微机电系统（MEMS）是一种集成微型机械和电子器件的技术，其发展历史可以追溯到20世纪60年代以来。
在1947年，贝尔实验室的威廉·肖克利（William Shockley）、约翰·巴尔丁（John Bardeen）和沃尔特·布拉坦（Walter Brattain）成功地建造了第一个采用锗作为半导体元素的晶体管。威廉·肖克利于1948年申请了锗NPN生长结晶体管的专利。
1954年，C.S.史密斯（C. S. Smith）发现了半导体材料（如硅和锗）中的压阻效应。这种半导体材料的压阻效应可以比金属的几何压阻效应大几个数量级。这一发现对MEMS来说非常重要，因为它表明硅和锗可以比金属更好地感知空气或水的压力。由于在半导体中发现了压阻效应，硅应变计于1958年开始在商业上得到发展。1959年，Kulite成立，成为第一个商业化的裸硅应变计供应商。
当晶体管被发明时，实际上每个晶体管能够有多小是有限制的，因为它必须连接到导线和其他电子元件上。因此，晶体管的缩小达到了一个停滞点，直到“集成电路”出现。集成电路将包括所需的晶体管、电阻器、电容器和导线，以服务特定的应用。如果一个集成电路能够全部在一个衬底上制造，那么整个设备就可以变得更小。
两个科学家几乎同时独立地开发了集成电路。1958年，为德州仪器工作的杰克·基尔比（Jack Kilby）建造了一个“固态电路”的工作模型。这个电路由一个晶体管、三个电阻器和一个电容器组成，全部在一个锗芯片上。之后不久，来自费尔柴尔德半导体公司的罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）制造了第一个“统一电路”。这个集成电路是在硅芯片上制造的。第一个专利于1961年授予了罗伯特·诺伊斯。
在1959年，一位名叫理查德·费曼的人通过一场引人注目的开创性演讲《底部有很多空间》（”There’s Plenty of Room at the Bottom”）推广了微观和纳米技术的发展。在他的演讲中，他提出了一个问题：“为什么我们不能在一根针头上写下整整24卷的《大英百科全书》？”他提出了如何在如此小的区域内写下如此多的文本的方法，以及如何读取它们。
费曼介绍了在原子尺度上操纵物质的可能性。他特别关注于更密集的计算机电路和能够看到比扫描电子显微镜能够看到的更小的东西的显微镜。他提出了建造微型机器人的可能性，这些机器人可以被吞下来执行外科手术。
费曼谈到了在原子尺度上工作时将出现的新的物理挑战。重力将变得不那么重要，而表面张力和范德华吸引力将变得更加重要。
在这个著名演讲的结尾，他向听众提出了设计并制造一个微小电动机，并在线性尺度上将一页书的信息写在一个1/25,000的表面上的挑战。对于每个挑战，他提供了1000美元的奖金。他在一年内颁发了微小电动机的奖金，并在1985年，一位斯坦福大学的学生收到了减少《双城记》第一段文字1/25,000的奖金。继续挑战，预测纳米技术研究所（The Foresight Nanotech Institute）自1997年以来每年颁发费曼纳米技术奖（The Feynman Prize in Nanotechnology）给最先进推动费曼设定的纳米技术目标实现的研究者。
1964年，由哈维·纳桑森（Harvey Nathanson）领导的西屋公司团队制造了第一批批量生产的MEMS设备。这个设备将机械组件与电子元件结合在一起，被称为谐振门晶体管（Resonant Gate Transistor，RGT）。RGT是一个金共振MOS门结构。它约长1毫米，对非常窄范围的电输入信号做出响应。它作为集成电路的频率滤波器，只将设计范围内的信号传输到输出电路，而忽略所有其他频率。
RGT与传统晶体管不同之处在于，它不是固定在栅氧化物上的。相反，它是可移动的，与衬底相对悬臂的。静电吸引力控制了门和衬底之间的距离。RGT是微电静力驱动器的最早示范。它也是表面微机加工技术的首次示范。
1971年，一家名为英特尔的公司公开推出了世界上第一款单芯片微处理器，英特尔4004。4004驱动了Busicom计算器，是英特尔的第一款微处理器。这一发明为个人计算机的出现铺平了道路。正如下文所述，MEMS利用了半导体制造技术。
在1960年代和1970年代：大量使用蚀刻硅晶片作为压力传感器
在1960年代初期，硅晶体管的制造引起了硅的等向腐蚀过程。等向腐蚀是通过化学过程从基底中去除材料。由于腐蚀速率在所有方向上都是均匀的，材料在所有方向上都被均匀地去除。
在1960年代后期和1970年代初期，H.A.瓦格纳发表了一篇名为《硅的电化学控制稀薄》的论文。这说明了硅的各向异性湿法腐蚀。湿法各向异性腐蚀与湿法等向腐蚀不同，因为材料的电化学去除取决于硅晶体的结晶方向。不同晶面的腐蚀速率（单位时间内去除的材料量）差别很大。然后可以选择性地腐蚀硅，形成各种结构，包括V形凹槽、金字塔形台阶和微型腔室。
电化学各向异性腐蚀在微系统制造中非常重要，因为它是大量微加工工艺的基础。大量微加工通过腐蚀掉相对较大部分的硅基底，留下所需的结构。自问世以来，大量微加工一直是制造微机械元件（如微流体通道、喷嘴、隔膜、悬臂等移动或结构元件）的非常强大的方法。
