سامانه میکرو الکترومکانیکی: تفاوت میان نسخه‌ها

محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
YusuF (بحث | مشارکت‌ها)
جزبدون خلاصۀ ویرایش
خط ۱:
{{ویکی سازی}}
[[پرونده:Bug 1c.jpg|200px|left|thumb|یک عنکبوت یک میلی‌متری بر روی قطعه‌ای میکرو الکترومکانیکی]]
'''سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی''' {{به انگلیسی|MEMS:Microelectromechanical systems}} [[فن‌آوری]] سیستم‌های بسیار کوچک در ابعاد میکرومتر است.
 
در حاليحالی كهکه قطعات الكترونيكيالکترونیکی با استفاده از روال ساخت مدار مجتمع (IC) ساخته مي‌شوندمی‌شوند (همانند فرآيندهايفرآیندهای CMOS ،CMOS، Bipolar و يایا BICMOS)، عناصر ميكروماشينهامیکروماشینها از طريقطریق فرآيندهايفرآیندهای ماشينماشین كاريکاری ميكرونيمیکرونی ( Micromachining ) توليدتولید مي‌شوندمی‌شوند به ايناین ترتيبترتیب كهکه بر حسب مورد، قسمتهاييقسمتهایی از ويفرویفر (Wafer) برداشته‌شده يایا لايه‌هايلایه‌های جديديجدیدی به آن اضافه مي‌شودمی‌شود.MEMS با تلفيقتلفیق ميكروالكترونيكمیکروالکترونیک سيليكونيسیلیکونی با فناوريفناوری ماشينماشین كاريکاری ميكروني،میکرونی، نويدنوید تحول را در تقريبا"تقریباً هرنوع محصوليمحصولی مي‌دهدمی‌دهد تا به ايناین ترتيبترتیب به "«نظام رويروی يكیک تراشه"» جامة عمل بپوشاند.
MEMS فناوريفناوری واقعاً تواناييتوانایی است كهکه با دركدرک و كنترلکنترل قابليتهايقابلیتهای "ميكروسنسورها"«میکروسنسورهاً و»میکرو "ميكرو محركها"محرکهاً و به همراه آوردن تواناييتوانایی محاسبات دستگاههايدستگاههای ميكروالكترونيكي،میکروالکترونیکی، موجب پيشرفتپیشرفت در توليداتتولیدات هوشمند مي‌شودمی‌شود. MEMS همچنينهمچنین فناوريفناوری بسياربسیار گسترده و مستعديمستعدی است، چه در كاربردکاربرد و چه در نحوة ساخت و طراحيطراحی ابزارها. یکی از جدید ترین کاربردهای آن [[گرد هوشمند]] می باشدمی‌باشد.
 
 
 
مدارهايمدارهای پيوستةپیوستة ميكروالكترونيكيمیکروالکترونیکی (IC) مي‌توانندمی‌توانند بعنوان مغز متفكرمتفکر سيستمهاسیستمها باشند و MEMS با اضافه‌كردناضافه‌کردن "«چشم"» و "«بازو"»، ايناین قدرت تفكرتفکر را توسعه مي‌‌دهدمی‌دهد تا ايناین ميكروسيستمهامیکروسیستمها بتوانند محيطمحیط اطرافشان را حس كردهکرده و كنترلکنترل نمايندنمایند. ايناین حسگرها در ساده‌ترينساده‌ترین حالت خود با كمكکمک اندازه‌گيرياندازه‌گیری پديده‌هايپدیده‌های مكانيكي،مکانیکی، گرمايي،گرمایی، زيستي،زیستی، شيميايي،شیمیایی، نورينوری و مغناطيسي،مغناطیسی، اطلاعات را از محيطمحیط جمع‌آوريجمع‌آوری مي‌كنندمی‌کنند. پس از اخذ اطلاعات از حس‌كننده‌ها،حس‌کننده‌ها، دستگاههايدستگاههای الكترومكانيكيالکترومکانیکی به كمكکمک قدرت تصميم‌گيريتصمیم‌گیری خود، محركهامحرکها را به پاسخ‌‌هاييپاسخ‌هایی چون : حركت،حرکت، جابجايي،جابجایی، تنظيم‌كردن،تنظیم‌کردن، پمپ‌كردنپمپ‌کردن و فيلتركردنفیلترکردن وادار كرده،کرده، محيطمحیط را به سمت نتايجنتایج موردنظر هدايتهدایت مي‌كنندمی‌کنند. از آنجا كهکه دستگاههايدستگاههای MEMS همانند ICها با تكنيكهايتکنیکهای ساخت ناپيوستهناپیوسته ساخته مي‌شوند،می‌شوند، مي‌توانمی‌توان ‌سطحسطح بسياربسیار بالاييبالایی از كاركرد،کارکرد، اطميناناطمینان و پيچيدگيپیچیدگی را با هزينههزینه اندكاندک بر رويروی تراشة كوچكکوچک سيليكونيسیلیکونی شكلشکل داد.
 
