EducationBot: Новая страница: «{{Русская Википедия/Панель перехода}} МЭМС-сканер. На кристалле реализован привод зеркала и само [[зеркало.]] Вариант схемы инерциального датчика '''Микроэлектромеханические системы''' ('''...»

2023-08-27T12:59:29Z

Новая страница: «{{Русская Википедия/Панель перехода}} thumb|right|МЭМС-сканер. На кристалле реализован привод зеркала и само [[зеркало.]] thumb|right|150px|Вариант схемы инерциального датчика '''Микроэлектромеханические системы''' ('''...»

Новая страница

{{Русская Википедия/Панель перехода}}
[[Файл:Beispiele für Fraunhofer IPMS Mikroscanner.jpg|thumb|right|МЭМС-сканер. На кристалле реализован привод зеркала и само [[зеркало]].]]
[[Файл:GyroMEMSschema.jpg|thumb|right|150px|Вариант схемы инерциального датчика]]
'''Микроэлектромеханические системы''' ('''МЭМС''') — устройства, объединяющие в себе взаимосвязанные механические и электрические компоненты микронных размеров. Микроэлектромеханические системы состоят из механических элементов, [[Датчик|датчиков]], [[Электроника|электроники]], приводов и устройств [[Микроэлектроника|микроэлектроники]], расположенных на общей кремниевой подложке<ref>{{Книга|ссылка=http://solidstate.petrsu.ru/d/gurtov_belyaev_baksheeva__mems.pdf|заглавие=Микроэлектромеханические системы}}</ref>.

Механическим компонентом может быть миниатюрное зеркальце — элемент системы сканирования (например, для технологии [[DLP]]), инерциальный датчик, способный определить характерные движения, которые пользователь проделывает со своим устройством и другие виды устройств.

МЭМС-устройства обычно изготавливают на кремниевой подложке с помощью [[микротехнология|технологии микрообработки]], аналогично технологии изготовления однокристальных интегральных [[микросхема|микросхем]]. Типичные размеры микромеханических элементов лежат в диапазоне от 1 [[микрометр]]а до 100 микрометров, тогда как размеры кристалла МЭМС-микросхемы имеют размеры от 20 микрометров до одного миллиметра.

== Применение ==
В настоящее время МЭМС-технологии уже применяются для изготовления различных микросхем. Так, МЭМС-осцилляторы в некоторых применениях заменяют<ref>{{Cite web|url=http://www.cnews.ru/news/top/mehanicheskie_mikroshemy_vytesnyayut_elektronnye|title=cnews.ru : «Механические микросхемы вытесняют электронные»|author=|website=|date=|publisher=|deadlink=yes|accessdate=2017-11-08|archiveurl=https://web.archive.org/web/20140524022601/http://www.cnews.ru/news/top/index.shtml?2006%2F04%2F14%2F199849|archivedate=2014-05-24}}</ref> [[Кварцевый генератор|кварцевые генераторы]]. МЭМС-технологии применяются для создания разнообразных миниатюрных [[актуатор]]ов и [[датчик]]ов, таких как [[акселерометр]]ы, [[датчик угловой скорости|датчики угловых скоростей]], [[гироскоп]]ы<ref>Статья на сайте deepapple.com: [http://deepapple.com/news/37653.html «Тайна чипа AGD1 раскрыта, или Гироскоп iPhone 4 под рентгеном»] {{Wayback|url=http://deepapple.com/news/37653.html |date=20100704032933 }}</ref>, [[магнитометр]]ические датчики, барометрические датчики, анализаторы среды (например, для оперативного анализа крови), радиоприёмные [[измерительный преобразователь|измерительные преобразователи]]<ref>[http://arxiv.org/abs/1307.3467 {{Wayback|url=http://arxiv.org/abs/1307.3467 |date=20181110051258 }} [1307.3467] Optical detection of radio waves through a nanomechanical transducer]</ref>.

