Akademik

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) обычно представляют собой интегрированные устройства, выполненные на полупроводниковой (чаще всего - кремниевой) подложке и содержащие механические элементы, сенсоры, актуаторы и электронные компоненты. Типичные размеры микромеханических элементов (компонент системы) лежат в диапазоне от 1 микрометра до 100 микрометров, тогда как размеры кристалла МЭМС-микросхемы достигают величин от 20 микрометров до одного миллиметра. Микроэлектромеханические системы изготавливаются по таким технологиям обработки полупроводников, как КМОП, БИКМОП и др., включающим стандартные технологические операции осаждения тонкопленочных слоев, литографическое формирование рисунка, травление и т. д. Для формирования механических и электромеханических элементов при изготовлении МЭМС используются совместимые процессы «микрообработки», позволяющие селективно вытравливать элементы кремниевой подложки или добавлять новые структурные слои.

Совмещая в себе элементы полупроводниковой микроэлектроники и механические элементы, созданные микрообработкой, МЭМС делают возможным создание полной системы-на-чипе. В таких решениях к вычислительным мощностям микропроцессоров добавляются возможности восприятия окружающей среды с помощью интегрированных микросенсоров и воздействия на нее с помощью микроактуаторов. В такой системе микроэлектронная интегральная схема выполняет роль ее «мозга», а МЭМС предоставляет ей «глаза» и «руки», позволяя системе распознавать и контролировать параметры окружающей среды. Микросенсоры системы способны собирать информацию об окружающей среде, измеряя механические, термические, биологические, химические, оптические и магнитные параметры; микропроцессоры обрабатывают полученную информацию и, реализуя алгоритм принятия решений, производят с помощью микроактуаторов ответные действия, управляя движением, позиционированием, стабилизацией, фильтрацией и пр. Поскольку производство МЭМС-устройств использует большое количество технологических приемов, заимствованных из микроэлектроники, это позволяет, при относительно низких затратах, реализовывать на маленьком полупроводниковом чипе системы, беспрецедентные по уровню сложности, функциональности и надежности [1].    

В настоящее время МЭМС-технологий, благодаря чрезвычайно малому размеру создаваемых с ее помощью устройств, уже применяются для изготовления различных приборов, ниже приведены некоторые наиболее распространенные примеры [2]:

1) Акселерометры – устройства для измерения ускорений. Применяются в датчиках, контролирующих срабатывание автомобильных подушек безопасности.

2) Digital Micromirror Device (DMD) – оптический модулятор, состоящий из массива микрозеркал. Принцип действия  DMD состоит в формировании изображения путем последовательного переключения микрозеркал в положения ON-OFF, и, соответственно, отражения падающего излучения в проекционную оптическую систему (ON) или  поглотитель (OFF).

3) Микрокапиллярные устройства – кремниевые чипы с микроканалами, предназначенные для адресной доставки контролируемых количеств веществ. Такие устройства могут использоваться в струйных принтерах для нанесения чернил на бумагу или в интегрированном медицинском микроустройстве, объединяющем сенсор на глюкозу и диспергатор инсулина.

• Разумовский Алексей Сергеевич, к. ф.-м. н
• Братищев Алексей Владимирович

1. MEMS and Nanotechnology Exchange. URL: http://www.mems-exchange.org (дата обращения 12.10.2009)
2. Sandia National Laboratories. URL: http://www.sandia.gov (дата обращения 12.10.2009)