Vad är mikrofabricering?
Mikrofabrikation och mikromachinering är termer som beskriver teknologier och processer som används vid framställning av mikroskopiska strukturer eller enheter. Dessa strukturer kan variera i storlek från bredden på ett människohår till mindre än en enda mänsklig cell. Förmågan att bygga enheter som denna lilla har lett till tekniska framsteg inom datorer, konsumentelektronik, grön energiteknik och många andra områden. Mikrofabrikationstekniker varierar mycket beroende på vilken enhet som byggs.
Inom mikrofabricering mäts storlekar i mikrometer. En mikrometer, ofta känd som en mikron, är en tusendels millimeter. Det finns 25 400 mikron i en tum. Nanoteknologi är ett liknande område, men det handlar om ännu mindre komponenter.
Användningen av mikrofabrikerade delar var banbrytande av halvledarindustrin. Uppfinningarna av transistorn och den integrerade kretsen under 1940- och 1950-talet gav upphov till en miniaturiseringstrend inom elektroniken. När mikrofabriceringstekniker förbättrades byggdes mindre och mer komplexa integrerade kretsar, vilket möjliggjorde kraftfulla mikrochips.
Allt fler industrier förlitar sig på mikrofabrikation. Små maskiner kända som mikroelektro-mekaniska system finns i många enheter, inklusive smarta telefoner och bilkuddesensorer. Bränsleceller och solpaneler använder också mikrofabrikerade delar. Mikrofabrikationstekniker och teknik har använts i forskningsapplikationer inom områden från mikrobiologi till partikelfysik.
Teknikerna som används i en mikrofabriceringsprocess beror på branschen och önskat resultat. De flesta tekniker är ovanifrån och ner, vilket innebär att de börjar med en större komponent, till exempel en kiselskiva, och tar bort den tills den slutliga strukturen har skapats. Exempel på top-down-tekniker som används på mikroskopisk nivå inkluderar skärning, polering och etsning.
Ovanifrån-upp tillverkning inom detta område är ett i stort sett experimentellt fält. I bottom-up-metoden används mindre föremål som atomer eller molekyler för att skapa ett större system eller enhet. Nedifrån-upp-tekniker används i applikationer avsedda att efterlikna biologiska strukturer eller funktioner.
Många av de tekniker som används vid mikrofabrikering lånas från andra discipliner. Områdena fotografi, optik och fysik har bidragit till mikroteknologi. Vissa traditionella tillverkningstekniker, såsom formsprutning, har miniatyriserats och använts vid mikrofabrikation.
Oavsett vilken teknik som används, tillverkning på mikroskopisk nivå ger unika utmaningar. Den lilla storleken innebär att en enda bit damm kan göra en enhet värdelös. Mikrofabrikationslaboratorier är rum utformade för att kontrollera luftburna partiklar som damm och mikrober. Arbetare måste bära skyddskläder i dessa rum för att förhindra kontaminering av de mikroskopiska delarna som skapas.