在1970年代，IBM研究实验室的库尔特·彼得森开发了一种使用硅薄膜的微加工压力传感器。这种薄膜允许更大的变形，因此与当时的其他薄膜式压力传感器相比具有更高的灵敏度。这些薄膜式压力传感器在血压监测设备中得到了广泛应用，可以认为是微系统设备的最早商业成功之一。
在1979年，惠普公司提出了一种替代点阵打印的方案，称为热墨喷射技术（Thermal Inkjet Technology，TIJ）。这种打印技术通过快速加热墨水，创建一个微小的气泡。当气泡爆破时，墨水滴从喷嘴喷出；一组这些喷嘴构成了完整的喷墨打印头，使得快速在纸张和其他媒介上创建图像成为可能。硅微加工技术用于制造这些喷嘴。喷嘴被制造得非常小并且密集排列，以实现高分辨率的打印。自惠普首次提出TIJ以来，不断改进使得喷嘴更小、更密集，以提高分辨率。如今许多打印机都采用了热墨喷射技术。
在1980年代初期，德国卡尔斯鲁厄核研究中心的一个团队开发了一种新的工艺，称为LIGA。LIGA是德文“X射线光刻（X-ray Lithographie）、电镀（Galvanoformung）和成型（Abformung）”的缩写。这个工艺对微系统制造非常重要，因为它可以制造高纵横比的微结构。高纵横比结构非常薄或窄而高，比如一个通道。LIGA可以实现高达100:1的比例，而且LIGA结构具有精确的尺寸和低表面粗糙度。
1982年，库尔特·彼得森（Kurt Petersen）撰写的一篇论文发表在IEEE出版的一本书中，名为《硅作为机械材料》。这篇论文提供了关于硅的材料性质和腐蚀数据的信息，并在引导科学界探索这些领域方面发挥了重要作用。它是MEMS领域中被引用最多的文章之一。
1986年，IBM的科学家们开发了一种名为原子力显微镜（AFM）的微型设备。AFM是一种通过测量作用在具有尖锐尖端或探针的微型悬臂上的力来绘制原子结构表面的设备。悬臂通常是硅或氮化硅制成。AFM的最终分辨率可达到约10埃。
1980年代涌现了许多发展和新应用。
1988年，加州大学伯克利分校首次制造了旋转电静力侧驱动马达。
1989年，出现了横向梳状驱动器，其中结构在表面上横向移动。
1992年，在康奈尔大学，开发了一种名为单晶反应蚀刻和金属化（SCREAM）的大量微加工工艺。它被用来从单晶硅和单晶砷化镓（GaAs）中制造释放的微结构。
1992年，O. Solgaard引入了可变形光栅光调制器（GLM）。它是一种微光机电系统（MOEMS）。自从它被引入以来，它已经被用于各种应用，如显示技术、图形打印、光刻和光通信。
1993年，北卡罗来纳州微电子中心（MCNC）创立了一个铸造厂，旨在为大量用户提供高度可访问和经济高效的微系统加工。他们开发了一种名为MUMPs（MultiUser MEMS Processes）的工艺，这是一种三层多晶硅表面微机加工工艺。自从推出以来，已经进行了几次修改和增强，以增加工艺在多用户环境中的灵活性和多功能性。
1998年，另一个表面微机加工铸造厂开始运行。这个铸造厂由桑迪亚国家实验室启动，工艺被称为SUMMiT IV。该工艺后来发展成了SUMMiT V，这是一种五层多晶硅表面微机加工工艺。SUMMiT是“Sandia Ultra-planar, Multi-level MEMS Technology（桑迪亚超平面，多级MEMS技术）”的缩写。
1993年，模拟设备公司（Analog Devices）是第一家大规模生产表面微机加工加速度计的公司。在此之前，上世纪80年代，TRW公司生产了一个售价约为每个20美元的传感器。汽车行业使用了模拟设备公司的加速度计用于气囊系统，并且每个加速度计的售价约为5美元。这降低了约75％的气囊电子产品成本。它非常可靠、非常小巧且价格非常低廉。它以创纪录的数量销售，提高了汽车中气囊的普及率。如今，加速度计被广泛应用于各种消费品，包括汽车安全和导航系统、游戏控制器、移动电话和计算机系统。
1994年，德国公司博世（Bosch）开发了一种特殊的深反应离子刻蚀（DRIE）工艺。DRIE是一种高度各向异性的刻蚀工艺，用于在晶圆中创建深度、陡峭的孔和沟槽。它被开发用于需要这些特征的微型器件，同时也用于挖掘用于动态随机存取存储器（DRAM）高密度电容器的沟槽。
在1999年，Lucent Technologies开发了第一个MEMS光学网络开关。光学开关是光电设备，由光源和产生切换输出的检测器组成。它在数据通信网络中提供切换功能。这些MEMS光学开关利用微型镜片根据微型镜片的相对角度来切换或反射光信道或信号到另一个位置。有几种不同的设计配置。该技术领域的增长仍在继续进行中。
自晶体管发明以来，科学家们一直在努力改进和开发新的微机电系统。MEMS设备已经被应用于许多商业产品中。最早的MEMS设备用于测量发动机的压力和汽车的运动等事物。如今，MEMS元件正在驱动着我们的通信网络，协助汽车安全气囊来拯救生命，甚至植入人体以监测血压。微系统不断变小，形成了一种新技术，称为纳米电机械系统（NEMS）。MEMS和NEMS的应用和增长是无穷无尽的，将继续渗透到我们日常生活的许多方面。
Work Consulted
[1] History of MEMS. Available at: https://nanohub.org/resources/26535/download/App_Intro_PK10_PG.pdf (Accessed: 13 May 2024). 
