伟大的MEMS发明家
1975，库尔特？库尔特·彼得森(Kurt Petersen)当时还是一名年轻而聪明的研究人员，他刚刚从麻省理工学院获得电子工程博士学位，在美国加州的IBM阿尔马登研究中心工作。他是该中心光学研究组的成员。然而，他经常感到无聊。一天，他在一个巨大的建筑群中闲逛，发现一条普通走廊的油毡瓦上有一大块黑色污渍。就是这个污点，改变了他的人生，改变了整个行业。
为了找到污渍的来源(他也很闲)，彼得森走进了最近的实验室。最后，他发现污迹是由溢出的墨水形成的。这是一个为喷墨打印机开发喷嘴的实验室。在研发过程中，需要在硅材料上打孔。
在硅材料上打孔？彼得森从未听说过它，但他记得以前看过一个关于硅基微型加速器的广告。突然，一个更大的场景浮现在他的脑海里:人们其实正在制造微型机械零件，这些零件都只有几微米，都是由硅制成的。今天，我们称这种器件为MEMS。彼得森也想做MEMS。
因此，他开辟了一条新的职业道路——专攻MEMS技术，包括现在用于扫描美国所有邮件以防止炭疽热的设备，并创办了MEMS企业。正是因为这个贡献，彼得森获得了2019年IEEE荣誉勋章。
在发现墨迹后不久，彼得森开始阅读他能找到的所有关于使用硅材料制造微机械设备的材料，包括各种期刊和杂志，如IEEE电子设备汇刊、应用物理快报和电化学学会杂志。当时这类器件还没有具体的名称，市场上的MEMS产品也很少。他发现“世界上许多人已经用硅制造了不同的机械设备，但他们还没有形成相关的团体。”大多数研究这类设备的人都不认识。"
然后彼得森着手制造他的第一个装置。看着显微镜下的喷墨打印机喷头，他说:“如果有缺陷，我一眼就能看出来。显微镜下有一些微小的、独立的、非常细的硅胶柱。我想，也许这些微小的机械结构可以四处移动。他们可能会打开灯，我可以做一个调光器。”他的研发过程类似于今天的MEMS制造过程。首先在外延硅牺牲层上铺设一层二氧化硅，然后刻蚀掉牺牲层。最后只剩下二氧化硅悬臂梁，顶部是一层薄薄的金属层。
他花了三个月的时间制造了几个微调节器，每个长约100微米，厚约0.5微米。他把这些调节器带到配备了IBM扫描电子显微镜的实验室，在那里，一名技术人员帮助他安装了电线，然后他给这些设备接上电源，观察它们的运行情况。
“她被迷住了。”彼得森回忆说，“她说她从未见过在显微镜下运行的设备。”
后来，彼得森又花了5年时间，用硅材料制造尽可能多的微机械设备，包括加速器和电子开关。他离开了光学研究组，进入了一个特别定制的实验室，这个实验室只能容纳他和一个实习生。
基于对文献的深入研究和自己的工作，Peterson写了一份关于新兴技术的内部报告。"许多机械结构对IBM来说可能是有价值的."他说，比如光学和机械磁盘驱动器的读写头，喷墨打印机更复杂的喷头，IBM都不感兴趣。
彼得森很失望，但他也意识到这样的设备并不是IBM的重点业务。于是他修改了报告，删除了IBM的专有信息，提交给了IEEE Journal，足足占了整个期刊的50页。题为“作为机械材料的硅”的文章成为了5月1982的封面文章，它将MEMS确立为一个独立的技术分支。
这篇论文的内容非常全面，讨论了集成电路材料的机械性能以及将这种材料蚀刻成相应形状和结构的各种方法。“文章推断了未来可能出现的东西，比如深度反应离子刻蚀(DRIE)，它给这个领域带来了彻底的改变。”他说，“即使在今天，许多人告诉我，正是那篇文章让他们对MEMS产生了兴趣。”
“我们读研究生的时候都读过这篇文章。”现任斯坦福国际研究院首席技术官的格雷格？格雷格·科瓦奇说，该研究所位于加利福尼亚州的门洛帕克。“他在MEMS领域发挥了巨大的作用。他所完成的比创造这个领域更重要，他推动了这个领域的发展。对我来说，他是一个超级英雄。”
