Микротехнологии: создание структур размером в 1 микрометр. Миниатюризация электроники и механики для повышения производительности, снижения стоимости и развития технологий.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Технология с элементами порядка одного микрометра. Микротехнология – это технология, в которой элементы имеют размеры порядка одного микрометра (одна миллионная доля метра, или 10−6 метра, или 1 мкм). Она сосредоточена на физических и химических процессах, а также на создании или обработке структур с размерами, сопоставимыми с одним микрометром.
Technology with features near one micrometre
Microtechnology is technology whose features have dimensions of the order of one micrometre (one millionth of a metre, or 10−6 metre, or 1μm). It focuses on physical and chemical processes as well as the production or manipulation of structures with one micrometre magnitude.
Разработка
Около 1970 года ученые обнаружили, что размещение большого количества микроскопических транзисторов на одном чипе позволяет создавать микроэлектронные схемы, значительно улучшающие производительность, функциональность и надежность, одновременно снижая стоимость и увеличивая объемы производства. Это стало причиной информационной революции. В последнее время ученые выяснили, что миниатюризация и массовое производство возможны не только для электрических, но и для механических устройств, что обещает аналогичные преимущества для мира механики, какие технология интегральных схем принесла миру электроники. Если электроника сегодня обеспечивает «мозг» для современных передовых систем и продуктов, то микромеханические устройства могут служить сенсорами и исполнительными механизмами – «глазами и ушами», «руками и ногами», обеспечивающими взаимодействие с внешним миром. Сегодня микромеханические устройства являются ключевыми компонентами широкого спектра продукции, включая автомобильные подушки безопасности, струйные принтеры, приборы для измерения артериального давления и проекционные дисплеи. Похоже, что в обозримом будущем эти устройства станут столь же распространенными, как и электроника. Сам процесс также стал более точным, что позволило уменьшить размеры технологии до субмикрометрового диапазона, как это продемонстрировано на примере передовых микроэлектрических схем, размеры которых достигают менее 20 нм.
Around 1970, scientists learned that by arraying large numbers of microscopic transistors on a single chip, microelectronic circuits could be built that dramatically improved performance, functionality, and reliability, all while reducing cost and increasing volume. This development led to the Information Revolution. More recently, scientists have learned that not only electrical devices, but also mechanical devices, may be miniaturized and batch fabricated, promising the same benefits to the mechanical world as integrated circuit technology has given to the electrical world. While electronics now provide the ‘brains’ for today's advanced systems and products, micro mechanical devices can provide the sensors and actuators — the eyes and ears, hands and feet — which interface to the outside world. Today, micromechanical devices are the key components in a wide range of products such as automobile airbags, ink jet printers, blood pressure monitors, and projection display systems. It seems clear that in the not too distant future these devices will be as pervasive as electronics. The process has also become more precise, driving the dimensions of the technology down to sub micrometer range as demonstrated in the case of advanced microelectric circuits that reached below 20 nm.
