एमईएमएस: Difference between revisions
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[[File:MEMsfounding.jpg|thumb|1986 में [[DARPA]] को प्रस्तुत किया गया प्रस्ताव सबसे पहले माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम शब्द की शुरुआत करता है]] | [[File:MEMsfounding.jpg|thumb|1986 में [[DARPA]] को प्रस्तुत किया गया प्रस्ताव सबसे पहले माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम शब्द की शुरुआत करता है]] | ||
[[File:MEMS Microcantilever in Resonance.png|thumb|एमईएमएस माइक्रोकैंटिलीवर एक [[स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप]] के अंदर प्रतिध्वनित होता है]]एमईएमएस (माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम) सूक्ष्म उपकरणों की ऐसी तकनीक है जिसमें विद्युतकीय और गतिशील दोनों भाग सम्मिलित होते हैं। एमईएमएस आकार में 1 और 100 माइक्रोमीटर के बीच के घटकों से निर्मित होती हैं, और इन उपकरणों का आकार सामान्यतः 20 माइक्रोमीटर से एक मिलीमीटर (अर्थात, 0.02 से 1.0 मिमी) तक होता है। यद्यपि ऐरे में व्यवस्थित घटक ( उदाहरण के लिए, [[डिजिटल माइक्रोमिरर डिवाइस]]) 1000 मिमी से अधिक हो सकते हैं<ref>{{Cite book|url=https://books.google.com/books?id=7lKytgAACAAJ|title=Small Machines, Large Opportunities: A Report on the Emerging Field of Microdynamics: Report of the Workshop on Microelectromechanical Systems Research|vauthors=Gabriel K, Jarvis J, Trimmer W|publisher=AT&T Bell Laboratories|others=[[National Science Foundation]] (sponsor)|year=1988}}</ref> उनमें सामान्यतः एक केंद्रीय इकाई होती है जो डेटा (एक एकीकृत | [[File:MEMS Microcantilever in Resonance.png|thumb|एमईएमएस माइक्रोकैंटिलीवर एक [[स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप]] के अंदर प्रतिध्वनित होता है]]एमईएमएस (माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम) सूक्ष्म उपकरणों की ऐसी तकनीक है जिसमें विद्युतकीय और गतिशील दोनों भाग सम्मिलित होते हैं। एमईएमएस आकार में 1 और 100 माइक्रोमीटर के बीच के घटकों से निर्मित होती हैं, और इन उपकरणों का आकार सामान्यतः 20 माइक्रोमीटर से एक मिलीमीटर (अर्थात, 0.02 से 1.0 मिमी) तक होता है। यद्यपि ऐरे में व्यवस्थित घटक ( उदाहरण के लिए, [[डिजिटल माइक्रोमिरर डिवाइस]]) 1000 मिमी से अधिक हो सकते हैं<ref>{{Cite book|url=https://books.google.com/books?id=7lKytgAACAAJ|title=Small Machines, Large Opportunities: A Report on the Emerging Field of Microdynamics: Report of the Workshop on Microelectromechanical Systems Research|vauthors=Gabriel K, Jarvis J, Trimmer W|publisher=AT&T Bell Laboratories|others=[[National Science Foundation]] (sponsor)|year=1988}}</ref> उनमें सामान्यतः एक केंद्रीय इकाई होती है जो डेटा (एक एकीकृत परिपथ चिप जैसे [[माइक्रोप्रोसेसर]]) को संसाधित करती है<ref>{{cite book|title=नैनोकंप्यूटर और स्वार्म इंटेलिजेंस|vauthors=Waldner JB|publisher=[[ISTE Ltd|ISTE]] [[John Wiley & Sons]]|year=2008|isbn=9781848210097|place=London|pages=205|author-link=Jean-Baptiste Waldner}}</ref> | ||
MEMS के बड़े सतह क्षेत्र के अनुपात के कारण, परिवेशीय [[वैद्युतिकी]] (जैसे कि इलेक्ट्रोस्टेटिक चार्ज और [[चुंबकीय क्षण]]), और फ्लूइड गतिकी (जैसे कि [[सतह तनाव]] और [[द्रव्यता]]) बड़े स्तर के यांत्रिक उपकरणों से अधिक महत्वपूर्ण डिज़ाइन परिवेशन के लिए होते हैं। MEMS प्रौद्योगिकी को [[आणविक नैनोटेक्नोलॉजी]] या [[आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स]] से भिन्न किया जाता है क्योंकि इन दोनों को सतह रसायन भी ध्यान में रखना आवश्यक होता है। | MEMS के बड़े सतह क्षेत्र के अनुपात के कारण, परिवेशीय [[वैद्युतिकी]] (जैसे कि इलेक्ट्रोस्टेटिक चार्ज और [[चुंबकीय क्षण]]), और फ्लूइड गतिकी (जैसे कि [[सतह तनाव]] और [[द्रव्यता]]) बड़े स्तर के यांत्रिक उपकरणों से अधिक महत्वपूर्ण डिज़ाइन परिवेशन के लिए होते हैं। MEMS प्रौद्योगिकी को [[आणविक नैनोटेक्नोलॉजी]] या [[आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स]] से भिन्न किया जाता है क्योंकि इन दोनों को सतह रसायन भी ध्यान में रखना आवश्यक होता है। | ||
