奈米技术研究领域为「介观（meso）尺度世界」，所发展的科技产品之关键尺寸或形状精度通常位于100nm~1nm范围。奈米（nanometer；nm）是一计量单位，定义为「十亿分之一公尺」，一个奈米长度约为十个氢原子并排在一起的宽度。奈米科技早于1997年即被美国时代（Time）杂志评选为21世纪十大科技之一；利用奈米技术不仅可突破现有半导体制程技术的瓶颈，开发出更细微的机器组件，且由于奈米尺度下物质特性的变化，可创造出许多神奇的新结构／新材料。美国国家科学基金会NSF曾预估，至2015年全球奈米市值应可达1兆美元，显示奈米技术之应用将为本世纪最重要之产业发展趋势。

然而，在现实世界许多应用产品并未及或尚不需要到奈米等级，而许多微米级产品已在市面上销售。基于电子信息产品一再追求轻薄短小之趋势，机器组件能达到微米领域（100mm以下）已成为当今产品发展的重要目标；而使产品小型化的微机电系统（MEMS）技术，各先进国家早在20年前即已着手研发工作。微机电系统包含二大技术部份，电子部份专责讯号与处理；微机械部份则包括微结构与微致动器的设计制造。由于MEMS技术包含利用IC兼容批次加工技术制造的电子与机械零件，在半导体技术普及的带动下，近几年微机电制程的技术发展亦渐趋成熟，并迈向商品化阶段，如原超精细制程所制作的高价传感器与致动器等产品可望因此而大幅降低售价。

由于MEMS组件发展已有商品化之雏形，而Nano技术仍在研究阶段，市场发展不若MEMS具体，因此本文就微机电技术之应用与发展作一概略性之介绍。

微机电系统技术发展现况与研发方向

微机电系统系于1960年代对集成电路之材料及制程的研究而发展，当时的理念仅在于如何将电子电路微小化，而在温度和压力传感器相继进入市场后，MEMS技术便开始稳定成长。1970年代中期后，由于微加工蚀刻(etching)技术有所突破，进而使得硅晶传感器得以量产，因此，各式微小的消费性电子产品逐渐走入家庭，产业发生重大革命。

1980年代时期，面型微加工技术(surface micro- machining)成功发展，新型的微传感器（micro sensor）如流量计和加速规也量产化进入市场。接着在1980代末期和1990年代初期，陆续成功研制出微零件和微致动器，因此微机电系统的发展条件渐趋成熟。

虽然1960年代已开发出MEMS组件，但直到90年代后MEMS产品才真正商品化，首先发展的应用市场为相当普及的汽车如安全气囊上的加速规，医疗领域也略有研究，进而在工业用途上也逐渐应用MEMS产品，如应变规等。到了90年代后期，MEMS技术朝向商业及消费性产品发展，并再次与生医技术结合发展，随即应用于21世纪初蓬勃发展的通讯产业。至2002年，应用市场再次回到汽车及医疗仪器领域。

观察MEMS应用市场有一循环性，吾人可预测近五年内MEMS将在工商业用途、消费性产品、医疗器材方面均有突破性的发展，估计2006年MEMS组件市场规模将可成长至2002年的二倍以上。

各国投入研发情形

为了达成微机电系统功能强大却价格低廉的梦想实现，各国政府如美国、日本、德国等，都投入了大笔的研发经费来支持微机电系统技术的研发。美国政府方面对 MEMS的研发资助，主要是由National Science Foundation、National Institute of Health和Advanced Research Project Agency等机构负责。日本则是全球首先将微机电系统的研发列为国家型计划，原通产省与科学技术厅自1991年起持续十年资助成立Micromachine Center（MMC）并进行相关研究计划；德国则有The Germany Ministry for R&D Technology，于1991年到1999年期间投入大幅资金于微系统技术（Microsystem Technology）的研究计划：我国则于1997年起相继于工研院、中科院等单位研究微机电关键技术与组件制作，目前更预计将国内相关科专计划整合于南部工业园区示范专区中；此外，自2003年起微机电技术纳入「奈米国家型计划」中以继续推动该技术发展，引导产业走向创新、活化并与相关产业链接，以强化国家竞争力。

