-
مواد MEMS چیست؟
مخفف MicroElectroMechanicalSystems است و معادل فارسی آن "سیستمهای میكروالكترومكانیكی" است.
سیستمهای الكتریكی فقط با سیگنالهای الكتریكی سروكار دارند. اگر این سیستمها كار مكانیكی هم انجام دهند سیستم الكترومكانیكی نامیده میشوند. حال اگر ابعاد آنها به محدوده میكرومتری برسد با نام سیستمهای میكروالكترومكانیكی خوانده میشوند.
سیستمهای میكروالكترومكانیكی یا MEMS ، حاصل تلفیق اجزای مكانیكی، حسكنندهها، محركها و قطعات الكترونیكی بر روی یك لایه سیلیكون به كمك فناوری ساخت تراشه‌های میكرونی است .
در حالی كه قطعات الكترونیكی با استفاده از روال ساخت مدار مجتمع (IC) ساخته میشوند (همانند فرآیندهای CMOS ، Bipolar و یا BICMOS)، عناصر میكروماشینها از طریق فرآیندهای ماشین كاری میكرونی ( Micromachining ) تولید میشوند به این ترتیب كه بر حسب مورد، قسمتهایی از ویفر (Wafer) برداشته‌شده یا لایه‌های جدیدی به آن اضافه میشود.MEMS با تلفیق میكروالكترونیك سیلیكونی با فناوری ماشین كاری میكرونی، نوید تحول را در تقریبا" هرنوع محصولی میدهد تا به این ترتیب به "نظام روی یك تراشه" جامة عمل بپوشاند. MEMS فناوری واقعاً توانایی است كه با درك و كنترل قابلیتهای "میكروسنسورها" و "میكرو محركها" و به همراه آوردن توانایی محاسبات دستگاههای میكروالكترونیكی, موجب پیشرفت در تولیدات هوشمند میشود. MEMS همچنین فناوری بسیار گسترده و مستعدی است، چه در كاربرد و چه در نحوة ساخت و طراحی ابزارها.
فناوری MEMS امكان تلفیق میكروالكترونیك را با درك فعال و اعمال كنترلی فراهم كرده, فضای طراحی و كاربرد را بسط میدهد.
مدارهای پیوستة میكروالكترونیكی (IC) می‌توانند بعنوان مغز متفكر سیستمها باشند و MEMS با اضافه‌كردن "چشم" و "بازو" ، این قدرت تفكر را توسعه میدهد تا این میكروسیستمها بتوانند محیط اطرافشان را حس كرده و كنترل نمایند.
این حسگرها در ساده‌ترین حالت خود با كمك اندازه‌گیری پدیده‌های مكانیكی، گرمایی، زیستی، شیمیایی، نوری و مغناطیسی، اطلاعات را از محیط جمع‌آوری می‌كنند. پس از اخذ اطلاعات از حسكنندهها, دستگاههای الكترومكانیكی به كمك قدرت تصمیم‌گیری خود، محركها را به پاسخ‌‌هایی چون : حركت، جابجایی، تنظیم‌كردن، پمپ‌كردن و فیلتركردن وادار كرده, محیط را به سمت نتایج موردنظر هدایت می‌كنند.
از آنجا كه دستگاههای MEMS همانند ICها با تكنیكهای ساخت ناپیوسته ساخته میشوند، می‌توان سطح بسیار بالایی از كاركرد، اطمینان و پیچیدگی را با هزینه اندك بر روی تراشة كوچك سیلیكونی شكل داد. فناوری MEMS توانایی كشفیات جدیدی را در علوم و مهندسی دارد، مثل:
میكروسیستمهای واكنشهای زنجیره‌ا‌ی پلیمراز (PCR) برای تقویت و شناسایی DNA
میكروسكپهای تونل‌زنی پیمایشگر (STM) كه با فرآیندهای ماشینكاری میكرونی ساخته شده‌اند
تراشه‌های زیستی شناساگر عوامل خطرناك شیمیایی و بیولوژیكی
فناوری جهشی میكروسیستمها جهت غربال و انتخاب سریع دارو
ابزارهای MEMS در بازارهای مختلف صنعتی, تعیین‌كنندة كیفیت محصولات شده و پیش‌بینی میشود كه این فناوری سالانه 50% رشد داشته باشد.
اگرچه وسایل MEMS خیلی كوچك اند (مثلا" MEMS دارای موتورهای الكتریكی كوچكتر از قطر موی انسان است) ولی اهمیت فناوری MEMS فقط به اندازة آنها مربوط نمی‌شود. علاوه بر این، MEMS فقط به پایه سیلیكونی محدود نمی‌شود، هرچند سیلیكون به دلیل داشتن خواص عالی به یك انتخاب جالب توجه برای مصارف مكانیكی با كیفیت بالا تبدیل شده است.
