隨著「超越摩爾定律」(More-than-Moore)的發展趨勢，微傳感器晶片技術已經廣泛地應用在生活當中，例如智慧手環的加速度感測器，智慧手機內的陀螺儀、磁力計、壓力計、近距離感測器、麥克風等。微傳感器晶片搭配半導體、電路系統、機械技術與物理、化學的原理，藉由晶片內微結構獲得微觀領域的訊號，可探測到晶片外巨觀世界的變化。

撰寫人：台灣半導體研究中心／曾聖翔博士 莊英宗博士

微機電技術

　　微機電技術是現今許多微傳感器元件的技術基石，微機電技術顧名思義就是利用半導體微影製程將機械結構與電子電路系統進行整合的技術能力。1982年Kurt Petersen博士在IEEE Proceedings發表提出了一篇如何利用矽(Silicon)製作機械結構材料的論文，其中50頁的論文詳細描述微機電技術如何利用矽製程可相容的方法來設計製作各種感測器與致動器，該篇論文至今仍持續地影響著現今各種感測晶片的設計與應用。

　　由於微機電技術可以將許多機械元件製作成數百微米(μm)甚至數微米尺寸等級的微結構，進而能夠完成許多傳統機械工業不容易達到的器件特性。例如可高頻率(kHz~GHz)與高品質因子振動的機械元件，或者是可感測微奈米位移與加速度變化的感測微結構等。由於微機電技術整合半導體製程批次製造的能力，利用微影製程可以製作出各種品質穩定可靠的機械結構暨電路系統的微傳感器晶片。

國內自主的微機電技術平台

　　國內的國研院台灣半導體研究中心，由於銜接產學界的半導體製程技術，整合設計能力，與開發平台環境。從2002年開始，陸續地開發出多種整合台灣產業界以前端互補式金屬氧化物半導體(CMOS)技術為基礎搭配後段乾式蝕刻、特殊金屬薄膜沉積的整合型微機電技術平台。

　　目前開發出的平台與技術，包含可整合微處理器、記憶體、類比數位轉換器、類比讀取電路與三軸加速度感測器的整合單晶片(如圖一)，使用的感測器採用三顆獨立的懸浮式電容微結構，當中的X與Y軸的感測器由微彈簧結構搭配懸浮於晶片內的質量塊，並且配置陣列式感測電容棒(微小的金屬電極結構)來完成。當外部使用者對晶片施予振動或加速度力，根據牛頓第二定律(外力=質量×加速度)，懸浮的微型質量塊會因為外力使得結構產生位移變化，微小的位移變化則藉由感測電容棒來偵測電容的變化。由於結構的電容值變化非常的微弱(約為fF等級)，因此也需要精密的讀取電路進行訊號的放大處理。Z軸感測器架構則稍微不同，主要採用扭轉式承軸搭配不對等重量分佈的質量塊，讓施力可以對元件產生類似翹翹板行為的擺動，以進行Z軸方向的電容訊號偵測。

　　藉由國內自主微機電技術平台的建立與開放，各種感測晶片將可持續的進行研究發展， 甚至包含非矽的異質材料傳感器晶片也能藉由晶片接合的方式整合實現。