Mikroelektromekanik tizimlar

Asosiy menyuni oching

Qidirmoq

Mikroelektromekanik tizimlar

Til

Tomosha qiling

Tahrirlash

"MEMS" bu erga yo'naltiriladi. Boshqa maqsadlar uchun MEMS-ga qarang (disambiguation).

Mikroelektromekanik tizimlar (MEMS), shuningdek mikroelektro-mexanik tizimlar (yoki mikroelektronik va mikroelektromekanik tizimlar) sifatida yozilgan va ular bilan bog'liq mikromekatronika va mikrosistemalar mikroskopik qurilmalar, ayniqsa harakatlanuvchi qismlarga ega qurilmalar texnologiyasini tashkil etadi. Ular nano o'lchamda nanoelektromekanik tizimlarga (NEMS) va nanotexnologiyalarga qo'shilishadi. MEMS shuningdek, Yaponiyada mikromashinalar va Evropada mikrosistemalar texnologiyasi (MST) deb nomlanadi.

1986 yilda DARPAga taqdim etilgan taklif birinchi bo'lib "mikroelektromekanik tizimlar" atamasini joriy qilgan

Elektron skanerlash mikroskopida aks sado beruvchi MEMS mikrokontilvereri

MEMS hajmi 1 dan 100 mikrometrgacha bo'lgan qismlardan iborat (ya'ni 0,001 dan 0,1 mm gacha) va MEMS moslamalari odatda 20 mikrometrdan millimetrgacha (ya'ni 0,02 dan 1,0 mm gacha) o'zgarib turadi, garchi komponentlar massivlarda joylashgan bo'lsa ( Masalan, raqamli mikromirror qurilmalar) 1000 mm2 dan ortiq bo'lishi mumkin. [1] Ular odatda ma'lumotlarni qayta ishlaydigan markaziy birlikdan (mikroprotsessor kabi integral mikrosxemadan) va atrof bilan o'zaro aloqada bo'lgan bir nechta komponentlardan (masalan, mikrosensorlardan) iborat. [2] MEMSning katta sirt va hajm nisbati tufayli atrof-muhit elektromagnetizmi (masalan, elektrostatik zaryadlar va magnit momentlar) va suyuqlik dinamikasi (masalan, sirt tarangligi va yopishqoqligi) tomonidan ishlab chiqariladigan kuchlar katta miqyosli mexanik qurilmalarga qaraganda muhim ahamiyatga ega. MEMS texnologiyasi molekulyar nanotexnologiya yoki molekulyar elektronikadan ajralib turadi, chunki ikkinchisi sirt kimyosini ham hisobga olishi kerak.

Texnologiya mavjud bo'lgunga qadar ularni ishlab chiqarishga qodir bo'lgan juda kichik mashinalarning imkoniyatlari yuqori baholandi (masalan, Richard Feynmanning 1959 yilda mashhur "Pastda juda ko'p xona bor" ma'ruzasini ko'ring). MEMS modifikatsiyalangan yarimo'tkazgichli qurilmalarni ishlab chiqarish texnologiyalari yordamida ishlab chiqarilgandan so'ng, odatda elektronika ishlab chiqarishda ishlatiladigan amaliy bo'ldi. [3] Bunga kalıplama va qoplama, nam ishlov berish (KOH, TMAH) va quruq aşındırma (RIE va DRIE), elektr deşarjına ishlov berish (EDM) va kichik qurilmalarni ishlab chiqarishga qodir bo'lgan boshqa texnologiyalar kiradi.

