模僅發展至2億台左右，預期因延後消費之故，2003年後成長率會逐漸回升，因此預測2006年MEMS PC應用市場需求將成長至25.5億美元左右。

PC及其週邊所使用MEMS的元件主要為噴墨印表機中墨水匣的噴墨嘴，估計2001年共售出使用MEMS噴嘴的印表機約4,125萬台，佔全部噴墨印表機的75%，其中八成為一般消費者使用，二成為公司行號機關使用。另一方面，硬碟機（HDD）也使用MEMS元件，為使讀寫頭能高精度地定位與作動，MEMS加速規與致動器是必須的。近來還有業者如Fujitsu Siemens Computers、Cherry等供應商各推出具辨識指紋的PC鍵盤，內建一biometric（生醫辨識器），使該鍵盤有以指紋來取代傳統輸入密碼身分鑑定的功能，不過售價偏高，約220美元，市場尚未能普及化發展。

由於PC及周邊所使用的MEMS元件發展漸趨多樣化，估計未來所使用的MEMS元件單價將明顯提昇，從2001年的平均每顆3.8美元提高到4.25美元。

消費性電子產品應用領域

消費性電子產品目前僅佔MEMS應用市場的1.1％左右，使用MEMS元件的產品，主要有攝錄影機中穩定圖像的陀螺儀、數位電視螢幕中與家庭戲院的 mirror array、電視遊樂器控制器或搖桿中的加速規、PDA滑動螢幕用的加速規、DVD與CD player的光學讀寫頭、數位攝影機與MP3的資料儲存等等。

由於目前MEMS用於消費性電子市場規模仍小，加上興起的數位家電成長迅速，因此預測近幾年市場規模成長速度均在40％以上，2001至2006年銷售值的年複合成長率約為42％。至於銷售數量成長率則在50％以上；在此影響下，消費性電子產品使用的MEMS元件單價將快速下滑，預估將從2001的平均單價21.2美元降至2006年的14.5美元。

通訊應用領域

通訊產業為目前MEMS應用市場中最小的一個領域，2001年還不到1％的MEMS市場規模，僅有3.58億美元。但估計2003年後光纖網路與無線聽筒等發展將日漸普及，預期通訊產業應用市場將成長相當迅速，2001至2006年的複合成長率將高達124.2％，市場規模可擴充到20.3億美元，凌駕在汽車應用市場之上。

肇因於近年來網際網路使用的急速增加，現有通訊網路之容量及頻寬已無法滿足其需求，因為光纖網路具備驚人的頻寬容量擴充能力，而成為目前有線通訊的最佳解決方案。新一代的WDM（波分複）或DWDM（高密度波分複）概念興起，而WDM/DWDM採取的是波長多工，只要將兩端的設備升級，就可以讓點對點傳輸的流量隨著WDM設備的頻道數，大量增加光纖的通訊容量。

在光纖通訊的急速發展下，微機電系統製程技術已成功地切入光通訊元件的市場，同時在DWDM系統上逐漸取代「光－電－光」轉換程序中延遲整個寬頻通訊系統的光電開關元件。另一方面，無線聽筒（含行動電話）的需求亦在快速發展中，而mirror array使用量也因此快速增加。

目前通訊領域所使用到的MEMS元件主要為RF MEMS，包含電感、電容、繼電器、共振器、調變器（modulator）等等；另外光纖網路中的可調變雷射（tunable laser）、可調變光濾波器（tunable filter）、光交換器（optical switch）、光交換連結器（Optical Cross Connect；OXC）、光波塞取多工器（Wavelength Division Add/Drop Multiplexer；WADM）、可調變接收器（tunable receiver）、可變光衰減器（VOA）等。

雖說通訊用MEMS元件市場需求量仍相當少，如2001年僅使用12萬顆MEMS元件，但隨著光纖網路的普及，需求量將會遽增，不過由於2001年光通訊產業發展不如預期，成長速度受到影響，2005年市場規模從原估計的33.15億美元下修為15.23億美元，不過成長速度仍是MEMS各應用領域中最快的。估測2006年需求量將成長至2億顆元件左右，也因此元件單價將從2001年的每顆316.25美元高價快速降至2006年的10美元左右，其中RF MEMS於2006年可達到2億美元的產值，Wirless MEMS 感測器市場需求約為7億美元。

國內業者發展契機

由於我國擁有半導體的產業分工模式的成功運作經驗，而MEMS因其相關技術與半導體相類似，因此在發展MEMS的設計及生產已具備優勢。由於目前台灣經濟發展方向主要著重於IT產業，如資訊、通訊、半導體等，因此MEMS發展宜以現有IT技術產品為基礎並提高附加價值為方向，如PC產業的噴墨印表機之噴嘴，硬碟機磁頭，通訊產業的RF IC，如功率放大器、RF Switch、RF濾波器等。

此外，我國在自動化發展已有多年經驗，且相關機器設備具有國際競爭實力，因此在MEMS感測器與致動器上，應藉由設計與規格標準化來促使有效降低成本，並協助自動化產業升級。

（作者為工研院經資中心研究員）