MEMS

MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）は、微小な機械部品と電子回路を統合したシステムを指します。主に半導体製造技術を利用して作られ、センサー、アクチュエータ、マイクロポンプなど、さまざまな用途に用いられています。MEMSデバイスは、非常に小型でありながら高い機能性を持ち、自動車、医療、家電、産業機器、航空宇宙など幅広い分野で活躍しています。

MEMSの概要

MEMSは、マイクロメートル（1/1000ミリメートル）レベルの微細構造を持つデバイスで、以下の要素で構成されています：

• センサー：物理量や化学量を検出する部品（加速度、圧力、温度など）。
• アクチュエータ：電気信号を物理動作に変換する部品。
• 電子回路：検出された信号を処理・制御するための回路。

これらの要素がシリコン基板上に集積され、一体化されたデバイスを形成します。

MEMSの製造技術

MEMSデバイスは、主に半導体製造技術を応用して作られます。以下のプロセスが用いられます：

• リソグラフィ：フォトマスクを使用して微細パターンを作成。
• エッチング：化学薬品やプラズマで材料を選択的に除去。
• 堆積：薄膜を形成するプロセス（CVD、PVDなど）。
• バルク加工：シリコン基板全体を加工して三次元構造を作成。
• 表面加工：表面を加工して薄膜構造を形成。

MEMSの特徴

• 小型化：数ミリメートルからマイクロメートルサイズのデバイスを実現。
• 多機能性：1つのデバイスでセンサー、アクチュエータ、電子回路を統合。
• 低消費電力：エネルギー効率に優れ、バッテリー駆動に適する。
• 高精度：微細加工技術により高い測定・制御精度を持つ。

MEMSの用途

自動車

• 加速度センサーやジャイロスコープによるエアバッグ制御。
• 圧力センサーでのタイヤ圧力監視システム（TPMS）。

医療

• マイクロポンプによるドラッグデリバリーシステム。
• インスリンポンプや心拍センサーの内部構造として。

家電

• スマートフォンのモーションセンサーやマイクロフォン。
• プロジェクタの光学部品やスピーカーの振動板。

産業機器

• 圧力センサーや流量センサーによる産業プロセスの監視。
• ロボットの動作制御に使用されるアクチュエータ。

航空宇宙

• 航空機の姿勢制御センサーや振動モニタリングシステム。

MEMSの利点

• 小型化により、ポータブルデバイスやウェアラブル機器に適応。
• 低コスト製造が可能で、量産性に優れる。
• 高速応答性によりリアルタイム制御が可能。

MEMSの課題

• 製造工程の複雑さ：微細加工技術には高度な設備と技術が必要。
• 信頼性の確保：過酷な環境や長時間使用に耐える設計が必要。
• 初期開発コスト：研究開発や試作に多大なコストがかかる場合がある。

MEMSの品質管理

• 動作試験：センサーやアクチュエータの性能確認。
• 環境試験：高温、高湿、振動条件下での耐久性評価。
• 信頼性試験：長期間使用時の特性変化を評価。
• 寸法精度測定：微細構造の寸法をナノスケールで確認。

MEMS技術の将来展望

• IoTへの貢献：MEMSセンサーがIoTデバイスにおける情報収集の主要要素となる。
• 医療分野の進化：体内埋め込み型デバイスやリアルタイム診断の実現。
• 新材料の応用：シリコン以外の材料（ポリマー、セラミックスなど）を活用した新しいデバイスの開発。
• 小型ロボットの開発：MEMS技術を利用したナノロボットやマイクロロボットの実用化。