Tarixni tahrirlash

MEMS texnologiyasi kremniy inqilobida ildiz otgan bo'lib, uni 1959 yildan boshlab ikkita muhim silikon yarimo'tkazgich ixtirosidan topish mumkin: Robert Noysning Fairchild Semiconductor-dagi monolitik integral mikrosxemasi (IC) chipi va MOSFET (metall oksidi-yarimo'tkazgichli maydon effekti). Bell Labs-da Mohamed M. Atalla va Dawon Kahng tomonidan yaratilgan transistor yoki MOS transistor). MOSFET miqyosi, IC chiplaridagi MOSFET-larni minatuallashtirish elektronikani miniaturizatsiyasiga olib keldi (Mur qonuni va Dennard miqyosida bashorat qilinganidek). Bu mexanik tizimlarning miniatizatsiyasiga asos bo'lib, kremniy yarimo'tkazgich texnologiyasiga asoslangan mikromashina texnologiyasini ishlab chiqdi, chunki muhandislar kremniy chiplari va MOSFETlar o'zaro ta'sir qilishi va ular bilan aloqa qilishlari va kimyoviy moddalar, harakatlar va yorug'lik kabi narsalarni qayta ishlashlari mumkinligini anglay boshladilar. Birinchi silikon bosim sezgichlaridan biri 1962 yilda Honeywell tomonidan izotrop mikromashinalangan edi. [4]

MEMS qurilmasining dastlabki namunasi - 1965 yilda Harvi C. Nathanson tomonidan ishlab chiqilgan MOSFET-ning rezonansli eshikli tranzistoridir. [5] Yana bir dastlabki misol - 1966-1971 yillarda Raymond J. Uilfinger tomonidan patentlangan elektromekanik monolitik rezonator bo'lgan resonistor. [6] [7] 1970-yillarda 1980-yillarning boshlarida fizik, kimyoviy, biologik va atrof-muhit parametrlarini o'lchash uchun bir qator MOSFET mikrosensorlari ishlab chiqildi. [8]

Turlarini tahrirlash

MEMS almashtirish texnologiyasining ikkita asosiy turi mavjud: sig'imli va ohmik. Kapasitiv MEMS kaliti sig'imni o'zgartiradigan harakatlanuvchi plastinka yoki sezgir element yordamida ishlab chiqilgan. [9] Ohmik kalitlarni elektrostatik boshqariladigan konsollar boshqaradi. [10] Ohmik MEMS kalitlari MEMS aktuatorining (konsolining) metall charchoqidan va kontaktning aşınmasından ishlamay qolishi mumkin, chunki konsol vaqt o'tishi bilan deformatsiyalanishi mumkin. [11]

MEMS ishlab chiqarish uchun materiallar Tartibga solish

MEMSni ishlab chiqarish jarayoni yarimo'tkazgichli qurilmani ishlab chiqarish jarayonida texnologiyadan kelib chiqqan, ya'ni asosiy usullar - bu material qatlamlarini yotqizish, fotolitografiya bilan naqsh solish va kerakli shakllarni ishlab chiqarish uchun o'ymakorlik. [12]

Kremniyni tahrirlash

Kremniy - bu zamonaviy sanoatda iste'molchi elektronikasida ishlatiladigan ko'pgina integral mikrosxemalarni yaratish uchun ishlatiladigan material. Miqyos tejamkorligi, arzon sifatli materiallarning tayyorligi va elektron funktsiyalarni birlashtira olish qobiliyati kremniyni turli xil MEMS dasturlari uchun jozibali qiladi. Silikon, shuningdek, moddiy xususiyatlari tufayli yuzaga keladigan muhim afzalliklarga ega. Yagona kristall shaklida kremniy deyarli mukammal Hookean materialidir, ya'ni u egilganda deyarli histerez bo'lmaydi va shuning uchun deyarli energiya tarqalmaydi. Bu juda tez-tez takrorlanadigan harakatni amalga oshirish bilan bir qatorda, bu kremniyni juda ishonchli qiladi, chunki u juda oz charchoqqa duchor bo'ladi va xizmat qilish muddati buzilmasdan milliardlab trillionlab tsikllar oralig'ida bo'lishi mumkin. Kremniyga asoslangan yarimo'tkazgichli nanostrukturalar, ayniqsa, mikroelektronika va MEMS sohasida tobora muhim ahamiyat kasb etmoqda. Kremniyning termal oksidlanishida ishlab chiqarilgan silikon nanotashinalar elektrokimyoviy konversiya va saqlashga, shu jumladan nanoSIM batareyalar va fotovoltaik tizimlarga ko'proq qiziqish uyg'otadi.

