Yksi artikkeli, joka selittää mikromekaanisten järjestelmien perusteet

Mikrojärjestelmiksi kutsutut mikro-elektromekaaniset järjestelmät, eli MEMS (Micro–), ovat teknologiajärjestelmä, jossa mekaaniset rakenteet ja elektroniset piirit yhdistetään mikroskooppisessa mittakaavassa, ja ne ovat myös yksi keskeisistä tukiteknologioista esineiden internetin (IoT) käytännön toteutuksessa. Seuraavaksi käsitellään mikro-elektromekaanisten järjestelmien kokoonpanoa, teknologista perustaa, valmistuksen valmistelua sekä tulevaisuuden kehityssuuntauksia.

Eräs tekninen järjestelmä, jota kutsutaan mikrojärjestelmäksi eli mikro-elektromekaaniseksi järjestelmäksi (MEMS) – se on se ”mikro-” – yhdistää mekaaniset rakenteet ja elektroniset piirit mikroskooppisella tasolla, ja se on yksi keskeisistä tukiteknologioista esineiden internetin (IoT) toteuttamisprosessissa.

Laitteet, jotka sisältävät kiihtyvyysantureita, gyroskooppeja, paineantureita, mikropeilejä, mustesuihkutulostuspäitä, mikrofoneja ja kaiuttimia, ovat tyypillisiä MEMS-laitteita. Tällaisten laitteiden valmistuksessa ja kokoonpanossa käytetään pääasiassa puolijohdetekniikkaa, ja niiden ytimenä on piirilevyllä integroitu MEMS-siru, joka yhdistää mikromekaaniset rakenteet ja elektroniset piirit samalle alustalle, jolloin muodostuu täysin toimiva mikrolaitteisto.

Tällä hetkellä MEMS-komponentit, joita pidetään keskeisinä elektronisina komponentteina, ovat levinneet laajasti useille aloille, kuten kodinkoneisiin, autoelektroniikkaan, esineiden internetin (IoT) laitteisiin, viestintälaitteisiin ja lääkinnällisiin laitteisiin.

MEMS:llä ja integroiduilla piireillä (IC) on monia yhteisiä piirteitä valmistusprosessien ja miniatyrisointiteknologian osalta, mutta niiden toiminnallinen asema, toimintaperiaate ja sovellusalueet eroavat toisistaan varsin merkittävästi.

Integroitu piiri, joka koostuu puhtaasti elektronisista komponenteista, kuten transistoreista, kondensaattoreista ja vastuksista, toimii pääasiassa sähköisten signaalien käsittelyssä, ohjauksessa, loogisissa laskutoimituksissa sekä tietojen tallennuksessa, ja se on elektroniikkalaitteiden “tietojenkäsittelyydin”.

Koska MEMS:n ydintoimintoina ovat fyysinen liike ja fysikaalisten suureiden mittaus, se koostuu anturista eli signaalin havaitsemisyksiköstä sekä toimilaitteesta eli ohjausyksiköstä, ja sen pääasiallisena tehtävänä on toteuttaa “fysikaalisen suureen – sähköisen signaalin” muunnos tai mekaanisen liikkeen ohjaus. Rakenteen ja muodon osalta MEMS-tekniikan sovelluskohteet aiheuttavat suuria eroja ulkonäössä, sisäisessä rakenteessa ja koossa: MEMS-tekniikan piiriin kuuluvat niin mikrometritason anturipiirit kuin integroidut mikrotoimilaitteetkin. Sen tyypillisiä sovelluksia ovat edellä mainittujen anturien ja akustiikkalaitteiden lisäksi myös mikroventtiilit, valokytkimet ja muut toiminnalliset komponentit.

Eräs havainnollinen vertaus auttaa ymmärtämään näiden kahden roolia: jos integroituja piirejä, jotka keskittyvät tiedonkäsittelyyn ja tallennukseen, verrataan ihmisen aivoihin, niin MEMS-laitteet, jotka yhdistävät mekaanisen liikkeen ja anturitoiminnot sekä erilaisia fysikaalisia vaikutuksia, ovat kuin ihmiskehon liikkumisjärjestelmä ja aistielimet. Ensimmäiset vastaavat tiedon käsittelystä ja muistamisesta, jälkimmäinen puolestaan vastaa ympäristön havainnoinnista ja liikkeiden suorittamisesta. Nämä kaksi tukevat yhdessä nykyaikaisten elektroniikkalaitteiden monipuolisten toimintojen toteutumista.

Mikro-elektromekaanisten järjestelmien määritelmä ja keskeiset osat

Mikroelektromekaanisissa järjestelmissä (MEMS) keskeiset fyysiset mitat voivat olla niin pieniä, että ne ovat selvästi alle yhden mikrometrin, tai niin suuria, että ne voivat olla useita millimetrejä. Järjestelmän luokittelu MEMS-järjestelmäksi riippuu siitä, sisältääkö sen substraatti ainakin osittain mekaanisia toimintoja suorittavia komponentteja, riippumatta siitä, voivatko nämä komponentit liikkua. Järjestelmän komponenttityypit ovat hyvin moninaisia: valikoimassa on sekä yksinkertaisia rakenteita, joissa ei ole mekaanisesti liikkuvia komponentteja, että monimutkaisia mekaanis-elektronisia järjestelmiä, joissa mikroelektroniikka ja mikromekaaniset rakenteet on integroitu samalle piialustalle.

Mikro-elektromekaanisten järjestelmien keskeinen osa on mikroanturi, joka kuuluu “antureiden” ryhmään ja pystyy muuntamaan yhden energiamuodon toiseksi. Mikro-elektromekaanisissa järjestelmissä on myös mikrotoimilaitteita, jotka kuuluvat samoin “antureiden” ryhmään ja pystyvät myös muuntamaan yhden energiamuodon toiseksi.

Mikroanturit pystyvät havaitsemaan ympäristön olosuhteita ja muuntamaan lämpötilaa, painetta, inertiavoimia, kemiallisia aineita, magneettikenttiä, säteilyä ja muita fysikaalisia tai kemiallisia signaaleja sähköisiksi tai optisiksi signaaleiksi. Viime vuosikymmenien aikana tutkijat ovat kehittäneet ja valmistaneet mikrosensoreita lähes kaikille anturityypeille, ja monien mikrosensorien suorituskyky ylittää vastaavien makroskooppisten tuotteiden suorituskyvyn. Esimerkiksi mikromekaanisten järjestelmien (MEMS) paineanturit tarjoavat parempaa suorituskykyä tarkkuuden ja vasteajan suhteen.

