MEMS

MEMS (ראשי תיבות של: Micro Electro Mechanical System, תרגום: "מערכת מיקרו אלקטרו-מכנית") היא משפחה של טכנולוגיות, חומרים ומעגלים משולבים ממוזערים ברמות מיקרו וננו (NEMS), המכילות רכיבים ומערכות אופטיות, אלקטרוניות ומכניות (MOEMS), וביולוגיות (Bio-MEMS).

פוטנציאל המכונות הממוזערות הובן שנים רבות לפני פיתוח הטכנולוגיה וביטוי לכך הובא בהרצאתו של פרופסור ריצ'רד פיינמן בשנת 1959 "יש שפע מקום בתחתית".

הטכנולוגיה הפכה למעשית כאשר אומצו טכנולוגיות ייצור מתחום המעגלים המשולבים בהם ריבוץ, אילוח, חמצון, דפיסה (Molding), ציפוי וטכנולוגיות מזעור ושילוב נוספות.

חומרי MEMS

מיקרו-מכונה

טכנולוגיית MEMS מנצלת מספר רב של חומרים וטכניקות ייצור שונות כאשר כל שיטה תלויה בסוג ההתקן וסקטור השוק שאליו המוצר מופנה.

צורן (סיליקון)

צורן הוא חומר הנפוץ ביותר בתעשיית המיקרואלקטרוניקה ובייצור מעגלים משולבים לצריכה המונית בעולם המודרני. יכולת המיזעור, זמינות של חומרי ייצור איכותיים וזולים, והיכולת לשלב טכנולוגיות רבות על מצע יחיד הופכים את הצורן לחומר אטרקטיבי למגוון רחב של יישומי MEMS. לצורן יתרונות רבים בגלל תכונות החומר. לצורן הבנוי מגביש יחיד ישנן תכונות מכניות של גמישות, לפי חוק הוק וכמעט שאין לו היסטרזיס ולכן גם הוא אינו מפזר חום ובעל אמינות גבוהה מבחינת עייפות החומר לפעולה של מיליארד או טריליון מחזורים ללא שבירה. הדרך הנפוצה ביותר ליצירת התקני MEMS על ידי שימוש בצורן היא על ידי ריבוץ של שכבות חומר כאשר התבניות לייצור השכבות נעשות באמצעות פוטוליתוגרפיה ואחר כך איכול (Etching) ליצירת הרכיבים הרצויים.

פולימרים

פולימרים ניתנים לייצור בכמויות גדולות עם מגוון רחב של תכונות חומר להבדיל מצורן גבישי שהוא יחסית מסובך ויקר. התקני MEMS המיוצרים על ידי שימוש בפולימרים משתמשים דפיסת הזרקה, הבלטה (Embossing) או סטריאוליתוגרפיה (Stereolithography) אשר מתאימים במיוחד לייצור מיקרופלואידיקה.

מתכות

מתכות משמשות ליצירת אלמנטים רבים ב-MEMS. אף על פי שלמתכות אין את היתרונות מבחינת התכונות המכניות שיש לצורן, כאשר נעשה שימוש בהם תוך התחשבות במגבלותיהם, מתכות יכולות להיות אמינות מאוד. מתכות שימושיות הן זהב, ניקל, אלומיניום, כרום, טיטניום, טונגסטן, פלטינה וכסף.

יישומים

מדפסת הזרקת דיו אשר כוללת התקנים פיאזואלקטריים או תרמיים.
מד תאוצה ברכבים חדשנים למגוון יישומים וביניהם חיישנים לכריות אוויר וחיישני תאונות.
גירוסקופ – מד תאוצה זוויתית.
מיתוג אופטי טכנולוגיה המשמשת בתקשורת, תקשורת נתונים בשכבה הפיזית של מודל ה-OSI לניתוב והסטה אופטיים של אלומות בנתבים אופטיים.
Bio-MEMS או ביו שבבים יישומים בביו רפואה, ביוטכנולוגיה, רפואה ובריאות. טכנולוגיית מעבדה על שבב, ביוסנסור.
צגי IMOD (Interferometric modulator display)^[1] טכנולוגיה המשמשת ליישומים באלקטרוניקה בידורית כמו צגים להתקנים ניידים.

תהליכי ייצור ב-MEMS

ריבוץ (דפוזיציה)

ערך מורחב – ריבוץ

אחד מאבני הבניין הבסיסיים בתהליכי הייצור ב-MEMS היא היכולת לרבץ שכבות דקות של חומר בעובי הנע מכמה ננומטרים ספורים ועד ל־100 מיקרומטר. שיטת הריבוץ הנפוצות הן ציפוי אלקטרוליטי (Electroplating), ריבוץ מותז (Sputter deposition), ריבוץ אדים פיזי (Physical vapor deposition) וריבוץ אדים כימי (Chemical vapor deposition).

פוטוליתוגרפיה

ערך מורחב – פוטוליתוגרפיה

טכנולוגיות

RF MEMS
NEMS
MOEMS - התקנים הכוללים בתוכם גם רכיבים אופטיים ופוטוניים כמו סיבים אופטיים, לייזרים, מראות לניתוב אור ליישומי מיתוג אופטי בתקשורת אופטית, מצלמות וגלאים אופטיים. לדוגמה, כמוסה של חברת גיוון אימג'ינג המכילה מצלמה ומערכת שידור המאבחנת מחלות במעיים.
Bio-MEMS - מערכות MEMS ביולוגיות שכוללות בתוכן מרכיבים המסוגלים לטפל, לנטר רקמות ביולוגיות, לעורר נוירונים; מיקרו ביו-חיישנים ביולוגיים המסוגלים לזהות מולקולה ביולוגית מסוימת ולמדוד ריכוז של חומר מסוים במערכת ביולוגית, כגון התקן תת-עורי מבוסס MEMS למדידת רמות הסוכר בדם אצל חולי סוכרת.