微微 / / 奈米科技起源與發展奈米科技起源與發展

(1)

台灣師範大學機電科技學系 -1-

微/ 微 /奈米機電系統技術介紹與市場分析奈米機電系統技術介紹與市場分析

Introduction to MEMS/NEMS Technology Introduction to MEMS/NEMS Technology and their Available Industry & Market Analysis and their Available Industry & Market Analysis

楊啟榮博士

教授

國立台灣師範大學機電科技學系

Department of Mechatronic Technology National Taiwan Normal University Tel: 02-7734-3506; 0955-052-392

E-mail:[email protected]

台灣師範大學機電科技學系 C. R. Yang, NTNU MT

-2-

綱綱要要

z微/奈米科技起源與發展

微機電系統、奈米科技

z微/奈米科技應用範疇與市場分析

應用市場、產業分析、未來發展與應用

(2)

微微 / / 奈米科技起源與發展奈米科技起源與發展

微機電系統技術、奈米科技

-4-

There

There’ ’s plenty of room at the bottom. s plenty of room at the bottom.

(這下面空間還大得很呢！(

這下面空間還大得很呢！

))

1959年物理大師費曼博士(Dr. Richard Feynman)在美國加州理工學院的演講題目

為什麼我們不能將整套24大本的《大英百科全書》，全部 內容都抄寫在一根大頭針的針尖上…….

微/ 微 /奈米科技觀念的啟發奈米科技觀念的啟發

(1965

(1965年獲得諾貝爾物理獎，被尊稱為微年獲得諾貝爾物理獎，被尊稱為微//奈米科技之父奈米科技之父))

(3)

z中觀領域」：人類生活的主要棲息地包括陸地、大陸棚，既是創造文明、

發展科學技術的主要基地，也是人類研究和開發的第一大知識領域。

這一領域的開發從古代世界的歐亞文明時期開始，一直延續到今天，並向未來發展。

人類的三度智慧空間人類的三度智慧空間

-6-

微衛星 Nanosatellite

z「宏觀領域」：從20世紀中期開始向太空進軍的行動，是人類開闢新文 明的第二大知識戰場，也是人類走向其他星球的第一步。

地球與火星Earth & Mars 人類涉足太空領域是世界知識經濟的開始。世界經濟的內涵擴大，形成資訊化、

智慧化結合的經濟；它的空間擴大，將把宇宙工業化與海洋工業化包括進來;它的 範圍擴大，使一部分農牧產品將實行工業化大量生產方式。

(4)

z「微觀領域」：指應用微/奈米科技，從物質的分子和原子著手，是物質本 質上的改造、性能上的變更、分子和原子結構的重組。

涉及所有人類研究和開發的領域，不同於前兩個領域，也不是簡單的物質合成。

21世紀是人類踏入第三大智慧領域的世紀，是人類開始展開微觀文明的歷史階段。

微米級直升機( IMM, Germany) 奈米級直升機( Cornell, USA)

-8-

改變世界的三次工業革命改變世界的三次工業革命

z第一次工業革命(機械化革命)：蒸汽機的發明 – 以機器替代人力…(18世紀中葉)

z第二次工業革命(電氣化革命) ：電力時代 – 內燃機與發電機取代蒸汽機…(19世紀末期)

z第三次工業革命(資訊化革命) ：電腦網路時代 – 電子計算機的發明…(20世紀中期)

(5)

z第四次工業革命：奈米科技的應用

– 不只對電子、資訊工業造成重大衝擊，也對化學、材料、生物和醫學 技術做出同樣的貢獻…

諾貝爾獎得主羅雷爾說：

「1970年代重視微米的國 家如今都成為發達國家，

現在重視奈米科技的國家 很可能成為21世紀先進的 國家。」

-10-

商業週刊, 780期, 2002

The next

big

^{thing is}

very, very, very

small

^.

(下一件大事是非常非常小(下一件大事是非常非常小!)!)

(6)

物質尺度描述物質尺度描述

m 1

10^-3 10^-6

10^-9

m μm mm

nm

奈米科技 IC 原子/

分子

微機電領域

10 公分 1 公分 1 毫米 100 微米 10 微米

1 微米 100 奈米 10 奈米 1 奈米

白血球手

DNA

-12-

物質尺度描述物質尺度描述

(續(

續

))

不會吧

！這麼小的電腦

，連螞蟻都得動用顯微鏡了

！

奈米碳管黏著於掃描探針奈米碳管黏著於掃描探針 Nanotube glued to SPM tip Nanotube glued to SPM tip

http://www.ruf.rice.edu/~smalleyg/image_gallery.htm

微機電系統技術是奈米科技跨入應用的橋樑微機電系統技術是奈米科技跨入應用的橋樑…………

nanotube

(7)

奈米碳管原子力顯微術

奈米碳管原子力顯微術(AFM)(AFM)探針探針

H. Dai et al., Nature 384, 147, 1996.

-14-

探針陣列於奈米硬碟之應用探針陣列於奈米硬碟之應用

探針陣列可做平行式掃描，大幅提昇掃描速度，並可應用於大面積加工。

http://www.almaden.ibm.com

(8)

http://www.almaden.ibm.com

探針陣列於奈米硬碟之資料存取作動影片探針陣列於奈米硬碟之資料存取作動影片

-16-

微/ 微 /奈機電系統精度定義奈機電系統精度定義

1. 尺寸精度：微/奈機電系統本身的尺寸在微米/奈米的範圍 2. 運動精度：微/奈機電系統是能達到微米/奈米以內的運動精度

的機械，但機械本身的大小沒有限制

干涉儀及觀測 CCD 掃描範圍：50 mm,

Tip精度：0.2 nm, 絕對精度：1 nm

美國美國NIST 分子量測儀NIST 分子量測儀

(9)

