Wat zijn MEMS?
MEMS staat voor Micro Electro-Mechanical Systems , verwijzend naar functionele machinesystemen met componenten gemeten in micrometers. MEMS wordt vaak gezien als een springplank tussen conventionele machines op macroschaal en futuristische nanomachines. MEMS-voorlopers bestaan al een tijdje in de vorm van micro-elektronica, maar deze systemen zijn puur elektronisch, niet in staat om iets anders dan een reeks elektrische impulsen te verwerken of uit te voeren. Moderne MEMS-fabricagetechnieken zijn echter grotendeels gebaseerd op dezelfde technologie die wordt gebruikt om geïntegreerde schakelingen te vervaardigen, dat wil zeggen filmdepositietechnieken die fotolithografie gebruiken.
Grotendeels beschouwd als een ondersteunende technologie in plaats van een doel op zich, wordt de fabricage van MEMS door ingenieurs en technologen gezien als een andere welkome vooruitgang in ons vermogen om een breder scala aan fysieke structuren te synthetiseren die zijn ontworpen om nuttige taken uit te voeren. Het meest genoemd in combinatie met MEMS is het idee van een "lab-on-a-chip", een apparaat dat kleine monsters van een chemische stof verwerkt en nuttige resultaten oplevert. Dit kan behoorlijk revolutionair zijn op het gebied van medische diagnose, waar laboratoriumanalyse leidt tot extra kosten voor medische dekking, vertragingen in de diagnose en onhandig papierwerk.
MEMS worden op een van de volgende twee manieren vervaardigd: hetzij door micromachining aan het oppervlak, waarbij opeenvolgende lagen materiaal op een oppervlak worden afgezet en vervolgens in vorm worden geëtst, of door micromachining in bulk, waarbij het substraat zelf wordt geëtst om een eindproduct te produceren. Micromachining aan het oppervlak komt het meest voor, omdat het voortbouwt op de vooruitgang van geïntegreerde schakelingen. Uniek voor MEMS laten afzettingstechnieken soms 'opofferingslagen' achter, lagen materiaal bedoeld om te worden opgelost en weggespoeld aan het einde van het fabricageproces, waardoor een resterende structuur achterblijft. Met dit proces kan een MEMS-apparaat een complexe structuur in 3 dimensies hebben. Verschillende tandwielen, pompen, sensoren, buizen en actuatoren op microschaal zijn vervaardigd en sommige daarvan zijn al geïntegreerd in dagelijkse commerciële producten.
Voorbeelden van hedendaags MEMS-gebruik zijn inkjetprinters, versnellingsmeters in auto's, druksensoren, zeer nauwkeurige optica, microfluidica, monitoring van individuele neuronen, controlesystemen en microscopie. Er bestaat momenteel niet zoiets als een productief machinesysteem op microschaal in de orde van productieve assemblagelijnen op macroschaal, maar het lijkt erop dat de uitvinding van een dergelijk apparaat slechts een kwestie van tijd is. Het vooruitzicht van productie met MEMS is opwindend omdat arrays van dergelijke systemen die in tangent werken aanzienlijk productiever kunnen zijn dan macroschaalsystemen die hetzelfde volume innemen en dezelfde hoeveelheid energie verbruiken. Een prominente beperking zou echter zijn dat macroschaalproducten die zijn gebouwd door machines op microschaal voornamelijk zouden moeten zijn samengesteld uit geprefabriceerde bouwstenen op microschaal.