MEMSセンサー：仕組みと主要アプリケーション
MEMSはMicro-Electro-Mechanical Systems（微小電気機械システム）の略で、機械的・電子的コンポーネントを単一のシリコンチップ上に統合した微小デバイスの総称です。構造寸法は1 µm～100 µmで、酸化、拡散、イオン注入、低圧化学気相成長（LPCVD）などの高度な微細加工技術で製造されます。
MEMSセンサーとは
MEMSセンサーは、自動車エアバッグからコンシューマー向けウェアラブルまで、幅広い業界で使われる低コスト・高精度デバイスです。圧力、加速度、磁界などの物理刺激を微小機械要素を通じて電気信号に変換し、リアルタイムで信頼性の高い測定を提供します。
製造プロセスはシリコンウェハーへの薄膜堆積とパターニングから始まり、その後のエッチングでダイヤフラム、ビーム、レバー、スプリングなどの浮遊微小構造が解放され、センサーの機械的コアが形成されます。
製造プロセスは半導体IC製造と類似しており、従来の機械式センサーの一部のコストで大量生産が可能です。
動作原理
MEMSセンサーが物理刺激を受けると、微小質量（プルーフマス）が固定フレームに対して移動します。この運動により静電容量、ピエゾ抵抗、空気中の質量速度などの物理パラメータが変化し、チップ上の電子回路によって電圧、電流（4-20 mA）、またはデジタル出力に変換されます。
機械要素が微小であるため、MEMSセンサーは低消費電力と高帯域幅を示し、サイズ・重量・コストが重要な用途に最適です。
一般的なMEMSタイプ
- 加速度センサー
- ジャイロスコープ
- 圧力センサー
- 磁力計
主な利点
- 半導体スケールでの大量生産により単価が低い
- コンパクト：全体で20 µm～1 mm
- 消費電力が極めて低い（しばしば< 1 mW）
- PCBおよびシステム設計への容易な統合
- 安定した熱応答と高い耐衝撃・耐振動性
- 航空宇宙・防衛向けの優れた耐放射線性
- ウェハー間での高い再現性と並列性
分野横断的なアプリケーション
MEMSセンサーは多くの現代技術を支えています：自動車（エアバッグ加速度、タイヤ圧、ステアリングセンサー）、コンシューマーエレクトロニクス（スマートフォン、ウェアラブル、ゲームコントローラー）、産業オートメーション（位置制御、プラットフォームレベリング）、医療機器（慣性ナビゲーション、血圧監視）、航空宇宙（ナビゲーション、姿勢制御）、通信（RF MEMSスイッチ）。
高度なMEMSデバイスは光学システム（適応ミラー、調整可能レンズ）、インクジェットプリンター、高精度RFコンポーネントにも応用されています。
設計上の考慮事項とコスト
個々の部品は安価ですが、MEMS製品の設計と試作には専用設備とクリーンルーム施設が必要なため、初期コストが高額になりがちです。この障壁が少量生産アプリケーションでの普及を制限することがあります。
それでも、MEMS技術の急速な進化と製造コストの低下により、大量生産市場とニッチ市場の両方でシェアが拡大し続けています。
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