(مثلا" نسبت استحكام به وزن برای سیلیكون از خیلی از مواد مهندسی دیگر بالاتر است، كه ساخت وسایل مكانیكی با پهنای باند وسیع (band width) را ممكن می‌سازد). در عوض، MEMS فناوری تولیدی است كه راه جدیدی برای ایجاد سیستمهای الكترومكانیكی ارائه میدهد با تكنیكهای تولید ناپیوسته ارائه میدهد، مانند روش تولید مدارهای مجتمع كه باعث تولید عناصر الكترومكانیكی در كنار قطعات الكترونیكی میشود.
این فناوری تولید جدید, مزایای متعددی دارد: اول اینكه MEMS فناوری گسترده‌ای است كه بالفعل می‌تواند تأثیر مهمی بر انواع تولیدات تجاری و نظامی بگذارد. هم‌اكنون MEMS در هر چیزی, از نمایش فشار خون گرفته تا سیستمهای تعلیق فعال خودروها active suspension ) systems ) مورد استفاده قرار می‌گیرد. لذا ماهیت فناوری MEMS و كاربردهای متعددش، آن را از فناوریهای مرسوم حتی مدارهای مجتمع و ریزتراشه‌ها فراگیر تر نموده است.
دوم اینكه MEMS فاصلة بین سیستمهای مكانیكی پیچیده و مدارهای مجتمع الكترونیكی را پر می‌كند. حسكنندهها و محركها عموماً گران قیمت‌اند، به علاوه سیستم "الكترونیكی، محركها و حسكنندهها" در ابعاد بزرگ قابل اعتماد نیستند. فناوری MEMS امكان ساخت سیستمهای میكروالكترومكانیكی را با استفاده از تكنیكهای ساخت ناپیوسته فراهم كرده موجب برابری قیمت و اعتبار حسكنندهها و محركها با مدارهای مجتمع میشود. جالب اینكه، انتظار میرود كارآیی دستگاهها و ابزارهای MEMS بالاتر از عناصر و سیستمهای مقیاس ماكرو و قیمت آن خیلی پایین‌تر از آنها باشد.
به عنوان یك نمونة جدید از فواید فناوری MEMS می‌توان به شتاب‌سنجهای MEMS اشاره كرد، كه به سرعت جایگزین سرعت‌سنجهای مربوط به سیستمهای كیسة هوا در اتومبیل میشود. در روش مرسوم از چندین شتاب‌سنج حجیم شامل اجزای مختلف در جلوی خودرو استفاده میشود كه قطعات الكترونیكی سیستم در نزدیكی كیسة هوا قرار دارند و قیمت مجموعه بالغ بر 50 دلار است.
MEMS این امكان را فراهم كرده تا شتاب‌سنج و وسایل الكترونیكی با هزینه‌ای كمتر از 5 تا 10 دلار در یك ریزتراشة سیلیكونی تلفیق شوند. شتاب‌سنج MEMS خیلی كوچكتر، كارآمدتر، سبكتر و قابل اعتمادتر بوده و قیمتی بسیار كمتر از شتاب‌سنجهای مرسوم دارد. لذا انتظار میرود ظرف چند سال آینده این شتاب‌سنجها جایگزین دستگاههای مشابه در كلیه خودروهای خارجی و داخلی گردند.
بهای اندك عناصر شتاب‌سنج MEMS ، اجازة ساخت كیسة هوا برای حفاظت مسافرین در مقابل ضربات كناری را میدهد. ادامة پیشرفت در فناوری شتاب‌سنج MEMS در 5 سال آینده، امكان میدهد تا حسكنندهها, اندازه و وزن یك مسافر را تعیین كرده پاسخ بهینه را محاسبه كنند تا صدمات احتمالی ناشی از كیسه هوا كاهش یابد.
کاربردهای MEMS
· سنسورهای فشار MEMS در صنعت اتومبیل برای اندازه گیری فشار روغن موتور، فشار خلأ، فشار تزریق سوخت، فشار انتقال سیال، فشار خط ABS ، فشار تایر و فشار كیسه هوا بكار میرود.
· شتاب سنجهای MEMS برای ماشة كیسة هوا یا قفل كمربندهای صندلی.
· سنسورهای حرارتی MEMS برای نمایش روغن، ضدیخ و دمای هوا.
· سیستمهای ابزاری و اتوماتیك در صنعت
· اندازه گیری فشار، دما، شتاب و خطا كاربرد دارند.
· كنترلهای صنعتی یا خانگی میشود كه این كاربرد، شامل سنسورها و عملگرها میشود؛ سنسورها برای اندازه گیری محیط خارجی و عملگرها برای تنظیم بكار میرود.
http://www.almas-magazine.com