微機電系統發展與應用範疇微機電系統發展與應用範疇

-18-

z超「輕、薄、短、小」

z高附加價值

z符合環保、省能源

z省空間、省材料等

微機電系統產品的優點微機電系統產品的優點

質譜儀

70 Kg, 30000 cm³, 1200 W Europa Scientific, UK

微質譜儀晶片

0.2 Kg, 3 cm³, 0.5 W DARPA, USA 微機電系統技術

(10)

微機電系統的定義微機電系統的定義

應用微米(μm, 10^-6 m)或奈米(nm, 10^-9m)加工技術研製微細元件及組件，

並整合微電子電路與微控制器，而達到某種功用的系統。

批次製造之微型元件組合

積體化感測器微電子電路

微機械系統

微機電系統

(完整積體化系統) 微致動器

微機構 (微小機械元件) 矽基微細加工

•面型微加工

•體型微加工 LIGA技術

•X-ray光刻術

•雷射光刻術

•紫外線光刻術微機械加工

•微放電加工

•微切削加工

•微成型加工

-20-

致動器 actuators

感測器陣列 sensors array

微處理器 microprocessor

輸入/輸出 input/output

內部匯流排 internal bus

外部匯流排 external bus

微系統應用晶片模組

感測訊號

物理 Physical 化學 Chemical 生化 Biochemical

能源 Energy

熱能 Thermal 機械 Mechanical 流體 Fluidic 光學 Optical 電能 Electrical

情報資料

電氣 Electrical 光學 Optical 聲學 Acoustic

致動訊號

消費性電子生化醫療自動化半導體化工通訊與資訊環保與安全紡織

微機電系統之訊號傳輸與致動控制架構圖微機電系統之訊號傳輸與致動控制架構圖

(11)

整合感測器、致動器及電子電路的微機電元件整合感測器、致動器及電子電路的微機電元件

感測器 sensors

致動器 actuators

電子電路 circuits

微結構 microstructure 致動器

actuators

驅動迴路 driver

力感測器 force sensor

電子電路 circuits

雷射偵測器 laser detector

訊息控制迴路 communication

-22-

微觀世界與巨觀世界的差異微觀世界與巨觀世界的差異

浮力的影響表面張力的影響

重力的影響熱傳的影響

(12)

微機電系統技術的優點及重要性微機電系統技術的優點及重要性

z本世代主要核心製造技術

z批次製造微型元件組合

z微型多重技術整合

z多功能與智慧化

z微小化

z單位成本低

z精確度高

z運作速度快

z輕柔平順作動

-24-

微機電系統技術的發展背景微機電系統技術的發展背景

z微機電系統技術起源於1960年代對積體電路的研究

z發展的理念在於如何將電子電路微小化

z科技人員改善傳統加工技術及應用半導體製程，試圖將各種機械元件微小化，進而產生微機電系統技術

Miniaturization of Electronic Devices Miniaturization of Electronic Devices

Metal-Oxide-Silicon Field Effect Transistor

MOSFET

金屬氧化半導體場效電晶體

(13)

NMOS 當在閘極施以正偏壓時，就會在氧化層下方薄

區內感應出許多電子。當在汲極施加一個正偏壓之後，聚集的電子就可經由源極與汲極之間的電子通道導通。

PMOS

當在閘極(gate)施以負偏壓時，就會在氧化層下 方薄區內感應出許多電洞，當在汲極(drain)施 加一個負偏壓之後，聚集的電洞就可經由源極 (source)與汲極之間的通道導通。

源極汲極

閘極

-26-

半導體半導體

IC製造流程IC

製造流程

(微機電製程的基礎(

微機電製程的基礎

))

(14)

微結構、微元件、微系統微結構、微元件、微系統

(半導體製程技術(半導體製程技術))

把玩齒輪的螞蟻(IMT, Germany) 3D Optical Scanner 3D Optical Scanner ((Analog Device Inc., USA)

Micro

Micro--optical bench optical bench (UCLA, USA)(UCLA, USA)

-28-

微汽車之組成微汽車之組成

The parts of the microcar

微小汽車微小汽車

(Denso Corporation, Aichi, Japan)

(微機械加工製作技術(微機械加工製作技術))

(15)

微細加工微細加工vs. 傳統加工vs. 傳統加工

組件在不同地點個別製造，再加以組合

在同一基材上完成結構製作及元件組合

微/微/奈米級結構適合個別製造再組裝嗎？奈米級結構適合個別製造再組裝嗎？

-30-

微機械加工

微機械加工–

–雷射微熔接組裝製程

雷射微熔接組裝製程

Source: 雲科大機械系, 郭佳儱

(16)

微機電系統名稱分類微機電系統名稱分類

美國：Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) 日 本：Micromachines

歐洲：Micro-Systems Technology (MST)

-32-

(17)

MEMS applications:

-Optical MEMS (光學應用)

MOEMS: MicroOptoElectro Mechanical Systems MOMS: MicroOptoMechanicalSystems

- Bio MEMS (生化醫學應用)

μTAS：Micro Total Analysis System LOC：Lab. On a Chip

- RF MEMS (無線通訊應用)

-34-

MEMS Applications for 21

MEMS Applications for 21^st^st CenturyCentury

zOptical MEMS

zBio-MEMS

zRF MEMS

Comparative scale of semiconductor sensors.