IEEE Proceedings的论文一发表，Peterson就被邀请在世界各地的会议上发言，研究人员来到Almaden看望作者。“做各种疯狂研究的人会通过某种方式和我取得联系，比如微流控低温制冷机的研究人员。”他说。他似乎一夜之间成了MEMS技术的掌门人。
这个领域在20世纪80年代一直稳步发展。彼得森的论文发表时，全球大约有三四十人在研究这项技术。到1990，他估计大概有600人在研究这项技术。市场上已经出现了用于一次性血压计的压力传感器和新型燃油控制化油器。基于MEMS的加速器也已经用于航空航天工业。第一台微型机械喷墨打印机打印头进入批量生产。当时出现了很多创业公司，他们渴望用这种技术去发展。彼得森说，该领域是在1987国家科学基金会研讨会上正式命名的。
不出所料，几家公司联系了彼得森。最后，他接受了邀请，在1982与吉姆见面。Jim Knutti共同创立了Transensory Devices，开发和制造MEMS设备。
他回忆说，放弃在企业稳定的研究工作让他感到“紧张”。他有两个年幼的儿子，所以经济保障非常重要。大约654.38+0万美元的风险投资最终来自州外石油投资者，而非硅谷投资者。“那时候硅谷有一些创业公司，但完全不是这样。当时筹集资金非常困难。”他说。
他们的团队后来搬到了加州弗里蒙特的一个280平方米的实验室，并建造了一些自己的设备，包括用于封装和保护硅晶片的晶片键合设备。他们与大公司签订合同，为他们生产样品，包括IBM的Peterson制造的调光器。同时，他们开始开发自己的MEMS器件。
“我们展示了很多设备，”彼得森说，“但没有一个投入生产。”有一次，一个用于卡车运输的胎压传感器差点成功，但是和他们合作的主管却死了。彼得森认为，正是因为他们缺乏制造经验，克努特没有将他们的研究成果商业化。
合同生产使Transensory顺利运行，但彼得森仍然希望将他的MEMS设备推向市场。他认为是时候成立第二家公司了。
1985，彼得森和扬科夫斯基？雅努什·布莱泽克和约瑟夫？约瑟夫·马龙(Joseph Mallon)共同创立了NovaSensor公司，500万美元的启动资金来自油田服务巨头斯伦贝谢(Schlumberger)。Brezek此前曾联合创立了两家公司来开发MEMS压力传感器。“扬科夫斯基和他的合作伙伴有生产和制造经验，”这是Transensory所缺乏的，彼得森说。
NovaSensor成立后，开始制造三种压力传感器:一种用于航空航天工业，一种用于石油工业，一种是不针对特定市场的高温压力传感器。事实证明，最后一种取得了最大的成功，连航天飞机的轮胎都采用了这种压力传感器。“我们发现了一种通过MEMS技术将电阻与基板隔离的方法。我们用压力传感器膜片将单晶硅片粘合到氧化硅片上，然后蚀刻掉大部分上层硅片，只留下电阻。”彼得森说。他认为，这种传感器是第一个硅晶体绝缘体器件，此后被广泛应用。
1991年，LucasIndustry有限公司收购了NovaSensor，使Peterson跻身“MEMS百万富翁”之列。NovaSensor的生产线现在由Amphenol出售。
在随后的几年里，彼得森的股权份额不断增加。在此期间，他专注于融合粘合，这需要蚀刻两个不同图案的晶片，然后将它们连接在一起。这个过程可以制造非常复杂的设备，比如陀螺仪。他的名片上已经印上了用这种工艺制作的第一批设备的照片。
Peterson在1995离开NovaSensor的时候，MEMS压力传感器已经广泛应用于很多系统，包括潜水设备和HVAC控制系统，MEMS加速器刚刚开始应用于汽车安全气囊中的碰撞传感系统。
彼得森没有做任何安排就离开了NovaSensor。劳伦斯？利弗莫尔国家实验室研究员艾伦？诺斯鲁普曾向他提出，MEMS器件可以大大加速聚合酶链式反应(PCR)，这是一种复制DNA序列的相对较新的方法。