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== सामग्री == | == सामग्री == | ||
[[File:BioMEMS with X-shpaed cantilever.png|thumb|ग्राउंड प्लेट के ऊपर एक्स-आकार के टीआईएन बीम के इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप चित्र (ऊंचाई अंतर 2.5 माइक्रोन)। बीच में क्लिप के कारण, जब बीम नीचे की ओर झुकती है तो एक बढ़ता हुआ रीसेट बल विकसित होता है। सही आंकड़ा क्लिप का आवर्धन दिखाता है।<ref name="JAP2013">{{cite journal | display-authors = 3 | author1 = M. Birkholz | author2 = K.-E. Ehwald | author3 = T. Basmer | author4 = P. Kulse | author5= C. Reich | author6 = J. Drews | author7 = D. Genschow | author8 = U. Haak | author9 = S. Marschmeyer | author10 = E. Matthus | author11 = K. Schulz | author12 = D. Wolansky | author13 = W. Winkler | author14 = T. Guschauski | author15 = R. Ehwald | title = पूरी तरह से एम्बेडेड बायोमाइक्रो-इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (बायोएमईएमएस) के साथ गीगाहर्ट्ज आवृत्तियों पर ग्लूकोज सांद्रता का पता लगाना| journal = J. Appl. Phys. | volume = 113 | issue = 24 | pages = 244904–244904–8 | year = 2013 | doi = 10.1063/1.4811351| pmid = 25332510 | pmc = 3977869 | bibcode = 2013JAP...113x4904B }}</ref>]]सेमीकंडक्टर उपकरण फैब्रिकेशन में प्रक्रिया तकनीक से एमईएमएस का निर्माण विकसित हुआ है, अर्थात मूल तकनीक सामग्री स्तरों का जमाव हैं, [[फोटोलिथोग्राफी|फोटोअश्ममुद्रण]] द्वारा संरूपण और आवश्यक आकृतियों का उत्पादन करने के लिए प्रारूप तैयार किया जाता है।<ref>{{cite book|title=एमईएमएस सामग्री और प्रक्रिया पुस्तिका|vauthors=Ghodssi R, Lin P|publisher=[[Springer Science+Business Media|Springer]]|year=2011|isbn=9780387473161|place=Berlin}}</ref> | [[File:BioMEMS with X-shpaed cantilever.png|thumb|ग्राउंड प्लेट के ऊपर एक्स-आकार के टीआईएन बीम के इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप चित्र (ऊंचाई अंतर 2.5 माइक्रोन)। बीच में क्लिप के कारण, जब बीम नीचे की ओर झुकती है तो एक बढ़ता हुआ रीसेट बल विकसित होता है। सही आंकड़ा क्लिप का आवर्धन दिखाता है।<ref name="JAP2013">{{cite journal | display-authors = 3 | author1 = M. Birkholz | author2 = K.-E. Ehwald | author3 = T. Basmer | author4 = P. Kulse | author5= C. Reich | author6 = J. Drews | author7 = D. Genschow | author8 = U. Haak | author9 = S. Marschmeyer | author10 = E. Matthus | author11 = K. Schulz | author12 = D. Wolansky | author13 = W. Winkler | author14 = T. Guschauski | author15 = R. Ehwald | title = पूरी तरह से एम्बेडेड बायोमाइक्रो-इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (बायोएमईएमएस) के साथ गीगाहर्ट्ज आवृत्तियों पर ग्लूकोज सांद्रता का पता लगाना| journal = J. Appl. Phys. | volume = 113 | issue = 24 | pages = 244904–244904–8 | year = 2013 | doi = 10.1063/1.4811351| pmid = 25332510 | pmc = 3977869 | bibcode = 2013JAP...113x4904B }}</ref>]]सेमीकंडक्टर उपकरण फैब्रिकेशन में प्रक्रिया तकनीक से एमईएमएस का निर्माण विकसित हुआ है, अर्थात मूल तकनीक सामग्री स्तरों का जमाव हैं, [[फोटोलिथोग्राफी|फोटोअश्ममुद्रण]] द्वारा संरूपण और आवश्यक आकृतियों का उत्पादन करने के लिए प्रारूप तैयार किया जाता है।<ref>{{cite book|title=एमईएमएस सामग्री और प्रक्रिया पुस्तिका|vauthors=Ghodssi R, Lin P|publisher=[[Springer Science+Business Media|Springer]]|year=2011|isbn=9780387473161|place=Berlin}}</ref> | ||
; सिलिकॉन: सिलिकॉन वह सामग्री है जिसका उपयोग आधुनिक उद्योग में उपभोक्ता [[इलैक्ट्रॉनिक्स उद्योग]] उपयोग किए जाने वाले अधिकांश एकीकृत | ; सिलिकॉन: सिलिकॉन वह सामग्री है जिसका उपयोग आधुनिक उद्योग में उपभोक्ता [[इलैक्ट्रॉनिक्स उद्योग]] उपयोग किए जाने वाले अधिकांश एकीकृत परिपथ बनाने के लिए किया जाता है। [[पैमाने की अर्थव्यवस्थाएं]], सस्ती उच्च गुणवत्ता वाली सामग्री की तत्काल उपलब्धता, और इलेक्ट्रॉनिक कार्यक्षमता को सम्मिलित करने की क्षमता सिलिकॉन को विभिन्न प्रकार के एमईएमएस अनुप्रयोगों के लिए आकर्षक बनाती है। सिलिकॉन के अपने भौतिक गुणों के माध्यम से महत्वपूर्ण लाभ भी हैं। एकल क्रिस्टल रूप में, सिलिकॉन लगभग पूर्ण हूक का नियम पदार्थ है, जिसका अर्थ है कि जब इसे मोड़ा जाता है तो वास्तव में कोई [[हिस्टैरिसीस]] नहीं होता है और इसलिए लगभग कोई ऊर्जा अपव्यय नहीं होता है। अत्यधिक दोहराने योग्य गति बनाने के साथ-साथ, यह सिलिकॉन को बहुत विश्वसनीय बनाता है क्योंकि यह बहुत कम [[थकान (सामग्री)]] को झेलता है और बिना टूटे [[1000000000 (संख्या)]] से [[1000000000000 (संख्या)]] चक्रों की सीमा में सेवा जीवनकाल हो सकता है। सिलिकॉन पर आधारित [[सेमीकंडक्टर नैनोस्ट्रक्चर]] विशेष रूप से माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और एमईएमएस के क्षेत्र में बढ़ते हुए महत्व प्राप्त कर रहे हैं। सिलिकॉन के [[थर्मल ऑक्सीकरण]] के माध्यम से निर्मित [[सिलिकॉन नैनोवायर]], नैनोवायर बैटरी और [[फोटोवोल्टिक]] सिस्टम सहित [[इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री]] रूपांतरण और भंडारण में और रुचि रखते हैं। | ||
; पॉलिमर: भले ही इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग सिलिकॉन उद्योग के लिए पैमाने की अर्थव्यवस्था प्रदान करता है, क्रिस्टलीय सिलिकॉन अभी भी एक जटिल और अपेक्षाकृत महंगी सामग्री है। दूसरी ओर पॉलिमर को बड़ी मात्रा में भौतिक विशेषताओं की एक बड़ी विविधता के साथ उत्पादित किया जा सकता है। एमईएमएस उपकरणों को पॉलिमर से [[ अंतः क्षेपण ढलाई | अंतः क्षेपण ढलाई]] , [[एम्बॉसिंग (निर्माण)]] या [[स्टीरियोलिथोग्राफी|स्टीरियोअश्ममुद्रण]] जैसी प्रक्रियाओं द्वारा बनाया जा सकता है और विशेष रूप से डिस्पोजेबल रक्त परीक्षण कारतूस जैसे [[microfluidic]] अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं। | ; पॉलिमर: भले ही इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग सिलिकॉन उद्योग के लिए पैमाने की अर्थव्यवस्था प्रदान करता है, क्रिस्टलीय सिलिकॉन अभी भी एक जटिल और अपेक्षाकृत महंगी सामग्री है। दूसरी ओर पॉलिमर को बड़ी मात्रा में भौतिक विशेषताओं की एक बड़ी विविधता के साथ उत्पादित किया जा सकता है। एमईएमएस उपकरणों को पॉलिमर से [[ अंतः क्षेपण ढलाई | अंतः क्षेपण ढलाई]] , [[एम्बॉसिंग (निर्माण)]] या [[स्टीरियोलिथोग्राफी|स्टीरियोअश्ममुद्रण]] जैसी प्रक्रियाओं द्वारा बनाया जा सकता है और विशेष रूप से डिस्पोजेबल रक्त परीक्षण कारतूस जैसे [[microfluidic]] अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं। | ||
; धातुएँ: एमईएमएस तत्वों को बनाने के लिए धातुओं का भी उपयोग किया जा सकता है। जबकि धातुओं में यांत्रिक गुणों के संदर्भ में सिलिकॉन द्वारा प्रदर्शित कुछ फायदे नहीं होते हैं, जब उनकी सीमाओं के भीतर उपयोग किया जाता है, तो धातु बहुत उच्च स्तर की विश्वसनीयता प्रदर्शित कर सकते हैं। धातुओं को इलेक्ट्रोप्लेटिंग, वाष्पीकरण और स्पटरिंग प्रक्रियाओं द्वारा जमा किया जा सकता है। सामान्यतः इस्तेमाल की जाने वाली धातुओं में सोना, निकल, एल्यूमीनियम, तांबा, क्रोमियम, टाइटेनियम, टंगस्टन, प्लैटिनम और चांदी सम्मिलित हैं। | ; धातुएँ: एमईएमएस तत्वों को बनाने के लिए धातुओं का भी उपयोग किया जा सकता है। जबकि धातुओं में यांत्रिक गुणों के संदर्भ में सिलिकॉन द्वारा प्रदर्शित कुछ फायदे नहीं होते हैं, जब उनकी सीमाओं के भीतर उपयोग किया जाता है, तो धातु बहुत उच्च स्तर की विश्वसनीयता प्रदर्शित कर सकते हैं। धातुओं को इलेक्ट्रोप्लेटिंग, वाष्पीकरण और स्पटरिंग प्रक्रियाओं द्वारा जमा किया जा सकता है। सामान्यतः इस्तेमाल की जाने वाली धातुओं में सोना, निकल, एल्यूमीनियम, तांबा, क्रोमियम, टाइटेनियम, टंगस्टन, प्लैटिनम और चांदी सम्मिलित हैं। | ||
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दोनों विविधताएं समान रूप से कार्य करती हैं। वह {{chem|C|4|F|8}} सब्सट्रेट की सतह पर एक बहुलक बनाता है, और दूसरी गैस संरचना ({{chem|SF|6}} और {{chem|O|2}}) सब्सट्रेट खोदता है। पॉलिमर तुरंत निक्षारण के भौतिक भाग से दूर हो जाता है, लेकिन केवल क्षैतिज सतहों पर और न कि साइडवॉल पर। चूंकि बहुलक केवल निक्षारण के रासायनिक भाग में बहुत धीरे-धीरे घुलता है, यह किनारे की दीवारों पर बनता है और उन्हें निक्षारण से बचाता है। नतीजतन, 50 से 1 के निक्षारण पहलू अनुपात प्राप्त किया जा सकता है। प्रक्रिया आसानी से एक सिलिकॉन सब्सट्रेट के माध्यम से पूरी तरह से खोदने के लिए इस्तेमाल की जा सकती है, और गीली निक्षारण की तुलना में निक्षारण की दर 3-6 गुना अधिक होती है। | दोनों विविधताएं समान रूप से कार्य करती हैं। वह {{chem|C|4|F|8}} सब्सट्रेट की सतह पर एक बहुलक बनाता है, और दूसरी गैस संरचना ({{chem|SF|6}} और {{chem|O|2}}) सब्सट्रेट खोदता है। पॉलिमर तुरंत निक्षारण के भौतिक भाग से दूर हो जाता है, लेकिन केवल क्षैतिज सतहों पर और न कि साइडवॉल पर। चूंकि बहुलक केवल निक्षारण के रासायनिक भाग में बहुत धीरे-धीरे घुलता है, यह किनारे की दीवारों पर बनता है और उन्हें निक्षारण से बचाता है। नतीजतन, 50 से 1 के निक्षारण पहलू अनुपात प्राप्त किया जा सकता है। प्रक्रिया आसानी से एक सिलिकॉन सब्सट्रेट के माध्यम से पूरी तरह से खोदने के लिए इस्तेमाल की जा सकती है, और गीली निक्षारण की तुलना में निक्षारण की दर 3-6 गुना अधिक होती है। | ||
एक [[वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स)]] पर बड़ी संख्या में एमईएमएस उपकरण तैयार करने के बाद व्यक्तिगत [[ डाई (एकीकृत सर्किट) | डाई (एकीकृत | एक [[वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स)]] पर बड़ी संख्या में एमईएमएस उपकरण तैयार करने के बाद व्यक्तिगत [[ डाई (एकीकृत सर्किट) | डाई (एकीकृत परिपथ)]] को अलग करना होता है, जिसे सेमीकंडक्टर तकनीक में डाई तैयारी कहा जाता है। कुछ अनुप्रयोगों के लिए, वेफर की मोटाई को कम करने के लिए [[ वेफर पृष्ठभूमि | वेफर पृष्ठभूमि]] द्वारा पृथक्करण से पहले किया जाता है। [[वेफर डाइसिंग]] तब या तो कूलिंग लिक्विड या वेफर डाइसिंग#स्टील्थ डाइसिंग नामक शुष्क लेजर प्रक्रिया का उपयोग करके देखा जा सकता है। | ||
== विनिर्माण प्रौद्योगिकियां == | == विनिर्माण प्रौद्योगिकियां == | ||
[[थोक माइक्रोमशीनिंग]] सिलिकॉन-आधारित एमईएमएस का सबसे पुराना प्रतिमान है। सूक्ष्म यांत्रिक संरचनाओं के निर्माण के लिए एक सिलिकॉन वेफर की पूरी मोटाई का उपयोग किया जाता है।<ref name="bulk" />सिलिकॉन को विभिन्न #निक्षारण प्रक्रियाओं का उपयोग करके मशीनीकृत किया जाता है। 1980 और 90 के दशक में संकेतक उद्योग को बदलने वाले उच्च प्रदर्शन दबाव संकेतक और [[ accelerometer | | [[थोक माइक्रोमशीनिंग|बल्क माइक्रोमशीनिंग]] सिलिकॉन-आधारित एमईएमएस का सबसे पुराना प्रतिमान है। सूक्ष्म यांत्रिक संरचनाओं के निर्माण के लिए एक सिलिकॉन वेफर की पूरी मोटाई का उपयोग किया जाता है।<ref name="bulk" />सिलिकॉन को विभिन्न #निक्षारण प्रक्रियाओं का उपयोग करके मशीनीकृत किया जाता है। 1980 और 90 के दशक में संकेतक उद्योग को बदलने वाले उच्च प्रदर्शन दबाव संकेतक और [[ accelerometer |त्वरणमापी]] को सक्षम करने के लिए बल्क माइक्रोमशीनिंग आवश्यक है। | ||