μ-mechanical resonator for Frequency band 1MHz~1GHz

(18)

功能性被動件:

反射鏡

引擎:

梳狀致動器

動力傳輸機構:

連桿, 齒輪

Sandia National Lab., USA

微光學掃描器微光學掃描器

-36-

Digital Mirror Display

Digital Mirror Display (DMD) (DMD) / Digital Light Processing / Digital Light Processing (DLP)(DLP)

Texas Instruments 15 μm

(19)

Optical MEMS Applications Optical MEMS Applications

Micro

Micro--optical benchoptical bench

http://www.ee.ucla.edu/labs/laser/index.html zProjection displays

zFiber switches

zFilters and dispersion compensators

zOptical scanners

zAdaptive Optics

zSilicon Optical Bench

zSensors with optical readout

zInterferometers

zSpectrometers

-38-

Electrostatic

Electrostatic 現象現象

(20)

Artist impression of a hybrid

Artist impression of a hybrid μμTAS dating from the mid 90's. TAS dating from the mid 90's.

全功能微分析系統全功能微分析系統

(micro total analysis system, (micro total analysis system, μμTAS)TAS)

-40-

組織採樣用鉗子

治療用雷射

推進系統

艙體固定臂生化感測陣列

微攝影系統

通訊天線

微機電系統在體內醫療之應用微機電系統在體內醫療之應用

人類的夢想即將成真人類的夢想即將成真

Pill explorer

(影片播放)

(21)

Shrinking Wireless Architectures Shrinking Wireless Architectures

C. T.-C. Nguyen, “Communications applications of microelectromechanical systems (invited),”

Proceed-ings, 1998 Sensors Expo, San Jose, California, May 20, 1998, pp. 447-455.

-42-

Source: http://jbyoon.info/

3D RF One

3D RF One--Chip ModuleChip Module

Integration of all passive components

(22)

Journals:

zJournal of Micromechanics and Microengineering

zJournal of Microelectromechanical Systems

zSensors and Actuators

zMicrosystem Technology

zJournal of Vacuum Science and Technology

zJournal of Microlithography, Microfabrication, and Microsystems

z微系統科技協會季刊

Conference proceedings:

zIEEE Micro Electro Mechanical Systems Workshop

zTransducers (International Conference on Solid-State Sensors and Actuators)

zHilton Head (Solid-State Sensor and Actuator Workshop)

zSPIE Conference for MEMS & MOEMS Technology

zOptical MEMS (IEEE/LEOS international conference on optical Microsystems and technologies)

zEurosensors

z奈米工程暨微系統技術研討會, 工研院

z微系統科技協會年會暨微機電系統成果發表會

Reference Reference

-44-

Reference Reference

zM. Madou, Fundamentals of Microfabrication, CRC Press, New York, 1997

zN. Maluf, An Introduction to Microelectromechanical Systems Engineering, Artech House, London, 2000

zT. Fukuda and W. Menz, Micro Mechanical Systems: principles and technology, Elsevier, New York, 1998

zGregory T. A. Kovacs, Micromachined Transducers Sourcebook, McGraw-Hill, New York, 1998

zW. S. Trimmer, Micromechanics and MEMS:classic and seminal papers to 1990, IEEE Press, New York, 1997

zP. Rai-Choudhury, Handbook of Microlithography, Micromachining, and Microfabrication: Vol1 & Vol2, SPIE Press, 1997

zLiwei Lin, F. K. Forster, N. R. Aluru, Xiang Zhang, Micro-electro-mechanical systems (MEMS), The American Society of Mechanical Engineers, DSC-Vol. 66, 1998

zMassood Tabib-Azar, Microactuators: electrical, magnetic, thermal, optical, mechanical, chemical, and smsrt structures, Kluwer Academic Publishers, 1998

zR. S. Muller, R. T. Howe, S. D. Senturia, R. L. Smith, and R. M. White, Microsensors, IEEE Press, 1991

zTran Minh Canh, Biosensors, Chapman & Hall, London, 1993

zJulian W. Gardner, Microsensors: Principles and Applications, John Wiley & Sons, New York, 1994

zHèctor J. De Los Santos, Introduction to Microelectromechanical (MEM) Microwave Systems, Artech House, London, 1999

Books:

(23)

Reference Reference

zA. Manz and H. Becher, Microsystem Technology in Chemistry and Life Sciences, Springer, 1999

zW. Ehrfeld, V. Hessel, and H. Löwe, Microreactors, Wiley-Vch, New-York, 2000

zM. Koch, A. Evans, and A. Brunnschweiler, Microfluidic Technology and Applications, Research Studies Press Ltd., 2000

zB. Bhushan, Tribology Issues and Opportunities in MEMS, Kluwer Academic Publishers, 1998

zB. Bhushan, Handbook of Micro/Nano Tribology, 2nd edition, CRC Press, New York, 1999

zRichard C. Jaeger, Introduction to Microelectronic Fabrication, Vol. V, Addison Wesley Publishing Company, New York, 1993

zS. M. Sze, VLSI Technology, 2nd edition, McGraw Hill, New York, 1988

zS. M. Sze, Semiconductor Sensors, , John Wiley & Sons, New York, 1994

zHans P. Herzig, Micro-optics: elements, systems and applications, Taylor & Francis, 1997

zMicrosystem Technology for Chemical and Biological Microreactors, DECHEMA Monograohs Vol. 132, Wiley-Vch

zM. Elwenspoek and R. Wiegerink, Mechanical Microsensors, Springer, New York, 2001

zTai-ran Hsu, MEMS and Microsystems: Design and Manufacture, McGraw Hill, Boston, 2002

z Stephen D. Senturia, Microsystem Design, Kluwer Academic Publishers, 2000

z中島尚正, 梅田章, LIGA PROCESS, 日刊工業新聞社, 1998 (In Japanese)

z莊達人, VLSI製造技術, 高立圖書公司, 台北, 91年

Books:

-46-

CANADA

DThe Institute for Micromachine and Microfabrication Research (IMMR) DThe Microfabrication Services at Alberta Microelectronic Centre (AMC) DConcordia University VLSI Design Lab.

