一、課程說明(Course Description)

自從 1947 年第一顆固態電晶體被發明後，半導體製程技術即不斷地演進，由IC 至 LSI 然後
到VLSI ，再到目前的ULSI。隨著半導體製程技術的進步，許多的研究人員開始思考如何將該技
術作更廣泛的應用。1965 年美國 Westing House 的 Dr. Nathanson利用半導體製程，首度
製造一極小的機械懸臂結構於晶片上。該文發表後引起許多迴響，隨後陸續有多篇論文探討關於
半導體製程製造微機械結構的技術，以及結合半導體電子元件和機械結構以形成各種感測器，如
壓力計、加速度計等，這些元件的尺寸甚至可小至微米。然而直到 1982 年美國 Dr.
Petersen 的一篇回顧的論文，才真正引起世人對微加工 (Micromachining) 技術的重視。
1988 年美國 UC Berkeley 的 Fan 和 Tai 製造的微馬達，更造成舉世轟動，並將此領域的
研究風潮推向高峰。

早期這項技術被利用來製造微小的機光電等元件，例如：齒輪、閥門、馬達等等，目前此領域已
由單一的機械元件或結構，發展到複雜的由機光電等元件與功能整合而成的系統，稱之為微機電
系統(Microelectromechanical systym, 或簡稱 MEMS)，也有人稱之為微系統技術
(MicroSystem Technology, 或簡稱 MST)；而製程技術也由早期依附於半導體製程，發展到
已有專屬 MEMS 的加工技術。一般咸認為微機電系統除了本身是一項重要的科技外，它也將是
未來許多高科技產品所仰賴的關鍵技術。由於製程具有相容的潛力，微加工技術製造的機械元
件，可以和半導體製程製造之電子線路整合 (integrate) 於同一矽晶片，形成一極微小的機
電整合系統。所以微機電系統具有下列優點：(1) 可將機械結構和電子線路整合，(2) 可批量
製造(batch fabrication) 使成品造價降低且品質均一，(3) 縮小成品尺寸且增高精度，(4)
系統整體設計製造使可靠度提高； 因此微機電系統被應用在許多低成本的感測器和致動器。

目前和微機電技術相關的應用有：壓力計、加速計、陀螺儀、濕度計、流量計、噴墨頭、數位光
切換晶片等等，也廣泛應用於手持式電子 (如 智慧型手機、平板電腦、Wii等等)、消費性電子
(如單槍投影機、噴墨印表機等等)、車用電子 (如安全氣囊、胎壓計、定位、防滑等等) 等產
品。預期未來微機電技術結合感測、無線通信、雲端計算、AI 等技術，可進一步應用於智慧生
活、物聯網(IoT, Internet of Things)、工業4.0、自駕車等頗受矚目的領域。

由於以微加工技術製造的微機械元件，其設計和製程有密不可分的關係。因此，本課程有三個目
的：

(1) 希望將 MEMS 的製作過程介紹給沒有修過積體電路和薄膜製程相關課程的同學，
(2) 如何利用這些基本製程作出我們所設計的元件，
(3) 討論 MEMS 在設計、製造、及應用時可能產生的問題。

因此本課程的安排依序為:

(1) 積體電路的單元製程，例如: photolithography, etching, and deposition 等等
(2) 利用這些單元製程發展出來的數種微加工製程, 例如: bulk micromachining,
surface micromachining, 和 LIGA 等等
(3) 舉例說明如何利用這些微加工基本製程來設計製造微機械元件
(4) 討論 MEMS 在設計製造的過程以及實際應用時可能產生的相關問題


二、指定用書(Text Books)

講義 (http://mdl.pme.nthu.edu.tw/NTHU_PME_lab_CHT/links.html)


三、參考書籍 (References)

Reference books

+ MEMS general concept
(1) Fundamentals of microfabrication by M. Madou, 1997
(2) Micromechanics and MEMS edited by W.S. Trimmer, 1997
(3) Microsystem technology and microrobotics, S. Fatikow, U. Rembold, 1997

+ Microsensors and microactuator
(1) Microactuators by M. Tabib-Azar, 1998
(2) Micromachined transducers by G.T.A. Kovacs, 1998
(3) Microsensor by J.W. Gardner, 1994
(4) Semiconductor sensors by M. Sze, 1994
(5) Microsensor edited by R.S. Muller et. al., 1991
(6) Silicon Sensors, S. Middelhoek and S.A. Audet, 1989
(7) Biosensor:Microelectrochemical devices by M. Lambrechts, W. Sansen, 1992

+ Fabrication technology and material properties
(1) VLSI 製造技術 莊達人 編著, 1994
(2) Thin film process edited by J.L. Vossen and W. Kern, 1978
(3) Semiconductor IC processing technology by W.R. Runyan, K.E. Bean, 1990
(4) The materials science of thin films by M. Ohring, 1991
(5) VLSI technology by S.M. Sze, 1988

Journal

(1) Journal of Micromachanics and Microengineering
(2) IEEE/ASME Journal of Microelectromechanical Systems
(3) Sensors and Actuators A, B
(4) IEEE Sensors Journal
(5) IEEE Transactions on Electron Devices

Conference proceeding

(1) IEEE MEMS
(2) Transducers
(3) IEEE Sensors
(4) IEEE/LEOS Optical MEMS
(5) Eurosensors
(6) uTAS
(7) HARMST
(8) SPIE Symposium on Micromachining and Microfabrication
(9) Micromechanics Europe


四、教學方式(Teaching Method)

投影片 (http://mdl.pme.nthu.edu.tw/NTHU_PME_lab_CHT/links.html)


五、教學進度(Syllabus)

1. Introduction
2. Basic IC fabrication processes and related mechanical design issues
2.1 Thin film deposition
2.2 Photolithography
2.3 Etching
2.4 Bonding
3. Fabrication techniques for MEMS
3.1 Bulk micromachining
3.2 Surface micromachining
3.3 LIGA process
4. Applications
4.1 Sensors
4.2 Actuators
5. Mechanics issues on MEMS


六、成績考核(Evaluation)

Homework and others 10%, Midterm 50%, Final project 40%


七、可連結之網頁位址

http://mdl.pme.nthu.edu.tw/