Polimerlarni tahrirlash

Elektron sanoat silikon sanoatining miqyosini tejashga imkon beradigan bo'lsa ham, kristalli silikon ishlab chiqarish uchun hali ham murakkab va nisbatan qimmat material hisoblanadi. Boshqa tomondan, polimerlar juda ko'p miqdordagi materiallarni ishlab chiqarishi mumkin. MEMS moslamalari polimerlardan in'ektsion kalıplama, bo'rttirma yoki stereolitografiya kabi jarayonlar bilan tayyorlanishi mumkin va ayniqsa mikroskopik dasturlarga, masalan, bir martalik qon sinov kartrijlariga juda mos keladi.

Metalllarni tahrirlash

Metalllardan MEMS elementlarini yaratish uchun ham foydalanish mumkin. Metalllarning mexanik xususiyatlari jihatidan kremniy tomonidan ko'rsatiladigan ba'zi bir afzalliklari bo'lmasa-da, ularning chegaralaridan foydalanilganda, metallar juda yuqori darajadagi ishonchlilikni namoyon qilishi mumkin. Metalllar elektrokaplama, bug'lanish va püskürtme jarayonlari bilan biriktirilishi mumkin. Odatda ishlatiladigan metallarga oltin, nikel, alyuminiy, mis, xrom, titan, volfram, platina va kumush kiradi.

Seramika tahriri

Tuproq plitasi ustidagi X shaklidagi TiN nurlarining elektron mikroskopli rasmlari (balandlik farqi 2,5 um). O'rtadagi qisqich tufayli nur pastga egilganda tobora ortib boruvchi kuch paydo bo'ladi. To'g'ri rasmda klip kattalashtirilgan. [13]

Kremniy, alyuminiy va titanium nitritlari, shuningdek, kremniy karbid va boshqa keramika materiallarning foydali kombinatsiyalari tufayli MEMS ishlab chiqarishda tobora ko'proq qo'llanilmoqda. AlN wurtzite strukturasida kristallanadi va shu bilan pyroelektrik va piezoelektrik xususiyatlarini ko'rsatadi, masalan, normal va kesish kuchlariga sezgirlik bilan sensorlar. [14] TiN esa yuqori elektr o'tkazuvchanligini va katta elastik modulni namoyish etadi, bu esa ultrathin nurlari bilan elektrostatik MEMS harakatlanish sxemalarini amalga oshirishga imkon beradi. Bundan tashqari, TiNning biokorroziyaga qarshi yuqori qarshiligi biogen muhitda qo'llanilishi uchun materialni talab qiladi. Rasmda MEMS biosensorining elektron-mikroskopik tasviri TiN tuproq plitasi ustida 50 nm ingichka egiluvchan TiN nurli tasvirlangan. Ikkalasi ham kondensatorning qarama-qarshi elektrodlari sifatida boshqarilishi mumkin, chunki nur elektr izolyatsiya qiluvchi yon devorlarga o'rnatiladi. Bo'shliqda suyuqlik to'xtatilganda uning yopishqoqligi nurni er osti plitasiga elektr tortishish va egilish tezligini o'lchash yo'li bilan egilishidan kelib chiqishi mumkin. [13]

asosiy jarayonlar

MEMS ishlab chiqarish texnologiyalari

Ilovalarni tahrirlash

Kino proektsiyasi uchun Texas Instruments DMD chipi

Fayl: MEMS.webmPlay media bilan oltin chiziqli sinov

Transmisyon elektron mikroskopi ichidagi MEMS yordamida oltin chiziqning (kengligi ~ 1 um) mexanik xususiyatlarini o'lchash. [26]

MEMSning ba'zi keng tarqalgan tijorat dasturlariga quyidagilar kiradi:

Siyohni qog'ozga tushirish uchun piezoelektriklardan yoki termal pufakchani chiqaradigan siyohli printerlar.

Zamonaviy avtoulovlarda akselerometrlar ko'plab maqsadlar uchun, shu jumladan xavfsizlik yostiqchalarini joylashtirish va elektron barqarorlikni boshqarish.