DLaboratory for Integration of Sensors and Actuators (LISA) USADCalifornia Institute of Technology(Caltech) DCarnegie Mellon University DCase Western Reserve University DCornell University DDartmouth College DHawaii University DIllinois University DMichigan University DMassachusetts Institute of Technology DNortheastern University DStanford University DUniversity of California DUniversity of California at Berkeley DUniversity of California at Los Angeles

DUniversity of Southern California/Information Science Institute(USC/ISI) DUniversity of Texas at Austin

DWisconsin University

DThe ARPA/ESTO Microelectromechanical Systems DMCNC MEMS Technology Applications Center DDisplay Technology Systems (DTS) DRedwood Microsystems DEdison Welding Institute

DLawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) DXerox Co.

DIntelliSense Corporation DNASA Micro-Instrument Technology DOptical Society of America

DThe Microelectronics and Photonics Center at Sandia National Laboratories DSPIE-The International Society for Optical Engineering

美洲

歐洲

D國科會精密儀器發展中心，同步輻射中心

D台灣大學、清華大學、交通大學、成功大學等學術單位 D工研院電子所、機械所、材料所、生醫中心 D中山科學研究院

DMicro Machine Center DUniversity of Tokyo DTohoku University DKyushu Instiutte of Technology DNagoya University

DMITI’s Mechanical Engineering Laboratory DMITI’s National Research Laboratory of Metrology DMITI’s Electrotechnical Laboratory DUniversity of Osaka Prefecture DMie University DNippon Telegraph & Telephone Corp.

DToyota-Toyota Central R&D Lab.

DMatsushita Electric Industrial Co.

DYokogawa Electric Corp.

DOMRON Tateisi Electronics Co.

DCanon, Ricoh, SHARP, Seiko, EPSON, Panasonic, etc.

日本

台灣

全世界微機電系統技術的研究單位

(24)

北區奈微機電中心 http://nscmems.iam.ntu.edu.tw/

中區奈微機電中心 http://nsc-cmems.nthu.edu.tw/

南區奈微機電中心 http://www.ncku.edu.tw/~nckumems/WWW/index.htm 國科會儀器科技研究中心 http://www.itrc.org.tw

工研院電子所微系統技術中心 http://www.itri.org.tw/mems/chinese/index_c.htm 工研院機械所奈米工程暨微機電系統技術

http://www.mirl.itri.org.tw/rd/innovate/index.asp

清大動機系方維倫教授MEMS網站 http://mdl.pme.nthu.edu.tw/

清大工科系曾繁根教授MEMS網站 http://www.ess.nthu.edu.tw/~fangang/lib/

台大機械系周元昉教授MEMS網站

http://www.me.ntu.edu.tw/brief/graduate/sollab/lab02.htm

交大機械系徐文祥教授MEMS網站 http://www.cc.nctu.edu.tw/~u8814520/

成大機械系羅裕龍教授MEMS網站

http://140.116.5.11/%7En1689151/labnew/index.htm 成大工科系李國賓教授MEMS網站 http://140.116.175.13/

成大工科系林裕成教授MEMS網站 http://140.116.175.94/

中興大學精工所 http://www.nchu.edu.tw/~acende/index.htm

-48- Master List of MEMS Technology Developers

http://www.ida.org/MEMS/mastermems.html MEMS Clearinghouse http://mems.isi.edu/

Berkeley Sensor & Actuator Center http://bsac.eecs.berkeley.edu/

Caltech micromachining Lab. http://mems.caltech.edu/

Sandia National Lab. http://mems.sandia.gov/scripts/memscam.asp Sandia LIGA Technology http://daytona.ca.sandia.gov/LIGA/

DARPA MEMS Program http://www.darpa.mil/MTO/MEMS/

IDA MEMS Technology Transitionhttp://www.ida.org/MEMS/

MEMS - UW-Madison http://mems.engr.wisc.edu/

Quate Group MEMS http://www.stanford.edu/group/quate_group/index.html MEMS@UCLA http://www.ee.ucla.edu/research/judylab/memsucla/

MCNC/Cronos http://www.memsrus.com/cronos/CIMSmain2ie.html IMM MEMS Center http://www.imm-mainz.de/

FZK/IMT LIGA Center http://www.fzk.de/imt/e_index.html

SU-8 Lithography website http://aveclafaux.freeservers.com/SU-8.html Cornell MEMS Lab. http://www.cnf.cornell.edu/

Colorado MEMS Lab. http://mems.colorado.edu/

Tabata MEMS Lab. http://www.ritsumei.ac.jp/se/~tabata/index-j.html Sato MEMS Lab. http://www.kaz.mech.nagoya-u.ac.jp/

Fujita MEMS Lab. http://www.fujita3.iis.u-tokyo.ac.jp/

Surface Technology Systems plc (STS) http://www.stsystems.com/

Twente Universityhttp://www.el.utwente.nl/tt/

(25)