فناوريفناوری MEMS تواناييتوانایی كشفياتکشفیات جديديجدیدی را در علوم و مهندسيمهندسی دارد، مثل:
 
۱. میکروسیستمهای واکنشهای زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) برای تقویت و شناسایی DNA
1.ميكروسيستمهاي واكنشهاي زنجيره‌ا‌ي پليمراز (PCR) براي تقويت و شناسايي DNA
 
2.ميكروسكپهاي تونل‌زنيمیکروسکپهای پيمايشگرتونل‌زنی پیمایشگر (STM) كهکه با فرآيندهايفرآیندهای ماشينكاريماشینکاری ميكرونيمیکرونی ساخته شده‌اند
 
3۳.تراشه‌هاي زيستيتراشه‌های زیستی شناساگر عوامل خطرناكخطرناک شيمياييشیمیایی و بيولوژيكيبیولوژیکی
 
4۴.فناوري جهشيفناوری ميكروسيستمهاجهشی میکروسیستمها جهت غربال‌غربال و انتخاب سريعسریع دارو
 
 
ابزارهايابزارهای MEMS در بازارهايبازارهای مختلف صنعتي،صنعتی، تعيين‌كنندةتعیین‌کنندة كيفيتکیفیت محصولات شده و پيش‌بينيپیش‌بینی مي‌شودمی‌شود كهکه ايناین فناوريفناوری سالانه 50%۵۰٪ رشد داشته ‌باشدباشد.
 
اگرچه وسايلوسایل MEMS خيليخیلی كوچكکوچک اند (مثلا"مثلاً MEMS دارايدارای موتورهايموتورهای الكتريكيالکتریکی كوچكترکوچکتر از قطر مويموی انسان است) وليولی اهميتاهمیت فناوريفناوری MEMS فقط به اندازة آنها مربوط نمي‌شودنمی‌شود. علاوه بر اين،این، MEMS فقط به پايهپایه سيليكونيسیلیکونی محدود نمي‌شود،نمی‌شود، هرچند سيليكونسیلیکون به دليلدلیل داشتن خواص عاليعالی به يكیک انتخاب جالب توجه برايبرای مصارف مكانيكيمکانیکی با كيفيتکیفیت بالا تبديلتبدیل شده استشده‌است. (مثلا"مثلاً نسبت استحكاماستحکام به وزن برايبرای سيليكونسیلیکون از خيليخیلی از مواد مهندسيمهندسی ديگردیگر بالاتر است، كهکه ساخت وسايلوسایل مكانيكيمکانیکی با پهنايپهنای باند وسيعوسیع (band width) را ممكنممکن مي‌سازدمی‌سازد). در عوض، MEMS فناوريفناوری توليديتولیدی است كهکه راه جديديجدیدی برايبرای ايجادایجاد سيستمهايسیستمهای الكترومكانيكيالکترومکانیکی ارائه مي‌دهدمی‌دهد با تكنيكهايتکنیکهای توليدتولید ناپيوستهناپیوسته ارائه مي‌دهد،می‌دهد، مانند روش توليدتولید مدارهايمدارهای مجتمع كهکه باعث توليدتولید عناصر الكترومكانيكيالکترومکانیکی در كنارکنار قطعات الكترونيكيالکترونیکی مي‌شودمی‌شود.
 
ايناین فناوريفناوری توليدتولید جديد،جدید، مزايايمزایای متعدديمتعددی دارد: اول اينكهاینکه MEMS فناوريفناوری گسترده‌ايگسترده‌ای است كهکه بالفعل مي‌تواندمی‌تواند تأثيرتأثیر مهميمهمی بر انواع توليداتتولیدات تجاريتجاری و نظامينظامی بگذارد. هم‌اكنونهم‌اکنون MEMS در هر چيزي،چیزی، از نمايشنمایش فشار خون گرفته تا سيستمهايسیستمهای تعليقتعلیق فعال خودروها active suspension ) systems ) مورد استفاده قرار مي‌گيردمی‌گیرد. لذا ماهيتماهیت فناوريفناوری MEMS و كاربردهايکاربردهای متعددش، آن را از فناوريهايفناوریهای مرسوم حتيحتی مدارهايمدارهای مجتمع و ريزتراشه‌هاریزتراشه‌ها فراگيرفراگیر تر نموده استنموده‌است.
 
