Микроэлектромеханические системы (МЭМС или MEMS) представляют собой ценную технологию во многих приложениях и уже много лет используются для выполнения ряда функций. Несмотря на то, что сейчас это устаревшая технология, прогресс в технологиях изготовления приводит к уменьшению размеров элементов и компонентов, что позволяет изготавливать МЭМС из все большего и большего количества материалов. Возможность создавать больше элементов, структур и компонентов из более широкого спектра материалов открыла МЭМС для широкого спектра приложений.
МЭМС – это небольшие интегрированные системы, которые объединяют механические и электрические компоненты в функциональные устройства. Существует множество различных методов, используемых для изготовления различных компонентов МЭМС, а также для моделирования и управления структурой материалов, используемых в каждом из компонентов. Они варьируются от использования методов пакетной обработки интегральных схем для создания электронных компонентов до различных передовых методов микрообработки, литографии и осаждения, используемых для изготовления механических компонентов.
Устройства МЭМС содержат множество компонентов и могут представлять собой довольно сложные системы. Различные компоненты могут быть изготовлены из самых разных материалов: от кремния до различных металлов, керамики и полимерных материалов. Компоненты, из которых состоит устройство МЭМС, изготавливаются на уровне микрометра, но все устройство в целом может иметь миллиметровый масштаб, если оно содержит множество компонентов.
Устройства МЭМС содержат широкий спектр механических микроструктур, микросенсоров, микроактюаторов и микроэлектроники, интегрированных на кремниевом чипе. Обширный состав компонентов МЭМС означает, что любые устройства, созданные с их помощью, могут быть спроектированы так, чтобы воспринимать, контролировать и активировать на микроуровне, но обеспечивать эффекты и функции на макроуровне. Например, с использованием МЭМС было разработано множество различных исполнительных механизмов, включая оптические, радиационные, тепловые, магнитные, химические и механические. Учитывая широкий спектр устройств МЭМС и количество компонентов и материалов, которые могут быть использованы, существует множество ключевых областей применения МЭМС, особенно в промышленном, автомобильном, фотоническом, медико-биологическом и радиочастотном секторах.
Когда дело доходит до сенсорных приложений, МЭМС используются для создания датчиков давления, акселерометров, тепловых датчиков, магнитных датчиков, датчиков расхода массы, газовых датчиков, химических датчиков и биологических датчиков. В определенных отраслях датчики давления используются в высокотемпературных промышленных средах и в медицинских целях. В некоторых автомобильных приложениях датчики вроде акселерометра используются в качестве датчиков срабатывания подушек безопасности, тогда как датчики газа используются для измерения уровня угарного газа.
В поисках более конкретных применений в промышленном секторе МЭМС используются в жидкостных соплах, шарнирных механизмах, головках термоструйных принтеров, микромеханических клапанах, микронасосах и микропозиционерах в системах хранения данных. МЭМС также широко используются в оптических и фотонных приложениях, в том числе в дисплеях, приложениях инфракрасной визуализации, проекционных дисплеях, устройствах волоконно-оптической связи, настраиваемых лазерах, оптических переключателях, фотонных переключателях и устройствах блокировки длины волны.
Что касается медицинских и биологических приложений, МЭМС используются для широкого спектра целей. МЭМС используются в микрофлюидных устройствах как часть компонентов смешивания и перекачки, в микроэлектродных матрицах, которые могут анализировать клеточные культуры и ДНК (и их гибридизацию), а также в устройствах ПЦР на чипе и электрофореза на чипе. Другая конкретная область, где технология МЭМС нашла широкое применение – это радиочастотные приложения. Устройства МЭМС используются в микромеханических конденсаторах и индукторах, микроэлектромеханических резонаторах, гребенчатых резонаторах, лучевых резонаторах, полосовых фильтрах со связанными резонаторами, микроэлектромеханических переключателях, мембранных шунтирующих переключателях и кантилеверных переключателях.
Область применения МЭМС выходит за рамки того, что мы подробно описали здесь, и, откровенно говоря, выходит за рамки МЭМС в их истинном определении. Хотя существуют определенные особенности, которые отличают MEMS от других сложных систем, существует некоторое совпадение с другими технологиями интеграции, в которых используются компоненты микронного размера, а также с областями применения, в которых они используются. В связи с этим МЭМС и другие подобные интеграционные системы часто подпадают под лозунг микросистемных технологий (МСТ). Примером этого являются микрооптоэлектромеханические системы (МОЭМС), которые подобны МЭМС, но вместо использования только механических и электронных компонентов, МОЭМС также используют миниатюрную оптику для выполнения определенных функций и придания устройству различных макросвойств, эффектов, и функциональные возможности.
МЭМС – это сложные, но универсальные системы, которые содержат множество различных электронных и механических компонентов и выполняют различные объемные функции в зависимости от входящих в них компонентов. Диапазон материалов и компонентов, доступных для МЭМС, позволил их проектировать и разрабатывать для широкого спектра применений во многих различных отраслях, включая промышленное производство, автомобилестроение, медико-биологические науки, радиочастотную промышленность, оптику и фотонику. Поскольку достижения в методах изготовления продолжают создавать более мелкие элементы и компоненты, вполне вероятно, что область применения МЭМС будет продолжать расти, даже несмотря на то, что эта технология уже много лет является устоявшейся технологией.
© digitrode.ru