虽然「微机电系统技术推动委员会」成立至今不过七年，但在政府的推动下，工研院、中科院、各大学院校（如台大、交大、清大、成大、中央大学、淡江大学、云林技术学院等等）率先投入研发，如成功大学已成立微机电系统研究所，国科会亦于北、中、南三地成立微机电研发中心，其中南部微机电研发中心即设在成功大学。目前超过廿家业者已设立据点从事相关制程与产品的生产与设计，其中以华新丽华、亚太优势、倍强、大毅科技、微邦科技、新磊等公司最具代表性，相关业者则高达40家。

各国研发之重点技术

在主要国家发展微机电系统的重点技术中，美国以应用于汽车、医疗、工业控制、消费性电子居多；日本以通讯与信息、医疗、微小工厂、维修机器人、消费性电子、精密加工等应用领域为主；欧洲则以制程、工业控制、医疗、环保、汽车、通讯与信息为主；韩国则偏重于汽车、信息与通讯、工业控制、消费性电子、医疗等；中国大陆则以应用在汽车、家电、信息与光通讯、生医领域；台湾则以信息、半导体、生医、光通讯为主。

综观世界各国在微机电技术应用领域的共通性议题，为医疗与生物／化学上的应用，日本与德国更是对微传感器／微致动器的系统整合显示高度的兴趣，透过集成电路的整合大幅提高微机电系统的功能。目前美国是全球微机电系统领域的领导者，日、德、荷等国则紧追在后。

目前国际研发趋向

MEMS可应用的领域相当多，新近研究方向有医疗领域中的内视镜、显微手术、人造器官，航空领域中的人造卫星零件、微飞行器，消费性电子产品中微小化影音设备，量测领域中的微小化测量仪器，制造工业中的微制造系统、制造工厂微小化、微机器人，环保领域的微生物侦测、废气侦测，以及光通讯领域中的光耦合器等等。

虽然各国均积极进行相关技术与应用领域的扩展，但由于目前微机电技术尚无标准，致使许多相关组件因此难以量产，产品单价仍嫌过高，因此发展并不如半导体产业般迅速。

微机电系统技术于电子产业之应用现况与趋势

目前MEMS组件产品的应用市场依产值大小依序分为汽车、PC及其外围、工业、医疗、消费性电子、通讯等领域。虽目前仍以汽车为最主要应用市场，但由于预期MEMS制程将趋标准化发展，加以无线通信、光纤网络的通讯领域发展仍相当迅速，PC、消费性电子产品、通讯产业等领域市场需求预期将快速成长，并成为近五年内MEMS最主要的应用领域。以下介绍MEMS在PC、消费性及通讯电子产品市场的发展趋势。

PC及其外围应用领域

PC（含桌面计算机、笔记本电脑）及其外围为MEMS的第二大应用领域，约占MEMS市场规模的26％。2001年PC及其外围所使用到的 MEMS组件约为2.74亿颗，共值10.4亿美元，估计PC市场规模在1.3至1.5亿台之间，不过由于市场趋近饱和之故，2002年市场成长略为减缓，市场规模仅发展至2亿台左右，预期因延后消费之故，2003年后成长率会逐渐回升，因此预测2006年MEMS PC应用市场需求将成长至25.5亿美元左右。

PC及其外围所使用MEMS的组件主要为喷墨打印机中墨盒的喷墨嘴，估计2001年共售出使用MEMS喷嘴的打印机约4,125万台，占全部喷墨打印机的75%，其中八成为一般消费者使用，二成为公司行号机关使用。另一方面，硬盘机（HDD）也使用MEMS组件，为使读写头能高精度地定位与作动，MEMS加速规与致动器是必须的。近来还有业者如Fujitsu Siemens Computers、Cherry等供货商各推出具辨识指纹的PC键盘，内建一biometric（生医辨识器），使该键盘有以指纹来取代传统输入密码身分鉴定的功能，不过售价偏高，约220美元，市场尚未能普及化发展。