دوم اينكهاینکه MEMS فاصلة بينبین سيستم‌هايسیستم‌های مكانيكيمکانیکی پيچيدهپیچیده و مدارهايمدارهای مجتمع الكترونيكيالکترونیکی را پر مي‌كندمی‌کند. حس‌كننده‌هاحس‌کننده‌ها و محركهامحرکها عموماً گران قيمت‌اند،قیمت‌اند، به علاوه سيستمسیستم "الكترونيكي،الکترونیکی، محركهامحرکها و حس‌كننده‌ها"حس‌کننده‌هاً در ابعاد بزرگ قابل اعتماد نيستندنیستند. فناوريفناوری MEMS امكانامکان ساخت سيستمهايسیستمهای ميكروالكترومكانيكيمیکروالکترومکانیکی را با استفاده از تكنيكهايتکنیکهای ساخت ناپيوستهناپیوسته فراهم كردهکرده موجب برابريبرابری قيمتقیمت و اعتبار حس‌كننده‌هاحس‌کننده‌ها و محركهامحرکها با مدارهايمدارهای مجتمع مي‌شودمی‌شود. جالب اينكه،اینکه، انتظار مي‌رودمی‌رود كارآييکارآیی دستگاهها و ابزارهايابزارهای MEMS بالاتر از عناصر و سيستمهايسیستمهای مقياسمقیاس ماكروماکرو و قيمتقیمت آن خيليخیلی پايين‌ترپایین‌تر از آنها باشد.
 
به عنوان يكیک نمونة جديدجدید از فوايدفواید فناوريفناوری MEMS مي‌توانمی‌توان به شتاب‌سنجهايشتاب‌سنجهای MEMS اشاره كرد،کرد، كهکه به سرعت جايگزينجایگزین سرعت‌سنجهايسرعت‌سنجهای مربوط به سيستمهايسیستمهای كيسةکیسة هوا در اتومبيلاتومبیل مي‌شودمی‌شود. در روش مرسوم از چندينچندین شتاب‌سنج حجيمحجیم شامل اجزاياجزای مختلف در جلويجلوی خودرو استفاده مي‌‌شودمی‌شود كهکه قطعات الكترونيكيالکترونیکی سيستمسیستم در نزديكينزدیکی كيسةکیسة هوا قرار دارند و قيمتقیمت مجموعه بالغ بر 50۵۰ دلار است.
 
 
MEMS ايناین امكانامکان را فراهم كردهکرده تا شتاب‌سنج و وسايلوسایل الكترونيكيالکترونیکی با هزينه‌ايهزینه‌ای كمترکمتر از 5۵ تا 10۱۰ دلار در يكیک ريزتراشةریزتراشة سيليكونيسیلیکونی تلفيقتلفیق شوند. شتاب‌سنج MEMS خيليخیلی كوچكتر،کوچکتر، كارآمدتر،کارآمدتر، سبكترسبکتر و قابل اعتمادتر بوده و قيمتيقیمتی بسياربسیار كمترکمتر از شتاب‌سنجهايشتاب‌سنجهای مرسوم دارد. لذا انتظار مي‌رودمی‌رود ظرف چند سال آيندهآینده ايناین شتاب‌سنجها جايگزينجایگزین دستگاههايدستگاههای مشابه در كليهکلیه خودروهايخودروهای خارجيخارجی و داخليداخلی گردند. بهايبهای اندكاندک عناصر شتاب‌سنج MEMS، اجازة ساخت كيسةکیسة هوا برايبرای حفاظت مسافرينمسافرین در مقابل ضربات كناريکناری را مي‌دهدمی‌دهد. ادامة پيشرفتپیشرفت در فناوريفناوری شتاب‌سنج MEMS در 5۵ سال آينده،آینده، امكانامکان مي‌دهدمی‌دهد تا حس‌كننده‌ها،حس‌کننده‌ها، اندازه و وزن يكیک مسافر را تعيينتعیین كردهکرده پاسخ بهينهبهینه را محاسبه كنندکنند تا صدمات احتمالياحتمالی ناشيناشی از كيسهکیسه هوا كاهشکاهش يابدیابد.
 
== مواد برای ساخت ==
[[سیلیسیم]] پرکاربردترین ماده در ساخت [[تراشه]] است. این ماده هم از نظر اقتصادی به صرفه استصرفه‌است و هم ویژگی‌های بی همتایی دارد. [[تک‌بلور]] سیلیسیم یک ماده کامل [[قانون هوک|هوکی]] است، بدین معنا که هنگام تغییر شکل [[پسماند]] (Hysteresis) نداشته و ازینرو تلفات انرژی ندارد. همچنین این ویژگی باعث می‌شود تا مقاوت به [[خستگی]] این ماده بسیار بالا باشد (تا میلیرد و یا تلریاردها چرخه کاری).
 
[[سیلیسیم]] پرکاربردترین ماده در ساخت [[تراشه]] است. این ماده هم از نظر اقتصادی به صرفه است و هم ویژگی‌های بی همتایی دارد. [[تک‌بلور]] سیلیسیم یک ماده کامل [[قانون هوک|هوکی]] است، بدین معنا که هنگام تغییر شکل [[پسماند]] (Hysteresis) نداشته و ازینرو تلفات انرژی ندارد. همچنین این ویژگی باعث می‌شود تا مقاوت به [[خستگی]] این ماده بسیار بالا باشد (تا میلیرد و یا تلریاردها چرخه کاری).
 
مواد دیگری مانند [[پلیمر]]ها و [[فلز]]ها نیز کاربرد گسترده‌ای برای ساخت سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی دارند.