Kurt Petersen：从墨迹到微机电系统王国的传奇工程师

1975年，刚刚从麻省理工学院电气工程博士项目毕业的Kurt Petersen，在IBM位于加利福尼亚州阿尔马登的研究中心光学组工作。某天，他在漫步于研究中心时，发现走廊地板上有一块巨大的黑色污渍，正是这块污渍，改变了他的人生轨迹，也改变了整个行业的走向。

出于好奇，Petersen循着污渍走进附近的实验室，发现这是一次墨水泄漏事故。该实验室正在通过蚀刻硅片来开发喷墨打印机喷嘴。这让他意识到，原来硅不仅可以用于电子器件，还可以被蚀刻成精密的机械结构。他随即联想到此前看到的一张关于微型硅加速度计的海报，豁然开朗：人们正在用硅材料制造微米级的微型机械装置。这就是我们今天所说的微机电系统（MEMS）。Petersen决心投身于此。

他随后大量阅读相关文献，发现全球已有数十位研究人员在独立开展硅基机械器件研究，但彼此之间几乎没有交流，整个领域尚未形成真正的学术社群。于是，他开始着手打造自己的第一个器件。

在观察喷墨喷嘴缺陷时，他发现缺陷处会留下悬空的超薄二氧化硅悬臂梁。他由此萌生灵感：这些微型结构能否用来偏转光线，进而制作光调制器？他采用与今日MEMS制造工艺相似的方法——在牺牲层上沉积二氧化硅薄膜，再蚀刻掉牺牲层，最终得到带金属薄层的二氧化硅悬臂梁。历时三个月，他制作出了数个长约100微米、厚约0.5微米的显微调制器，并在扫描电子显微镜下成功观察到了它们在电压驱动下的运动。这是MEMS器件运动的首次直观呈现。

此后五年，Petersen不断创造各类硅基微机械器件，包括加速度计和电气开关。他将自己的研究系统整理后向IBM提交报告，提出了硅基MEMS在光磁盘驱动器和喷墨喷嘴等方面的潜在应用，但公司未予重视。Petersen并不气馁，他删去内部保密信息，将报告投至《IEEE会刊》。这篇长达50页的文章《硅作为机械材料》于1982年5月成为封面报道，正式确立了MEMS作为独立技术领域的地位，并预见性地提出了深度反应离子刻蚀（DRIE）等后来革命性的技术方向，至今仍是该领域的经典引用文献。SRI国际首席技术官Greg Kovacs称赞道："他对MEMS的贡献比创立这个领域本身更重要——他激励了整个领域。"

论文发表后，Petersen受邀在全球各地的会议上演讲，研究人员纷纷慕名而来。整个1980年代，MEMS领域稳步成长：从最初全球仅约30至40名研究人员，到1990年已增至约600人；MEMS压力传感器、加速度计、微加工喷墨打印头相继实现量产；多家初创企业涌现；"MEMS"这一名称也在1987年的美国国家科学基金会研讨会上正式确定。

1982年，Petersen与Jim Knutti共同创立了第一家MEMS初创公司Transensory Devices，进行器件开发与制造。尽管团队成功演示了多种器件，但由于缺乏制造经验，始终未能实现量产。

1985年，Petersen与Janusz Bryzek、Joseph Mallon联合创立NovaSensor，获得斯伦贝谢公司500万美元投资。NovaSensor研发出多款压力传感器，其中高温压力传感器甚至被用于航天飞机轮胎。公司还开创性地开发了MEMS绝缘体上硅器件。1991年，NovaSensor被卢卡斯工业收购，Petersen由此跻身"MEMS百万富翁"之列。其产品线现由Amphenol继续销售。

离开NovaSensor后，Petersen与Allen Northrup等人合作，将MEMS技术与微流控芯片结合，应用于聚合酶链反应（PCR）的快速检测。1996年，他与另外六人共同创立Cepheid公司，授权使用劳伦斯利弗莫尔国家实验室的核心技术。公司先后推出Smart Cycler和GeneXpert两款产品，实现了PCR过程的自动化。2000年6月，Cepheid成功上市。

2001年9月至10月，美国发生炭疽邮件袭击事件，Cepheid的炭疽检测技术因此引发广泛关注。经过测试，美国邮政局决定采用Cepheid的PCR生物检测系统，并与诺斯罗普·格鲁曼公司合作，将其整合至邮件分拣机。自2003年起，所有经过美国邮政系统的邮件均由Cepheid系统进行炭疽筛查，该系统沿用至今。目前，Cepheid的系统主要用于链球菌、诺如病毒、流感、衣原体等医学诊断，已获美国食品药品监督管理局批准的检测项目超过20项。

2004年，Petersen参与创立SiTime，致力于以硅基共振器取代传统石英晶体振荡器，推动计时行业变革。SiTime于2007年出货首批共振器，其MEMS振荡器如今广泛应用于移动设备及多种电子仪器。

此后，Petersen还协助创立了专注于可植入连续血糖监测的Profusa公司，并担任CTO帮助MEMS滤波器初创公司Verreon于2010年成功被高通收购。

如今，71岁的Petersen以天使投资人身份活跃于MEMS、医疗器件和生物技术领域。他已投资约70家公司，近半数取得成功，投资回报率高达350%，远超长期天使投资者约250%的行业平均水平。他还加入了硅谷天使投资团，共同主持硬件子组，同时担任多家公司董事会成员及十余家公司的导师，每天与多位被辅导的创业者保持紧密沟通。

在同行眼中，Petersen不仅才智过人，更以谦逊、善良著称。营销顾问Roger Grace评价道："MEMS领域没有任何人对Kurt有任何负面评价，因为他就是那么善良、体贴、乐于助人。"投资人K.G. Ganapathi也表示："像Kurt这样成功且被所有人喜爱的人，实属罕见。"

Q&A

Q1：Kurt Petersen是如何与MEMS结缘的？

A：1975年，Petersen在IBM研究中心闲逛时，发现走廊地上有一块墨水污渍，循着污渍走进实验室后，他了解到研究人员正在通过蚀刻硅片来制造喷墨打印机喷嘴。这让他意识到硅材料可以用于制造微型机械结构，再联想到之前看到的微型加速度计海报，他开始对MEMS产生浓厚兴趣，并由此走上了MEMS研究之路。

Q2：Cepheid的炭疽检测系统是如何运作的？

A：Cepheid利用MEMS技术和微流控芯片，通过PCR（聚合酶链反应）快速检测生物样本中的炭疽孢子。系统通过MEMS结构对微量液体进行快速加热和冷却，配合荧光传感器监测反应进程，实现自动化检测。2003年起，该系统与诺斯罗普·格鲁曼公司合作整合至邮件分拣机，对所有流经美国邮政系统的邮件进行炭疽筛查，至今仍在使用。

Q3：SiTime的硅基共振器相比传统石英晶体振荡器有什么优势？

A：传统石英晶体振荡器体积较大，而SiTime采用单晶硅制造MEMS共振器。单晶硅是目前已知最为完美的材料之一，其晶格结构高度规则，不会随时间推移产生晶界位移，机械性能极为稳定。研究团队还解决了硅材料共振频率随温度变化的问题，使硅基共振器在精度和稳定性上可以媲美甚至超越石英晶体振荡器，并更适合集成进移动设备等小型电子产品。