Микроэлектромеханические системы
Термин MEMS, аббревиатура от микроэлектромеханические системы, был введен в 1980-х годах для описания новых, сложных механических систем на чипе, таких как микроэлектродвигатели, резонаторы, шестерни и так далее. Сегодня термин MEMS на практике используется для обозначения любого микроскопического устройства с механической функцией, которое может быть изготовлено серийным способом (например, массив микроскопических шестерен, изготовленных на микрочипе, будет считаться устройством MEMS, но крошечный лазерный стент или компонент часов – нет). В Европе предпочтительнее использовать термин MST – микросистемная техника, а в Японии MEMS просто называют «микромашинами». Различия между этими терминами относительно невелики, и они часто используются как взаимозаменяемые. Хотя процессы MEMS обычно классифицируются на несколько категорий – такие как поверхностная обработка, объемная обработка, LIGA и EFAB – существует, тем не менее, тысячи различных процессов MEMS. Некоторые из них создают довольно простые геометрические формы, в то время как другие предлагают более сложные трехмерные геометрии и большую универсальность. Компании, производящей акселерометры для подушек безопасности, потребуется совершенно другая конструкция и процесс для производства акселерометра для инерциальной навигации. Переход от акселерометра к другому инерциальному устройству, такому как гироскоп, потребует еще более значительных изменений в конструкции и процессе, и, скорее всего, совершенно другого производственного предприятия и инженерной команды. Технология MEMS вызвала огромный интерес благодаря широкому спектру важных областей применения, где MEMS могут предложить ранее недостижимые стандарты производительности и надежности. В эпоху, когда все должно быть меньше, быстрее и дешевле, MEMS предлагает привлекательное решение. MEMS уже оказали существенное влияние на некоторые области применения, такие как автомобильные датчики и струйные принтеры. Развивающаяся индустрия MEMS уже является многомиллиардным рынком. Ожидается, что она будет быстро расти и станет одной из ведущих отраслей XXI века. Cahners In Stat Group прогнозирует, что объем продаж MEMS достигнет 12 миллиардов долларов к 2005 году. Европейская группа NEXUS прогнозирует еще более высокие доходы, используя более широкое определение MEMS. Микротехнологии часто создаются с использованием фотолитографии. Световые волны фокусируются через маску на поверхность, затвердевая химическую пленку. Мягкие, незасвеченные участки пленки смываются, а затем кислота вытравливает незащищенный материал. Самым известным достижением микротехнологий является интегральная схема. Она также использовалась для создания микромашин. Нанотехнологии, как ответвление исследований, направленных на дальнейшую миниатюризацию микротехнологий, появились в 1980-х годах, особенно после изобретения новых методов микроскопии. Эти методы позволили создать материалы и структуры размером от 1 до 100 нм.
The term MEMS, for Micro Electro Mechanical Systems, was coined in the 1980s to describe new, sophisticated mechanical systems on a chip, such as micro electric motors, resonators, gears, and so on. Today, the term MEMS in practice is used to refer to any microscopic device with a mechanical function, which can be fabricated in a batch process (for example, an array of microscopic gears fabricated on a microchip would be considered a MEMS device but a tiny laser machined stent or watch component would not). In Europe, the term MST for Micro System Technology is preferred, and in Japan MEMS are simply referred to as "micromachines". The distinctions in these terms are relatively minor and are often used interchangeably. Though MEMS processes are generally classified into a number of categories – such as surface machining, bulk machining, LIGA, and EFAB – there are indeed thousands of different MEMS processes. Some produce fairly simple geometries, while others offer more complex 3 D geometries and more versatility. A company making accelerometers for airbags would need a completely different design and process to produce an accelerometer for inertial navigation. Changing from an accelerometer to another inertial device such as a gyroscope requires an even greater change in design and process, and most likely a completely different fabrication facility and engineering team. MEMS technology has generated a tremendous amount of excitement, due to the vast range of important applications where MEMS can offer previously unattainable performance and reliability standards. In an age where everything must be smaller, faster, and cheaper, MEMS offers a compelling solution. MEMS have already had a profound impact on certain applications such as automotive sensors and inkjet printers. The emerging MEMS industry is already a multibillion dollar market. It is expected to grow rapidly and become one of the major industries of the 21st century. Cahners In Stat Group has projected sales of MEMS to reach $12B by 2005. The European NEXUS group projects even larger revenues, using a more inclusive definition of MEMS. Microtechnology is often constructed using photolithography. Lightwaves are focused through a mask onto a surface. They solidify a chemical film. The soft, unexposed parts of the film are washed away. Then acid etches away the material not protected. Microtechnology's most famous success is the integrated circuit. It has also been used to construct micromachinery. As an offshoot of researchers attempting to further miniaturize microtechnology, nanotechnology emerged in the 1980s, particularly after the invention of new microscopy techniques. These produced materials and structures that have 1 100 nm in dimensions.