彼得森妻子的朋友，在生物技术领域工作的比尔？比尔·麦克米兰肯定了PCR的发展前景。随后，彼得森开始起草一份降低PCR机械尺寸和成本的计划，目标是制造医生可以在办公室使用的手持设备。
他和麦克米伦在帕洛阿尔托的木兰咖啡馆共进午餐。“我向他大致介绍了我的想法，他开始在纸质餐垫上画商业计划。”彼得森说。他还保留着餐垫。
Peterson在1982发表的论文暗示了深度反应离子刻蚀的可能性，与传统的芯片生产工艺相比，它可以在硅材料中雕刻出更深的孔和槽。他开始将深度反应离子蚀刻应用于微流控芯片，将微量液体送入精确的通道。
“当时，我们有一个想法，我们可以使用MEMS技术和微流控技术来快速加热和冷却样本，以制造一种小型但快速响应的PCR设备，医生可以在办公室用于诊断。”彼得森说。
为了实现技术的商业化，彼得森在1996与他人共同创立了造父公司，并从劳伦斯？利弗莫尔国家实验室已获得基础技术许可证。到1997，该公司已经从美国国防部筹集了320万美元，希望该公司能够开发一种生物武器探测器。造父公司研发的第一台设备叫做智能自行车(Smart Cyclist)，利用MEMS结构实现几微升液体的快速加热和冷却，利用荧光传感器监测反应的进程。它不是手持设备，但这不是问题。更重要的是，它使PCR过程自动化。
造父的第二个产品是GeneXpert，旨在进一步简化PCR。它可以自动从生物样本中提取DNA，然后添加检测所需的试剂。
该公司于2000年科技泡沫破裂时上市。在市场萎缩之前，“我们是最后一批成功IPO的公司之一。”彼得森说。
通过公开发行股票，公司获得了足够的资金，团队将Smart Cyclist投入生产。到2001年夏季结束时，该公司已经交付了80套设备。2001，1年2月生产出第一台样机后，GeneXpert的研发工作仍在按部就班地进行。
后来美国发生了炭疽恐怖袭击。2001年9月下旬和1年10月，携带炭疽孢子的信件被邮寄给美国新闻媒体和美国参议院议员，最终导致20多人感染，5人死亡。
当时造父公司已经证实其技术可以快速检测炭疽细菌，因此一夜成名。“我们和桑杰？桑杰·古普塔(Sanjay Gupta)博士通过《早安美国》节目和CNN进行了现场PCR检测。”彼得森回忆道。
美国邮政担心未来会有信件携带的生物攻击，所以邀请所有掌握生物传感器技术的公司展示产品。造父的装置在2006 54 38+0 654 38+2月通过测试。“它运行得非常好。，”彼得森说。
经过几个月的额外测试，该公司与诺斯罗普·格鲁曼公司合作开发了一种PCR生物传感器，可以很容易地与邮件分拣机连接。该产品于2003年推向市场。彼得森说，今天，美国所有的信件仍然必须通过造父机器进行炭疽筛选。现在，该公司的系统主要用于链球菌、诺沃克病毒、流感、衣原体等相关疾病的医学诊断。该公司已经销售了20多项由美国美国食品药品监督管理局批准并适用于造父机的测试。
到2003年，彼得森准备开始他职业生涯的新篇章。这一次，他想开发一种硅谐振器，它可以产生恒定的频率，并可用于精确计时。“我在IBM的时候做了第一批MEMS谐振器的一部分，但是并不理想。它们比不上石英晶体振荡器。”他说。
汤姆吗？汤姆·肯尼和马库斯？马库斯·卢茨和亚伦？三名研究人员Aaron Partridge)3提出了一个更好的计划。"他们用单晶硅制造谐振器，这是世界上最完美的材料."彼得森说，“当多晶材料受到压力时，它们会在晶界产生微小的位移。”随着时间的推移，即使只有一两个原子发生位移，力学性质也会发生变化。“单晶硅不会随时间变化，但它的共振频率会随着温度的变化而变化。因此，难点在于如何解决其温度依赖性问题。
