Микроэлектромеханическая система (МЭМС), механические детали и электронные схемы, объединенные в миниатюрные устройства, обычно на полупроводниковом чипе, с размерами от десятков микрометров до нескольких сотен микрометров (миллионных долей метра). Распространенные области применения МЭМС включают датчики, приводы и устройства управления технологическими процессами.
Интерес к созданию МЭМС возрос в 1980-х годах, но потребовалось почти два десятилетия, чтобы создать конструкторскую и производственную инфраструктуру, необходимую для их коммерческого развития. Одним из первых продуктов с большим рынком сбыта стал автомобильный контроллер подушки безопасности, который сочетает в себе инерционные датчики для обнаружения аварии и электронную схему управления для раскрытия подушки безопасности в ответ. Еще одним ранним применением МЭМС стали печатающие головки для струйных принтеров. В конце 1990-х годов, после десятилетий исследований, на рынке появился новый тип электронного проектора, в котором используются миллионы микрозеркал, каждое из которых имеет свой собственный электронный контроль наклона, для преобразования цифровых сигналов в изображения, конкурирующие с лучшими традиционными телевизионными дисплеями. Среди новых продуктов — зеркальные массивы для оптической коммутации в телекоммуникациях, полупроводниковые чипы со встроенными механическими осцилляторами для радиочастотных приложений (например, сотовых телефонов), а также широкий спектр биохимических датчиков для использования в производстве, медицине и безопасности.
При изготовлении МЭМС используются инструменты и материалы, применяемые при производстве интегральных микросхем (ИМС). Как правило, слои поликристаллического кремния осаждаются вместе с так называемыми жертвенными слоями диоксида кремния или других материалов. Перед растворением жертвенных слоев на них наносятся рисунки и травление, в результате чего образуются трехмерные структуры, включая микроскопические кантилеверы, камеры, сопла, колеса, шестеренки и зеркала. Создание этих структур с помощью тех же методов пакетной обработки, которые используются при производстве ИС, с большим количеством МЭМС на одной кремниевой пластине, позволило добиться значительной экономии за счет масштаба. Кроме того, компоненты МЭМС, по сути, «собираются на месте», не требуя последующей сборки, в отличие от производства обычных механических устройств.
Один из технических вопросов при изготовлении МЭМС связан с порядком сборки электронных и механических компонентов. Высокотемпературный отжиг необходим для снятия напряжения и деформации слоев поликристаллического кремния, но он может повредить уже добавленные электронные схемы. С другой стороны, если сначала изготавливаются механические компоненты, необходимо обеспечить их защиту на время изготовления электронных схем. Для этого используются различные решения, в том числе закапывание механических деталей в неглубокие траншеи до изготовления электроники и их последующее извлечение.
Препятствиями для дальнейшего коммерческого проникновения МЭМС являются их стоимость по сравнению со стоимостью более простых технологий, нестандартизация инструментов проектирования и моделирования, а также необходимость создания более надежной упаковки. В настоящее время исследования сосредоточены на изучении свойств нанометровых размеров (т.е. миллиардных долей метра) для устройств, известных как наноэлектромеханические системы (НЭМС). При таких масштабах частота колебаний структур возрастает (от мегагерцовых до гигагерцовых частот), открывая новые возможности для проектирования (например, для шумовых фильтров); однако устройства становятся все более чувствительными к любым дефектам, возникающим при их изготовлении.