Inertial o'lchov birliklari (IMU): rulon, pitch va yawning uchish xususiyatlarini avtomatik ravishda sezish va muvozanatlash uchun ishlatiladigan vertolyotlar, avtonom, vertolyotlar, samolyotlar va multirotorlarda (shuningdek, uchuvchisiz samolyotlar) MEMS akselerometrlari va MEMS gyroskoplari. MEMS magnit maydon sensori (magnetometr) yo'naltirilgan yo'nalishni ta'minlash uchun bunday qurilmalarga kiritilishi mumkin. MEMS shuningdek zamonaviy yengil avtomobillar, samolyotlar, suvosti kemalari va boshqa transport vositalarining inertial navigatsiya tizimlarida (INS) yaw, balandlik va rulonni aniqlash uchun ishlatiladi; Masalan, samolyotning avtopiloti. [27]

O'yin boshqaruvchilari (Nintendo Wii), shaxsiy media pleerlar / uyali telefonlar (deyarli barcha smartfonlar, HTC PDA turli xil modellari) [28] va bir qator Raqamli kameralar (Canon Digital IXUS turli xil modellari) kabi iste'molchi elektroniği qurilmalaridagi akselerometrlar. Shaxsiy kompyuterlarda erkin tushish aniqlanganda qattiq diskning boshini to'xtatish, shikastlanish va ma'lumotlar yo'qolishining oldini olish uchun foydalaniladi.

MEMS barometrlari

Portativ qurilmalardagi MEMS mikrofonlari, masalan, mobil telefonlar, bosh to'plamlari va noutbuklar. Aqlli mikrofonlar bozori smartfonlar, kiyiladigan moslamalar, aqlli uy va avtomobil dasturlarini o'z ichiga oladi. [29]

Haqiqiy vaqt soatlarida aniqlik bilan haroratni qoplaydigan rezonatorlar. [30]

Silikon bosim sezgichlari, masalan, avtomobil shinalari bosimi sezgichlari va bir martalik qon bosimi sezgichlari

Displeylar, masalan, DLP texnologiyasiga asoslangan proektordagi raqamli mikromirror qurilmasi (DMD) mikrosxemasi, uning yuzasi bir necha yuz ming mikromirnali yoki mikroskanerlar deb ham ataladigan bitta mikro skanerlash oynalariga ega.

Optik kommutatsiya texnologiyasi, bu kommutatsiya texnologiyasi va ma'lumotlar uzatish uchun hizalanish uchun ishlatiladi

Tibbiy va sog'liqqa tegishli texnologiyalarda Bio-MEMS dasturlari "On-Chip" laboratoriyasidan "MicroTotalAnalysis" (biosensor, xemosensor) yoki tibbiy asboblarga singdirilgan. stentlar. [31]

Mirasol displeylarida mavjud bo'lgan interferometrik modulyatsiya - aks ettiruvchi displey texnologiyasini yaratish uchun ishlatiladigan interferometrik modulyatorli displey (IMOD) maishiy elektronikadagi dasturlar (asosan mobil qurilmalar uchun displeylar).

Suyuqlikni tezlashtirish, masalan, mikro sovutish uchun

Piezoelektrik, [32] elektrostatik va elektromagnit mikro yig'im-terim mashinalarini o'z ichiga olgan mikroskopli energiya yig'ish.

Mikromagnit ultratovush transduserlari. [33] [34]

MEMS-ga asoslangan karnaylar, masalan, quloq ichidagi minigarnituralar va eshitish moslamalari

MEMS osilatorlari

MEMS asosidagi skanerlash prob mikroskoplari, shu jumladan atom kuchlari mikroskoplari

Sanoat tuzilishini tahrirlash

Avtomobillar uchun havo yostig'i tizimlari, displey tizimlari va struyli patronlar kabi mahsulotlarni o'z ichiga olgan mikroelektromekanik tizimlarning global bozori 2006 yilda Global MEMS / Microsystems Markets and Opportunities, SEMI va Yole Development kompaniyalarining tadqiqot hisobotlariga ko'ra 40 milliard dollarni tashkil etdi. 2011 yilga kelib 72 milliard dollarga yetdi. [35]