彼得森，肯尼，卢茨，帕特里奇和乔？乔·布朗(Peterson在IBM的同事，曾与他一起在Transensory和NovaSensor工作过)再次在Magnolia Cafe吃了顿饭，并在纸质餐垫上起草了一份商业计划。罗伯特？博世有限公司拥有部分核心知识产权，因此除了吸引投资者，彼得森还必须说服博世在德国的高管获得技术许可。
"在斯图加特，我和他们的董事会开了一个大型会议."他说，“我告诉他们，‘我就做了这么多。我开了一家公司，我们公司的设备负责美国所有信件的炭疽筛查。“他们的董事会不仅批准了技术许可，还对我们公司进行了重大投资。”
SiTime是一家新公司，成立于2004年2月，目标是将计时行业中价值数十亿美元的材料从应时转变为硅。该公司的第一批共鸣器于2007年交付。如今，该公司的MEMS振荡器广泛用于移动设备和其他电子仪器的计时系统。
2008年，在SiTime运营良好的时候，彼得森在造父公司的合伙人之一麦克米伦向他提出了另一个创业想法:开发一种植入式连续血糖监测仪。“人们已经为此努力了30年，但没有人成功。”彼得森说。一旦传感器被植入体内，“身体将使用胶原蛋白将其隔离，最终阻止血糖接触传感器。”他解释道。
因此，麦克米伦和杜克大学研究员娜塔莉？娜塔莉·尼斯斯基(Natalie Nisski)合作提出了解决方案:使用结构化水凝胶避免异物反应，通过荧光读数测量血糖浓度。彼得森利用自己之前的光学知识帮助开发了这款产品，并在初创公司Profusa呆了一年。该公司现在约有30名员工，资本总额为6543.8亿美元。
彼得森说，经营这家公司将是他最后一份全职工作。“我只是不想继续处理公司的日常事务。我开始投资天使，这样更有意思。”
他无法抗拒建立另一个团队的诱惑。来自伯克利的两名学生开发了MEMS谐振器相关技术，但他们一直在努力实现这项技术的商业化。Peterson和K.G. Ganapathi加入了这两个学生的公司。后来，公司更名为Verreon，Peterson担任公司的首席技术官，帮助协调公司在2010年对高通的销售。
这是彼得森第三次担任首席技术官或类似职位。在他所有的创业公司中，他只担任过SiTime的CEO。“我在NovaSensor的时候，另外两个都想当董事长。”罗杰，公司的营销顾问？罗杰·格雷斯说，“库尔特不在乎，他担任首席技术官。他不是一个自以为是的人。”
“在MEMS领域，人们都称赞库尔特。他很善良，体贴，乐于助人。”格蕾丝说，“聪明的人有很多，但他是独一无二的。他很谦虚。和他相处你会很安心。”
Ganapathi也同意这一点:“很难找到像Kurt这样成功并受到所有人喜爱的人。”
目前，彼得森已经回归天使投资的大业，投资标的为MEMS公司、医疗器械和生物技术。他说，他投资了大约70家公司，其中近一半是成功的，投资回报率为350%，这是一个非常出色的记录，因为最近的一项研究表明，一般来说，投资范围广泛的长期天使投资者的投资回报率为250%。
“他似乎有一种神秘的力量，能检测出有前途的产品。一个产品的成功需要3年或者15年，但它在这方面有着敏锐的嗅觉。”加纳帕提说。
2012年，彼得森加入了硅谷的天使投资集团，这是一个邀请机构，大约有200名投资人。他们定期会面以学习和分享信息。现在，他是该组织硬件部门的负责人。同时，他还是两家公司的董事，并在其他数十家公司担任顾问。他每天都会和几个来咨询的人见面，电话联系加拿大和美国东部沿海地区的公司。
彼得森今年71岁了，但是他没有退役的打算。“企业家精力充沛，精力充沛，雄心勃勃，和他们打交道是一件乐事。”他说。
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