एमईएमएस: Difference between revisions
From Vigyanwiki
| Line 71: | Line 71: | ||
==== आद्र निक्षारण ==== | ==== आद्र निक्षारण ==== | ||
{{Main|निक्षारण ( | {{Main|निक्षारण (सूक्ष्म रचना)}} | ||
आद्र रासायनिक निक्षारण में एक कार्यद्रव को एक घोल में डुबो कर सामग्री को चयनात्मक रूप से हटाना होता है जो इसे घोल देता है। इस निक्षारण प्रक्रिया की रासायनिक प्रकृति एक अच्छी चयनात्मकता प्रदान करती है, जिसका अर्थ है कि लक्ष्य सामग्री की निक्षारण दर मास्क सामग्री की तुलना में काफी अधिक है यदि सावधानी से चुना गया हो। आद्र निक्षारण या तो आइसोट्रोपिक आद्र etchants या अनिसोट्रोपिक आद्र निक्षारक का उपयोग करके किया जा सकता है। लगभग समान दरों पर क्रिस्टलीय सिलिकॉन की सभी दिशाओं में आइसोट्रोपिक वेट वगैरह निक्षारण। अनिसोट्रोपिक वेट एच्चेंट्स अन्य विमानों की तुलना में तेज गति से कुछ क्रिस्टल विमानों के साथ अधिमानतः खोदते हैं, जिससे अधिक जटिल 3-डी माइक्रोस्ट्रक्चर को लागू किया जा सकता है। आद्र अनिसोट्रोपिक एच्चेंट्स का उपयोग प्रायः बोरॉन ईचेंट स्टॉप के संयोजन के साथ किया जाता है, जिसमें सिलिकॉन की सतह को बोरॉन के साथ भारी रूप से डोप किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक सिलिकॉन सामग्री परत होती है जो आद्र एच्चेंट्स के लिए प्रतिरोधी होती है। उदाहरण के लिए MEWS दाब संकेतक निर्माण में इसका उपयोग किया गया है। | आद्र रासायनिक निक्षारण में एक कार्यद्रव को एक घोल में डुबो कर सामग्री को चयनात्मक रूप से हटाना होता है जो इसे घोल देता है। इस निक्षारण प्रक्रिया की रासायनिक प्रकृति एक अच्छी चयनात्मकता प्रदान करती है, जिसका अर्थ है कि लक्ष्य सामग्री की निक्षारण दर मास्क सामग्री की तुलना में काफी अधिक है यदि सावधानी से चुना गया हो। आद्र निक्षारण या तो आइसोट्रोपिक आद्र etchants या अनिसोट्रोपिक आद्र निक्षारक का उपयोग करके किया जा सकता है। लगभग समान दरों पर क्रिस्टलीय सिलिकॉन की सभी दिशाओं में आइसोट्रोपिक वेट वगैरह निक्षारण। अनिसोट्रोपिक वेट एच्चेंट्स अन्य विमानों की तुलना में तेज गति से कुछ क्रिस्टल विमानों के साथ अधिमानतः खोदते हैं, जिससे अधिक जटिल 3-डी माइक्रोस्ट्रक्चर को लागू किया जा सकता है। आद्र अनिसोट्रोपिक एच्चेंट्स का उपयोग प्रायः बोरॉन ईचेंट स्टॉप के संयोजन के साथ किया जाता है, जिसमें सिलिकॉन की सतह को बोरॉन के साथ भारी रूप से डोप किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक सिलिकॉन सामग्री परत होती है जो आद्र एच्चेंट्स के लिए प्रतिरोधी होती है। उदाहरण के लिए MEWS दाब संकेतक निर्माण में इसका उपयोग किया गया है। | ||
| Line 108: | Line 108: | ||
== विनिर्माण प्रौद्योगिकियां == | == विनिर्माण प्रौद्योगिकियां == | ||
[[थोक माइक्रोमशीनिंग| | [[थोक माइक्रोमशीनिंग|सामुहिक सूक्ष्मयंत्रण,]] सिलिकॉन-आधारित एमईएमएस का सबसे प्राचीन 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 सामुहिक सूक्ष्मयंत्रण आवश्यक है। | ||
भूतल [[थोक माइक्रोमशीनिंग| | भूतल [[थोक माइक्रोमशीनिंग|सूक्ष्मयंत्रण]] कार्यद्रव 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 सूक्ष्मयंत्रण को प्रस्तुत करने के लिए 1980 के दशक के अंत में सरफेस सूक्ष्मयंत्रण बनाई गई थी। मूल सतह सूक्ष्मयंत्रण 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 विद्युतग्र 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 प्रणाली और अन्य अनुप्रयोग जहां कम प्रदर्शन और/या उच्च जी-रेंज पर्याप्त हैं। [[एनालॉग डिवाइस|एनालॉग उपकरण]] ने सरफेस सूक्ष्मयंत्रण के औद्योगीकरण का उत्तरदायित्व उठाया है और एमईएमएस और एकीकृत परिपथ के सह-एकीकरण को महसूस किया है। | ||
वेफर | वेफर बंधन 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 बंधन प्रक्रियाएं हैं जिनका उपयोग माइक्रोप्रणाली्स के निर्माण में किया जाता है, जिनमें सम्मिलित हैं: डायरेक्ट या फ्यूजन वेफर बंधन, जिसमें दो या दो से अधिक वेफर्स एक साथ बंधे होते हैं जो सामान्यतः सिलिकॉन या कुछ अन्य अर्द्धचालक सामग्री से बने होते हैं; धनाग्र बंधन जिसमें बोरॉन-डोप्ड ग्लास वेफर अर्द्धचालक वेफर, सामान्यतः सिलिकॉन से जुड़ा होता है; तापदाबन बंधन, जिसमें वेफर बंधन को सुविधाजनक बनाने के लिए एक मध्यस्थ पतली-झिल्ली सामग्री परत का उपयोग किया जाता है; और यूटेक्टिक बंधन, जिसमें दो सिलिकॉन वेफर्स को जोड़ने के लिए सोने की एक पतली-झिल्ली परत का उपयोग किया जाता है। इन विधियों में से प्रत्येक का परिस्थितियों के आधार पर विशिष्ट उपयोग होता है। अधिकांश वेफर बंधन प्रक्रियाएं सफलतापूर्वक बंधन 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 बंधन के लिए सबसे कड़े मानदंड सामान्यतः डायरेक्ट फ्यूजन वेफर बंधन होते हैं क्योंकि एक या एक से अधिक छोटे कण भी बंधन को असफल बना सकते हैं। इसकी तुलना में, मध्यस्थ परतों का उपयोग करने वाले वेफर बंधन तरीके प्रायः अधिक क्षमाशील होते हैं। | ||
संकेतक, इंक-जेट नोजल और अन्य उपकरणों के औद्योगिक उत्पादन में थोक और सतह सिलिकॉन | संकेतक, इंक-जेट नोजल और अन्य उपकरणों के औद्योगिक उत्पादन में थोक और सतह सिलिकॉन सूक्ष्मयंत्रण 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 सामुहिक सूक्ष्मयंत्रण के विशिष्ट प्रदर्शन को कंघी संरचनाओं और सतह सूक्ष्मयंत्रण के इन-प्लेन ऑपरेशन के साथ जोड़ना संभव बना दिया है। जबकि सरफेस सूक्ष्मयंत्रण में संरचनात्मक परत की मोटाई 2 माइक्रोमीटर की सीमा में होना सामान्य है, एचएआर सिलिकॉन सूक्ष्मयंत्रण में मोटाई 10 से 100 माइक्रोमीटर तक हो सकती है। HAR सिलिकॉन सूक्ष्मयंत्रण 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 सामुहिक सिलिकॉन वेफर के लिए प्रक्रियाएं भी बनाई गई हैं (SCREAM)। ग्लास फ्रिट बंधन, धनाग्र बंधन या एलॉय बंधन द्वारा दूसरे वेफर को एमईएमएस संरचनाओं की सुरक्षा के लिए उपयोग किया जाता है। एकीकृत परिपथ सामान्यतः एचएआर सिलिकॉन सूक्ष्मयंत्रण के साथ संयुक्त नहीं होते हैं। | ||
== अनुप्रयोग == | == अनुप्रयोग == | ||
| Line 136: | Line 136: | ||
*[[ऑप्टिकल स्विच|ऑप्टिकल स्विचिंग]] तकनीक, जिसका उपयोग डेटा संचार के लिए स्विचिंग तकनीक और संरेखण के लिए किया जाता है | *[[ऑप्टिकल स्विच|ऑप्टिकल स्विचिंग]] तकनीक, जिसका उपयोग डेटा संचार के लिए स्विचिंग तकनीक और संरेखण के लिए किया जाता है | ||
*[[प्रयोगशाला-ऑन-अ-चिप]], बायोसंकेतक, [[रसायनग्राही]] के साथ-साथ चिकित्सा उपकरणों के एम्बेडेड घटकों सहित चिकित्सा और स्वास्थ्य संबंधी प्रौद्योगिकियों में जैव-एमईएमएस अनुप्रयोग। <ref>{{cite journal|vauthors=Louizos LA, Athanasopoulos PG, Varty K|date=2012|title=माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम और नैनो टेक्नोलॉजी। अगले स्टेंट तकनीकी युग के लिए एक मंच|journal=[[Vascular and Endovascular Surgery|Vasc. Endovasc. Surg.]]|volume=46|issue=8|pages=605–609|doi=10.1177/1538574412462637|pmid=23047818|s2cid=27563384}}</ref> | *[[प्रयोगशाला-ऑन-अ-चिप]], बायोसंकेतक, [[रसायनग्राही]] के साथ-साथ चिकित्सा उपकरणों के एम्बेडेड घटकों सहित चिकित्सा और स्वास्थ्य संबंधी प्रौद्योगिकियों में जैव-एमईएमएस अनुप्रयोग। <ref>{{cite journal|vauthors=Louizos LA, Athanasopoulos PG, Varty K|date=2012|title=माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम और नैनो टेक्नोलॉजी। अगले स्टेंट तकनीकी युग के लिए एक मंच|journal=[[Vascular and Endovascular Surgery|Vasc. Endovasc. Surg.]]|volume=46|issue=8|pages=605–609|doi=10.1177/1538574412462637|pmid=23047818|s2cid=27563384}}</ref> | ||
*उपभोक्ता विद्युतकी में [[इंटरफेरोमेट्रिक मॉड्यूलेटर डिस्प्ले]] अनुप्रयोग, मिरासोल डिस्प्ले में पाई जाने वाली परावर्तक डिस्प्ले तकनीक , | *उपभोक्ता विद्युतकी में [[इंटरफेरोमेट्रिक मॉड्यूलेटर डिस्प्ले|व्यतिकरणमितीय मॉड्यूलेटर डिस्प्ले]] अनुप्रयोग, मिरासोल डिस्प्ले में पाई जाने वाली परावर्तक डिस्प्ले तकनीक , व्यतिकरणमितीय मॉड्यूलेशन बनाने के लिए उपयोग की जाती है। | ||
*द्रव त्वरण, जैसे कि | *द्रव त्वरण, जैसे कि सूक्ष्म-शीतलन के लिए | ||
* पीजोइलेक्ट्रिक सहित सूक्ष्म माप पर [[ऊर्जा संचयन]],<ref>{{cite journal|vauthors=Hajati A, Kim SG|date=2011|title=अल्ट्रा-वाइड बैंडविड्थ पीजोइलेक्ट्रिक एनर्जी हार्वेस्टिंग|journal=[[Applied Physics Letters|Appl. Phys. Lett.]]|volume=99|issue=8|pages=083105|doi=10.1063/1.3629551|bibcode=2011ApPhL..99h3105H|hdl=1721.1/75264|s2cid=85547220 |hdl-access=free}}</ref> विद्युतस्थितिकी और विद्युतचुम्बकीय माइक्रो हार्वेस्टर। | * पीजोइलेक्ट्रिक सहित सूक्ष्म माप पर [[ऊर्जा संचयन]],<ref>{{cite journal|vauthors=Hajati A, Kim SG|date=2011|title=अल्ट्रा-वाइड बैंडविड्थ पीजोइलेक्ट्रिक एनर्जी हार्वेस्टिंग|journal=[[Applied Physics Letters|Appl. Phys. Lett.]]|volume=99|issue=8|pages=083105|doi=10.1063/1.3629551|bibcode=2011ApPhL..99h3105H|hdl=1721.1/75264|s2cid=85547220 |hdl-access=free}}</ref> विद्युतस्थितिकी और विद्युतचुम्बकीय माइक्रो हार्वेस्टर। | ||
* | *सूक्ष्म यांत्रिक [[अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर]]।<ref>{{cite journal|vauthors=Hajati A|date=2012|title=त्रि-आयामी माइक्रो इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम पीजोइलेक्ट्रिक अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर|url=https://semanticscholar.org/paper/72289fefb6bc4069266d802492938e1d12677327|journal=[[Applied Physics Letters|Appl. Phys. Lett.]]|volume=101|issue=25|pages=253101|doi=10.1063/1.4772469|bibcode=2012ApPhL.101y3101H|s2cid=46718269}}</ref><ref>{{cite journal|vauthors=Hajati A|date=2013|title=मोनोलिथिक अल्ट्रासोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट माइक्रोमाचिन्ड सेमी-एलीप्सोसाइड पीजोइलेक्ट्रिक डोम्स पर आधारित है|journal=[[Applied Physics Letters|Appl. Phys. Lett.]]|volume=103|issue=20|pages=202906|doi=10.1063/1.4831988|bibcode=2013ApPhL.103t2906H}}</ref> | ||
*एमईएमएस-आधारित लाउडस्पीकर इन-ईयर हेडफ़ोन और श्रवण यंत्र जैसे अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित करते हैं | *एमईएमएस-आधारित लाउडस्पीकर इन-ईयर हेडफ़ोन और श्रवण यंत्र जैसे अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित करते हैं | ||
* [[माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम ऑसिलेटर| | * [[माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम ऑसिलेटर|सूक्ष्म विद्युतयान्त्रिकी प्रणाली दोलक]] | ||
* [[परमाणु बल माइक्रोस्कोपी]] सहित एमईएमएस आधारित [[स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी|स्कैनिंग जांच | * [[परमाणु बल माइक्रोस्कोपी|परमाणु बल सूक्ष्मदर्शिकी]] सहित एमईएमएस आधारित [[स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी|स्कैनिंग जांच सूक्ष्मदर्शिकी।]] | ||
== उद्योग संरचना == | == उद्योग संरचना == | ||
| Line 149: | Line 149: | ||
शक्तिशाली एमईएमएस प्रोग्राम वाली कंपनियाँ विभिन्न आकार की हो सकती हैं। बड़ी फर्में ऑटोमोबाइल, जैव चिकित्सा और विद्युतकीय जैसे अंतिम बाजारों के लिए उच्च मात्रा वाले सस्ते घटकों या पैकेज्ड समाधानों के निर्माण में विशेषज्ञ हैं। छोटी फर्में नवीन समाधानों में मूल्य प्रदान करती हैं और उच्च बिक्री लाभ के साथ कस्टम निर्माण के व्यय का वहन करती हैं। नई एमईएमएस प्रौद्योगिकी का पता लगाने के लिए बड़ी और छोटी दोनों कंपनियां सामान्यतः अनुसंधान एवं विकास में निवेश करती हैं। | शक्तिशाली एमईएमएस प्रोग्राम वाली कंपनियाँ विभिन्न आकार की हो सकती हैं। बड़ी फर्में ऑटोमोबाइल, जैव चिकित्सा और विद्युतकीय जैसे अंतिम बाजारों के लिए उच्च मात्रा वाले सस्ते घटकों या पैकेज्ड समाधानों के निर्माण में विशेषज्ञ हैं। छोटी फर्में नवीन समाधानों में मूल्य प्रदान करती हैं और उच्च बिक्री लाभ के साथ कस्टम निर्माण के व्यय का वहन करती हैं। नई एमईएमएस प्रौद्योगिकी का पता लगाने के लिए बड़ी और छोटी दोनों कंपनियां सामान्यतः अनुसंधान एवं विकास में निवेश करती हैं। | ||
2006 में विश्व भर में एमईएमएस उपकरणों के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों और उपकरणों का बाजार 1 अरब डॉलर तक पहुंच गया। वस्तुओ की मांग सबस्ट्रेट्स द्वारा संचालित होती है, जो बाजार के 70 प्रतिशत से अधिक, पैकेजिंग कोटिंग्स और रासायनिक यांत्रिक योजनाकरण (सीएमपी) के बढ़ते उपयोग से प्रेरित होती है। जबकि एमईएमएस निर्माण में उपयोग किए गए अर्द्धचालक उपकरण का वर्चस्व बना हुआ है, 200 मिमी लाइनों में स्थानांतरण होता है और कुछ एमईएमएस अनुप्रयोगों के लिए ईच और | 2006 में विश्व भर में एमईएमएस उपकरणों के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों और उपकरणों का बाजार 1 अरब डॉलर तक पहुंच गया। वस्तुओ की मांग सबस्ट्रेट्स द्वारा संचालित होती है, जो बाजार के 70 प्रतिशत से अधिक, पैकेजिंग कोटिंग्स और रासायनिक यांत्रिक योजनाकरण (सीएमपी) के बढ़ते उपयोग से प्रेरित होती है। जबकि एमईएमएस निर्माण में उपयोग किए गए अर्द्धचालक उपकरण का वर्चस्व बना हुआ है, 200 मिमी लाइनों में स्थानांतरण होता है और कुछ एमईएमएस अनुप्रयोगों के लिए ईच और बंधन सहित नए उपकरणों का चयन होता है। | ||
== यह भी देखें == | == यह भी देखें == | ||
Revision as of 00:09, 12 August 2023
File:MEMsfounding.jpg
1986 में DARPA को प्रस्तुत किया गया प्रस्ताव सबसे पहले माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल प्रणाली शब्द की शुरुआत करता है
File:MEMS Microcantilever in Resonance.png
एमईएमएस माइक्रोकैंटिलीवर एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के अंदर प्रतिध्वनित होता है
एमईएमएस (सूक्ष्मविद्युतयान्त्रिकी प्रणाली), सूक्ष्म उपकरणों की ऐसी तकनीक है जिसमें विद्युतकीय और गतिशील, दोनों भाग सम्मिलित होते हैं। एमईएमएस आकार में 1 से 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 उपकरण, 1000 मिमी से अधिक हो सकते हैं[1] उनमें सामान्यतः एक केंद्रीय इकाई होती है जो डेटा को संसाधित करती है।[2]
एमईएमएस के दीर्घ सतह क्षेत्र अनुपात के कारण, परिवेशीय वैद्युतिकी;जैसे कि विद्युतगतिकीय आवेशित और चुंबकीय आघूर्ण, और द्रवगतिकी; जैसे कि सतह तनाव और श्यानता, बड़े स्तर के यांत्रिक उपकरणों में, अधिक महत्वपूर्ण प्रारूप परिवेशन के लिए उपयोगी होते हैं। एमईएमएस प्रौद्योगिकी को आणविक अतिसूक्ष्म प्रौद्योगिकी या आणविक विद्युतकी से भिन्न किया जाता है क्योंकि इन दोनों के सतह रसायन को 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 एमईएमएस को संशोधित अर्द्धचालक उपकरण निर्माण तकनीकों का उपयोग करके निर्मित किया गया, तब वे व्यावहारिक हो गए। इन तकनीकों का उपयोग सामान्यतः विद्युतकी के निर्माण में होता है।[3] इसमें मज्जन और लेपन, आद्र रासायनिक उत्कीर्णन, और शुष्क रासायनिक उत्कीर्णन (आर.आई.ई. और डीआरआईई), विधुत विद्युत यंत्रण (ईडीएम), और छोटे उपकरण निर्माण मे सक्षम अन्य तकनीकें सम्मिलित हैं।
वे नैनोमाप के स्तर पर अतिसूक्ष्म विद्युतयान्त्रिकी प्रणाली (एनइएमएस) और अतिसूक्ष्म प्रद्योगिकी में मिल जाते हैं।
इतिहास
एमईएमएस उपकरण का एक प्रारंभिक उदाहरण अनुनादी-गेट ट्रांजिस्टर है, जो मॉस्फेट 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 एकाश्मीय अनुनादी यंत्र है।[5][6] 1970 से 1980 के दशक के समय, भौतिक, रासायनिक, जैविक और पर्यावरणीय मापदंडों को मापने के लिए कई मॉस्फेट सूक्ष्मसंकेतक 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 प्रणाली्स (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 प्रणाली्स (एमईएमएस)" शीर्षक से एक आमंत्रित वार्ता के माध्यम से प्रस्तुत किया गया था। "एमईएमएस" 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 "स्कोफ़एसएस: एक सूक्ष्म ब्रैकट प्रकाशीय तन्तु सहायक प्रणाली", और यह आईईई प्रोसीडिंग्स माइक्रो रोबोट्स और टेलिओपरेटर्स वर्कशॉप, हायनिस, मासाचुसेट्स में, 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 किरण के इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप चित्र (ऊंचाई अंतर 2.5 माइक्रोन)। बीच में क्लिप के कारण, जब किरण नीचे की ओर झुकती है तो एक बढ़ता हुआ रीसेट बल विकसित होता है। सही आंकड़ा क्लिप का आवर्धन दिखाता है।[12]
अर्द्धचालक उपकरण रचना में प्रक्रिया तकनीक से एमईएमएस का निर्माण विकसित हुआ है, अर्थात मूल तकनीक सामग्री स्तरों का संकलन हैं, प्रकाश अश्ममुद्रण द्वारा संरूपण और आवश्यक आकृतियों का उत्पादन करने के लिए प्रारूप तैयार किया जाता है।[13]
- सिलिकॉन
- सिलिकॉन वह सामग्री है जिसको उपभोक्ता विद्युतकी उद्योग में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश एकीकृत परिपथ बनाने के लिए किया जाता है। माप की अर्थव्यवस्था, सस्ती उच्च गुणवत्ता वाली सामग्री की तत्काल उपलब्धता, और विद्युतकीय 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 विधा़ा 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 धारण करता है और बिना टूटे 1000000000 से 1000000000000 चक्रों की सीमा में सेवा जीवनकाल हो सकता है। सिलिकॉन पर आधारित अर्द्धचालक नैनोस्ट्रक्चर विशेष रूप से माइक्रोविद्युतकीय और एमईएमएस के क्षेत्र में बढ़ते हुए महत्व प्राप्त कर रहे हैं। सिलिकॉन के तापीय ऑक्सीकरण के माध्यम से निर्मित सिलिकॉन नैनोवायर, नैनोवायर बैटरी और फोटोवोल्टिक प्रणाली सहित विद्युतरसायनीकी रूपांतरण और भंडारण रुचि रखते हैं।
- बहुलक
- भले ही विद्युतकी उद्योग सिलिकॉन उद्योग के लिए माप की अर्थव्यवस्था प्रदान करता है, क्रिस्टलीय सिलिकॉन अभी भी एक जटिल और अपेक्षाकृत महंगी सामग्री है। दूसरी ओर बहुलक को बड़ी मात्रा में भौतिक विशेषताओं की एक बड़ी विविधता के साथ उत्पादित किया जा सकता है। एमईएमएस उपकरणों को बहुलक से अंतः क्षेपण ढलाई , समुद्भरण या स्टीरियोअश्ममुद्रण जैसी प्रक्रियाओं द्वारा बनाया जा सकता है और विशेष रूप से डिस्पोजेबल रक्त परीआघूर्ण कारतूस जैसे सूक्ष्मद्रविक 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।
- मृत्तिका
- 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 तापविद्युत् और दाब वैद्युत् गुण प्रदर्शित करता है जो संकेतक को सक्षम करता है, उदाहरण के लिए, सामान्य और अपरुपण बलों की संवेदनशीलता के साथ सक्षम होता है।[14] दूसरी ओर, टाइटेनियम नाइट्राइड, एक उच्च विद्युत चालकता और बड़े लोचदार मापांक प्रदर्शित करता है, जिससे अल्ट्राथिन किरण 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 अनुप्रयोगों के लिए सामग्री को योग्य बनाता है। चित्र एक TiN ग्राउंड प्लेट के ऊपर 50 एनएम पतली विधा़ने योग्य TiN किरण के साथ एक एमईएमएस जैवसंकेतक की इलेक्ट्रॉन-सूक्ष्म चित्र दिखाता है। दोनों को एक संधारित्र के विपरीत विद्युतग्र के रूप में संचालित किया जा सकता है, क्योंकि किरण विद्युत रूप से अलग-थलग दीवारों में तय किया जाता है। जब किसी तरल पदार्थ को गुहा में निलंबित किया जाता है तो इसकी श्यानता किरण को आधार प्लेट पर विद्युत आकर्षण से झुकने और झुकने के वेग को मापने से प्राप्त हो सकती है।[12]
आधारभूत प्रक्रियाएं
निक्षेपण की प्रक्रिया
एमईएमएस प्रसंस्करण में आधारभूत बिल्डिंग ब्लॉक्स में से एक एक माइक्रोमीटर से लगभग 100 माइक्रोमीटर के बीच कहीं भी मोटाई वाली सामग्री की पतली झिल्लीयों को जमा करने की क्षमता है। एनईएमएस प्रक्रिया समान है, यद्यपि झिल्ली निक्षेपण का माप कुछ नैनोमीटर से लेकर एक माइक्रोमीटर तक होता है। निक्षेपण प्रक्रियाएँ दो प्रकार की होती हैं, जो इस प्रकार हैं।
भौतिक निक्षेप
भौतिक वाष्प निक्षेपण में एक ऐसी प्रक्रिया होती है जिसमें एक सामग्री को लक्ष्य से हटा दिया जाता है, और सतह पर जमा कर दिया जाता है। ऐसा करने की तकनीकों में स्पटरिंग की प्रक्रिया सम्मिलित है, जिसमें एक आयन किरण एक लक्ष्य से परमाणुओं को मुक्त करता है, जिससे उन्हें मध्यवर्ती स्थान के माध्यम से स्थानांतरित करने और वांछित कार्यद्रव पर जमा करने की अनुमति मिलती है, और वाष्पीकरण (निक्षेपण), जिसमें एक पदार्थ से एक सामग्री वाष्पित हो जाती है। एक निर्वात प्रणाली में गर्मी (तापीय वाष्पीकरण) या एक इलेक्ट्रॉन किरण (ई-किरण वाष्पीकरण) का उपयोग करके लक्ष्य।
रासायनिक निक्षेपण
रासायनिक निक्षेपण तकनीकों में रासायनिक वाष्प निक्षेपण (सीवीडी) सम्मिलित है, जिसमें वांछित सामग्री को विकसित करने के लिए स्रोत गैस की एक धारा कार्यद्रव पर प्रतिक्रिया करती है। तकनीक के विवरण के आधार पर इसे और श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है, उदाहरण के लिए एलपीसीवीडी (कम दबाव वाला रासायनिक वाष्प निक्षेपण) और पीईसीवीडी (प्लाज्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प निक्षेपण)। ऑक्साइड झिल्लीयों को तापी