MEMSセンサのスケーリング効果と将来に向けた開発の方向性

摘要

近年，CMOSとMEMSをモノリシックに一体化する集積化MEMSデバイスにおいて，一層の微細化が進むCMOS技術と，一体集積化されるMEMSデバイスの間に，面積利用効率に関する乖離が生じている。CMOS回路についてはR.H.Dennardのスケーリング則が有名であり，比例縮小化による回路の高速化，小面積化，低消費電力化の効果が明確にモデリングされ，これまで集積回路技術の発展に大きな寄与を与えてきた。一方，MEMS技術で製作したセンサ•アクチユエータにおいては，CMOS同様のフォトフアブリケーション技術を使用するにもかかわらず，そのスケーリングが性能に与える影響(比例縮小効果)については，これまで十分議論が行われていなかった。微細化の進むCMOSとMEMSを一体化する集積化MEMSにおいて，MEMSのスケーリング効果は今後重要となることは明白である。本研究では，CMOSの微細化に伴い，MEMSを比例縮小的に縮小化した際に生じる，各種性能への影響を簡単な数式モデルによって表現した。MEMSがもつスケーリング効果の本質を明らかにし，将来の開発に向けた指針を検討する。