Se hyödyntää integroitujen piirien eli IC-teollisuuden laajamittaisia valmistustekniikoita, mikä on mahdollistanut yksittäisten komponenttien kustannusten huomattavan alentamisen suorituskyvyn säilyessä ennallaan. Piipohjaisten erillisten mikrosensorien kaupallistaminen on onnistunut, ja niihin liittyvä markkinatilanne on edelleen kasvussa.

Mikrotoimilaitteet ovat mikro-elektromekaanisten järjestelmien toimintaelementtejä, jotka ovat kooltaan hyvin pieniä, mutta joilla on makrotasolla merkittäviä vaikutuksia. Nykyään on kehitetty monenlaisia mikrotoimilaitteita, kuten kaasun ja nesteen virtausta sääteleviä mikroventtiilejä sekä valonsäteen suuntaa muuttavia optisia kytkimiä ja peilejä, lisäksi näyttötarkoituksiin käytettäviä itsenäisesti ohjattavia mikropeilijärjestelmiä, monenlaisiin olosuhteisiin soveltuvia mikroresonaattoreita, positiivista nestepainetta tuottavia mikropumppuja sekä siipien ilmavirtausta sääteleviä mikrosiipiä ja niin edelleen.

Tutkijat asensivat lentokoneen siiven etureunaan pieniä mikrotoimilaitteita, ja pelkästään näiden mikrolaitteiden avulla onnistuttiin ohjaamaan lentokoneen suuntaa. Tämä lentokone pystyy suorittamaan 180 asteen käännöksen lähes siiven säteen suuruisella kääntösäteellä suurilla nopeuksilla lentäessään.

Mikroelektromekaanisten järjestelmien potentiaali voidaan hyödyntää täysimääräisesti vasta, kun mikrosensorit, mikrotoimilaitteet ja integroidut piirit integroidaan samalle alustalle. Sensorit keräävät ympäristötietoja, elektroniset laitteet käsittelevät tietoja ja tekevät päätöksiä, ja toimilaitteet suorittavat päätösten mukaisia toimintoja muuttaakseen ympäristön tilaa. Juuri tämä yhteistyömalli tekee mikromekanisista elektronisista järjestelmistä (MEMS) tärkeän osan esineiden internetiä (IoT): ne toimivat kuin “silmät, korvat ja nenä”, keräämällä, tallentamalla, käsittelemällä ja vaihtamalla tietoa jatkuvasti sekä toimimalla yhteistyössä muiden verkkoon liitettyjen laitteiden kanssa ympäristön havainnoimiseksi ja hallitsemiseksi.

Mikro-elektromekaanisten järjestelmien (MEMS) teknologian keskeiset ominaisuudet

Mikro-elektromekaanisten järjestelmien tekniikalla on omat erityispiirteensä, joiden ansiosta sillä on keskeinen rooli monilla aloilla.

Se valmistetaan integroidun piirin kaltaisella prosessilla, minkä ansiosta useita toimintoja voidaan integroida yhdelle mikrosirulle. Mikroanturit, mikrotoimilaitteet ja mikrorakenteet ovat integroitavissa mikroelektroniikkaan, mikä paitsi parantaa tuotteiden toiminnallista tiheyttä, myös tukee merkittävästi esineiden internetin (IoT) toteutumista.

Kustannusten kannalta siinä on otettu mallia integroitujen piirien alalla käytetyistä massatuotantomenetelmistä, vaikka tuotantolaitteiden ja kunkin piikiekon alkuinvestoinnit eivät olekaan mitenkään edullisia, suurten tuotantomäärien ansiosta kustannukset voidaan jakaa lukuisille siruille, mikä alentaa merkittävästi monimutkaisten mikromekanis-elektronisten järjestelmien yksittäisten komponenttien tai mikrosirujen kustannuksia, juuri tämän alhaisen kustannustason ansiosta mikromekanis-elektroniset järjestelmät voidaan ottaa käyttöön laajamittaisesti, ja niiden huolto ja vaihto ovat myös taloudellisesti kannattavampia.

Integroitujen piirien valmistustekniikan sekä piin ja monien muiden ohutkalvomateriaalien mekaanisten etujen yhdistelmä parantaa merkittävästi mikro-elektromekaanisten tuotteiden vakautta ja kestävyyttä, mikä on yksi mikro-elektromekaanisten järjestelmien suurimmista eduista. Piin, joka toimii ydinmateriaalina, myötölujuus on lähellä ruostumattoman teräksen lujuutta, ja se on insinöörimateriaalien joukossa yksi parhaista lujuus-painosuhteeltaan, mikä luo perustan mikro-mekaanisten järjestelmien korkealle luotettavuudelle.

Mikro-elektromekaanisilla järjestelmillä on yksi merkittävä ominaisuus, nimittäin miniatyrisointi, joka tuo mukanaan lukuisia etuja. Yksi etu on tuotteiden kannettavuuden parantuminen, toinen etu on tuotteiden virrankulutuksen pienentyminen ja kolmas etu on se, että tuotteeseen voidaan integroida enemmän toimintoja entistä pienempään tilaan ilman, että tuotteen paino kasvaa. Samalla signaalireittien lyheneminen ja toimintojen tiheä integrointi parantavat entisestään mechatronisten järjestelmien yleistä suorituskykyä.

Mikro-elektromekaanisten järjestelmien tekninen perusta

(1) Mikrosensoritekniikka

Mikroanturit perustuvat useisiin erilaisiin fysikaalisiin periaatteisiin, kuten resistiiviseen, magneettiseen, fotokonduktiiviseen, piezoresistiiviseen ja pietsosähköiseen periaatteeseen, ja näitä periaatteita on jo sovellettu menestyksekkäästi mikro-elektromekaanisten järjestelmien komponenteissa.

Piezoresistiivisen materiaalin vastus muuttuu sen mukaan, millaista mekaanista venymää siihen kohdistetaan, ja tämä ilmiö on erityisen selvä puolijohteissa. Venymä voi muuttaa materiaalin elektronien energianvyöhykkeiden rakennetta, mikä puolestaan vaikuttaa kantajien sirontaasteeseen ja kulkusuuntaan. Jännityskerroin on piezoresistiivisen materiaalin avainindikaattori. Se määritellään vastuksen normalisoidun muutoksen ja jännityksen suhteena. Tietyissä kokoonpanoissa piin jännityskerroin voi olla jopa 200, kun taas metalliresistoreiden jännityskerroin on yleensä vain 2–5.

