В МИРЕ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ
Один из наиболее динамично развивающихся секторов современной микроэлектроники — микроэлектромеханические системы (МЭМС).
Основной задачей микроэлектромеханики является создание не имеющих аналогов микромеханических конструкций широкого назначения. Направление базируется на достижениях современных микроэлектронных технологий, наследуя основные достоинства электронных микросхем — низкую стоимость, высокую надежность и воспроизводимость характеристик, крупные масштабы возможного практического применения.
 |
| Разработчики МЭМС ведущий инженер-технолог В. Камышлов и д.ф.-м.н. Э. Косцов (ИАиЭ СО РАН). |
Уже в настоящее время спектр использования МЭМС исключительно широк: микрооптоэлектромеханика (дисплеи, адаптивная оптика, оптические микрокоммутаторы и др.); ВЧ-устройства (ВЧ-коммутаторы, перестраиваемые фильтры, емкости, антенны, фазовые решетки и др.); измерители перемещений (акселерометры, сенсоры вибраций, скорости и др.); устройства для работы с микрообъемами жидкой среды, химического тестирования; в биологии и химии — биочипы, химические сенсоры; датчики давления и механического напряжения; микрокоммутаторы, микродвигатели и нанопозиционеры; микросхемы памяти большого объема; микро- и пикокосмические спутники и т.д. К настоящему времени объем реальных продаж МЭМС достигает десятки миллиардов долларов и по оценке ведущих экспертов в этой области к 2010 году превзойдет 90 миллиардов долларов.
Основной элемент указанных систем — электромеханический преобразователь энергии. Среди различных физических принципов, на которых могут базироваться такие преобразователи, — электромагнитные, пьезоэлектрические, электростатические. Предпочтение отдается последним как наиболее технологичным. Электростатические микродвигатели относятся к классу емкостных машин, наиболее важный параметр которых — удельная емкость в межэлектродном зазоре, и, соответственно, удельная энергоемкость. Технология глубокого травления кремния позволяет создавать достаточно малые зазоры, порядка 2 мкм, что обеспечивает значение удельной энергоемкости до 0.01 Дж/м2 и силы тяги
до 10-7—10-6 ньютонов. Однако для ряда важных практических задач такие параметры недостаточны, и перед разработчиками МЭМС постоянно стоит задача увеличения указанных параметров.
На предстоящей расширенной Научной сессии Президиума СО РАН (22 декабря) будет представлен доклад «Микроэлектромеханические высокоэнергоемкие преобразователи энергии на нанометровых зазорах». В нем рассматривается новый принцип электромеханического преобразования энергии, позволяющий значительно увеличить удельную энергоемкость, быстродействие и мощность МЭМС. Суть этого принципа заключается в том, что указанное преобразование энергии осуществляется в нанометровом зазоре — 5-50 нм, когда имеет место трансформация электрической энергии, накапливаемой в процессе обратимого электростатического прижатия металлической пленки к поверхности тонкого кристаллического диэлектрика с большим значением диэлектрической проницаемости, более 2000-5000 — сегнетоэлектрика. Натяжение этой пленки преобразуется в механическое движение подвижного элемента устройства. Такой подход позволяет достигать величины удельной энергоемкости 0,3-1 Дж/м2 и сил тяги 0,01 и более ньютонов в первые микросекунды действия импульсов напряжения.
Описываются характеристики экспериментальных микроэлектромеханических устройств, построенных на основе указанного принципа, демонстрирующие высокую энергоемкость и быстродействие таких устройств и перспективы их широкого практического применения.
Фото В. Новикова
стр. 1
|