全世界微機電系統技術的發展趨勢全世界微機電系統技術的發展趨勢

＊因日本各公司之微電子、感測器等已具基礎及產品開發能力

美國歐洲台灣美國歐洲

台灣

微製造技術

元件批次製造組合元件批次製造組合微電子技術

微電子技術

微機電／微系統微機電／微系統

微機械／微機械人微機械／微機械人

機電技術機電技術日本日本

微結構組裝微結構

組裝

微系統技術微系統

技術微元件

封裝模組

微系統檢測微系統

檢測

-50-

微機電系統在核能電廠管路維護之應用微機電系統在核能電廠管路維護之應用

工作母船

mother boat

■檢查、作業組件、修補、材料搬運

■能源、控制、通信等中繼有索作業模組

operation module with wire

■採樣

發電動力設施

power plant

無索檢查模組

inspection module without wire

■損傷及附著物的可視化及分析傳熱管

thermo-conduction tube

微小氣密艙

microcapsule

■異常位置檢出

汽鍋管架

日本超微機械計畫

(26)

迷你機器人迷你機器人

長度 9.0 mm、寬度 6.5 mm 、高度 6.5 mm 、重量 0.42 g 可移動比它重兩倍以上的東西

-52-

迷你工廠迷你工廠

微零件之迷你工廠微零件之迷你工廠

作業電腦微型加工機

微型加工機

成品原料零件

供應斗

微放電加工機微小電路黏著機 微綜合加工機 SMT檢查修補機 微零件輸送台微小矽晶片去污機

小型機械加工廠 小型IC製造廠 微細多功能設備維修機

微機電系統在製造領域之應用

(27)

1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005

1 2 3 6 8 50

4 40 30 20

10

○ ○

○

○ ▼

▼

▼ ▼

▼

▼ ▼

▼

▼△ △

△ △

△

◆ ◆

◆

☆ ^☆

☆

★ ★

★

●

★

◆

▼

●

○

☆

△

Battelle

Systems Planning Corp.

Intelligent Microsensors Technology SEMI

NEXUS (max.) NEXUS (min.) (SRI Consulting) (1997)

Year

US$(billions)

微機電系統市場預測微機電系統市場預測

-54- Source: NEXUS, Market analysis MST task force, 1998

公元公元

2002年全世界微系統產品市場2002

年全世界微系統產品市場

(28)

台灣師範大學機電科技學系 -55- New emerging products

in the introduction phase

Production that already existed in 1996 but that are being steadily improved

Source: NEXUS, Market analysis MST task force, 1998

NEXUS Task Force MST Market NEXUS Task Force MST Market

-56-

Source: NEXUS III, http://nexus-mems.com/

*Other are: microreaction, chip cooler, MEMS memories, liquid lenses, microspectrometer, wafer probes, micro-mirrors for optical processing, micro-pumps, micromotors, chemical analysis systems

(29)

Philips 所發表的液體鏡片與取像模組 液體鏡頭構造與原理示意圖

-58-

(30)

-60-

(31)

z微機電產業發展聯盟 http://www.tmems.org.tw/

z微電聲產業聯盟

http://matia.org.tw/memb/index.aspx

z微系統暨奈米科技協會 http://www.nma.org.tw/

z台灣奈米技術產業發展協會 http://www.tanida.org.tw/

z奈米國家型科技計畫

http://nano-taiwan.sinica.edu.tw/index.php

z奈米科技人才培育計畫

http://nano-1.colife.org.tw/zh_tw/

-62- 科學園區竹南基地

新竹科學園區新竹科學園區中壢市台中市台北市新竹縣楊梅新竹科學園區

地點

石英感測器壓力感測器微感測器 MEMS封裝 微麥克風 磁性動作感測IC MEMS元件 MEMS代工 MEMS代工、RF 射頻元件

主要產品

www.subtron.com.tw/

3 旭德科技

www.tmt-mems.com/

探微科技 2

www.apmsinc.com/en/h tm/mainIndex.asp 亞太優勢微系統

(聯電集團) 1

www.xintec.com.tw/

精材科技 (台積電集團) 6

www.merry.com.tw/ht ml/c_company.htm 5 美律實業

www.prolific.com.tw/ch n/company.asp 4 旺玖科技

威華微機電(希華 晶體科技轉投資) 9

www.metrodyne.com.t w/

全磊微機電 8

(已解散) 新磊微製造

7

網址公司名稱

項目

(32)

台灣師範大學機電科技學系 -63- 新竹科學園區

新竹科學園區桃園縣龜山科學園區竹南基地台中市

新竹科學園區台中市精密機械園區台北縣五股台中加工出口區

地點

指紋辨識晶片噴墨片、微幫浦微噴孔片生醫晶片

精密電鑄製程與產品動作感測加速度計線性致動器加速度感測器 MEMS封裝、微麥克風

主要產品

www.hiwinmikro.c om.tw/

大銀微系統 12

www.domintech.co m.tw/

利順精密 11

www.lingsen.com.t w/CPage/index.ht m

菱生精密 (與工 研院合作) 10

www.bio- drchip.com.tw/

晶宇生物科技 15

www.liga.com.tw/

利佳精密科技 14

www.jmex.com.tw/

c_industrial.html 晶翔微系統

13

www.lightuning.co m.tw

祥群科技(宏碁 併購) 18

www.microjet.com.

tw/

17 研能科技

www.microbase.co m.tw/

16 微邦科技

網址公司名稱

項目

-64- www.kdmems.com.tw 台北市

感測器、MEMS代工 坤德(大同集團)

22

台北縣鶯歌南投草屯台中縣潭子鄉高雄市

地點

MEMS封裝 車用感測器 MEMS封裝 MEMS封裝

主要產品

www.usi.com.tw/defa ult.asp

環隆電氣(日月光集團)

21

www.spil.com.tw/

20 矽品精密

www.asetwn.com.tw/

日月光半導體

19

www.theil.com/

23 同欣電子

網址公司名稱

項目

(33)

2011台灣國際半導體展2011

台灣國際半導體展

-微系統專區-

微系統專區

(參展廠商(

參展廠商

))

http://www.multitest.com/eng/

Multitest Electronic Systems (Taiwan) 7

http://www.deltad.com/

Delta Design Singapore PTE Ltd.

