System mikroelektromechaniczny to mikrosystem wykonany z materiałów półprzewodnikowych . Zawiera jeden lub więcej elementów mechanicznych i wykorzystuje energię elektryczną jako źródło energii , mając na względzie pełnienie funkcji czujnika lub urządzenia uruchamiającego , z co najmniej jedną strukturą o wymiarach mikrometrycznych ; funkcja systemu jest częściowo zapewniona przez kształt tej konstrukcji. Termin systemy mikroelektromechaniczne to francuska wersja angielskiego akronimu MEMS ( systemy mikroelektromechaniczne ). W Europie termin MST oznaczający technologię MicroSystem jest również używany, choć znacznie mniej rozpowszechniony.
W oparciu o techniki mikroelektroniczne MEMS do ich wytwarzania wykorzystują mikrotechnologie , które pozwalają na produkcję na dużą skalę. Są one wykorzystywane w tak różnych dziedzinach jak motoryzacja , aeronautyka , medycyna , biologia , telekomunikacja , a także w niektórych „codziennych” zastosowaniach, takich jak niektóre projektory wideo, telewizory wysokiej rozdzielczości lub poduszki powietrzne w samochodach.
MEMS zostały opracowane we wczesnych latach 70 - tych jako pochodna mikroelektroniki, a ich pierwsza komercjalizacja sięga lat 80-tych z krzemowymi czujnikami ciśnienia, które szybko zastąpiły starsze techniki i nadal stanowią znaczący udział w rynku mikroelektroniki . Od tego czasu MEMS przeszły znaczący rozwój i wciąż się rozwijają.
Jest to stosunkowo nowa dziedzina badań, łącząca zastosowanie technik elektronicznych , komputerowych , chemicznych , mechanicznych , optycznych . MEMS są najczęściej na bazie krzemu, ale również inne materiały używane w zależności od odpowiedniego ich właściwości fizycznych, w odniesieniu do niektórych zastosowań, takich jak metale , piezoelektrycznych materiałów , różne polimery , etc.
W obliczu rozwoju tej dziedziny zaobserwowaliśmy pojawienie się terminów pochodnych do oznaczania specjalistycznych MEMS:
Zwrócimy również uwagę na nowy termin, NEMS ( Nano Electro Mechanical Systems ), po francusku Nanosystems , oznaczający struktury podobne do MEMS, ale o rozmiarach nanometrycznych.
Krzem jest materiałem używanym do tworzenia układów scalonych powszechnie stosowanych w elektronice użytkowej w nowoczesnym przemyśle. Na ekonomię skali , dostępność materiału o wysokiej jakości, przy niskich cenach a także możliwość włączenia elektronicznego funkcja makijażu krzemu atrakcyjnym materiałem dla szerokiego zakresu zastosowań MEMS. Krzem ma również istotne zalety wynikające z jego właściwości materiałowych. W postaci monokryształów krzem jest niemal idealnym materiałem Hooke'a , co oznacza, że po zgięciu praktycznie nie ma histerezy, a zatem praktycznie nie ma rozpraszania energii. Ponadto ruch ten jest powtarzalny, co sprawia, że krzem jest bardzo niezawodny, ponieważ ulega bardzo niewielkiemu zmęczeniu i może mieć żywotność rzędu kilku miliardów miliardów cykli bez pękania.
Chociaż przemysł elektroniczny zapewnia ekonomię skali dla przemysłu krzemowego, krzem krystaliczny jest wciąż materiałem złożonym i stosunkowo drogim w produkcji. Z drugiej strony polimery mogą być produkowane w dużych ilościach, o szerokiej gamie właściwości materiałowych. Urządzenia MEMS mogą być wykonane z polimerów w procesach takich jak formowanie wtryskowe , wytłaczanie lub stereolitografia i są szczególnie dobrze przystosowane do zastosowań mikroprzepływowych , takich jak jednorazowe wkłady do testów krwi.
Metale mogą być również wykorzystywane do tworzenia elementów MEMS. Chociaż metale nie mają wszystkich mechanicznych zalet krzemu, mogą wykazywać bardzo wysoki stopień niezawodności w granicach zastosowania MEMS. Metale można nakładać metodą elektroosadzania, natryskiwania próżniowego lub rozpylania. Powszechnie stosowane metale to złoto , nikiel , aluminium , miedź , chrom , tytan, wolfram, platyna i srebro.
Techniki wytwarzania mikrosystemów wywodzą się w dużej mierze z technik mikroelektroniki. Z wafli z krzemu są zazwyczaj stosowane jako podłoża i mikrosystemów są wytwarzane za pomocą kolejnych etapów epitaksji , osadzanie żywicy, z fotolitografii i trawienia na sucho lub na mokro.
Główna specyfika technik mikrosystemowych, w porównaniu z mikroelektroniką, wiąże się z produkcją części ruchomych, a więc względnie oderwanych od podłoża, co na ogół uzyskuje się poprzez zastosowanie warstwy protektorowej.
MEMS składają się z mechanizmów mechanicznych (rezonatorów, belek, mikrosilników itp.) wykonanych na krzemie w skali mikrometrycznej. Te różne elementy mechaniczne są wprawiane w ruch (uruchamiane) dzięki siłom generowanym przez przetworniki elektromechaniczne. Zasilane są one napięciami wytwarzanymi z sąsiednich obwodów elektronicznych. Przetworniki elektromechaniczne pełnią wówczas rolę interfejsu między polami mechanicznymi i elektrycznymi. Najczęściej stosuje się tam przetworniki elektrostatyczne lub pojemnościowe , chociaż można spotkać interfejsy elektromechaniczne oparte na zjawiskach magnetycznych i termomechanicznych.
Jeśli laboratoria wymyśliły i wyprodukowały ogromną liczbę MEMS, o zastosowaniach od elektroniki po biologię, najważniejsze (przemysłowe) to: