(По материалам фирмы STMicroelectronics)

MEMS - кремний 21 века

MEMS-технология расширяет стандартную технологию микроэлектроники, объединяя физическое перемещение и движение электронов.MEMS-технология фирмы STMicroelectronics базируется на специальных технологиях, разработанных для микромашинной обработки кремния и использующих те же фундаментальные процессы.

Фирма STMicroelectronics использует для разработки MEMS-устройств свой подход, обладающий двумя крупными достоинствами.

Первое - это то, что он определяет новый класс компонентов, включающих перемещение как физических частей, так и электронов в электрической схеме. Это означает, например, что вместо раздельного производства микроактуаторов и сенсоров они могут быть сделаны в виде единого изделия, причём сразу десятками или сотнями - как микросхемы на кремниевой пластине. При этом используется уже апробированная традиционная технология производства интегральных микросхем и полупроводников.

Большинство производственных циклов, используемых при производстве MEMS, переносится из технологии производства интегральных микросхем, а сравнительно большие геометрические размеры MEMS-устройств позволяют использовать продукцию "старых" производств кремниевых пластин, которые уже давно амортизированы, что дополнительно уменьшает издержки.

Второе крупное достоинство метода фирмы STM - это возможность для разработчиков устройств сконцентрироваться на определении базовых правил, которые должны быть соблюдены в большинстве изделий, вместо того, чтобы разрабатывать и устройство и производственный процесс одновременно.

Технология MEMS используется буквально везде: в телекоммуникациях, автоэлектронике, компьютерной периферии и в бытовой технике.

Хотите иметь жёсткий диск, который имеет большую удельную ёмкость Гбайт/доллар или "волшебную палочку", позволяющую Вам создать виртуальный оркестр, - технология MEMS откроет для Вас эти новые измерения.

Движущийся кремний

Эта идея прекрасно иллюстрируется MEMS-акселерометрами, которые уже широко используются в качестве сенсоров автомобильных подушек безопасности и в дисковых накопителях, позволяя компенсировать вибрацию.

Они могут использоваться в видеоиграх, позволяя сделать контроллеры, которые реагируют на перемещения в трёх измерениях, в компьютерных позиционирующих устройствах и игрушках-роботах.

Типичный MEMS-акселерометр состоит из взаимно блокирующих штырей, которые поочерёдно перемещаются и фиксируются. Изменение ускорения отражается на ёмкости структуры, которая может быть легко измерена. Элементы могут размещаться подобно гребням в случае линейных акселерометров или в виде ступицы колеса в случае вращающегося акселерометра.

Вращающиеся акселерометры могут использоваться для расширения возможностей антиблокировочных систем автомобиля (ABS), так как они способны зафиксировать фактическое перемещение автомобиля, а не только блокировку колёс.

Гироскоп на основе эффекта Кориолиса используется в спутниковых системах навигации, в которых комбинация гироскопа и быстрых датчиков позволяет наблюдать за спутником в зонах "тени", где он фактически невидим или точность его сопровождения недостаточна.

В накопителях на жёстких дисках (HDD) вращающиеся акселерометры фирмы STM используются для обнаружения ротационных перемещений, влияющих на позиционирование головки и способных привести к потере дорожки.

Компенсация ротационных перемещений используется в лучших моделях дисководов, поскольку при затрате чуть большего времени на чтение и запись, значительно меньше времени тратится на восстановление позиционирования головки после удара.

Фирма STM разработала микроактуатор, работа которого основана на обратном эффекте: прикладываемое напряжение вызывает небольшие перемещения кремниевых структур.

Сегодня эти изделия используются для точной подстройки магнитных головок, которые отвечают за обнаружение сигналов в HDD, при этом существенно повышается плотность информации "трек-на-дюйм", а следовательно, и ёмкость дисковода.

... и перемещающаяся жидкость

Не все MEMS-устройства имеют перемещающиеся кремниевые детали; иногда единственной перемещающейся частью является жидкость.

Одним из первых массовых применений стал чип для головки струйного принтера. Чип содержит сотни микроскопических каналов, соединённых с камерами, заполненными чернилами. Каждая камера может быть очень быстро нагрета резистивным нагревательным элементом, при этом часть чернил испаряется и движется по направлению к бумаге в виде небольшой капельки. В этом устройстве единственной перемещаемой частью являются чернила.

Фирма Agilent Technologies использует эту же самую термомикрофлюидную технологию для совершенно другого приложения - оптического переключателя.

В стандартных оптических сетях переключающий механизм является электронным и для переключения требует преобразования оптического сигнала в электрический, а затем - обратно в оптический. Идеальным решением этой проблемы является использование оптических переключателей.

Существует различная техника изготовления оптических переключателей, например, массив микроскопических зеркал, которые перемещаются с помощью электростатики.

Однако в технологии Photonic Switching Platform фирмы Agilent используется метод, при котором переключаемые лучи света направляются через прозрачные каналы. В этих каналах есть небольшие полости, заполненные жидкостью, имеющей оптические свойства, аналогичные окружающему материалу, поэтому световые сигналы проходят через полость непрерывным потоком.

Как и в струйном принтере, под каждой полостью имеется небольшой нагревательный элемент и когда он активизирован, жидкость испаряется, образуя небольшой пузырь с отличными от окружающего материала оптическими свойствами, который отражает световой луч, переключая его тем самым на другой выход.

Этот метод демонстрирует, как технология MEMS может использоваться для реализации необычных решений, обеспечивая достижение отличных результатов.

Новое изделие фирмы STMicroelectronics L6671 включает в себя емкостной вращающийся акселерометр, изготовленный по MEMS-технологии, чувствительный аналого-цифровой преобразователь, фильтр и интерфейс.

Подробные технические характеристики L6671 можно найти в рубрике "Инженерная практика" (стр. 59)