Piezoresistiivisen anturin vastus, eli venymäanturi, sijoitetaan yleensä joustavalle pinnalle tai rakenteeseen. Mikromekaanisen työstötekniikan avulla voidaan poistaa substraattimateriaalia valikoivasti, mikä vähentää laitteen anturialueen jäykkyyttä. Tällaisia antureita käytetään usein auto-, lääketieteen ja teollisuuden ohjausmarkkinoilla.

Kuva 1: Kaksi puolijohteiden painevastusilmiötä hyödyntävää mikrojärjestelmän piisensoria

Mikro-elektromekaanisten järjestelmien antureista kapasitiiviset anturit ovat rakenteensa yksinkertaisuuden vuoksi erittäin laajasti käytössä. Kahden elektrodin välisen kapasitanssin C arvo voidaan laskea kaavalla C = (ε₀ × ε_r × A) / d, jossa ε₀ on tyhjiön dielektrisyysvakio, ε_r on elektrodien välisen materiaalin suhteellinen dielektrisyysvakio, A on kapasitanssin pinta-ala ja d elektrodien välinen etäisyys. Kapasitiiviset anturit toteuttavat mittauksen pääasiassa viidellä tavalla: Ensinnäkin muuttamalla elektrodien välistä etäisyyttä; toiseksi muuttamalla keskielektrodin sijaintia suhteessa kahteen ulkoelektrodiin, jolloin saavutetaan differentiaalimittaus; kolmas on elektrodien päällekkäisen pinta-alan muuttaminen; neljäs on elektrodien differentiaalisen päällekkäisen pinta-alan muuttaminen; viides on dielektrisen aineen sijainnin muuttaminen elektrodien välisessä tilassa (kuten kuvassa 2 on esitetty).

Kuva 2: Erilaiset konfiguraatiot, joissa kondensaattoria käytetään anturina

Pietsosähköinen ilmiö on tärkeä fysikaalinen ilmiö mikroanturien valmistuksessa. Se tarkoittaa, että mekaaninen venymä aiheuttaa materiaalissa sähköisen polarisaation eli sähköpotentiaalin, ja sähkökentän kohdistaminen puolestaan indusoi materiaalissa mekaanista venymää. Ensimmäistä ilmiötä käytetään antureissa, jälkimmäistä puolestaan usein toimilaitteissa. Pii ja germanium ovat keskipisteen suhteen symmetrisiä kiteitä, joilla ei ole pietsosähköistä ilmiötä, ellei niihin indusoida venymää. Kvartsi, lyijytitaani-zirkoniitti (PZT) ja sinkkioksidi (ZnO) sekä muut materiaalit, joilla ei ole keskisymmetriaa, omaavat pietsosähköisiä ominaisuuksia. Näistä PZT ja ZnO voidaan kerrostua ohutkalvona substraatille, ja niitä käytetään mikro-elektromekaanisten järjestelmien valmistuksessa.

Esimerkki pietsosähköisen mikromekanisen järjestelmän kaiuttimen poikkileikkausrakenteesta

(2) Mikroaktuaattoritekniikka

Mikro-elektromekaanisten järjestelmien toimilaitteet perustuvat useisiin eri periaatteisiin, kuten sähköstaattiseen, pietsosähköiseen, magneettiseen, bimetalliseen ja muotomuistimetallin (SMA) periaatteeseen. Jokaisella periaatteella on omat erityispiirteensä, ja valinta on tehtävä käyttötarkoituksen mukaan.

Sähköstaattisessa käyttömekanismissa hyödynnetään vastakkaisesti varautuneiden elektrodilevyjen välistä vetovoimaa. Kun jännite V kytketään, elektrodilevyjen välille syntyvä voima F voidaan laskea kaavalla F = (ε_0 × ε_r × A × V^2) / (2 × d^2), jossa parametrien merkitykset ovat samat kuin kapasitanssikaavassa. Tämä käyttömenetelmä on helppo valmistaa ja se voidaan integroida elektronisiin laitteisiin; sen virrankulutus on alhainen ja mekaaninen kaistanleveys suuri. Voima kuitenkin muuttuu epälineaarisesti siirtymän ja jännitteen mukaan, syntyvä voima on suhteellisen pieni ja käyttöjännite saattaa olla korkea.

Bimetallinen mikroaktuaattori toimii kahden eri materiaalin lämpölaajenemiskertoimien eron perusteella. Kahdesta materiaalista koostuva komposiittirakenne tuottaa lämmön vaikutuksesta lämpöjännitystä, ja jos rakenne on riittävän joustava, se taipuu. Sen lämpömuodonmuutos voidaan laskea kaavan avulla.

Lasketaan seuraavasti, jossa αfilmA on yläkalvon lämpölaajenemiskerroin, αfilmB on alakalvon lämpölaajenemiskerroin, on bimetallielementin lämpötila ja on ympäristön lämpötila.

Tämän tyyppiset toimilaitteet pystyvät saavuttamaan kohtuullisen siirtymän, ja niiden taipuma ja teho ovat lineaarisessa suhteessa toisiinsa. Niiden lämmitystehonkulutus on kuitenkin suuri, mekaaninen kaistanleveys on pieni, suunnittelu ja valmistus ovat suhteellisen monimutkaisia, ja ne ovat herkkiä ympäristöolosuhteille. Ohuelle, joustavalle piikannattimelle kerrostetaan ohut alumiinikalvo, ja alumiinikerroksen läpi johdettavan sähkön avulla aikaansaadaan Joule-lämmitys. Tällä tavalla voidaan valmistaa yksinkertainen bimetallinen mikrotoimilaitteisto, jossa kannatin taipuu kahden materiaalin erilaisten lämpölaajenemiskertoimien vuoksi.

Mikroaktuaattoreiden valmistuksessa käytetään yleisesti muotomuistimetallia (SMA), jossa lämmön vaikutuksesta tapahtuu faasimuutos martsiitista austeniitiksi ja joka palaa venymättömään tilaan, eli sillä on muistivaikutus. Toimimalla toimilaitteena SMA on huoneenlämmössä martsiittivaiheessa ja venymättömässä tilassa. Kun siihen kohdistetaan venymä huoneenlämmössä, faasimuutos käynnistyy lämmittämällä, jolloin venymä palautuu, mikä puolestaan tuottaa suuremman toimilaitteen energiatiheyden.

