半導體元件微型化的下一場革命──NEMS

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據新興晶片技術領域的專家表示，可說是微機電系統(MEMS)的“小表弟”的奈米機電系統(nanoelectromechanical systems，簡稱NMES)，雖然目前還沒沒無聞，但在未來可能成為半導體產業界的要角。

Sematech製造聯盟新興技術副總裁Raj Jammy指出，其中的一個理由是，成熟的MEMS技術已經為各種不同的感測器，在iPhone等新潮電子產品中的應用開拓了龐大新市場，不過MEMS是針對特殊應用的元件：「NEMS則能提供整套的潛在應用方案。」

NEMS 被形容為MEMS與奈米技術的結晶；在美國國防部高等研究計劃署(Drapa)掌管NEMS研究的Dennis Polla表示：「如果某系統有一個關鍵機械零件或架構的尺寸小於1微米(micrometer)，並且能整合其他不同的零件，那就是NENS。」他指出，該單位認為NEMS技術就是「下一場微型化革命」。

Darpa 正在研究將NEMS技術與感測器、致動器(actuators)、電子元件與光學元件、甚至微流體元件整合的方法。而Sematech的Jammy則表示，從製造部門的角度來看：「沒有人是真正在研究NEMS領域，也就是我們該如何將NEMS整合進CMOS製程？」

在日前 (12月7~9日)於美國舉行的2009年國際電子元件會議(IEDM)上，至少有9個研究單位發表了有關NEMS技術的論文，題目包括NEMS CMOS記憶體等應用；事實上，IEEE自2006年起就贊助NEMS技術會議，其第五屆年會預計明年1月20~23日在中國廈門舉行。

Jammy的觀點是，現在時機已經成熟，可開始研究進行採用現有CMOS製程技術生產新式NEMS元件的方法：「要真正掌握該種元件的潛能，得用CMOS製程而非一般MEMS製程來生產，好讓NEMS元件是與CMOS相容的。」

NEMS元件與其他許多新興IC技術一樣訴求低功耗特性，不過NEMS元件還有其他優勢，包括高速度(gigahertz)、低漏電、與現有CMOS製造設備相容，以及可進軍傳統晶片無法運作之嚴苛環境，開創一系列特殊應用。

這意味著NEMS的角色將不只是做為iPhone內的觸控感測器；Jammy舉例說明，相關的嚴苛環境應用包括汽車、工業領域的儲存設備，或是RF與生物醫療應用等等。Darpa也在研究NEMS元件的軍事應用。

在元件層級，Sematech正與加州柏克萊大學、史丹佛大學等單位的研究人員合作，開發採用NEMS技術的記憶體元件，以及號稱「零洩漏」的NEMS開關(switch)，或是與CMOS技術整合的混合式開關元件。

在 IEDM上所發表的NEMS研究，則包括整合NEMS與CMOS技術所製造、稱為「鰭式正反器致動通道電晶體(fin flip-flop actuated channel transistor)的元件，以及採用奈米級石墨烯(graphene)材料所製造的低耗電NEMS開關元件。

(參考原文： Let's get small: NEMS poised to overtake MEMS，by George Leopold)

cto

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cmit

这种纳米电子微机械系统是用什么加工手段实现的呢？目前的光刻的分辨率通常在2微米左右。
期待这种技术能够用在光电控制领域。