микроэлектромеханические системы

Термин

микроэлектромеханические системы

Термин на английском

Micro-electro-mechanical systems

Синонимы

Microelectromechanical systems, Micromachines (Japan), Micro Systems – MST (Europe)

Аббревиатуры

МЭМС, MEMS

Связанные термины

актуатор, биоинженерия, биомедицинские микроэлектромеханические системы, лаборатория на чипе, нанотрибология

Определение

технологии и устройства, объединяющие в себе микроэлектронные и микромеханические компоненты.

Описание

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) обычно представляют собой интегрированные устройства, выполненные на полупроводниковой (чаще всего - кремниевой) подложке и содержащие механические элементы, сенсоры, актуаторы и электронные компоненты. Типичные размеры микромеханических элементов (компонент системы) лежат в диапазоне от 1 микрометра до 100 микрометров, тогда как размеры кристалла МЭМС-микросхемы достигают величин от 20 микрометров до одного миллиметра. Микроэлектромеханические системы изготавливаются по таким технологиям обработки полупроводников, как КМОП, БИКМОП и др., включающим стандартные технологические операции осаждения тонкопленочных слоев, литографическое формирование рисунка, травление и т. д. Для формирования механических и электромеханических элементов при изготовлении МЭМС используются совместимые процессы «микрообработки», позволяющие селективно вытравливать элементы кремниевой подложки или добавлять новые структурные слои.

Совмещая в себе элементы полупроводниковой микроэлектроники и механические элементы, созданные микрообработкой, МЭМС делают возможным создание полной системы-на-чипе. В таких решениях к вычислительным мощностям микропроцессоров добавляются возможности восприятия окружающей среды с помощью интегрированных микросенсоров и воздействия на нее с помощью микроактуаторов. В такой системе микроэлектронная интегральная схема выполняет роль ее «мозга», а МЭМС предоставляет ей «глаза» и «руки», позволяя системе распознавать и контролировать параметры окружающей среды. Микросенсоры системы способны собирать информацию об окружающей среде, измеряя механические, термические, биологические, химические, оптические и магнитные параметры; микропроцессоры обрабатывают полученную информацию и, реализуя алгоритм принятия решений, производят с помощью микроактуаторов ответные действия, управляя движением, позиционированием, стабилизацией, фильтрацией и пр. Поскольку производство МЭМС-устройств использует большое количество технологических приемов, заимствованных из микроэлектроники, это позволяет, при относительно низких затратах, реализовывать на маленьком полупроводниковом чипе системы, беспрецедентные по уровню сложности, функциональности и надежности [1].    

В настоящее время МЭМС-технологий, благодаря чрезвычайно малому размеру создаваемых с ее помощью устройств, уже применяются для изготовления различных приборов, ниже приведены некоторые наиболее распространенные примеры [2]:

1) Акселерометры – устройства для измерения ускорений. Применяются в датчиках, контролирующих срабатывание автомобильных подушек безопасности.

2) Digital Micromirror Device (DMD) – оптический модулятор, состоящий из массива микрозеркал. Принцип действия  DMD состоит в формировании изображения путем последовательного переключения микрозеркал в положения ON-OFF, и, соответственно, отражения падающего излучения в проекционную оптическую систему (ON) или  поглотитель (OFF).

3) Микрокапиллярные устройства – кремниевые чипы с микроканалами, предназначенные для адресной доставки контролируемых количеств веществ. Такие устройства могут использоваться в струйных принтерах для нанесения чернил на бумагу или в интегрированном медицинском микроустройстве, объединяющем сенсор на глюкозу и диспергатор инсулина.

Авторы

• Разумовский Алексей Сергеевич, к. ф.-м. н
• Братищев Алексей Владимирович

Ссылки

1. MEMS and Nanotechnology Exchange. URL: http://www.mems-exchange.org (дата обращения 12.10.2009)
2. Sandia National Laboratories. URL: http://www.sandia.gov (дата обращения 12.10.2009)

Иллюстрации

Устройства на основе МЭМС сверху-вниз и слева-направо: (а) подвижное соединение микрошестеренок. (б) микродинамометр, позволяющий измерять тангенциальные и нормальные силы, а также оценивать микротрение. Подвижный стержень и дуговая шкала отмечены стрелкой. (в) микроактюатор. (г) приводной микромеханизм. (д) оптический переключатель. Зубчатый кремниевый диск может быть механически выставлен в 4 положения, условно соответствующих сигналам (0,0), (1,0), (0,1) и (1,1) (два положения отмечены стрелками); информация считывается неподвижным сфокусированным лазерным лучом. (е) передаточное микроустройство, преобразующее вращательное движение в поступательное. (ж) подвижное кремниевое микрозеркало (показано стрелкой), которое может изменять угол наклона за счет поступательного движения поршня, приводимого в движение передаточным устройством (е). (з) Оптический затвор. (и) Трехцилиндровый паровой двигатель: вода внутри каждого цилиндра нагревается электрическим током, и образовавшийся пар выталкивает поршень, при охлаждении жидкости поршень втягивается обратно в цилиндр под действием капиллярных сил. Адаптировано на основе микрофотографий с сайта Sandia National Laboratories (http://www.mems.sandia.gov)

Теги

Разделы

Микро(нано)электромеханические системы (MEMS/NEMS)
Микромеханические системы, наноприводы, наноманипуляторы
Микро- и нано-механика, нанотрибология и нанофлюидика

(Источник: «Словарь основных нанотехнологических терминов РОСНАНО»)