SMA:lla voidaan muodostaa ohutkalvo piikiekkoon sputterointimenetelmällä, yleensä joule-lämmityksen avulla, Sillä on muistiefekti, joka on käännettävä ja voidaan käyttää toistuvasti. Sillä on korkea energiatiheys, ja se pystyy saavuttamaan yli 81 TP3T:n suuren palautumisjännityksen. Sen energiankulutus on kuitenkin suuri ja mekaaninen kaistanleveys alhainen, ja sen valmistusprosessi on melko monimutkainen. Suurilla venymätasoilla toistuvien syklien seurauksena materiaaliin voi ilmetä väsymistä.

(3) Mikromekanisissa järjestelmissä yleisesti käytetyt materiaalit

Mikro-elektromekaanisten järjestelmien komponenttien valmistuksessa käytettäviä materiaaleja ovat puolijohteet, metallit, lasi sekä keraamit ja polymeerit. MEMS-komponenttien on täytettävä sähköiset, mekaaniset, kemialliset ja lämpötekniset sekä monet muut toiminnalliset vaatimukset. Siksi materiaalia valittaessa on otettava huomioon sekä sen sähköiset että ei-sähköiset ominaisuudet.

Pii on erittäin yleisesti käytetty materiaali mikromekaanisissa järjestelmissä (MEMS). Sen infrastruktuuri ja tietopohja ovat vakiintuneet, ja sen mekaaniset ominaisuudet ovat erinomaiset: myötölujuus on lähes ruostumattoman teräksen tasoa, ja lujuus-painosuhde on yksi parhaista teknisten materiaalien joukossa. Piillä on kuitenkin rajoituksia: kun venymä ylittää raja-arvon, seurauksena on katastrofaalinen vikaantuminen. Lisäksi pii on anisotrooppista, eli materiaalin ominaisuudet muuttuvat sen mukaan, miten kiteen akselit ovat suhteessa kuormitukseen. Nämä seikat on otettava huomioon laitteiden suunnittelussa.

Ohutkalvomateriaalien osalta yksikiteisen piin lisäksi myös monikiteinen pii, piinitridi, kerrostettu lasi sekä alumiini ja muut vastaavat ohutkalvomateriaalit ovat laajasti käytössä mikromekanisten järjestelmien valmistuksessa. Nämä ohutkalvot valmistetaan yleensä kemiallisen kaasufaasipinnoituksen, eli CVD-prosessin, avulla, kuten matalapaineisella kemiallisella kaasufaasipinnoituksella (LPCVD) tai plasman tehostamalla kemiallisella kaasufaasipinnoituksella (PECVD), tai fysikaalisella kaasufaasipinnoituksella (PVD), esimerkiksi höyrystämällä tai sputteroimalla.

Suurin osa näistä ohutkalvojen pinnoitustekniikoista on kustannustehokkaita ja suosittuja vaihtoehtoja mikroelektroniikan valmistuksessa, mutta ne aiheuttavat yleensä suuria jäännösjännityksiä ja jännitysgradientteja, mikä asettaa haasteita mekaanisia toimintoja suorittavien mikromekanisten järjestelmien (MEMS) komponenttien valmistukselle. Kalvojen jäännösjännitykset ja jännitysgradientit riippuvat materiaalin tyypistä, pinnoituslämpötilasta, pinnoitusmenetelmästä sekä substraattimateriaalista, ja niiden arvot voivat vaihdella voimakkaasta puristusjännityksestä voimakkaaseen vetojännitykseen.

Valmistusolosuhteet ja -prosessit ovat valmistusprosessin aikana erittäin riippuvaisia materiaalin ominaisuuksista, erityisesti mekaanisiin ominaisuuksiin. Kalvon kerrostamisen jälkeen syntyvä jäännösjännitys voi muuttua erittäin merkittävästi myöhemmissä lämpökäsittelyvaiheissa. Lisäksi jokaisella mikromekanisella järjestelmäkomponentilla on yleensä räätälöity valmistusprosessi, minkä vuoksi kalvon lopullista jännitysarvoa on vaikea ennustaa etukäteen, Siksi MEMS-komponenttien kehittäminen ja valmistus on toteutettava samanaikaisesti materiaaliominaisuuksien mittausten kanssa. Iteratiivisen optimoinnin avulla tämä pidentää kehitysaikaa ja lisää kustannuksia.

Lisäksi kalvomateriaalien ominaisuuksien määrittämisessä on vaikeuksia, kuten se, että kalvoa ei voida irrottaa alustasta kuormitus–taipuma-mittausten suorittamiseksi; kuitenkin mikromekanisten järjestelmien alalla on jo suunniteltu useita testirakenteita, joita voidaan käyttää keskeisten materiaaliominaisuuksien mittaamiseen.

(4) Mikromekanisten järjestelmien suunnittelutyökalut

Integroitujen piirien suunnitteluun verrattuna mikromekaanisten järjestelmien suunnittelu on monimutkaisempaa. Integroitujen piirien alalla valmistusprosessit ja suunnittelusäännöt ovat suhteellisen vakiintuneita, ja suunnittelijat yhdistävät nämä kaksi tekijää tietokoneavusteisiin suunnittelutyökaluihin, minkä jälkeen he voivat keskittyä pelkästään sähköisiin ilmiöihin suunnittelutyönsä yhteydessä. Näin ollen kyseisten työkalujen ennusteet komponenttien suorituskyvystä ovat melko tarkkoja.

Mikroelektromekaanisten järjestelmien suunnittelussa on monia haasteita: jokaiselle komponenttityypille on kehitettävä räätälöity valmistusprosessi, ja ennen prosessin vahvistamista suunnittelusäännöt ovat tuntemattomia; materiaalien ominaisuudet riippuvat tuntemattomista valmistusprosesseista ja olosuhteista, monissa MEMS-komponenteissa esiintyy samanaikaisesti useita fysikaalisia ilmiöitä, kuten sähköisiä, mekaanisia, lämpö- ja kemiallisia ilmiöitä, jotka muodostavat vahvasti kytkeytyneitä kenttiä. Lisäksi MEMS-suunnittelijoilta vaaditaan syvällistä valmistusprosessien tuntemusta.

Prosessimallinnustyökalu on pääpiirteissään samanlainen kuin integroitujen piirien alalla käytettävät työkalut. Se auttaa suunnittelijoita luomaan prosessimalleja ja maski-kuvioita sekä simuloimaan valmistusvaiheita numeeristen menetelmien avulla. Sen kyky ennustaa mekaanisia ja materiaaliominaisuuksia on kuitenkin melko heikko, ja yksi sen keskeisistä eduista on kyky luoda laitteiden kolmiulotteisia renderöityjä kuvia.

On olemassa fysikaalisella tasolla toimivia suunnittelutyökaluja, jotka mallintavat komponenttien käyttäytymistä todellisessa kolmiulotteisessa jatkuvassa tilassa osittaisdifferentiaaliyhtälöiden avulla; niihin kuuluvat sekä analyyttiset että numeeriset työkalut, kuten äärellisten elementtien menetelmä, rajapisteelementtimenetelmä ja äärellisten erojen menetelmä, joista suurin osa on makrosuunnittelussa käytettävien numeeristen mallinnustyökalujen parannettuja versioita. Asia on näin.

Komponenttitasoinen malli on makromalli tai alennettu malli, joka pystyy kuvaamaan komponentin fysikaalista käyttäytymistä rajoitetulla alueella ja on yhteensopiva järjestelmätason mallin kanssa. Järjestelmätason malli on korkean tason lohkokaavio ja konsolidoitu parametrimalli, joka kuvaa järjestelmää joukkona toisiinsa kytkettyjä tavallisia differentiaaliyhtälöitä.

Mikro-elektromekaanisten järjestelmien valmistusmenetelmät

Mikro-elektromekaanisten järjestelmien valmistus yhdistää integroitujen piirien alalla vakiintuneita tekniikoita, kuten oksidoinnin, diffuusion, ioninpistämisen, matalapaineisen kemiallisen kaasufaasipinnoituksen (LPCVD) ja sputteroinnin, sekä erikoistuneita mikromekaanisia työstömenetelmiä. Sen prosessitekniikka on räätälöitävissä ja tarjoaa monipuolisia työstömahdollisuuksia.

Laajasti käytettävät ja monipuoliset mikromekaaniset järjestelmät (MEMS) ovat samankaltaisia kuin integroidut piirit, sillä molemmat valmistetaan puolijohdetekniikan avulla.

(1) Etupään valmistusprosessi

Vanha mikromekaaninen työstötekniikka on volyymimikromekaaninen työstö, jossa mikromekaaniset komponentit valmistetaan poistamalla substraattimateriaalia valikoivasti. Tähän voidaan käyttää kemiallisia, fysikaalisia tai kemiallis-mekaanisia menetelmiä, joista märkäkemiallinen volyymimikromekaaninen työstö on laajalti käytössä teollisuudessa.

Yleisesti käytettyjä mikromekaanisia työstötekniikoita on muun muassa kemiallinen märkäetsaus, jossa substraatti upotetaan reaktiiviseen kemialliseen liuokseen, jolloin paljastuneet alueet etsautuvat mitattavalla nopeudella. Sen syövytysnopeus on suuri ja selektiivisyys korkea, ja prosessia voidaan optimoida säätämällä syövytysliuoksen koostumusta, lämpötilaa, substraatin seostuspitoisuutta, kristallipintaa ja muita parametreja. Sen perusmekanismi koostuu kolmesta vaiheesta: reaktanttien kulkeutumisesta, pintareaktiosta ja reaktiotuotteiden kulkeutumisesta. Nopeutta rajoittavan vaiheen mukaan menetelmä jaetaan “diffuusiota rajoittavaan” tyyppiin, jonka nopeutta voidaan lisätä sekoittamalla, sekä “reaktiovauhtia rajoittavaan” tyyppiin, jolla on parempi toistettavuus ja etsausnopeus ja jota käytetään useammin käytännön sovelluksissa.

Mikromekaniikan kemiallinen märkäetsaus jaetaan pääasiassa isotrooppiseen ja anisotrooppiseen märkäetsaukseen. Isotrooppisen märkäetsauksen nopeudella ei ole juurikaan yhteyttä substraatin kiteen suuntaukseen, etsaus etenee tasaisesti kaikkiin suuntiin. Piin etsauksessa yleisimmin käytetty etsausaine on seos, joka koostuu typpihaposta (HNO₃), fluorivetyhaposta (HF) ja etikkahaposta (HC₂H₃O₂). Reaktiokaava on Si + HNO₃ + HF → NO + H₂O, Reaktiolla on itsestään katalyyttisiä ominaisuuksia typpihapon regeneroinnin ansiosta, ja se on suoritettava voimakkaasti sekoittaen, jotta vaakasuora ja pystysuora etsausnopeus pysyvät yhtäläisinä. Maskimateriaaleina käytetään usein piidioksidia ja piinitridiä, joista piinitridiä käytetään yleisemmin, koska sen etsausnopeus on hitaampi.

Substraattikiteen orientaatio vaikuttaa anisotrooppisen märkäetsauksen nopeuteen, piikiteen eri tasojen etsausnopeuksissa on merkittäviä eroja, jotka liittyvät eri tasojen sidosten järjestykseen ja atomitiheyteen. Tällaisen etsauksen karakterisointikriteerinä käytetään yleensä etsausnopeuksia, jotka ovat kohtisuorassa kiteen tasoon nähden, ja tasoa pitkin tapahtuva etsaus on hitainta, etsausnopeuden ero eri kidesuuntien välillä voi olla jopa 1000:1. Tämä johtuu siitä, että tasossa paljastuneiden piiatomien tiheys on suurin, ja tason alapuolella on kolme piisidosta, jotka muodostavat kemiallisen suojan.

Tämän ominaisuuden ansiosta anisotrooppisella märkäetsauksella voidaan saavuttaa korkea erottelukyky ja tarkka mittojen hallinta, ja sen avulla voidaan suorittaa kaksipuolista työstöä itsestään eristävien rakenteiden muodostamiseksi, mikä on hyödyllistä ankarille olosuhteille altistuvien mikromekaanisten järjestelmien (MEMS) komponenttien (kuten paineanturien) kapseloinnissa. Tätä tekniikkaa on jo 30 vuoden ajan käytetty laajasti piipaineanturien, volyymimikromekaanisten kiihtyvyysanturien ja muiden laitteiden valmistuksessa, ja se on jo vakiintunut tekniikka.

Suuntautuneelle piialustalle voidaan anisotrooppisen märkäetsauksen jälkeen muodostaa käänteispyramidin muotoisia etsauskuoppia sekä tasapohjaisia puolisuunnikkaan muotoisia etsauskuoppia (kuten kuvassa 3 esitetään), sen pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvat (SEM) esittävät selvästi trapetsoidut syövytyskuopat sekä paineanturin ohutkalvon takapuolen rakenteen (kuten kuvissa 4a ja 4b on esitetty).

Kuva 3: Kaaviokuva, jossa suuntautunut piialusta on upotettu anisotrooppiseen märkäetsausliuokseen, minkä jälkeen siihen on muodostunut etsausprofiili.

Kuvissa 4 (a) ja 4 (b) esitetään SEM-kuvat suuntautuneesta piialustasta, joka on upotettu anisotrooppiseen märkäetsausliuokseen; mittakaava on 1 mikrometri.

Yleisesti käytetyt anisotrooppiset märkäetsausaineet voidaan karkeasti jakaa kolmeen ryhmään. Ensimmäinen ryhmä koostuu vesipohjaisista emäksisistä liuoksista, kuten kaliumhydroksidista (KOH), ammoniumhydroksidista (NH₄OH) ja tetrametyyliammoniumhydroksidista (TMAH) jne. Tämän tyyppisillä etsausaineilla on suuri etsausnopeus, ja niiden pinta-etsausnopeuden suhde on suhteellisen korkea. TMAH:n etsausnopeus alumiinille on tietyissä olosuhteissa erittäin alhainen, ja se soveltuu esikäsitellyille mikroelektroniikkapiirilevyille. Sen etsausnopeus piidioksidimaskeille on kuitenkin suhteellisen korkea, mikä voi aiheuttaa piirilevylle emäksistä likaantumista; tällaista likaantumista voidaan kuitenkin lieventää sopivilla puhdistusmenettelyillä; Toiseksi on etyleenidiamiini ja resorfiini, joita merkitään nimellä EDP; niiden suhde tasopinta-etsausnopeuteen on vielä suurempi, ja niiden kanssa voidaan käyttää useampia maskimateriaaleja. Ne ovat kuitenkin karsinogeenisia, etsausprosessia on vaikea seurata ja puhdistus on hankalaa; kolmanneksi mainittakoon muut erikoistuneet etsausaineet.

Piinitridi on yleisesti käytetty maskimateriaali anisotrooppisessa märkäetsauksessa; myös termisesti kasvatettua piidioksidia voidaan käyttää, mutta paksuutta on seurattava tarkasti, erityisesti käytettäessä KOH-etsausainetta. Fotoresistia ei voida käyttää minkään anisotrooppisen etsausaineen kanssa. Tantaali (Ta) ja kulta (Au) sekä muut metallit kestävät hyvin syövytystä EDP-prosessissa, ja alumiinilla on tietyissä olosuhteissa myös syövytyskestävyyttä TMAH:ta vastaan.

Etsausnopeus, etsausnopeussuhde ja etsausselektiivisyys, jotka liittyvät anisotrooppisiin etsausaineisiin, riippuvat pääasiassa liuoksen kemiallisesta koostumuksesta ja lämpötilasta, ja ne noudattavat Arrheniusin lakia R = R₀exp(−E_a/(κT)), jossa R₀ on vakio, Eₐ on aktivointienergia, k on Boltzmannin vakio ja T on kelvin-lämpötila.

Mikromekaanisessa työstössä piikalvon paksuuden tai etsaussyvyyden tarkka hallinta on keskeinen vaatimus, mutta etsauksen tasaisuutta on vaikea taata, koska siihen vaikuttavat tekijät kuten kuormitusvaikutukset, lämpötilan vaihtelut ja substraatin paksuuserot. Aikaperusteisessa etsauksessa syvyys määritetään etsausnopeuden ja ajan tulona, mutta sen hallinta on melko vaikeaa ja se on altis monien tekijöiden vaikutuksille. Siksi on kehitetty etsauksen pysäytysmenetelmät, joihin kuuluvat pääasiassa dopingilla perustuva etsauksen pysäytysmenetelmä sekä sähkökemiallinen etsauksen pysäytysmenetelmä.

Etsauksen pysäytyskerros muodostetaan korkealla p-tyyppisellä booridopilla, eli yli 5×10¹⁹ cm⁻³, tätä prosessia kutsutaan doping-etsauksen pysäytysmenetelmäksi. Menetelmä hidastaa merkittävästi etsausnopeutta korkeasti dopatuilla alueilla, kuten kuvassa 5 on esitetty. Ongelmana on kuitenkin se, että korkeasti dopattu pintakerros ei välttämättä sovellu joihinkin komponentteihin, kuten pietsoresistiivisiin komponentteihin; Sähkökemiallinen etsauksen pysäytysmenetelmä tarjoaa hyvän mittojen hallinnan ja mahdollistaa myös heikosti seostettujen materiaalikalvojen valmistuksen, jotka soveltuvat korkealaatuisiin piezoresistiivisiin komponentteihin. Menetelmä vaatii kuitenkin erityisiä kiinnittimiä ja elektronisia ohjausjärjestelmiä.

Kuvassa 5 esitetään suuntautuneiden piikiekkojen etsausnopeuden ja booripitoisuuden välinen suhde eri etsausaineen pitoisuuksilla.

Pinnan mikromekaaninen työstö on yksi yleisimmistä valmistustekniikoista, jonka ydinprosessiin kuuluu ohutkalvomateriaalin kerrostaminen väliaikaiseksi uhrauskerrokseksi, rakennekerroksen eli ohutkalvokomponenttikerroksen kerrostaminen ja kuviointi uhrauskerroksen päälle sekä väliaikaisen uhrauskerroksen poistaminen, jolloin mekaaninen rakennekerros vapautuu rajoituksistaan ja voi liikkua vapaasti. Otetaan esimerkiksi monikiteisen piin ulokepalkin valmistus: ensin kerrostetaan ja kuvioidaan oksidinen uhrauskerros, sitten kerrostetaan ja kuvioidaan monikiteisen piin rakennekerros, ja lopuksi poistetaan uhrauskerros, jolloin saadaan vapaasti liikkuva ulokepalkki, kuten kuvassa 6 on esitetty.

Kuva 6: Kaavio pinnan mikromekaanisesta työstöprosessista

Tämän tekniikan avulla pystysuuntaisia mittoja voidaan hallita tarkasti; pystysuuntaiset mitat määräytyvät kerrostetun kalvon paksuuden perusteella. Myös vaakasuuntaisia mittoja voidaan hallita tarkasti, ja ne määräytyvät litografian ja etsausprosessin tarkkuuden perusteella. Se on yhteensopiva mikroelektronisten komponenttien kanssa, mikä mahdollistaa integroinnin. Lisäksi se hyödyntää kalvon kerrostuksen ominaisuuksia, kuten LPCVD-menetelmän konformaalista peittoa, ja käyttää yksipuolista piikiekkojen käsittelymenetelmää. Sen integrointitiheys on muita menetelmiä korkeampi, ja yksittäisen sirun kustannukset ovat muita menetelmiä alhaisemmat.

Sen haittapuolena on, että rakennekalvon mekaaniset ominaisuudet ovat tuntemattomia, mikä edellyttää mittauksia, ja että jäännösjännitys on suuri, jota on vähennettävä korkean lämpötilan hehkutuksella. jäännösjännitys muuttuu myös myöhemmän lämpökäsittelyn seurauksena, minkä vuoksi mekaanisten ominaisuuksien toistettavuus on vaikea saavuttaa. Lisäksi rakennekerroksen irrottamisen aikana kapillaarivoimien vaikutuksesta voi helposti syntyä tarttumista, mikä edellyttää erityistä irrotusmenetelmää sekä tarttumista estävää pinnoitetta. Kuva 7 esittää pintamikromekaanisella prosessilla valmistetun monikiteisen piiresonaattorin rakenteen.

Kuva 7: Pinta-mikromekaanisella menetelmällä valmistettu monikiteisen piin resonaattorirakenne

Tekniikka, jolla kaksi tai useampia piikiekkoja liitetään toisiinsa monikiekkoisen pinoamisrakenteen muodostamiseksi, on piikiekkojen liimaustekniikka. Se jaetaan pääasiassa kolmeen luokkaan: suora liimaus eli sulaliimaus, kenttäavusteinen liimaus eli anodiliimaus sekä välikerroksen avulla tapahtuva liimaus. Kaikki nämä menetelmät edellyttävät, että substraatti on erittäin tasainen, sileä ja puhdas.

Suora liitos, jota käytetään yleisesti piikiekkojen välisissä liitoksissa tai piin ja piidioksidin välisissä liitoksissa, koostuu viidestä vaiheesta: puhdistus ja pinnan esikäsittely, esiliitos, tarkastus ennen hehkutusta, korkean lämpötilan hehkutus (yleensä noin 1000 °C) sekä lopputarkastus. Piikiekot liitetään alustavasti pinnalla muodostuvien vety sidosten avulla, ja korkean lämpötilan hehkutuksen jälkeen liitoksen lujuus on verrattavissa yksikiteisen piin lujuuteen. Plasmakäsittelyn avulla hehkutuslämpötilaa voidaan alentaa 250–300 °C:een tai jopa alemmaksi.

Anodisidoksessa piikiekko liitetään Pyrex 7740 -kiekkoon sähkökentän ja korkean lämpötilan avulla. Pyrex-lasin natriumionien siirtymisen avulla muodostuu voimakas sähkökenttä, joka saa aikaan pintojen kemiallisen sulautumisen. Menetelmällä on seuraavia etuja: Pyrex 7740:n ja piin lämpölaajenemiskertoimet ovat lähellä toisiaan ja jäännösjännitys on hyvin pieni, minkä vuoksi menetelmää käytetään laajalti mikromekanisten järjestelmien (MEMS) koteloinnissa.

Tämän lisäksi eutektinen liimaus, eli liimausmenetelmä, jossa käytetään kultaista välikerrosta, sekä lasimassaliimaus, joka toteutetaan lasimassavälikerroksen avulla, polymeeriliitos, jossa käytetään epoksihartsia, polyimidia tai vastaavaa välikerroksena, ja ne kaikki ovat kukin omalla tavallaan käytössä mikromekanisten järjestelmien valmistuksessa.

Suuren syvyys-leveys-suhteen mikromekanismin valmistustekniikka, jolla voidaan tuottaa erittäin syviä mikrorakenteita, kattaa piin syvän reaktiivisen ionietsauksen (DRIE), lasin syvän reaktiivisen ionietsauksen, LIGA-tekniikan sekä lämpöpainatuksen. Piin DRIE on erittäin anisotrooppinen plasmasyövyttämisprosessi, jonka syvyys voi olla kymmeniä tai jopa satoja mikrometrejä ja joka voi jopa läpäistä piialustan. Vallitsevana prosessina on Boschen menetelmä, Tässä prosessissa sulfulfluoridin (SF₆) etsausjaksot vuorottelevat oktafluoributaanipolymeerin (OFBD) pinnoitusjaksojen kanssa, jolloin saavutetaan syvien urien valmistus (kuten kuvassa 8 on esitetty).

Kuva 8: Kaavio syväreaktioionietsausta (DRIE) koskevasta toimintaperiaatteesta

Tässä prosessin etsausvaiheessa aineen sivuseinämät muodostavat sekä pesulautamaisen että kampasimpukkamaisen muodon. Uusimpien laitteiden etsausnopeus on jo yli kaksikymmentä mikrometriä minuutissa, ja maskin selektiivisyys fotoresistin suhteen on 75:1, ja oksidien kohdalla jopa 150:1. myös syvyys-leveys-suhde on erittäin erinomainen, jopa 30:1, vaikka käytännössä yleisimmin käytetty suhde on 15:1. Tällä menetelmällä valmistetut piimikrorakenteet näkyvät selvästi poikkileikkauskuvissa, jotka on otettu skannauselektronimikroskoopilla (SEM), ja ne esittävät selvästi suuren syvyys-leveys-suhteen sekä syvien urien ominaisuudet, kuten kuvassa 9 on esitetty.

Kuvassa 9 on piikiekkojen poikkileikkauskuva, joka on otettu pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM). Siinä näkyvät syväreaktioionisyövytystekniikalla (DRIE) valmistetut rakenteet, joilla on suuri syvyys-leveys-suhde ja syvät urat.