5

http://www.inabata.co.jp/

稲畑産業（株）

6

http://www.ultrapro.com.tw/

Applied

MicroStructures, Inc.

4

地點主要產品

http://www.apic.com.tw/

愛發股份有限公司 3

http://www.wesitechnology.co m/

微士貿易有限公司 2

http://www.sonix.com/

台灣新尼克斯有限公司 1

http://www.stk-

net.co.jp/english/index.html STK TECHNOLOGY

CO.,LTD 8

公司名稱網址項目

http://semicontaiwan.org/zh/Pavilions/MEMS

-66-

Nano-technology Nano-science

Nano-Electro-Mechanical System (NEMS)

奈米科技發展與應用範疇

(34)

奈米科技是蝦米奈米科技是蝦米 ? ?

所謂的奈米科技，就是在1-100 nm奈米尺度下操控物質，

以製作、了解與使用具奈米結構的材料、元件及系統。

奈米科技奈米科技 – –

二十一世紀的集大成科技二十一世紀的集大成科技

z奈米物理學

z奈米化學

z奈米材料學

z奈米生物學

z奈米電子學

z奈米加工學

z奈米力學

微觀尺度：< 1 nm (微觀物理、化學理論可解釋) 介觀尺度：1-100 nm (介觀物理、化學理論可解釋) 巨觀尺度：> 100 nm (巨觀物理、化學理論可解釋)

-68-

1959, Dr. R. Feynman

1959, Dr. R. Feynman →→There's Plenty of Room at the BottomThere's Plenty of Room at the Bottom (奈米科技之父(奈米科技之父)) ((下面的空間還很大呢！下面的空間還很大呢！))

(35)

-70-

《牛頓《牛頓》》雜誌曾試圖揣摩奈米科技的驚異可能性雜誌曾試圖揣摩奈米科技的驚異可能性……

z在「微小」方面：單原子記憶體的技術，可以使全球100 億年份的書籍（每年以100萬冊計，相當於1萬兆冊），儲 存於一顆方糖般大小的記憶體內。

z在「超薄」方面：DNA電子電路的技術，將於10年後促成如紙般薄的電子顯示器。

z在「速度」方面：到2010年，量子電腦只要數十分鐘，即可完成目前電腦要花上數百年才能完成的計算。

這些未來假設雖然令人瞠目結舌，理論上卻是可能的。

http://www.ruf.rice.edu/~smalleyg/image_gallery.htm

(36)

蓮花效應壁虎的腳趾

蝴蝶

從自然界學習奈米科技從自然界學習奈米科技

……

超級疏水與自潔效應

-72-

蓮花自潔效應

蓮花自潔效應(Lotus self-(Lotus self-cleaning effect)cleaning effect)

(a) 無細微結構，汙物只被移動 (b) 有細微結構，汙物可以被清除 http://www.pcimag.com/CDA/ArticleInformation/coverstory/

Planta (1997) 202: 1-8 1μm 1μm

1μm

(37)

奈奈米米與與人人體體

(人類的生命肇始於奈米(人類的生命肇始於奈米))

外徑10nm 內徑 2nm

7~10 nm

直徑15nm 直徑15nm 直徑25nm 直徑2nm 長度2m

z 細胞膜 zDNA

呂宗昕, 奈米科技與光觸媒, 商周出版

-74- 長度1.1μm

直徑90~100nm

微絨毛總表面積達300 m² (約一個網球場的大小) 若小腸內壁是平滑的，

其總表面積約0.5 m²

z小腸絨毛

呂宗昕, 奈米科技與光觸媒, 商周出版

(38)

z奈米科技一般係指利用數奈米至數十奈米之觀察與操作技術，製作出具有該尺度之各種機能新穎的構造體，將其作各種不同領域與製程整合並加以利用之技術。

–「由上往下趨近」(top down approach ) –「由底而上趨近」(bottom up approach)

實現奈米科技的方法實現奈米科技的方法

研究奈米科學技術的最終目標，是人類按照自己的意志操縱單個原子

，組裝具有特定功能的成品，從而改變人類的生產和生活模式。

-76-

電子束直寫系統 (E-beam direct writer)

「由上往下趨近」

(top down approach )(top down approach )

Nanopillar structures fabricated by e-beam lithography

N. Kaji et. al., Analytical Chemistry, 76 (2004) 15-22.

(39)

自組裝單層膜

自組裝單層膜(Self assembly monolayer, SMA)(Self assembly monolayer, SMA)

「由底而上趨近」「由底而上趨近」

(bottom up approach)(bottom up approach)

-78-

點筆蝕刻法

(40)

原子操縱術原子操縱術

「由底而上趨近」「由底而上趨近」(bottom up approach)

(bottom up approach)

掃描式探針移動原子之模式掃描式探針移動原子之模式

-80-

掃描式探針移動原子之模式

(41)

1990年美國IBM的一群研究人員，首度將一顆顆 氙原子在鎳表面上拖曳，逐顆原子排成“IBM”三 個英文字母，相當引人注目，被當時世界各國媒體爭相報導。後來，同一個實驗室又搬移近百顆鐵原子形成中文「原子」二字，此結果也成為雜誌及國際研討會的封面圖案。

http://www.phys.sinica.edu.tw/~nano/stm.htm

-82-

組譯器組譯器

經由裝配原子、分子以製造出任何東西經由裝配原子、分子以製造出任何東西

(42)

