大多數MEMS器件所需的獨特制造工藝限制了傳統MEMS技術的發展。與此相反,CMOS MEMS生產工藝則代表了單一器件制造的一個里程碑。CMOS MEMS是一種新方法,它在標準CMOS半導體材料內直接構造MEMS結構。
Akustica公司的CMOS MEMS結構構造于CMOS的金屬介電層上,這些層是在標準CMOS工藝流程中沉積的。Akustica的工藝與其它MEMS技術有顯著不同,其它MEMS技術是將相應結構構造在CMOS上的薄膜上,所以,這些技術僅與CMOS兼容。而Akustica的技術支持系統設計師將多個傳感器及附屬電路整合進一個公共平臺,而采用其他技術,設計師將不得不訴諸不同的工藝技術及封裝以逐個構造各個獨立電路。在單一CMOS MEMS裸片上的傳感器共享相同的硅襯底,并在片上進行連接,因此,各個傳感器的總體性能好于各個單獨傳感器性能的疊加。
目前,MEMS開發需要客戶定制和受控的MEMS生產工藝,這似乎已成為一種慣例。例如,象德州儀器的數字光處理器(DLP)這種在市場上取得商業成功的設計需要巨大的資金投入、不懈的努力和很長的開發周期。為加快MEMS的商品化步伐和普及MEMS應用,需要另一種開發戰略。這對消費電子產品來說,尤其如此。消費電子產品市場是這樣一個寬廣的領域,非常適合小規模、按批量定價的可編程器件的應用,這些可編程器件提供應用和系統級的智能功能,并在同一器件內實現感知能力。
時代在變遷,這也為設計師帶來福音。CMOS MEMS在單一芯片上整合機械部件和信號處理的能力,為智能傳感器打開了包括消費電子市場在內的各種新應用領域。
CMOS MEMS芯片不久將與標準CMOS器件一樣普遍。這要歸功于CMOS模型和仿真工具的廣為使用。對開發CMOS MEMS來說,這些工具當然將同樣的親和及便于使用。借助于半導體工業的規模效益、高質量及成熟度,CMOS MEMS將提供一種經濟的解決方案,在數周內完成從設計到原型的整套流程。
專門從事MEMS行業研究的WTC公司的Henning Wicht博士預測,麥克風、存儲器、微能量(micro-energy)電源和芯片冷卻器是我們將很快見到的一些MEMS器件。
的確,CMOS MEMS麥克風將是Akustica首先推出的產品之一。我們期望,MEMS麥克風不久將取代駐極體電容器麥克風,后者是一種已有幾十年歷史的技術。Akustica制造的MEMS麥克風的一致性將比駐極體電容器麥克風的一致性好4倍以上,所以,人們認為MEMS麥克風特別適合高性價比的麥克風陣列應用,其中,匹配得更好的麥克風將改進聲波形成并降低噪聲。
因這些麥克風是采用傳統CMOS技術制造的,所以,新麥克風的設計步調將與諸如筆記本PC、手機和數字媒體系統等消費電子領域的快速設計周期相同步。
麥克風僅是其中一種應用。CMOS MEMS將使把所有機電傳感器結構加之模擬和數字信號處理功能整合進單一芯片成為可能,從而將聲學、慣性和RF系統集成在一個芯片內。這樣,數不盡的電子產品將具有聽說功能,并能感知其周圍環境。
作者:Ken Gabriel
創建人兼首席技術官
Akustica公司