== Материалы для производства МЭМС ==
МЭМС-технология может быть реализована с использованием целого ряда различных материалов и технологий производства, выбор которых будет зависеть от создаваемого устройства и рыночного сектора, в котором он должен работать.

=== Кремний ===
Кремний является материалом, используемым для создания большинства интегральных схем, используемых в потребительской электроникe в современном мире. Распространённость, доступность дешёвых высококачественных материалов и способность к применению в электронных схемах делает кремний привлекательным для применения его при изготовлении МЭМС.

Кремний также имеет значительные преимущества перед другими материалами благодаря своим физическим свойствам. [[Монокристаллический кремний|Монокристалл кремния]] почти идеально подчиняется [[Закон Гука | закону Гука]]. Это означает, что при деформации он не подвержен [[гистерезис]]у и, следовательно, энергия деформации практически не рассеивается.

Также кремний очень надежен при сверхчастых движениях, так как он обладает очень малой усталостью и может работать в диапазоне от миллиардов до триллионов циклов без разрушения.

Основные методы получения всех МЭМС-устройств на основе кремния: осаждение слоев материала, структурирование этих слоев с помощью [[фотолитография|фотолитографии]] и травления для создания требуемой формы.

Особенностью MEMS-устройств из кремния является хрупкость, и как предупреждают производители, устройства нельзя мыть в ультразвуковой ванне. Это приводит к запредельным деформациям и разрушению элементов при резонансе.

=== Полимеры ===

Несмотря на то, что электронная промышленность обеспечивает широкомасштабный спрос на продукцию кремниевой промышленности, кристаллический кремний по-прежнему является сложным и сравнительно дорогим материалом для производства. Полимеры, с другой стороны, можно производить в больших объёмах, с большим разнообразием характеристик материала. МЭМС-устройства могут быть сделаны из полимеров с помощью таких процессов, как литьевое формование, штамповка или стереолитография; они особенно хорошо подходят для применения при изготовлении [[Микрофлюидика|микрофлюидных]] устройств, таких, как одноразовые картриджи анализа крови.

[[Файл:Microelectromechanical system (MEMS) (5880495531).jpg|мини|182x182пкс]]

== Примеры устройств ==
[[Файл:Ring laser gyroscope at MAKS-2011 airshow.jpg|мини]]
'''Гироскоп''' — это устройство, которые способно реагировать на изменение углов ориентации объекта, относительно инерциальной системы отсчета и определять его положение в пространстве. Чувствительным элементом интегрального гироскопа являются две подвижные массы (грузики), которые находятся в непрерывном движении на упругом подвесе в противоположенных направлениях. Источником [[Колебания|колебаний]] подвижной массы является гребенчатые электростатические двигатели. Подвижная масса, вместе с электродами, расположенная на подложке, образуют [[Электрический конденсатор|конденсаторы]], входящие в состав дифференциальной схемы, вырабатывающей сигнал, пропорциональный разности емкостей конденсатора.

Линейное ускорение одинаково воздействует на обе подвижные массы и подложку, поэтому сигнал на выходе дифференциальной схемы не появляется. Как только произойдет изменение угловой скорости относительно оси вращения, то на подвижные массы начинает действовать [[сила Кориолиса]], отклоняя подвижные массы в противоположных направлениях. Соответственно, емкость одного конденсатора увеличивается, а другого уменьшается, что порождает разностный сигнал, пропорциональный величине углового ускорения. Таким образом, осуществляется преобразование угловой скорости гироскопа в электрический параметр, величина которого детектируется специальным датчиком<ref>{{Cite web|url=https://docs.geoscan.aero/ru/master/database/const-module/flightcon/flightcon.html|title=Полетный контроллер — Документация Pioneer September update 2021|website=docs.geoscan.aero|access-date=2022-04-18}}</ref>.
[[Файл:Accelerometer Spring.gif|слева|мини]]
'''Емкостные поверхностные датчики ускорения (акселерометры)''' ― детектируют ускорение в плоскости, параллельной поверхности кристаллов микросхем, на которых они установлены. Принцип действия емкостных датчиков ускорения основан на изменении емкости микроконденсатора, одна из обкладок которого подвижна. Подвижные обкладки конденсаторной системы упруго подвешены на фиксаторах, и при наличии ускорения вдоль оси чувствительности (показана стрелками) емкости элементарных ячеек изменяются. Величина и знак изменений регистрируются электронной схемой, интегрированной на одном кристалле с датчиком. Выходное [[Электрическое напряжение|напряжение]] микросхемы пропорционально ускорению, а его знак зависит от направления ускорения. В неподвижном горизонтальном состоянии или движении с постоянной скоростью выходное [[Электрическое напряжение|напряжение]] составляет 1.8 В, при полном ускорении ±50 g выходное напряжение достигает значений 1.8 ± 0.95 В<ref>{{Статья|автор=Петропавловский Ю.|заглавие=Инерциальные приборы и МЭМС микросхемы компании Analog Devices для систем автоматики, навигации и автомобильной электроники. Часть 1|издание=Радиолоцман}}</ref>.