由于PC及周边所使用的MEMS组件发展渐趋多样化，估计未来所使用的MEMS组件单价将明显提升，从2001年的平均每颗3.8美元提高到4.25美元。

消费性电子产品应用领域

消费性电子产品目前仅占MEMS应用市场的1.1％左右，使用MEMS组件的产品，主要有摄录像机中稳定图像的陀螺仪、数字电视屏幕中与家庭戏院的 mirror array、电视游乐器控制器或游戏杆中的加速规、PDA滑动屏幕用的加速规、DVD与CD player的光学读写头、数字摄影机与MP3的数据储存等等。

由于目前MEMS用于消费性电子市场规模仍小，加上兴起的数字家电成长迅速，因此预测近几年市场规模成长速度均在40％以上，2001至2006年销售值的年复合成长率约为42％。至于销售数量成长率则在50％以上；在此影响下，消费性电子产品使用的MEMS组件单价将快速下滑，预估将从2001的平均单价21.2美元降至2006年的14.5美元。

通讯应用领域

通讯产业为目前MEMS应用市场中最小的一个领域，2001年还不到1％的MEMS市场规模，仅有3.58亿美元。但估计2003年后光纤网络与无线听筒等发展将日渐普及，预期通讯产业应用市场将成长相当迅速，2001至2006年的复合成长率将高达124.2％，市场规模可扩充到20.3亿美元，凌驾在汽车应用市场之上。

肇因于近年来因特网使用的急速增加，现有通讯网络之容量及带宽已无法满足其需求，因为光纤网络具备惊人的带宽容量扩充能力，而成为目前有线通讯的最佳解决方案。新一代的WDM（波分复）或DWDM（高密度波分复）概念兴起，而WDM/DWDM采取的是波长多任务，只要将两端的设备升级，就可以让点对点传输的流量随着WDM设备的频道数，大量增加光纤的通讯容量。

在光纤通讯的急速发展下，微机电系统制程技术已成功地切入光通讯组件的市场，同时在DWDM系统上逐渐取代「光－电－光」转换程序中延迟整个宽带通讯系统的光电开关组件。另一方面，无线听筒（含移动电话）的需求亦在快速发展中，而mirror array使用量也因此快速增加。

目前通讯领域所使用到的MEMS组件主要为RF MEMS，包含电感、电容、继电器、共振器、调变器（modulator）等等；另外光纤网络中的可调变雷射（tunable laser）、可调变光滤波器（tunable filter）、光交换器（optical switch）、光交换链接器（Optical Cross Connect；OXC）、光波塞取多任务器（Wavelength Division Add/Drop Multiplexer；WADM）、可调变接收器（tunable receiver）、可变光衰减器（VOA）等。

虽说通讯用MEMS组件市场需求量仍相当少，如2001年仅使用12万颗MEMS组件，但随着光纤网络的普及，需求量将会遽增，不过由于2001年光通讯产业发展不如预期，成长速度受到影响，2005年市场规模从原估计的33.15亿美元下修为15.23亿美元，不过成长速度仍是MEMS各应用领域中最快的。估测2006年需求量将成长至2亿颗组件左右，也因此组件单价将从2001年的每颗316.25美元高价快速降至2006年的10美元左右，其中RF MEMS于2006年可达到2亿美元的产值，Wirless MEMS 传感器市场需求约为7亿美元。

国内业者发展契机

由于我国拥有半导体的产业分工模式的成功运作经验，而MEMS因其相关技术与半导体相类似，因此在发展MEMS的设计及生产已具备优势。由于目前台湾经济发展方向主要着重于IT产业，如信息、通讯、半导体等，因此MEMS发展宜以现有IT技术产品为基础并提高附加价值为方向，如PC产业的喷墨打印机之喷嘴，硬盘机磁头，通讯产业的RF IC，如功率放大器、RF Switch、RF滤波器等。

此外，我国在自动化发展已有多年经验，且相关机器设备具有国际竞争实力，因此在MEMS传感器与致动器上，应藉由设计与规格标准化来促使有效降低成本，并协助自动化产业升级。

（作者为工研院经资中心研究员）