Įvadas į MEMS mikroelektromechanines sistemas

Mikroelektromechaninės sistemos (MEMS) - tai prietaisai, kurių judančios dalys sudarytos iš mikroskopinių komponentų. Jos taip pat vadinamos mikromechatronika ir mikrosistemomis. Nano masteliu jos susijungia į nanoelektromechanines sistemas arba nanotechnologijas.
Nanotrubelės yra pagrindinis mems mikroelektromechaninių sistemų gamybos procesas

Ilinojaus universiteto mokslininkai padarė didelį proveržį mikroelektromechaninių sistemų srityje, o šis atradimas gali būti plačiai taikomas. Nanotampai yra esminis mems mikroelektromechaninių sistemų gamybos procesas, o jų darbas turi reikšmės daugelio naujų mems rūšių projektavimui. Jie įrodė, kad nanotrubutes galima modeliuoti naudojant du aukso elektrodus ir kad jas galima modeliuoti naudojant elektronų pluošto litografiją ir nuėmimą.

Nanotampeliai gali būti gaminami įvairiais metodais, įskaitant elektroformavimą ir nanopavidalo apdirbimą. Šis procesas taip pat leidžia taikyti įvairias priemones - nuo vienkartinių diagnostikos taškų iki daugkartinio naudojimo prietaisų, skirtų kraujo analizei ir ląstelių skaičiaus analizei. Jis taip pat naudojamas DNR dubliavimo įrenginiuose, pavyzdžiui, polimerazės grandininės reakcijos (PGR) sistemose, kuriose amplifikuojamos miniatiūrinės DNR ir gaunamos tikslios kopijos. Kitos nanotrubelių taikymo sritys - optiniai komutaciniai tinklai ir didelės raiškos ekranai.

Nanovamzdelių gamyba yra sudėtingas procesas, kurio metu sujungiama daugybė funkcinių medžiagų ir funkcinių grupių. Šis procesas leidžia vienu metu gaminti daugybę nanoprietaisų. Šis procesas yra labai sudėtingas ir reikalauja daug laiko: vidutiniškai penkių nanometrų elemento gamyba trunka apie šešis mėnesius.

Silicis - patraukli MEMS prietaisų medžiaga

Silicis yra labai patraukli MEMS prietaisų medžiaga dėl savo aukštų mechaninių ir elektrinių savybių. Be to, jis yra suderinamas su daugeliu serijinio apdorojimo integrinių grandynų technologijų, todėl yra ideali medžiaga daugelio tipų miniatiūrinėms sistemoms. Tačiau silicis nėra be trūkumų.

Nors SiC yra brangesnis už silicį, jis turi tam tikrų privalumų. Jo elektrines ir mechanines savybes galima pritaikyti prie MEMS prietaisų reikalavimų. Tačiau SiC dar nėra plačiai prieinamas konstruktoriams. Reikia tolesnių tyrimų, kad būtų sukurta veiksmingiausia SiC MEMS prietaisų gamybos technologija.

Pagrindiniai SiC privalumai, palyginti su siliciu, yra didelis šiluminis laidumas, didelis suirimo laukas ir didelis soties greitis. Dėl šių savybių SiC yra puiki medžiaga, skirta elektroniniams prietaisams, naudojamiems ekstremalioje aplinkoje. Be to, jis taip pat pasižymi dideliu kietumu ir atsparumu dilimui. Pastaroji savybė svarbi jutikliams, kurie turi veikti atšiauriomis sąlygomis.

MEMS prietaisų pakavimo klausimai

Pakuotės klausimai yra labai svarbūs MEMS prietaisų patikimumui ir veikimui. Šie prietaisai turi mikroninio dydžio elementų, todėl gali būti linkę įbrėžti, susidėvėti ir išsikreipti. Juos taip pat pažeidžia tokie patikimumo gedimo mechanizmai kaip mechaninis smūgis, elektrostatinis išlydis ir strigimas. Be to, MEMS gali sugadinti drėgmė, vibracija ir mechaninės dalys. Dėl šių priežasčių prieš pradedant projektą reikėtų atidžiai apsvarstyti šių prietaisų pakavimą ir procesą.

Sėkmingam MEMS prietaiso kūrimui būtina atsižvelgti į pakuotės poveikį ankstyvuoju projektavimo proceso etapu. Priešingu atveju kūrėjai rizikuoja brangiai kainuojančiais projektavimo ir gamybos ciklais. Sprendimas - įtraukti šiuos efektus į kompaktišką elgsenos modelį, kuris sutrumpina modeliavimo laiką ir leidžia atlikti sudėtingesnius modeliavimus. Be to, tai gali padėti išvengti brangiai kainuojančių spąstų, susijusių su netinkamu pakavimu.

Įpakavimo problemos taip pat gali turėti įtakos MEMS prietaisų kokybei ir išeigai. Kai kuriais atvejais prietaisams reikia specialios pakuotės, kuri apsaugotų juos nuo atšiaurios aplinkos. Dėl to kuriami metodai, skirti šiems prietaisams tvarkyti ir apdoroti. Tačiau daugelis šių procesų kenkia MEMS prietaisui ir mažina jo išeigą. Šio straipsnio tikslas - nušviesti šiuos iššūkius ir pateikti sprendimus jiems įveikti.

MEMS prietaisų taikymas

Mikromechaniniai įtaisai (MEMS) - tai maži prietaisai, galintys atlikti daugybę užduočių. Jie gali jausti slėgį, nustatyti judesį ir matuoti jėgas. Jie taip pat gali būti naudojami skysčiams stebėti ir valdyti. Šie prietaisai ypač naudingi medicinos reikmėms ir vadinami BioMEMS. Šie prietaisai gali atlikti įvairias užduotis organizme, įskaitant cheminių medžiagų analizatorių, mikrosiurblių ir klausos aparatų komponentų funkcijas. Ilgainiui šie prietaisai gali tapti nuolatiniais žmogaus kūno gyventojais.

Šiuos prietaisus sudaro šimto mikrometrų dydžio komponentai. Skaitmeninio mikroveidrodinio įtaiso paviršiaus plotas gali būti didesnis nei 1000 mm2. Juos paprastai sudaro centrinis įrenginys, apdorojantis duomenis, ir keli komponentai, sąveikaujantys su aplinka.

Šiuo metu rinkoje yra keletas MEMS prietaisų, pradedant vienfunkciniais jutikliais ir baigiant sisteminiais prietaisais. Pastarieji sujungia kelių MEMS prietaisų naudojimą su signalų kondicionavimo elektronika ir įterptiniais procesoriais. Keliose pramonės šakose MEMS technologijos įdiegtos įvairiems matavimams atlikti.