Wat is MEMS technologie?

Micro Electronic Mechanical Systems (MEMS) is de benaming voor de technologie die mechanische systemen integreert met micro-elektronica. Het is mogelijk piepkleine sensoren en actuatoren te fabriceren in silicium. Chips of semiconductors maakt men door laag voor laag silicium-structuren op te bouwen. Omdat de sensoren en actuatoren zo klein zijn, onstaat een revolutionaire technologie door de twee te combineren. MEMS maken zowel 'brains', 'arms', als 'eyes' mogelijk op zeer kleine schaal.

MEMS

De Micro Electronic Mechanical Systems (MEMS)-technologie ziet men ook wel als de toekomst van de micro-elektronica. De steeds verdergaande miniaturisering van elektronica heeft ervoor gezorgd dat tegenwoordig miljarden transistoren in een chip kunnen worden geïntegreerd. Dit heeft een enorme reken-capaciteit tot gevolg, alsmede enorme mogelijkheden voor data-opslag.

De micro-machining technologie maakt gebruik van dezelfde technieken die men toepast bij het fabriceren van chips (CMOS). Door een aantal proces-stappen te doorlopen, kan men in silicium piepkleine sensoren en actuatoren bouwen. In principe komen deze stappen neer op het laag voor laag structuurtjes aan te brengen, en gedeelten weg te etsen. Door de CMOS technologie te combineren met het maken van de sensoren en actuatoren, ontstaat de MEMS-technologie.

MEMS-technologie belooft revolutionaire mogelijkheden voor tal van produkten in de elektronica. Deze nieuwe techniek is opnieuw een stap verder in het proces dat steeds meer intelligentie in een en dezelfde chip stopt; men noemt dit ook wel System-On-a-Chip (SOC). Men is bezig met een nieuwe reeks produkten, die naast de reken-capaciteit van een processor ook micro-mechanische besturingsvaardigheden heeft.

Praktische toepassingen

Sensoren verzamelen informatie over de omgeving door het meten van mechanische, thermische, chemische, optische, en magnetische grootheden. De elektronica verwerkt vervolgens deze gegevens en stuurt de actuatoren aan. De actuatoren bezitten de mogelijkheid om te bewegen, positioneren, pompen, of filteren. Hiermee kan men op micro-nivo de omgeving besturen; de gewenste uitkomst of toepassing programmeert men in de elektronica.

Een voorbeeld vindt men in de auto-industrie. Voor het opblazen van een airbag dient de elektronica te registreren of er sprake is van een 'ongeluk' of plotseling hard afremmen. Het spreekt voor zich dat een airbagsysteem niet zomaar bij elke snelheids-vermindering mag afgaan. De juiste vertraging (negatieve versnelling) wordt gemeten door MEMS die zijn geïntegreerd in de elektronica aan boord van de auto. Een ingebouwde processor berekent of er sprake is van een situatie waarin de bestuurder en inzittenden van de auto moeten worden beschermt door de airbag.

De Amerikaans chip-fabrikant IBM heeft een prototype van een micro-mechanische geheugenchip gebouwd. De plaatsen waar een logische 'nul' of 'een' onthouden moet worden (bits), zijn in deze chip geimplementeerd als ongelijkheden in het silicium-oppervlak. Een kuiltje representeert bijvoorbeeld de logische 'nul'; het ontbreken van een kuiltje een logische 'een'. Een mechanische arm leest -door over het oppervlak te bewegen- de binaire data.

Een ander voorbeeld vindt men in de medische techniek. Chips met ingebouwde MEMS zijn in staat om chemische stoffen te analyseren en te beoordelen. Dit alles vindt plaats op het nivo van micrometers (10^-6 meter).

Fabricatie

MEMS systemen worden op een soortgelijke wijze als geintegreerde circuits (chips) worden gemaakt. Men gebruikt dezelfde batch-technieken om mechanische micro-systemen met grote betrouwbaarheid en precisie te plaatsen op een silicium-chip, tegen relatief lage kostprijs.