Микромашиналар: 100нм-100мкм мөлшеріндегі механикалық құрылғылар. Өндіріс әдістері, қолданылуы (капталды қауіпсіздік жүйесі, механизмдер) туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Өте кішкентай механикалық заттар
Mechanical objects that are very small
Микромашиналар – интегралды тізбектер сияқты бірдей жалпы тәсілмен жасалатын механикалық заттар. Олардың мөлшері 100 нанометрден 100 микрометрге дейін деп саналады, бірақ бұл пікірталас тудыруы мүмкін. Микромашиналардың қолданылуына автомобиль бір нәрсеге соқтығысқанда анықтап, қауіпсіздік жастығын (airbag) іске қосатын акселерометрлер жатады. Күрделі тісті дөңгелектер мен рычагтар жүйелері де олардың қолданылуының бір түрі.
Micromachines are mechanical objects that are fabricated in the same general manner as integrated circuits. They are generally considered to be between 100 nanometres to 100 micrometres in size, though that is debatable. The applications of micromachines include accelerometers that detect when a car has hit an object and trigger an airbag. Complex systems of gears and levers are another application.
Өндiру
Бұл құрылғылардың жасалуы көбінесе екі техника арқылы жүзеге асырылады: беттік микроөңдеу және көлемдік микроөңдеу. Көлемдік микроөңдеу үшін қажетті аймақ бормен жоғары концентрацияда легирленеді, ал артық кремний сұйық кремний балқыту арқылы кесіледі. Бұл техника эчстоп деп аталады, себебі бордың легирленуі кесілмейтін қабатты/үлгіні құрайды.
The fabrication of these devices is usually done by two techniques, surface micromachining and bulk micromachining. To do bulk micromachining, the region needed is highly doped with boron and the unwanted silicon is etched in liquid silicon etches. This technique is termed an etchstop as the doping of boron produces an unetchable layer/pattern.
Трансдукторлар
Микромашиналардың көпшілігі түрлендіргіштер ретінде әрекет етеді; яғни, олар сенсорлар немесе иекелтегіштер (актуаторлар). Сенсорлар қоршаған ортадан алынған ақпаратты түсіндірілетін электр сигналдарына түрлендіреді. Микромашина сенсорының бір мысалы – резонанстық химиялық сенсор. Аз демпферленген механикалық нысан басқа жиіліктерге қарағанда бір жиілікте күштірек дірілдейді, ал бұл жиілік оның резонанстық жиілігі деп аталады. Химиялық сенсордың беті антракс сияқты белгілі бір молекулаларды тартатын арнайы полимермен жабылады, және сол молекулалар сенсорға жабысқанда оның массасы артады. Массаның артуы механикалық нысанның резонанстық жиілігін өзгертеді, бұл өзгеріс схемалық тізбектермен анықталады. Иекелтегіштер (актуаторлар) электр сигналдарын және энергияны қандай да бір қозғалысқа түрлендіреді. Ең көп таралған үш түрлі иекелтегіш – электростатикалық, термиялық және магниттік. Электростатикалық иекелтегіштер заттарды жылжыту үшін электростатикалық күшті пайдаланады. Екі механикалық элемент – біреуі тұрақты (статор), екіншісі жылжымалы (ротор) – оларға екі түрлі кернеу қолданылады, бұл электр өрісін жасайды. Бұл өріс ротордағы қалпына келтіру күшімен (әдетте ротордың иілуі немесе созылуынан туындаған серіппе күші) роторды жылжыту үшін күреседі. Электр өрісі неғұрлым күшті болса, ротор соғұрлым алысқа жылғады. Термиялық иекелтегіштер заттарды жылжыту үшін термиялық кеңею күшін пайдаланады. Материалды қыздырғанда, ол материалдың қасиеттеріне байланысты кеңейеді. Екі нысанды осылай байланыстыруға болады, бірі екіншісінен көбірек қызып, көбірек кеңейеді, ал бұл тепе-теңдіксіздік қозғалыс тудырады. Қозғалыс бағыты нысандар арасындағы байланысқа байланысты. Бұл "жылу иекелтегішінде" (heatuator) көрінеді, ол U пішіндес сәуле, оның бір жағы кең, екінші жағы тар. Ток нысан арқылы өткен кезде жылу пайда болады. Тар жақ кең жаққа қарағанда көбірек қызады, өйткені олардың ток тығыздығы бірдей. Екі жақ жоғарғы жағынан байланысқандықтан, созылған ыстық жақ суық жаққа қарай итеріледі. Магниттік иекелтегіштер күштерді жасау үшін жасалған магниттік қабаттарды пайдаланады.
Most micromachines act as transducers; in other words, they are either sensors or actuators. Sensors convert information from the environment into interpretable electrical signals. One example of a micromachine sensor is a resonant chemical sensor. A lightly damped mechanical object vibrates much more at one frequency than any other, and this frequency is called its resonance frequency. A chemical sensor is coated with a special polymer that attracts certain molecules, such as those found in anthrax, and when those molecules attach to the sensor, its mass increases. The increased mass alters the resonance frequency of the mechanical object, which is detected with circuitry. Actuators convert electrical signals and energy into motion of some kind. The three most common types of actuators are electrostatic, thermal, and magnetic. Electrostatic actuators use the force of electrostatic energy to move objects. Two mechanical elements, one that is stationary (the stator) and one that is movable (the rotor) have two different voltages applied to them, which creates an electric field. The field competes with a restoring force on the rotor (usually a spring force produced by the bending or stretching of the rotor) to move the rotor. The greater the electric field, the farther the rotor will move. Thermal actuators use the force of thermal expansion to move objects. When a material is heated, it expands an amount depending on material properties. Two objects can be connected in such a way that one object is heated more than the other and expands more, and this imbalance creates motion. The direction of motion depends on the connection between the objects. This is seen in a "heatuator", which is a U shaped beam with one wide arm and one narrow arm. When a current is passed through the object, heat is created. The narrow arm is heated more than the wide arm because they have the same current density. Since the two arms are connected at the top, the stretching hot arm pushes in the direction of the cold arm. Magnetic actuators used fabricated magnetic layers to create forces.