Kuchli MEMS dasturlariga ega kompaniyalar turli o'lchamlarga ega. Kattaroq firmalar avtomobillar, biotibbiyot va elektronika kabi so'nggi bozorlar uchun katta hajmdagi arzon komponentlar yoki qadoqlangan echimlar ishlab chiqarishga ixtisoslashgan. Kichik firmalar innovatsion echimlar qiymatini beradi va maxsus ishlab chiqarish xarajatlarini yuqori savdo stavkalari bilan o'zlashtiradi. Ham katta, ham kichik kompaniyalar odatda yangi MEMS texnologiyasini o'rganish uchun Ar-gega sarmoya kiritadilar.

MEMS qurilmalarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan materiallar va uskunalar bozori 2006 yilda dunyo miqyosida 1 milliard dollardan oshdi. Materiallarga talab bozorning 70 foizidan ko'prog'ini tashkil etuvchi substratlar, qadoqlash qoplamalari va kimyoviy mexanik planarizatsiya (CMP) dan foydalanishni ko'paytiradi. MEMS ishlab chiqarishda ishlatilgan yarimo'tkazgichli uskunalar ustunlik qilishda davom etayotgan bo'lsa-da, 200 mm chiziqlarga o'tish va yangi MEMS ilovalari uchun etch va yopishtirishni o'z ichiga olgan yangi vositalarni tanlash.

Shuningdek qarang Tahrirlash

Konsol - MEMSning eng keng tarqalgan shakllaridan biri

Bobinlarni tayyorlash qiyin bo'lgan joylarda ishlatiladigan elektrostatik motorlar

Elektromexanik modellashtirish

Kelvin zondli kuch mikroskopi

MEMS sensori avlodlari

MEMS termal aktuatori, issiqlik kengayishi natijasida hosil bo'lgan MEMS boshqaruvi

Mikrooptoelektromekanik tizimlar (MOEMS), optik elementlarni o'z ichiga olgan MEMS

Mikrooptomekanik tizimlar (MOMS), optik va mexanik, ammo elektron qismlardan foydalanmaydigan MEMS klassi.

Nerv changlari - millimetr o'lchamdagi qurilmalar simsiz quvvatlanadigan asab sezgichlari sifatida ishlaydi

Suratlarni sezgir namlash yordamida fotoelektrlarni tortish, MEMS optik harakatga keltirish

Mikroenergetika, Vodorod generatorlari, gaz turbinalari va sopol kremniydan tayyorlangan elektr generatorlari

Millipede xotirasi, ma'lumotni doimiy ravishda saqlash uchun MEMS texnologiyasi kvadrat dyuym uchun terabitdan ko'proq

Nanoelektromekanik tizimlar MEMSga o'xshash, ammo kichikroq

Chizish haydovchi aktuatori, qayta-qayta qo'llaniladigan voltaj farqlaridan foydalangan holda MEMSni ishga tushirish

Adabiyotlar

Qo'shimcha tahrirlash

Mikro va nanotexnika jurnali

Microsystem Technologies, Springer Publishing, Journal homepage tomonidan nashr etilgan

Geschke, O .; Klank, H.; Telleman, P., nashr. (2004). Lab-on-a-chip qurilmalarining mikrosistemalari muhandisligi. Vili. ISBN 3-527-30733-8.

Tashqi havolalarni tahrirlash

Wikimedia Commons-da MEMS bilan bog'liq ommaviy axborot vositalari mavjud.

Xollet, F.; Liu, XB. (2018 yil 10-avgust). MEMS uchun qisqa (u qadar emas) kirish. ISBN 9782954201504. 5.4.

So'nggi marta 10 kun oldin Edcolins tomonidan tahrirlangan

HAQIDA Maqolalar

Yuzaki mikromashinalar

Mikrofabrikatsiya

Aşındırma (mikrofabrikasyon)

Materiallarni olib tashlash va inshootlarni yaratish uchun ishlatiladigan mikrofabrikaning texnikasi