MEMS teknolojisi nedir?

MEMS teknolojisi gerçekten harika. Buna rağmen, o tam bir bilinmeyen. Bu derste, bunu öğrenebilecek ve yarı iletken üretim teknolojisinin bu türünün nasıl yapılabileceğini hayal bile edemeyeceğiniz gerçekten küçük mekanik cihazlar yaratabileceğini görebileceksiniz.

MEMS nedir?

MEMS (MicroElectroMechanical Systems) veya mikroelektromekanik sistemler, çip üretmek için kullanılan aynı teknolojiden yararlanan hareketli parçalara sahip mikroskobik cihazlar geliştirmek için bir tür teknolojiyi ifade eder. Bu konsept ayrıca Japonya’da mikromakineler veya Avrupa’da MST olarak da bilinen SNEM’leri veya nanoelektromekanik sistemleri içerir.

Buradaki fikir, daha büyük ölçekte, ancak çok küçük boyutlarda eksiksiz bir sistem olarak çalışan mekanik elemanlar üretmektir. Bütün bunların uygulamaları var, aslında jiroskoplar ve birçok mobil cihazda kullanılan benzeri sensörler gibi bazılarını farkında olmadan kullanmışsınızdır. Ayrıca otomotiv sektörü, biyotıp, elektronik vb. alanlarda da uygulamaları vardır. Küçük boyutlu robotlar bile üretilebiliyordu ancak bunun için en büyük sorun, onları besleyecek yüksek akım yoğunluğu, gücü ve kapasitesi olan mikroenerji kaynaklarının bulunmamasıdır.

MEMS Uygulamaları

MEMS uygulamalarına gelince, bazıları öne çıkıyor:

• Piezoelektrik veya termal kabarcık püskürtme kullanan yazıcılar için mürekkep püskürtme uçları.
• Mikromotorlar veya nanomotorlar.
• Küçük saatler.
• Hava yastıklarının açılması için otomotiv endüstrisinden akıllı telefonlara kadar çok sayıda cihaz için ivmeölçerler.
• Birçok otomobilde oryantasyon, mobil cihazlarda, dinamik stabilite kontrolü vb. için kullanılan MEMS jiroskopları.
• Küçük boyutlu silikon basınç sensörleri.
• DLP tabanlı projektörlerdeki DMD yongaları gibi ekranlar.
• İletişim için fiber optik teknolojileri.
• Biyosensörler, yeni “akıllı” ilaçlar, analizler vb. için biyotıp veya biyoteknoloji.
• IMOD tüketici elektroniği uygulamaları.
• Navigasyon mikrosistemleri.
• Cyborg’lar.
• AFM sensörleri veya atomik kuvvet mikroskobu.

MEMS’i oluşturan malzemeler

Yarı iletkenler alanındaki gelişmeler, MEMS gibi benzer şekilde oluşturulan diğer teknolojilerin kapısını açmıştır. Bu elemanlar, en belirgin olanları olmakla birlikte, birçok farklı malzemeden üretilebilir:

• Silikon: Yarı iletken bir malzeme olduğu için elektronik aksamları da olan MEMS cihazlarında sıklıkla kullanılan bir malzemedir. Piyasa için üretilen MEMS cihazlarının çoğu, yüksek kalitesi, düşük maliyeti ve bu mekanizmaları oluşturmak için yarı iletken fabrikalarını değiştirmek zorunda olmaması gibi başka avantajları da olan bu malzemeye dayanmaktadır.
• Polimerler: Polimerler de çok çeşitli özellikleri ve çok ekonomik maliyetleri nedeniyle başka bir seçenektir. Ayrıca, bu polimerler, EGS olması gereken silikonun aksine, çok çeşitli malzemelerden yüksek hacimlerde üretilebilir. Öte yandan, polimerlerin bir başka avantajı da, kan testleri için tek kullanımlık kartuşlar gibi mikroakışkan uygulamalar için MEMS oluşturulabilmesidir.
• Metaller: Yarı iletken yongalarda metal ara bağlantılar kullanıldığı gibi, MEMS’de de elementleri yapmak için metal kullanılabilir, bu büyük bir avantajdır. Metaller, silikondan daha iyi mekanik özelliklere sahiptir, dolayısıyla bazı sınırlamalarının üstesinden gelir ve daha güvenilirdir. Kullanılabilecek metaller arasında bakır, alüminyum, altın, nikel, krom, titanyum, tungsten, gümüş, platin vb. vardır.
• Diğerleri: Elbette, yayın balığı, nitrürler ve diğer birçok bileşik gibi yukarıdakilerin ötesinde başka malzemeler de kullanılabilir. Aslında, bir MEMS için biriktirme ve dağlama işlemlerini destekleyen herhangi bir şey kullanılabilir.

MEMS gibi küçük elemanlar nasıl yapılabilir?

MEMS cihazlarını imal etmek için fiziko-kimyasal teknikler kullanılır, çünkü bu tür ölçeklerde üretilecek kadar küçük aletler yoktur. Yani chip sektöründeki tüm gelişmelerden faydalanarak bu minik mekanizmaları aynı şekilde imal ediyorlar. Ve bu şu aşamaları içerir:

1. Silikon gibi farklı malzemelerden yapılabilen bir yüzey olan bir çubuktan başlar.
2. Bu çubuk üzerinde bir silikon oksit tabakası büyütülebilir veya yukarıda belirtilenlerden başka metaller veya malzemeler biriktirilebilir.
3. MEMS bileşenlerini yapmak istediğiniz alt tabakaya sahip olduğunuzda, katı hale gelmek üzere kürlenecek bir sıvı olan bir fotoreçine yerleştirmeye devam edersiniz.
4. Ardından, oluşturmak istediğiniz tasarımı içeren bir desenden geçirilerek çubuğun ışığa maruz bırakıldığı fotolitografi işlemi gelir. Bu, fotorezistin bazı bölümlerinin ışığa maruz kalmasına ve diğerlerinin olmamasına neden olur.
5. Maruz kalan ve görünmeyen kısımlar ışığa duyarlı bir malzeme olarak özelliklerini değiştirdiği için çubuk sonraki aşamalara hazır hale gelir.
6. Daha sonra, fotorezistin açıkta kalan (veya maruz kalmayan) katmanını ve ayrıca fotorezistin alttaki malzemeden çıkarılmasıyla açıkta kalan kısımları kaldıran aşındırıcı bir ajan kullanılarak bir aşındırma yapılabilir.
7. Bu sayede istenilen ölçü ve figürlerde yapılar oluşturulmaktadır.
8. Bu işlemler, farklı katmanlar tüm sistemi oluşturana kadar gerektiği kadar tekrarlanabilir.

Açıkçası, bu noktalar onu açıklamanın çok ilkel bir yoludur, ancak okuyucuyu kaybedebilecek çok fazla teknik ayrıntıya girmeden anlaşılması kolaydır.