== Типы МЭМС ==
Существует две формы технологии коммутации МЭМС: омическая и емкостная.

1. Омические МЭМС-переключатели разработаны с использованием электростатических кантилеверов. Поскольку кантилеверы деформируются с течением времени, эти переключатели могут выйти из строя из-за износа контактов или усталости [[Металлы|металла]].

2. Емкостные переключатели управляются подвижной пластиной или чувствительным элементом, который изменяет [[Электрическая ёмкость|емкость]]. Используя свои резонансные характеристики, они могут быть настроены так, чтобы превзойти омические устройства в определенных частотных диапазонах<ref>{{Cite web|lang=ru-RU|url=https://new-science.ru/chto-takoe-mems-mikroelektromehanicheskaya-sistema-tipy-i-primenenie/|title=Что такое МЭМС (микроэлектромеханическая система)? Типы и применение {{!}} New-Science.ru|website=New-Science.ru {{!}} Актуальные новости научных открытий, высоких технологий, электроники и космоса.|date=2020-05-18|access-date=2022-04-18|archive-date=2021-07-28|archive-url=https://web.archive.org/web/20210728042743/https://new-science.ru/chto-takoe-mems-mikroelektromehanicheskaya-sistema-tipy-i-primenenie/|deadlink=no}}</ref>.

== См. также ==

* [[Микрофлюидика]]

== Литература ==
# Гуртов В.А., Беляев М.А., Бакшеева А.Г. Микроэлектромеханические системы/ Учебное пособие. — Петрозаводск, Изд-во ПетрГУ, 2016.
# Петропавловский, Ю. Инерциальные приборы и МЭМС микросхемы компании Analog Devices для систем автоматики, навигации и автомобильной электроники. Часть 1 / Ю. Петропавловский // Радиолоцман. — 2015.

== Ссылки ==
* [https://new-science.ru/chto-takoe-mems-mikroelektromehanicheskaya-sistema-tipy-i-primenenie/ Новая наука]
* [http://www.electronics.ru/issue/1998/5/12 А. Васенков, В. Епифанова, В. Юдинцев Микроэлектромеханические приборы. Настало время выходить в свет]
* [http://www.nanometer.ru/2008/12/18/nanoazbuka_54965.html Микроэлектромеханические системы (MEMS), Гудилин Евгений Алексеевич от 18 декабря 2008]
* [https://docs.geoscan.aero/ru/master/database/const-module/flightcon/flightcon.html Документация Геоскан «Пионер»]

== Примечания ==
{{примечания}}

[[Категория:Датчики]]
[[Категория:Электротехника]]
[[Категория:Электроника]]
{{Навигационная таблица/Портал/Русская Википедия}}
[[Категория:Русская Википедия]]
[[Категория:Википедия]]
[[Категория:Статья из Википедии]]
[[Категория:Статья из Русской Википедии]]

Русская Википедия:Микроэлектромеханические системы - История изменений