MEMSとは何か

このページでは、身近な家電やスマートフォン、自動車などに最も広く使用されている半導体加工技術を活用したMEMSについて詳しくご説明いたします。

内容:

 

MEMSって何?


MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)とは、微小なスケールで加工された機械的構造と電子回路が統合されたシステムのことで、日本語では「微小電気機械システム」と説明されます。

MEMSとは

 

代表的なMEMSデバイスの例として、加速度センサー、ジャイロセンサー、圧力センサー、マイクロミラー、インクジェットプリンタのヘッド、MEMSマイクやスピーカーなどがあり、これらのMEMSデバイスの多くは半導体の加工技術を用いて、ウエハー上に微細な機械的構造と電子回路を集積したチップ(MEMSチップ)を使い組み立てられています。MEMSは電子部品として、既に身の回りの家電製品や自動車、IoT製品、通信、医療など幅広い分野で活用され、MEMSの活用は今後ますます拡大していくと予想されています。

Examples of MEMS Applications

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MEMSと半導体技術について


一般的に広く普及しているMEMSデバイス*の多くはICチップと同様に半導体技術を活用して製造されています。このため、どちらも非常に小さなサイズで精密に作られています。具体的には、フォトリソグラフィー(光学的パターン転写技術)やエッチング、薄膜技術などの高度な半導体加工方法が用いられます。

半導体の加工工程例

 

半導体加工技術がMEMSに広く使われている主な理由として、ICチップに使用されている半導体シリコン基板がMEMSの素材としても優れた機械的特性と電気的特性を持っていること、またIC技術の飛躍的な発展により培われたシリコン基板の微細加工技術、集積化技術、標準化された量産プロセスやそれらを可能にする高性能な工程設備が普及していることが、MEMSデバイスの精度、機能、生産性やコスト効率を大きく向上させたことなどがあげられます。

MEMS technology utilizes IC technology

MEMSはICによって確立された製造技術とプロセスの多くを活用することで、生産性の向上やコスト削減を実現するこが可能ととなり、その結果として多くの産業においてMEMSの活用が進んだと言えます。

*MEMSの中には半導体技術以外にも微細機械加工、3Dプリンティング、ポリマー材料など様々な加工技術や部材を使ったものや、光導波路やDNAチップなど可動部を持たないタイプもあります。

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MEMSとICの違いについて


MEMSとICは、製造方法や小型化技術などの点で共通点が多いですが、機能や用途、動作原理においては大きな違いがあります。MEMSは物理的な動きや計測に関連するシステムで、ICは純粋に電子的な信号処理を行う回路です。どちらも現代のテクノロジーにおいて重要な役割を果たしており、それぞれの特徴に応じた用途で活躍しています。

ICは、純粋に電子的な回路で構成されており、トランジスタやコンデンサ、抵抗などを使って電気信号を処理・制御するものです。ICは主に、論理演算や信号処理、メモリなどの電子機器で使われます。

ICの構造

 

一方、MEMSは機械的な動作や物理的な計測を行うシステムで、センサーやアクチュエーター(駆動装置)などで構成されています。「MEMS」と一口に言っても、その用途や外観や内部構造、サイズは用途によって大きく異なります。具体的には、加速度センサー、圧力センサー、マイクやスピーカーなどが代表例です。

MEMSの構造

 

もし、情報処理やメモリ機能に特化したICを人間の脳に例えるなら、機械的な動きやセンサーを組み合わせることで、必要な用途に合わせて様々な物理的機能を持つMEMSは、耳や鼻といった体の部位や、感触やバランスを捉える感覚器官のように例えることができるでしょう。

If IC and MEMS are compared to body parts

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