許多行業專家們認為，即使線寬仍然在縮小，摩爾定律卻很難繼續降低成本。很難想象，當處理器的處理能力不能逐年增加的世界將會是怎么樣，那一刻遲早會來。MEMS器件，尤其是壓電MEMS，在2015年也許將迎來屬于它的摩爾定律。

集成電路的摩爾定律

1959年，仙童半導體的Jean Hoerni發明了平面晶體管， 行業先驅、飛兆半導體公司和英特爾的創始人羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾，引領了這種器件的商業化，而其定義的集成電路標準制造過程一直持續到2012年英特爾FinFET的商業化。

平面晶體管的迷人之處在于它是一個十分健全的器件，在此基礎上擴展也相對簡單。摩爾時代以來，光刻源已經從可見光到極端的紫外線，單一模式代替了多重圖像，浸沒式光刻技術已成為家常便飯，3d FinFets已經取代了2d平面晶體管。所有的這些努力讓摩爾定律發展時間比摩爾當初的設想更加長遠，但每個晶體管的成本不再下降。

MEMS器件的瓶頸

微機電系統（MEMS）是使用類似于用于集成電路制造的微型器件。與經典的集成電路相比，后者只在電子領域，MEMS器件卻是機電系統直接與現實世界的互動。一些最常見的應用包括加速度計、陀螺儀、麥克風、壓力傳感器、振蕩器、能源收集器和射頻濾波器。

所有這些MEMS器件的核心其實是能量轉換器：他們收集機械或化學能量并將其轉換成電能，并像集成電路一樣處理信息。也許可以認為MEMS器件是一種信息，而不是能源、傳感器、陀螺儀或麥克風。例如，從真實的物理世界獲取信息并轉換成以電為代表的信息可以由集成電路處理，存儲在數字媒體或傳輸數據。

傳統上，這種轉換是通過靜電感應有時被稱為電容轉導。在靜電器件中，移動機械結構形成一個空氣電容器的一部分。能量轉換的效率是由這個電容器的特性決定的，表面積越大、越接近電容板、轉換效率越高。這就是為什么許多靜電MEMS器件擁有大量的梳齒驅動陣列，以最大化電容極板的表面積。

減少極板之間的距離也會提高性能，但這就產生了另一個一直困擾靜電MEMS問題——靜摩擦。如果極板太近，他們會粘住，可能永遠不會產生分開。靜電能量轉換的物理特性死死的限制了MEMS器件的尺寸、性能、成本和可靠性。

另一種思路

壓電是另一種可選的MEMS換能機制。壓電效應是某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。

常見的工業壓電材料包括鉛鋯鉭鐵礦（鈦、鈮酸鋰、鉭酸鋰、氮化鋁和石英。傳統上，壓電材料很難生產，通常需要數周或數月的生長高純度晶棒，然后切成薄片進行處理。這一過程并不適合先進的MEMS加工，許多材料更會污染標準CMOS集成電路生產過程。

壓電式MEMS的突破發生在射頻濾波器制造商率先使用濺射的氮化鋁薄膜制造FBAR和BAW型諧振器。AlN射頻濾波器已經有了十分成功的產品，例如Avago和Qorvo（前TriQuint），大大推進了壓電MEMS產業的發展。

AlN有許多優點：它與CMOS兼容；它可以使用低成本的濺射沉積工藝；它很容易腐蝕而且有優秀的力學性能。許多學術研究中心研究AlN十多年，目前，幾大MEMS代工廠均能生產高質量的濺射AlN薄膜。

壓電式MEMS設備使用壓電效應而非靜電力，這是其關鍵優勢所在。壓電式MEMS將不使用空氣電容器，因此可以免受靜摩擦，非常可靠。

唯一限制壓電性能的是壓電薄膜本身的質量，主要控制壓電系數如何有效地機械應變力轉換成電荷。在許多情況下，壓電轉換比靜電更有效率。

壓電MEMS器件正在進入加速商業化，因為制造業基礎設施現在能大量生產壓電MEMS。一個有趣的優勢在于：壓電MEMS比靜電不僅僅是性能和可靠性，而且有潛力在未來幾十年指數降低MEMS器件的尺寸和成本。正如晶體管成本降低是由門線寬驅動，壓電式MEMS尺寸減少是由高質量壓電薄膜驅動。當前壓電薄膜通常是1微米左右，但研究人員正在生長不到25nm厚的薄膜。只要壓電系數不減少，膜層越薄，信號生成越多，換能表現越好。由此相對容易看出，壓電MEMS器件幾何圖形在幾年內可以縮小超過一個數量級。

一旦MEMS制造行業看到壓電MEMS體積減小，將會有更多的投資在更薄、壓電系數更高的壓電薄膜上，MEMS將享受摩爾定律式的成本、大小和性能擴展。

如果壓電MEMS可實現摩爾的神奇的組合預測，既減少尺寸、提升性能，又能降低成本，潛在收益將是巨大的。然而，有一件事是肯定的，指數級減少MEMS傳感器的尺寸和成本還很久遠。如今不幸的摩爾定律即將終結，不幸之中有一些安慰——摩爾式的技術擴展，及其廣泛的經濟效益，也許會重生。
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