微/ 微 /奈米機電系統產品與應用奈米機電系統產品與應用

微機電系統、奈米科技

-84-

氣泡式噴墨印表頭氣泡式噴墨印表頭

Thermal Bubble Inkjet Head

氣泡式噴墨印表頭

Thermal Bubble Inkjet Head (Tseng et al, UCLA, 1998) Droplet ejection

Tail cutting

Commercial Inkjet Microinjector

HP 51626A Printhead

Nozzle: 60 μm Droplet: 50 μm Frequency: 8 kHz

Nozzle: 40 μm Droplet: 45 μm Frequency: 18 kHz

(43)

-86-

壓阻式壓力感測器基本結構壓阻式壓力感測器基本結構

MEMS壓力感測器 MEMS 壓力感測器

應用範圍：汽車胎壓計、血壓計、氣壓計、聲壓計…等壓力量測領域。

(44)

台灣師範大學機電科技學系 -87- 懸吊系統感測器

座位姿態記憶裝置側邊氣囊加速度計 ABS車速感測器 智慧型後視裝置

防止翻覆感測器

防傾斜/內側防護裝置 胎壓感測器

座位偵測器前方氣囊加速度計

油量偵測器

引擎溫度感測器

紅外線夜視裝置

燃油流量感測器燃油品質感測器

距離警告雷達車燈調平裝置

衛星定位導航裝置

抬頭顯示器

微感測器在汽車工業的應用微感測器在汽車工業的應用

-88-

紅外線夜視裝置

紅外線夜視裝置在汽車工業的應用在汽車工業的應用

應用範圍：軍事、執法、娛樂、監察和安全、野生動物研究…等用途。

(45)

Accelerometer Chip (ADI Inc.) Accelerometer Chip (ADI Inc.)

MEMS機械式微加速度計MEMS

機械式微加速度計

(量測線加速度(

量測線加速度

))

-90-

MEMS機械式微陀螺儀MEMS

機械式微陀螺儀( (量測角動量改變量測角動量改變) )

p++

PECVD Nitride layer

Si-substrate RIEDeep

trenches

LPCVD Poly layer

LPCVD sacrificial oxide

EDP etch pit Sacrifical

oxide

Cr/Au

Sense pad Sense electrode Polysilicon

spring

Polysilicon

PolysiliconRing GyroscopeRing Gyroscope

Source: F. Ayazi et al., IEEE-MEMS′98, (1998) 621-626

Ring is 1mm in diameter, 3μm wide and 35μm tall

(46)

1. 姿勢輸入：取代遊戲機的開關、按鈕、滾輪、搖桿…等搖控產品。

2. 影像穩定：用於攝錄影機、數位相機…等產品(防手震)。

3. 顯示器定位：用於可攜式多媒體播放機(畫面自動回饋補正)。

4. 硬碟磁頭損毀保護：用於具硬碟裝置的電子產品。

5. 導航：用於GPS、電子羅盤…等產品(早期應用於導彈控制、機器人、

無人飛機等軍事用途)。

6. 生物監測：用於計步器、血壓監測器…等醫療運動產品。

7. 振動感測：用於汽車安全氣囊感測器、傾斜感測器以及防鎖死系統…

等汽車安全監控；洗衣(碗)機或烘衣(碗)機…等家用產品。

多軸動作感應系統的技術與應用多軸動作感應系統的技術與應用

MEMS加速度計搭配陀螺儀成慣性量測系統

-92-

高階數位相機中，鏡頭常以內建陀螺儀達到機械式防手震，效果較光學式防手震為佳。

如果沒有MEMS，iPhone螢幕就無 法垂直旋轉成水平顯示。

(47)

(IMM, Germany)

汽車氣囊加速度計汽車氣囊加速度計

-94-

Wii獨創性遊戲軟體與輸入方式 Wii 獨創性遊戲軟體與輸入方式

(48)

MEMS 3

MEMS 3軸加速度感應晶片

軸加速度感應晶片

WiiWii利用加速度當作輸入方式利用加速度當作輸入方式((多軸動作感應技術多軸動作感應技術))

原相科技：任天堂遊戲機Wii感測晶片獨家供應商

-96-

Optical MEMS Components Optical MEMS Components

(49)

-98-

Far Field Beam Profile (1.55 Far Field Beam Profile (1.55 μ

μm)

m)

(50)

訊號供應者

訊號接受者

微光學透鏡

旁路開關多工傳輸器

接續器

陣列開關多光纖連接器

分光器多工傳輸解譯器

光學微機電光學微機電系統在訊號傳輸技術的應用系統在訊號傳輸技術的應用

-100-

Bell-Lab./ Lucent M. C. Wu, UCLA

Mirror

Mirror--typed Optical Switchtyped Optical Switch

16 x 16 array Switch http://www.omminc.com/home.html

微 微 / / 奈米科技起源與發展 奈米科技起源與發展

微/ 微 /奈米機電系統技術介紹與市場分析 奈米機電系統技術介紹與市場分析

楊 啟 榮 博士

綱 綱 要 要

微 微 / / 奈米科技起源與發展 奈米科技起源與發展

There

There’ ’s plenty of room at the bottom. s plenty of room at the bottom.