भूतल | भूतल [[थोक माइक्रोमशीनिंग|माइक्रोमशीनिंग]] सब्सट्रेट की सतह पर जमा परतों का उपयोग संरचनात्मक सामग्री के रूप में करता है।<ref name="surface">{{Cite journal|vauthors=Bustillo JM, Howe RT, Muller RS|date=1998|title=माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम्स के लिए सरफेस माइक्रोमशीनिंग|url=http://www.ee.nthu.edu.tw/sclu/surface_micromachining.pdf|journal=[[Proceedings of the IEEE|Proc. IEEE]]|volume=86|issue=8|pages=1552–1574|citeseerx=10.1.1.120.4059|doi=10.1109/5.704260}}</ref> एक ही सिलिकॉन वेफर पर एमईएमएस और एकीकृत परिपथ के संयोजन के लक्ष्य के साथ, प्लेनर एकीकृत परिपथ प्रौद्योगिकी के साथ अधिक संगत सिलिकॉन की माइक्रोमशीनिंग को प्रस्तुत करने के लिए 1980 के दशक के अंत में सरफेस माइक्रोमशीनिंग बनाई गई थी। मूल सतह माइक्रोमशीनिंग अवधारणा पतली पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन परतों पर आधारित थी जो जंगम यांत्रिक संरचनाओं के रूप में प्रतिरूपित थी और अंतर्निहित ऑक्साइड परत के बलिदान निक्षारण द्वारा जारी की गई थी। इंटरडिजिटल कंघी इलेक्ट्रोड का उपयोग इन-प्लेन बलों का उत्पादन करने और कैपेसिटिव रूप से इन-प्लेन मूवमेंट का पता लगाने के लिए किया गया था। इस एमईएमएस प्रतिमान ने उदाहरण के लिए कम लागत वाले एक्सेलेरोमीटर के निर्माण को सक्षम किया है। ऑटोमोटिव एयर-बैग सिस्टम और अन्य अनुप्रयोग जहां कम प्रदर्शन और/या उच्च जी-रेंज पर्याप्त हैं। [[एनालॉग डिवाइस]] ने सरफेस माइक्रोमशीनिंग के औद्योगीकरण का उत्तरदायित्व उठाया है और एमईएमएस और एकीकृत परिपथ के सह-एकीकरण को महसूस किया है। | ||
वेफर बॉन्डिंग में एक समग्र संरचना बनाने के लिए दो या दो से अधिक सबस्ट्रेट्स (सामान्यतः एक ही व्यास वाले) को एक दूसरे से जोड़ना सम्मिलित है। कई प्रकार की वेफर बॉन्डिंग प्रक्रियाएं हैं जिनका उपयोग माइक्रोसिस्टम्स के निर्माण में किया जाता है, जिनमें सम्मिलित हैं: डायरेक्ट या फ्यूजन वेफर बॉन्डिंग, जिसमें दो या दो से अधिक वेफर्स एक साथ बंधे होते हैं जो सामान्यतः सिलिकॉन या कुछ अन्य सेमीकंडक्टर सामग्री से बने होते हैं; एनोडिक बॉन्डिंग जिसमें बोरॉन-डोप्ड ग्लास वेफर सेमीकंडक्टर वेफर, सामान्यतः सिलिकॉन से जुड़ा होता है; थर्मोकंप्रेशन बॉन्डिंग, जिसमें वेफर बॉन्डिंग को सुविधाजनक बनाने के लिए एक मध्यस्थ पतली-फिल्म सामग्री परत का उपयोग किया जाता है; और यूटेक्टिक बॉन्डिंग, जिसमें दो सिलिकॉन वेफर्स को जोड़ने के लिए सोने की एक पतली-फिल्म परत का उपयोग किया जाता है। इन विधियों में से प्रत्येक का परिस्थितियों के आधार पर विशिष्ट उपयोग होता है। अधिकांश वेफर बॉन्डिंग प्रक्रियाएं सफलतापूर्वक बॉन्डिंग के लिए तीन आधारभूत मानदंडों पर निर्भर करती हैं: बॉन्ड किए जाने वाले वेफर्स पर्याप्त रूप से फ्लैट होते हैं; वेफर सतहें पर्याप्त रूप से चिकनी होती हैं; और वेफर सतहें पर्याप्त रूप से साफ हैं। वेफर बॉन्डिंग के लिए सबसे कड़े मानदंड सामान्यतः डायरेक्ट फ्यूजन वेफर बॉन्डिंग होते हैं क्योंकि एक या एक से अधिक छोटे कण भी बॉन्डिंग को असफल बना सकते हैं। इसकी तुलना में, मध्यस्थ परतों का उपयोग करने वाले वेफर बॉन्डिंग तरीके अक्सर अधिक क्षमाशील होते हैं। | वेफर बॉन्डिंग में एक समग्र संरचना बनाने के लिए दो या दो से अधिक सबस्ट्रेट्स (सामान्यतः एक ही व्यास वाले) को एक दूसरे से जोड़ना सम्मिलित है। कई प्रकार की वेफर बॉन्डिंग प्रक्रियाएं हैं जिनका उपयोग माइक्रोसिस्टम्स के निर्माण में किया जाता है, जिनमें सम्मिलित हैं: डायरेक्ट या फ्यूजन वेफर बॉन्डिंग, जिसमें दो या दो से अधिक वेफर्स एक साथ बंधे होते हैं जो सामान्यतः सिलिकॉन या कुछ अन्य सेमीकंडक्टर सामग्री से बने होते हैं; एनोडिक बॉन्डिंग जिसमें बोरॉन-डोप्ड ग्लास वेफर सेमीकंडक्टर वेफर, सामान्यतः सिलिकॉन से जुड़ा होता है; थर्मोकंप्रेशन बॉन्डिंग, जिसमें वेफर बॉन्डिंग को सुविधाजनक बनाने के लिए एक मध्यस्थ पतली-फिल्म सामग्री परत का उपयोग किया जाता है; और यूटेक्टिक बॉन्डिंग, जिसमें दो सिलिकॉन वेफर्स को जोड़ने के लिए सोने की एक पतली-फिल्म परत का उपयोग किया जाता है। इन विधियों में से प्रत्येक का परिस्थितियों के आधार पर विशिष्ट उपयोग होता है। अधिकांश वेफर बॉन्डिंग प्रक्रियाएं सफलतापूर्वक बॉन्डिंग के लिए तीन आधारभूत मानदंडों पर निर्भर करती हैं: बॉन्ड किए जाने वाले वेफर्स पर्याप्त रूप से फ्लैट होते हैं; वेफर सतहें पर्याप्त रूप से चिकनी होती हैं; और वेफर सतहें पर्याप्त रूप से साफ हैं। वेफर बॉन्डिंग के लिए सबसे कड़े मानदंड सामान्यतः डायरेक्ट फ्यूजन वेफर बॉन्डिंग होते हैं क्योंकि एक या एक से अधिक छोटे कण भी बॉन्डिंग को असफल बना सकते हैं। इसकी तुलना में, मध्यस्थ परतों का उपयोग करने वाले वेफर बॉन्डिंग तरीके अक्सर अधिक क्षमाशील होते हैं। | ||
संकेतक, इंक-जेट नोजल और अन्य उपकरणों के औद्योगिक उत्पादन में थोक और सतह सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग दोनों का उपयोग किया जाता है। लेकिन कई मामलों में इन दोनों के बीच का अंतर कम हो गया है। एक नई निक्षारण तकनीक, [[गहरी प्रतिक्रियाशील-आयन नक़्क़ाशी|गहरी प्रतिक्रियाशील-आयन निक्षारण]], ने बल्क माइक्रोमशीनिंग के विशिष्ट प्रदर्शन को कंघी संरचनाओं और सतह माइक्रोमशीनिंग के इन-प्लेन ऑपरेशन के साथ जोड़ना संभव बना दिया है। जबकि सरफेस माइक्रोमशीनिंग में संरचनात्मक परत की मोटाई 2 माइक्रोमीटर की सीमा में होना सामान्य है, एचएआर सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग में मोटाई 10 से 100 माइक्रोमीटर तक हो सकती है। HAR सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग में सामान्यतः उपयोग की जाने वाली सामग्री मोटी पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन होती है, जिसे एपि-पॉली के रूप में जाना जाता है, और बंधुआ सिलिकॉन-ऑन-इन्सुलेटर ( | संकेतक, इंक-जेट नोजल और अन्य उपकरणों के औद्योगिक उत्पादन में थोक और सतह सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग दोनों का उपयोग किया जाता है। लेकिन कई मामलों में इन दोनों के बीच का अंतर कम हो गया है। एक नई निक्षारण तकनीक, [[गहरी प्रतिक्रियाशील-आयन नक़्क़ाशी|गहरी प्रतिक्रियाशील-आयन निक्षारण]], ने बल्क माइक्रोमशीनिंग के विशिष्ट प्रदर्शन को कंघी संरचनाओं और सतह माइक्रोमशीनिंग के इन-प्लेन ऑपरेशन के साथ जोड़ना संभव बना दिया है। जबकि सरफेस माइक्रोमशीनिंग में संरचनात्मक परत की मोटाई 2 माइक्रोमीटर की सीमा में होना सामान्य है, एचएआर सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग में मोटाई 10 से 100 माइक्रोमीटर तक हो सकती है। HAR सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग में सामान्यतः उपयोग की जाने वाली सामग्री मोटी पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन होती है, जिसे एपि-पॉली के रूप में जाना जाता है, और बंधुआ सिलिकॉन-ऑन-इन्सुलेटर (एसओआइ) वेफर्स यद्यपि बल्क सिलिकॉन वेफर के लिए प्रक्रियाएं भी बनाई गई हैं (SCREAM)। ग्लास फ्रिट बॉन्डिंग, एनोडिक बॉन्डिंग या एलॉय बॉन्डिंग द्वारा दूसरे वेफर को एमईएमएस संरचनाओं की सुरक्षा के लिए उपयोग किया जाता है। एकीकृत परिपथ सामान्यतः एचएआर सिलिकॉन माइक्रोमशीनिंग के साथ संयुक्त नहीं होते हैं। | ||
== अनुप्रयोग == | == अनुप्रयोग == | ||
Revision as of 23:30, 6 August 2023
File:MEMsfounding.jpg
1986 में DARPA को प्रस्तुत किया गया प्रस्ताव सबसे पहले माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम शब्द की शुरुआत करता है
File:MEMS Microcantilever in Resonance.png
एमईएमएस माइक्रोकैंटिलीवर एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के अंदर प्रतिध्वनित होता है
एमईएमएस (माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम) सूक्ष्म उपकरणों की ऐसी तकनीक है जिसमें विद्युतकीय और गतिशील दोनों भाग सम्मिलित होते हैं। एमईएमएस आकार में 1 और 100 माइक्रोमीटर के बीच के घटकों से निर्मित होती हैं, और इन उपकरणों का आकार सामान्यतः 20 माइक्रोमीटर से एक मिलीमीटर (अर्थात, 0.02 से 1.0 मिमी) तक होता है। यद्यपि ऐरे में व्यवस्थित घटक ( उदाहरण के लिए, डिजिटल माइक्रोमिरर डिवाइस) 1000 मिमी से अधिक हो सकते हैं[1] उनमें सामान्यतः एक केंद्रीय इकाई होती है जो डेटा (एक एकीकृत परिपथ चिप जैसे माइक्रोप्रोसेसर) को संसाधित करती है[2]
MEMS के बड़े सतह क्षेत्र के अनुपात के कारण, परिवेशीय वैद्युतिकी (जैसे कि इलेक्ट्रोस्टेटिक चार्ज और चुंबकीय क्षण), और फ्लूइड गतिकी (जैसे कि सतह तनाव और द्रव्यता) बड़े स्तर के यांत्रिक उपकरणों से अधिक महत्वपूर्ण डिज़ाइन परिवेशन के लिए होते हैं। MEMS प्रौद्योगिकी को आणविक नैनोटेक्नोलॉजी या आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स से भिन्न किया जाता है क्योंकि इन दोनों को सतह रसायन भी ध्यान में रखना आवश्यक होता है।
इन सूक्ष्म यंत्रों की क्षमता को तभी समझा जा चुका था, जब उन्हें निर्मित करने की तकनीक उपलब्ध नहीं थी (उदाहरण के लिए, रिचर्ड फेयनमैन के प्रसिद्ध 1959 के व्याख्यान "देयर इज प्लेन्टी ऑफ रूम ऐट दी बाटम" को देखें)। जब MEMS को संशोधित सेमीकंडक्टर उपकरण निर्माण तकनीकों का उपयोग करके निर्मित किया गया, तब वे व्यावहारिक हो गए। इन तकनीकों का उपयोग सामान्यतः इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण में होता है।[3] इसमें मोल्डिंग और प्लेटिंग, वेट इचिंग (के.ओ.एच., टी.एम.एच.), और ड्राई इचिंग (आर.आई.ई. और डीआरआईई), विधुत विद्युत मशीनिंग (ईडीएम), और छोटे उपकरण निर्माण मे सक्षम अन्य तकनीकें शामिल हैं।
वे नैनोस्केल के स्तर पर नैनोइलेक्ट्रोमैकैनिकल सिस्टम (NEMS) और नैनोटेक्नोलॉजी में मिल जाते हैं।
इतिहास
एमईएमएस डिवाइस का एक प्रारंभिक उदाहरण रेजोनेन्ट-गेट ट्रांजिस्टर है, जो MOSFET का एक अनुकूलन है, जिसे 1965 में हार्वे सी. नैथनसन द्वारा विकसित किया गया था।[4] एक अन्य प्रारंभिक उदाहरण रेज़ोनिस्टर है, जो 1966 और 1971 के मध्य रेमंड जे. विलफ़िंगर द्वारा एकस्व कराया गया एक विद्युतयान्त्रिकी मोनोलिथिक रेजोनेन्ट यंत्र है।[5][6] 1970 से 1980 के दशक के समय, भौतिक, रासायनिक, जैविक और पर्यावरणीय मापदंडों को मापने के लिए कई MOSFET माइक्रोसंकेतक विकसित किए गए थे।[7]
एमईएमएस शब्द 1986 में प्रस्तुत किया गया था। एससी जैकबसेन (पाइ) और जे ई वुड (को-पाइ) ने डीएआरपीए (15 जुलाई 1986) को एक प्रस्ताव के माध्यम से "एमईएमएस" शब्द का प्रारंभ किया, जिसका शीर्षक माइक्रो इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम्स (एमईएमएस) था। यूटा विश्वविद्यालय को प्रदान किया गया। आईईईई माइक्रो रोबोट्स एंड टेलीऑपरेटर्स वर्कशॉप, हयानिस, एमए नवंबर 9-11, 1987 में "एमईएमएस" शब्द को एससी जैकबसेन द्वारा "माइक्रो इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम्स (एमईएमएस)" शीर्षक से एक आमंत्रित वार्ता के माध्यम से प्रस्तुत किया गया था। "MEMS" शब्द का प्रकाशन एक पेपर के माध्यम से हुआ था, जिसके लेखक जे.ई. वुड, एस.सी. जेकॉबसन, और के.डब्ल्यू. ग्रेस थे। इस पेपर का शीर्षक था "SCOFSS: एक स्मॉल कैंटिलीवर्ड ऑप्टिकल फाइबर सर्वो सिस्टम", और यह आईईई प्रोसीडिंग्स माइक्रो रोबोट्स और टेलिओपरेटर्स वर्कशॉप, हायनिस, मासाचुसेट्स, 9 से 11 नवंबर, 1987 को प्रकाशित हुआ था।[8]
प्रकार
एमईएमएस स्विच तकनीक के दो मूल प्रकार हैं: संधारित्र और ओमिक संपर्क। एक चलती प्लेट या सेंसिंग तत्व का उपयोग करके एक संधारित्रीय एमईएमएस स्विच विकसित किया जाता है, जो संधारित्र को परिवर्तित करता है।[9] ओमिक स्विच विद्युतस्थितिकी रूप से नियंत्रित कैंटिलीवर द्वारा नियंत्रित होते हैं।[10] ओमिक एमईएमएस स्विच एमईएमएस एक्ट्यूएटर (कैंटिलीवर) की धातु और संपर्क धारण से विफल हो सकते हैं, क्योंकि कैंटिलीवर समय के साथ ख़राब हो सकते हैं।[11]
सामग्री
File:BioMEMS with X-shpaed cantilever.png
ग्राउंड प्लेट के ऊपर एक्स-आकार के टीआईएन बीम के इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप चित्र (ऊंचाई अंतर 2.5 माइक्रोन)। बीच में क्लिप के कारण, जब बीम नीचे की ओर झुकती है तो एक बढ़ता हुआ रीसेट बल विकसित होता है। सही आंकड़ा क्लिप का आवर्धन दिखाता है।[12]
सेमीकंडक्टर उपकरण फैब्रिकेशन में प्रक्रिया तकनीक से एमईएमएस का निर्माण विकसित हुआ है, अर्थात मूल तकनीक सामग्री स्तरों का जमाव हैं, फोटोअश्ममुद्रण द्वारा संरूपण और आवश्यक आकृतियों का उत्पादन करने के लिए प्रारूप तैयार किया जाता है।[13]
- सिलिकॉन
- सिलिकॉन वह सामग्री है जिसका उपयोग आधुनिक उद्योग में उपभोक्ता इलैक्ट्रॉनिक्स उद्योग उपयोग किए जाने वाले अधिकांश एकीकृत परिपथ बनाने के लिए किया जाता है। पैमाने की अर्थव्यवस्थाएं, सस्ती उच्च गुणवत्ता वाली सामग्री की तत्काल उपलब्धता, और इलेक्ट्रॉनिक कार्यक्षमता को सम्मिलित करने की क्षमता सिलिकॉन को विभिन्न प्रकार के एमईएमएस अनुप्रयोगों के लिए आकर्षक बनाती है। सिलिकॉन के अपने भौतिक गुणों के माध्यम से महत्वपूर्ण लाभ भी हैं। एकल क्रिस्टल रूप में, सिलिकॉन लगभग पूर्ण हूक का नियम पदार्थ है, जिसका अर्थ है कि जब इसे मोड़ा जाता है तो वास्तव में कोई हिस्टैरिसीस नहीं होता है और इसलिए लगभग कोई ऊर्जा अपव्यय नहीं होता है। अत्यधिक दोहराने योग्य गति बनाने के साथ-साथ, यह सिलिकॉन को बहुत विश्वसनीय बनाता है क्योंकि यह बहुत कम थकान (सामग्री) को झेलता है और बिना टूटे 1000000000 (संख्या) से 1000000000000 (संख्या) चक्रों की सीमा में सेवा जीवनकाल हो सकता है। सिलिकॉन पर आधारित सेमीकंडक्टर नैनोस्ट्रक्चर विशेष रूप से माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और एमईएमएस के क्षेत्र में बढ़ते हुए महत्व प्राप्त कर रहे हैं। सिलिकॉन के थर्मल ऑक्सीकरण के माध्यम से निर्मित सिलिकॉन नैनोवायर, नैनोवायर बैटरी और फोटोवोल्टिक सिस्टम सहित इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री रूपांतरण और भंडारण में और रुचि रखते हैं।
- पॉलिमर
- भले ही इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग सिलिकॉन उद्योग के लिए पैमाने की अर्थव्यवस्था प्रदान करता है, क्रिस्टलीय सिलिकॉन अभी भी एक जटिल और अपेक्षाकृत महंगी सामग्री है। दूसरी ओर पॉलिमर को बड़ी मात्रा में भौतिक विशेषताओं की एक बड़ी विविधता के साथ उत्पादित किया जा सकता है। एमईएमएस उपकरणों को पॉलिमर से अंतः क्षेपण ढलाई , एम्बॉसिंग (निर्माण) या स्टीरियोअश्ममुद्रण जैसी प्रक्रियाओं द्वारा बनाया जा सकता है और विशेष रूप से डिस्पोजेबल रक्त परीक्षण कारतूस जैसे microfluidic अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं।
- धातुएँ
- एमईएमएस तत्वों को बनाने के लिए धातुओं का भी उपयोग किया जा सकता है। जबकि धातुओं में यांत्रिक गुणों के संदर्भ में सिलिकॉन द्वारा प्रदर्शित कुछ फायदे नहीं होते हैं, जब उनकी सीमाओं के भीतर उपयोग किया जाता है, तो धातु बहुत उच्च स्तर की विश्वसनीयता प्रदर्शित कर सकते हैं। धातुओं को इलेक्ट्रोप्लेटिंग, वाष्पीकरण और स्पटरिंग प्रक्रियाओं द्वारा जमा किया जा सकता है। सामान्यतः इस्तेमाल की जाने वाली धातुओं में सोना, निकल, एल्यूमीनियम, तांबा, क्रोमियम, टाइटेनियम, टंगस्टन, प्लैटिनम और चांदी सम्मिलित हैं।
- चीनी मिट्टी की चीज़ें
- सिलिकॉन, एल्यूमीनियम और टाइटेनियम के साथ-साथ सिलिकन कार्बाइड और अन्य सिरेमिक के नाइट्राइड भौतिक गुणों के लाभप्रद संयोजनों के कारण एमईएमएस निर्माण में तेजी से लागू होते हैं। एल्यूमीनियम नाइट्राइड वर्टज़ाइट संरचना में क्रिस्टलीकृत होता है और इस प्रकार pyroelectricity और पीज़ोइलेक्ट्रिकिटी गुण दिखाता है जो संकेतक को सक्षम करता है, उदाहरण के लिए, सामान्य और कतरनी बलों की संवेदनशीलता के साथ।[14] दूसरी ओर, टाइटेनियम नाइट्राइड, एक उच्च विद्युत चालकता और बड़े लोचदार मापांक प्रदर्शित करता है, जिससे अल्ट्राथिन बीम के साथ इलेक्ट्रोस्टैटिक एमईएमएस एक्चुएशन योजनाओं को लागू करना संभव हो जाता है। इसके अलावा, बायोकोरोसियन के खिलाफ टीआईएन का उच्च प्रतिरोध बायोजेनिक वातावरण में अन