“微机电系统(MEMS：Micro Electro Mechanical Systems)”是指利用“黄光微影技术”
、“掺杂技术”、“蚀刻技术”、“薄膜成长技术”等半导体的制程技术，制作微小的机
械元件、光学元件与电子元件，并且将机械元件、光学元件与电子元件整合成单一的系统
制作在硅芯片上。微机电系统(MEMS)的元作包括：微小的机械元件，例如：微板档、微夹
头、微马达与微致动器等，以及微小的光学元件，例如：微透镜、微棱镜、光波导、光栅
等，最后再结合电子元件，例如：CMOS、BJT、HBT、BiCMOS等，“缩小后”制作在硅芯片
上。由于目前微小制作技术的进步，已经可以在硅晶圆上制作尺寸小于100nm(奈米)的机
械元件、光学元件与电子元件，因此也有人将这种可以在硅晶圆上制作尺寸小于100nm(奈
米)的元件称为“奈机电系统(NEMS：Nano Electro Mechanical Systems)”。
“微机电系统”最大的优点在于其制程与半导体制程相容，而且可以将机械元件、光学元
件与电子元件整合在同一个硅芯片上，达到微小化的目的，此外，可以在一片硅晶圆上，
利用第3章所描述的半导体制程技术形成边长大约1公分的正方形“晶粒(Die)”，每个“
晶粒”上都有数千个机械元件、光学元件与电子元件，而且每一个“晶粒”都“完全相同
”，最后再将这些正方形的晶粒切开，则可以得到许多“完全相同”的“芯片(Chip)”，
每一个“芯片”经过封装与测试，就形成一个功能完整的“微机电系统(MEMS)元件”。换
句话说，一片硅晶圆就可以产生“数百个”完全相同的“芯片”，因此不但可以制作出微
小且精确的元件，而且容易大量生产，成本极低。
图4-1中有许多微机电系统(MEMS)元件的放大照片，图4-1(a)为利用微机电系统制程技术
所制作的“微夹头”，图中箭头所指的部分为夹头，夹头可以向外与向内移动而夹取微小
的物品，夹头的大小约为100贡m(微米)，相当于一根头发的直径，它的功能非常强大，可
以用来“夹头发”！图4-1(b)为利用微机电系统制程技术所制作的“微齿轮”，并将微齿
轮黏在一只蚂蚁的触角上(如图中箭头所指处)，可以明显地看出这个齿轮的大小；图
4-1(c)为利用微机电系统制程技术所制作的“微马达”与“齿轮组”，图中箭头所指部分
的微马达大小约为100贡m(微米)，外围依次为齿轮组，当中央的微马达受到外加的电压而
转动时，会带动外围的齿轮组依序转动。
“微机电系统(MEMS)”包括“微小技术”、“系统技术”与“材料效应”等三大核心技术
，其关系如图4-2所示：
微小技术
“微小技术”是指如何将机械元件、光学元件与电子元件缩小的技术，以半导体所使用的
“黄光微影技术”、“掺杂技术”、“蚀刻技术”、“薄膜成长技术”等技术为主，但是
这些技术主要是用来制作电子元件，机械元件与电子元件最大的差别在于机械元件必须具
备“机械强度”，因此其制作技术必须包括“厚膜制作技术”。由于微机电系统包括微机
械元件，与传统重机械不同，因此产生了新兴的“微机械学(Micro mechanics)”，而且
许多微机电系统都包括光学元件，因此“积体光学(OEIC：Optical Electronical
Integrated Circuit)”也成为重要的研究题目，有关“积体光学”的详细内容将在第二
册第8章“光通讯产业”中详细说明。氢
系统技术
微机电系统包括机械元件、光学元件与电子元件以外，如何将这些元件整合起来的技术便
称为“系统技术”。例如：当一个机械元件受到外界讯号的刺激，如何将这个讯号转变成
电的讯号？如何处理这个电的讯号？如何将这个电的讯号传送给相关的另外一个机械元件
做出反应？这里面必须处理许多相关的类比讯号与数位讯号，并且要将这些讯号连结起来
，就是属于“系统技术”讨论的范围。此外，还必须利用“封装技术”将机械元件、光学
元件与电子元件进行封装才能成为一个具有完整功能的微机电系统(MEMS)元件。
材料效应
将机械元件、光学元件与电子元件制作得很微小，会产生许多全新的现象，这些现象属于
“材料效应”，必须整合具有化学、机械、光学、生物、电子等不同效应的材料，才能制
作出合适的微机电系统(MEMS)元件。因此，微机电系统(MEMS)是一个跨领域的科学，必须
结合化学、机械、光学、生物、电子等各领域的专家才能成功地开发出新的产品。