Принципы построения и практическое применение микроэлектромеханических систем

Микроэлектромеханические системы (ММС или MEMS) — технологии и устройства, объединяющие в себе микроэлектронные и микромеханические компоненты. MEMS устройства обычно изготавливают на кремниевой подложке с помощью технологии микрообработки, аналогично технологии изготовления однокристальных интегральных микросхем. Типичные размеры микромеханических элементов лежат в диапазоне от 1 микрометра до 100 микрометров, тогда как размеры кристалла MEMS микросхемы имеют размеры от 20 микрометров до одного миллиметра.

Микро-электромеханические системы позволят с минимальными затратами повысить чувствительность и механическую отдачу устройств на уровне кристаллов. Можно сказать, что MEMS - это множество микроустройств самой разнообразной конструкции и назначения, в производстве которых используются модифицированные технологические приемы микроэлектроники.

Микро-электромеханические системы получаются путем комбинирования механических элементов, датчиков и электроники на общем кремниевом основании посредством технологий микропроизводства. Все элементы могут быть реализованы в виде единого изделия, причем сразу десятками или сотнями, как микросхемы на кремниевой пластине. В основе этого лежит апробированная традиционная технология производства полупроводниковых интегральных микросхем.

В истории развития MEMS-технологии, по мнению ведущих современных специалистов, можно выделить четыре этапа. На первом этапе - исследовательском (с середины 50-х до начала 60-х годов прошлого столетия) основные усилия к формированию облика будущей технологии приложили как научные подразделения крупных компаний, так и собственно промышленные компании и академическая наука.

Специфика этого периода заключается в том, что главное внимание уделялось востребованным во времена холодной войны технологиям двойного назначения, прежде всего созданию точных и дешевых датчиков различных типов (проектирование перспективных реактивных боевых самолетов, например, требовало значительного числа экспериментов), пригодных к массовому производству.

Второй этап развития технологии связывают исключительно с мощными промышленными (точнее, с военно-промышленными) компаниями, они спешили коммерциализировать первые экспериментальные наработки. На коммерциализацию ушло довольно много времени, и только к началу 70-х годов академическая наука стала получать целевое финансирование от промышленности для решения задач сокращения стоимости и расширения областей применения MEMS-устройств. Еще через десять лет этот этап также был преодолен - и наступила пора микромашинного производства. Можно считать, что с конца девяностых годов прошлого века началась микромеханическая эпоха.

В настоящее время микроэлектромеханические системы (MEMS) и  технологии на их основе уже применяются для изготовления различных микросхем. Так, MEMS - осцилляторы в некоторых применениях заменяют кварцевые генераторы. MEMS технологии применяются для создания разнообразных миниатюрных датчиков, таких как акселерометры, датчики угловых скоростей, магнитометрические датчики, барометрические датчики, анализаторы среды.

MEMS используются как пассивные фильтры высокой частоты в терминалах беспроводной и сотовой связи, системы подвижных зеркал для мультимедийных проекторов, микрофоны. Число областей применения MEMS растет сообразно рыночным потребностям.

Сегодня MEMS-устройства применяются практически повсюду. Это могут быть миниатюрные детали (гидравлические и пневмоклапаны, струйные сопла принтера, пружины для подвески головки винчестера), микроинструменты (скальпели и пинцеты для работы с объектами микронных размеров), микромашины (моторы, насосы, турбины величиной с горошину), микророботы, микродатчики и исполнительные устройства, аналитические микролаборатории (на одном кристалле) и т. д.

Вообще говоря, микросистема предполагает интеграцию ряда различных технологий (MEMS, КМОП, оптической, гидравлической и т. д.) в одном модуле. Например, технологии изготовления MEMS-устройств для СВЧ-применений (катушки индуктивности, варакторы, коммутаторы, резонаторы) подразумевают традиционные технологические циклы изготовления интегральных схем, адаптированные для создания трехмерных механических структур (это, например, объемная микрообработка, поверхностная микрообработка и так называемая технология LIGA).

⇐ Предыдущая32333435363738394041Следующая ⇒

Поделиться: