Что такое MEMS?

MEMS расшифровывается как Micro Electro-Mechanical Systems , что означает функциональные системы машин с компонентами, измеряемыми в микрометрах. MEMS часто рассматривается как ступенька между традиционным макромасштабным оборудованием и футуристическим наномашиностроением. MEMS-предшественники были в течение некоторого времени в форме микроэлектроники, но эти системы являются чисто электронными, неспособными обрабатывать или выводить что-либо, кроме серии электрических импульсов. Однако современные методы изготовления МЭМС в значительной степени основаны на той же технологии, которая используется для изготовления интегральных микросхем, то есть технологиях осаждения пленки, в которых используется фотолитография.

Инженеры и технологи рассматривают производство MEMS как широко распространенную технологию, а не самоцель. Это еще одно долгожданное достижение в нашей способности синтезировать более широкий спектр физических структур, предназначенных для выполнения полезных задач. Чаще всего в связи с MEMS упоминается идея «лаборатории на чипе», устройства, которое обрабатывает крошечные образцы химического вещества и возвращает полезные результаты. Это может оказаться довольно революционным в области медицинской диагностики, где лабораторный анализ приводит к дополнительным расходам на медицинское страхование, задержкам в диагностике и неудобным оформлению документов.

МЭМС изготавливаются одним из двух способов: либо с помощью поверхностной микрообработки, при которой последовательные слои материала наносятся на поверхность и затем протравливаются для придания формы, либо с помощью объемной микрообработки, где сама подложка травится для получения конечного продукта. Поверхностная микрообработка является наиболее распространенной, поскольку она основана на достижениях интегральных схем. Уникальные для МЭМС техники осаждения иногда оставляют после себя «жертвенные слои», слои материала, предназначенные для растворения и вымывания в конце процесса изготовления, оставляя оставшуюся структуру. Этот процесс позволяет MEMS-устройству иметь сложную структуру в трех измерениях. Были изготовлены различные зубчатые колеса, насосы, датчики, трубы и исполнительные механизмы, и некоторые из них уже интегрированы в повседневную коммерческую продукцию.

Примеры современного использования МЭМС включают струйные принтеры, акселерометры в автомобилях, датчики давления, высокоточную оптику, микрофлюидику, мониторинг отдельных нейронов, системы управления и микроскопию. В настоящее время не существует такого понятия, как производительная микромасштабная машинная система порядка производственных сборочных макромасштабных линий, но кажется, что изобретение такого устройства является лишь вопросом времени. Перспектива производства с использованием MEMS впечатляет, поскольку массивы таких систем, работающих по касательной, могут быть значительно более производительными, чем макромасштабные системы, занимающие одинаковый объем и потребляющие одинаковое количество энергии. Однако одно существенное ограничение может заключаться в том, что продукты макромасштаба, построенные с помощью микромасштабных машинных систем, должны состоять в основном из сборных микромасштабных строительных блоков.