研究背景與動機

微機電系統(Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS)在近年來是一個備受 矚目的研究領域，因其具有微小化之優勢、可批次化量產、可結合現有的積體電 是全球衛星定位系統(Global Positioning System, GPS)等，而近幾年來則因技術成 熟和成本下降，慢慢的投入到消費性電子產品上的應用。例如現在市面上任天堂 的當紅電視遊樂器 Wii，藉由慣性感測器的體感技術而改變了以往人們的遊戲方 式，打開了遊戲市場上的藍海，成為目前市場上的霸主。這些隨處可見的例子，

再再的表現出其市場應用面已經從早期的軍事國防或是昂貴的產品漸漸發展至

有越來越大的成長空間。從 Wicht Technologies Consulting (WTC) 2004 至 2009 年 MEMS 慣性感測器的市場評估報告[1]中我們可以發現，慣性感測器在市場上總 值超過 13 億美元如圖 1，且加速規在消費性電子市場這一環的年複合成長率達 到了 33%，廣大的慣性感測器市場也成了這次研究主要的動機。

圖 1 2004-2009 MEMS 慣性感測器市場[1]

慣性感測器算是發展許久的產品，其累積技術相當成熟，故為了投入市場競 爭，先了解市場上的情況是必要的。本實驗室針對慣性感測器這一領域，在美國 專利局作了搜尋，在大約 258 篇的相關專利中，美國 Analog Device Inc.(ADI)這 家公司佔了最多的專利篇數(約 38%)如圖 2，且其發展的慣性感測晶片在市場中 也具有相當低的價格，能將各型的加速規與陀螺儀單價壓至 10 元美金以下，並 維持相當好的性能，如加速規 ADXL103、323 系列皆有超過 1kHz 的工作頻寬、

與 300mV/G 以上的靈敏度如表 1[2]，所以這次研究方向會以 ADI 公司的產品做 規格的依歸。

圖 2 慣性感測器專利分佈圓餅圖

表 1 ADI, ADXL 系列加速規性能與價格[2]

如前段文所述，ADI 公司之所以能夠成功地佔據慣性感測器大部分市場，乃 在於其公司能開發專屬的製程以整合 MEMS 結構體與 CMOS 感測電路，這需要 製程、電路、結構三分面相互的配合才能達到。在 1994 年以前，大部份的加速 規皆著重於性能的提升，藉由設計或製程上的改良來提升感測器的性能，當時的 觀念仍停留在微機電製程與電路製程分開進行且各自改進，待製作好元件後，再 將感測電路與微機電結構做結合，而往往也正因為結合的製程變異較大，感測器 的性能一直無法增進，成本也無法有效地降低。ADI 在 1994 年提出了整合性製 程 iMEMS(integrated MEMS)[3][4]的觀念，藉由電路製程與 MEMS 製程的交互 進行，成功地降低感測器的製作成本，也將原本兩個不同領域的製程(CMOS 和 MEMS)合併在一起，此整合性的觀念衝擊了市場，也為感測器的製作帶來革命