Введение в микроэлектромеханические системы MEMS

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) - это устройства с подвижными частями, состоящими из микроскопических компонентов. Их также называют микромехатроникой и микросистемами. На наноуровне они объединяются в наноэлектромеханические системы или нанотехнологии.
Нанотрубки являются основой технологического процесса изготовления микроэлектромеханических систем mems

Исследователи из Университета Иллинойса совершили крупный прорыв в области микроэлектромеханических систем, и это открытие имеет широкий спектр применения. Нанотрубки являются основополагающим элементом в производстве микроэлектромеханических систем, и их работа имеет значение для разработки многих новых видов микроэлектромеханических систем. Они продемонстрировали возможность нанесения рисунка на нанотрубки с помощью двух золотых электродов, а также возможность нанесения рисунка с помощью электронно-лучевой литографии и лифт-оффа.

Нанотрубки могут быть изготовлены различными методами, включая гальванопластику и нанообработку. Этот процесс также допускает широкий спектр применений - от одноразовых устройств для диагностики в точках оказания медицинской помощи до многоразовых устройств для анализа крови и подсчета количества клеток. Он также используется в устройствах для дублирования ДНК, таких как системы полимеразной цепной реакции (ПЦР), которые амплифицируют мизерную ДНК и производят ее точное дублирование. Другие области применения нанотрубок - оптические коммутационные сети и дисплеи высокой четкости.

Производство нанотрубок представляет собой сложный процесс, включающий сборку многочисленных функциональных материалов и функциональных групп. Этот процесс позволяет одновременно изготавливать большое количество наноустройств. Этот процесс очень сложен и трудоемок: в среднем на изготовление элемента размером пять нанометров уходит около шести месяцев.

Кремний - привлекательный материал для МЭМС-устройств

Кремний является весьма привлекательным материалом для МЭМС-устройств благодаря своим высоким механическим и электрическим свойствам. Кроме того, он совместим с большинством технологий серийных интегральных схем, что делает его идеальным материалом для многих типов миниатюрных систем. Однако кремний не лишен и недостатков.

Хотя SiC дороже кремния, он имеет ряд преимуществ. Его электрические и механические свойства могут быть адаптированы к требованиям МЭМС-устройств. Однако SiC пока еще мало доступен для разработчиков. Необходимы дальнейшие исследования для разработки наиболее эффективной технологии изготовления МЭМС-устройств на основе SiC.

Основными преимуществами SiC перед кремнием являются высокая теплопроводность, высокое поле разрушения и высокая скорость насыщения. Эти свойства делают его отличным материалом для электронных устройств, работающих в экстремальных условиях. Кроме того, он обладает высокой твердостью и износостойкостью. Последнее важно для датчиков, которые должны работать в жестких условиях.

Проблемы упаковки в МЭМС-устройствах

Вопросы упаковки имеют решающее значение для надежности и производительности МЭМС-устройств. Эти устройства имеют микронные размеры и могут быть подвержены царапинам, износу и смещению. Они также уязвимы к таким механизмам нарушения надежности, как механический удар, электростатический разряд и заедание. Кроме того, влажность, вибрация и механические детали могут повредить МЭМС. По этим причинам упаковка и технологический процесс изготовления этих устройств должны быть тщательно продуманы еще до начала проекта.

Учет влияния упаковки на ранних этапах проектирования является залогом успеха МЭМС-устройства. В противном случае разработчики рискуют получить дорогостоящие циклы проектирования и изготовления. Решение состоит в том, чтобы включить эти эффекты в компактную поведенческую модель, что сокращает время моделирования и позволяет проводить более сложное моделирование. Кроме того, это позволяет предотвратить дорогостоящие ошибки, связанные с некачественной упаковкой.

Проблемы с упаковкой также могут влиять на качество и выход МЭМС-устройств. В некоторых случаях устройства требуют специальной упаковки, способной защитить их от воздействия агрессивной окружающей среды. В результате разрабатываются технологии обработки и переработки таких устройств. Однако многие из этих процессов вредны для МЭМС-устройств и снижают их выход. Цель данной статьи - пролить свет на эти проблемы и предложить решения для их преодоления.

Области применения МЭМС-устройств

Микромеханические устройства (МЭМС) - это миниатюрные приборы, способные выполнять множество задач. Они могут воспринимать давление, определять движение и измерять силу. Они также могут использоваться для контроля и управления жидкостями. Эти устройства особенно полезны в медицине и получили название BioMEMS. Эти устройства могут выполнять различные задачи в организме, в том числе выступать в качестве химических анализаторов, микронасосов и компонентов слуховых аппаратов. В перспективе эти устройства могут даже стать постоянными обитателями человеческого тела.

Эти устройства состоят из компонентов размером от ста микрометров. Площадь поверхности цифрового микрозеркального устройства может превышать 1000 мм2. Как правило, они состоят из центрального блока, обрабатывающего данные, и нескольких компонентов, взаимодействующих с окружающей средой.

В настоящее время на рынке представлено несколько МЭМС-устройств, начиная от однофункциональных датчиков и заканчивая системами-на-кристалле. Последние сочетают в себе использование нескольких МЭМС-устройств с электроникой формирования сигнала и встроенными процессорами. В ряде отраслей промышленности МЭМС-технологии применяются для различных измерений.