On olemassa tilanne, jossa lasin syvä reaktiivinen ionietchaus voi muodostaa uria, joiden syvyys ylittää 100 mikrometriä ja syvyys-leveys-suhde on yli 4:1; niiden ulkonäkö on esitetty kuvassa 4.10. Menetelmässä käytetään nikkelistä valmistettua kovaa maskia, jonka selektiivisyys on noin 10:1. Etsausprosessi on jatkuva eikä siinä esiinny simpukkamaisia kuvioita, mutta prosessi on herkkä mikromaskien vaikutuksille. Lisäksi on olemassa LIGA-tekniikka, jossa ensin valotetaan PMMA-kerros röntgensäteillä, minkä jälkeen se kehitetään ja metalloitetaan, jonka jälkeen PMMA poistetaan metallisen mikrorakenteen saamiseksi. Tällä tekniikalla on etuna sileät sivuseinät, hyvä pystysuoruus ja suuri tunkeutumissyvyys, mutta sen kustannukset ovat korkeat; sen muunnelmia voidaan käyttää toistuvasti työkaluinserteillä kustannusten alentamiseksi. Lämpöpainotekniikka toimii metallisten työkalun inserttien avulla, joilla kuvio painetaan polymeerialustalle. Menetelmä on edullinen ja tarjoaa hyvän mittatarkkuuden, minkä vuoksi se soveltuu mikrofluidisten komponenttien tuotantoon.

Kuva 10 on skannauselektronimikroskoopilla (SEM) otettu kuva, jossa näkyy lasialustaan etsattu rakenne, jolla on suuri syvyys-leveys-suhde. Kuvan on ottanut mikro-elektromekaanisten järjestelmien ja nanoteknologian tiedotuskeskuksen.

(2) Muut mikrokoneistustekniikat

Lisäksi edellä mainittujen ydinprosessien lisäksi ksenonifluoridi (XeF₂) -kuivasyövytystekniikka, sähköiskumikrotyöstötekniikka, lasermikrotyöstötekniikka sekä fokusoitu ionisuihku (FIB) -mikrotyöstötekniikka ja muut vastaavat tekniikat, joilla kaikilla on oma merkityksensä mikromekanisten järjestelmien valmistuksessa.

Piin isotropinen etsausaine on XeF₂-kuivetsaus, joka on erittäin selektiivinen piinitridille, piidioksidille ja muille materiaaleille, eikä siinä esiinny tarttumisongelmia, joten se soveltuu mikrorakenteiden valmistukseen CMOS-piikiekkoihin; Sähköpurkausmikrotyöstö perustuu sähköisen läpilyönnin aiheuttamaan purkaukseen, jolla poistetaan johtavia materiaaleja. Menetelmällä voidaan valmistaa kymmeniä mikrometrejä pieniä reikiä, mutta se on sarjatyyppinen prosessi, joka on hidas ja kallis; Lasermikrokäsittelyssä materiaali sulatetaan, höyrystetään tai abloidaan fokusoidun laserenergian avulla. Menetelmä soveltuu monille materiaaleille, ja femtosekuntilasertekniikan käyttö parantaa entisestään käsittelytarkkuutta ja materiaalien yhteensopivuutta; FIB-mikrokäsittelyssä valopiste voidaan fokusoida 50 nanometriin, mikä mahdollistaa erittäin pienten rakenteiden valmistuksen. Menetelmällä voidaan suorittaa myös monia muita tehtäviä, kuten ionipohjainen pinnoitus, fotoliitto ja seostus, ja se tarjoaa kuvantamis- ja koostumusanalyysitoiminnot.

Mikro-elektromekaanisten järjestelmien tulevaisuuden suuntaukset

Mikro-elektromekaaniset järjestelmät kehittyvät jatkossa kohti entistä suurempaa integrointiasteita, entistä monipuolisempia toimintoja ja entistä pienempiä kokoja. Valmistuskapasiteetin parantuessa on toiveita siitä, että yhdelle piikiekolle voidaan integroida useita antureita, erilaisia toimilaitteita sekä edistyksellisiä elektroniikkalaitteita, jolloin pienessä tilassa saavutetaan monipuolisuus ja samalla pidetään kustannukset alhaisina. Samalla MEMS-järjestelmien ja nanoteknologian syvällinen integraatio tulee jatkossakin vahvistumaan, mikä laajentaa suorituskyvyn rajoja entisestään ja avaa uusia sovelluskohteita.

Esineiden internet (IoT), jossa fyysiset esineet kytketään toisiinsa tietoliikenneverkkojen avulla tietojen keräämisen, tallentamisen, käsittelyn ja vaihdon mahdollistamiseksi, kehittyy pääasiassa mikromekanisten järjestelmien (MEMS) sovellusten kautta. MEMS-komponentit pystyvät täyttämään esineiden internetin vaatimukset edullisista, huomaamattomista laitteista, joilla on sekä tunnistus- että ohjauskyky. Ne tulevat olemaan tärkeässä roolissa monilla aloilla, kuten älykodeissa, teollisessa esineiden internetissä, älyliikenteessä ja terveydenhuollossa, ja ne tulevat olemaan keskeinen liikkeellepaneva voima esineiden internetin laajentumisessa.

saada aikaan tuomio

Mikro-elektromekaanisten järjestelmien (MEMS) tekniikka on monitieteistä osaamista yhdistävä tekniikka, joka tarjoaa monipuolisia valmistusmahdollisuuksia. Se ei ole tiettyyn sovellukseen tai tiettyyn laitteeseen kohdistuva yksittäinen valmistusprosessi, vaan se muuttaa mekaniikkajärjestelmien suunnittelufilosofiaa miniatyrisoinnin avulla ja muuttaa mekaniikkajärjestelmien suunnittelufilosofiaa sarjatuotannon avulla ja muuttaa mekaanisten järjestelmien suunnittelufilosofiaa integroimalla ne elektronisiin laitteisiin. Se tarjoaa uusia mahdollisuuksia älytuotteiden kehittämiselle eri aloilla.

Vaikka MEMS-komponenttien osuus tuotteiden kustannuksista, koosta ja painosta on yleensä suhteellisen pieni, ne vaikuttavat ratkaisevasti tuotteiden suorituskykyyn, luotettavuuteen ja kohtuuhintaisuuteen. MEMS-teollisuudella on yhteiset juuret integroitujen piirien teollisuuden kanssa, mutta sen sovellusalue on laajempi ja teknologiset muodot monipuolisempia, ja se on kehittynyt itsenäiseksi, merkittäviksi tekniikaksi. Esineiden internetin aikakaudella MEMS-tekniikan monimuotoisuus, taloudellinen merkitys ja potentiaaliset sovellusalueet laajenevat jatkuvasti, mikä tukee tieteen ja teknologian kehitystä sekä teollisuuden modernisointia.