這下面空間還大得很呢！

微/ 微 /奈米科技觀念的啟發 奈米科技觀念的啟發

人類的三度智慧空間 人類的三度智慧空間

改變世界的三次工業革命 改變世界的三次工業革命

big

small

物質尺度描述 物質尺度描述

物質尺度描述 物質尺度描述

續

探針陣列於奈米硬碟之應用 探針陣列於奈米硬碟之應用

探針陣列於奈米硬碟之資料存取作動影片 探針陣列於奈米硬碟之資料存取作動影片

微/ 微 /奈機電系統精度定義 奈機電系統精度定義

微機電系統發展與應用範疇 微機電系統發展與應用範疇

微機電系統產品的優點 微機電系統產品的優點

微機電系統的定義 微機電系統的定義

整合感測器、致動器及電子電路的微機電元件 整合感測器、致動器及電子電路的微機電元件

微觀世界與巨觀世界的差異 微觀世界與巨觀世界的差異

微機電系統技術的優點及重要性 微機電系統技術的優點及重要性

微機電系統技術的發展背景 微機電系統技術的發展背景

半導體 半導體

製造流程

微機電製程的基礎

微小汽車 微小汽車

微機械加工

微機械加工–

雷射微熔接組裝製程

微機電系統名稱分類 微機電系統名稱分類

微光學掃描器 微光學掃描器

Electrostatic

Electrostatic 現象 現象

Reference Reference

Reference Reference

Reference Reference

全世界微機電系統技術的研究單位

全世界微機電系統技術的研究單位

全世界微機電系統技術的發展趨勢 全世界微機電系統技術的發展趨勢

日本超微機械計畫

日本超微機械計畫

迷你機器人 迷你機器人

微機電系統在製造領域之應用

微機電系統在製造領域之應用

公元 公元

年全世界微系統產品市場

台灣國際半導體展

微系統專區

參展廠商

奈米科技發展與應用範疇

奈米科技發展與應用範疇

奈米科技是蝦米 奈米科技是蝦米 ? ?

奈米科技 奈米科技 – –

從自然界學習奈米科技 從自然界學習奈米科技

奈 奈 米 米 與 與 人 人 體 體

實現奈米科技的方法 實現奈米科技的方法

「由上往下趨近」

「由上往下趨近」

「由底而上趨近」 「 由底而上趨近」

點筆蝕刻法

點筆蝕刻法

「由底而上趨近」 「 由底而上趨近」(bottom up approach)

掃描式探針移動原子之模式

掃描式探針移動原子之模式

微/ 微 /奈米機電系統產品與應用 奈米機電系統產品與應用

氣泡式噴墨印表頭 氣泡式噴墨印表頭

MEMS壓力感測器 MEMS 壓力感測器

微感測器在汽車工業的應用 微感測器在汽車工業的應用

紅外線夜視裝置

紅外線夜視裝置在汽車工業的應用 在汽車工業的應用

機械式微加速度計

量測線加速度

機械式微陀螺儀( (量測角動量改變 量測角動量改變) )

多軸動作感應系統的技術與應用 多軸動作感應系統的技術與應用

汽車氣囊加速度計 汽車氣囊加速度計

Wii獨創性遊戲軟體與輸入方式 Wii 獨創性遊戲軟體與輸入方式

微微 / / 奈米科技起源與發展奈米科技起源與發展

微/ 微 /奈米機電系統技術介紹與市場分析奈米機電系統技術介紹與市場分析

楊啟榮博士

綱綱要要

微微 / / 奈米科技起源與發展奈米科技起源與發展

微/ 微 /奈米科技觀念的啟發奈米科技觀念的啟發

人類的三度智慧空間人類的三度智慧空間

改變世界的三次工業革命改變世界的三次工業革命

物質尺度描述物質尺度描述

物質尺度描述物質尺度描述

探針陣列於奈米硬碟之應用探針陣列於奈米硬碟之應用

探針陣列於奈米硬碟之資料存取作動影片探針陣列於奈米硬碟之資料存取作動影片

微/ 微 /奈機電系統精度定義奈機電系統精度定義

微機電系統發展與應用範疇微機電系統發展與應用範疇

微機電系統產品的優點微機電系統產品的優點

微機電系統的定義微機電系統的定義

整合感測器、致動器及電子電路的微機電元件整合感測器、致動器及電子電路的微機電元件

微觀世界與巨觀世界的差異微觀世界與巨觀世界的差異

微機電系統技術的優點及重要性微機電系統技術的優點及重要性

微機電系統技術的發展背景微機電系統技術的發展背景

半導體半導體

微小汽車微小汽車

微機電系統名稱分類微機電系統名稱分類

微光學掃描器微光學掃描器

Electrostatic 現象現象

全世界微機電系統技術的發展趨勢全世界微機電系統技術的發展趨勢

迷你機器人迷你機器人

公元公元

奈米科技是蝦米奈米科技是蝦米 ? ?

奈米科技奈米科技 – –

從自然界學習奈米科技從自然界學習奈米科技

奈奈米米與與人人體體

實現奈米科技的方法實現奈米科技的方法

「由底而上趨近」「由底而上趨近」

「由底而上趨近」「由底而上趨近」(bottom up approach)

微/ 微 /奈米機電系統產品與應用奈米機電系統產品與應用

氣泡式噴墨印表頭氣泡式噴墨印表頭

微感測器在汽車工業的應用微感測器在汽車工業的應用

紅外線夜視裝置在汽車工業的應用在汽車工業的應用

機械式微陀螺儀( (量測角動量改變量測角動量改變) )

多軸動作感應系統的技術與應用多軸動作感應系統的技術與應用

汽車氣囊加速度計汽車氣囊加速度計

光學微機電光學微機電系統在訊號傳輸技術的應用系統在訊號傳輸技術的應用