أنظمة كهروميكانيكية صغرى

الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى Microelectromechanical systems (اختصاراً MEMS)، هي تقنية للأجهزة المجهرية، وخاصة لتلك المزودة بأجزاء متحركة. تُدمج على نطاق النانو داخل الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية وتقنية النانو. كما يشار إليها أيضاً في اليابان بالآلات الدقيقة، أو تقنية الأنظمة الصغرى في أوروپا.

مقترح تم تقديمه إلى دارپا عام 1985 كأول طرح لمصطلح "الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى".

داعم صغير ضمن الأنظمة الكهروميكانيكية الصغر يصدر رنيناً داخل مجهر إلكتروني ماسح

Ultrasonic Transducers from IPMS Dresden vibrating at 8Mhz measured by Digital Holographic Microscopy

تُصنع الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى من مكونات يتراوح حجمها بين 1 و100 ميكرومتر (أي من 0.001 إلى 0.1 مم)، ويتراوح حجم تلك الأنظمة عامة بين 20 ميكرومتر إلى واحد مليمتر (أي 0.02 إلى 1.0 مم)، بالرغم من أن هذه المكونات مرتبة في مصفوفات (على سبيل المثال، أجهزة المرايا الصغرى الرقمية) إلا أن حجمها يمكن أن يزيد عن 1000 مم². عادة ما تتكون من وحدة مركزية تقوم بمعالجة البيانات (المعالج الدقيق) وعدة مكونات تتفاعل مع المكونات المحيطة مثل المجسات الدقيقة. بسبب مساحة السطح الكبيرة بالنسبة لنسبة حجم الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى، فإن القوى التي تنتجها الكهرومغناطيسية المحيطة (مثل، الشحنات الكهروستاتيكية والعزم المغناطيسي)، وديناميكا السوائل (مثل، التوتر السطحي واللزوجة) هي اعتبارات تصميمية أكثر أهمية عن الأجهزة الميكانيكية الأوسع نطاقاً. تتميز تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى عن التقنية النانوية الجزيئية أو الإلكترونيات الجزيئية في أن الأخيرة يجب أن تنظر في كيمياء السطح.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 المواد المستخدمة في تصنيع الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى

 السليكون

كما هو معروف أن السليكون هو العنصر الأساس في تصنيع الدوائر المتكاملة. ونظراً لأن معظم التقنيات التي تستخدم في تصنيع الدوائر المتكاملة، جعلت السليكون هو العنصر الأغلب في تصنيع هذه النظم الميكانيكية الكهربائية الصغرى بواسطة السليكون، حيث استخدمت نفس الآلات ونفس التقنيات المعروفة في تصنيع الدوائر المتكاملة.

 العمليات الأساسية

 تقنيات تصنيع الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى

شريطة الأنظمة الكهروميكانكية الصغرى تسمى أحياناً "مختبر على رقاقة"

 التطبيقات

A Texas Instruments DMD chip for cinema projection

Measuring mechanical properties of a gold stripe (width ~1 µm) using MEMS inside a transmission electron microscope.

Some common commercial applications of MEMS include:

تتمتع تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى ووتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية بتطبيقات واسعة في كل المجالات، ومن هذه التطبيقات ما يلي: التكنولوجيا الحيوية : حيث أمكنت الـ MEMS تحقيق اكتشافات عديدة في العلوم والهندسة، مروراً بالسلاسل البوليميرية والحمض النووي DNA وإلى ميكروسكوبات الفحص (STMS) والرقاقات الحيوية المستخدمة في تحري الأجسام الحيوية والكيميائية السامة.

• مجال الاتصالات:

استخدمت الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى بشكل واسع في الدارات المستخدمة في العناصر العاملة بالتردد الراديوي RF – الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى. حيث يمكن وضع عدد هائل من المكثفات والعناصر المتكاملة على رقاقة قد لا تستوعب سوى عنصر واحد في حالة المقاييس الماكروية. وفي هذه الحالة سيتحسن أداء الدارة وتقل مساحتها علاوة على انخفاض التكاليف.

• مقاييس التسارع:

قامت تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى باستبدال مقاييس التسارع التقليدية المستحدمة في الوسادات الهوائية في السيارات، بأنظمة أكثر حداثة وأقل تكلفة، حيث كانت تتألف الأنظمة القديمة من مسرعات ضخمة ومتعددة ومنفصلة، متوضعة بالقرب من الوسادة الهوائية، وتصل تكلفتها إلى 50$ للسيارة الواحدة، وباستخدام تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرىتم استبدالها بأنظمة متكاملة وصغيرة ولا تتعدى كلفتها 5 – 10 $.

• الغرفة النظيفة Clean room:

إن كل عمليات التصنيع في تقنيات الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى يجب أن تتم في مكان خاص مجهز بالتجهيزات اللازمة للتصنيع إضافة إلى وجود البيئة النظيفة، لذلك فباعتبار أن المنتجات تكون بأبعاد الميكرمتر، فإن أي ذرة غبار مهما صغرت ستؤدي إلى تخريب هذه المنتجات، لذلك لا بد من التخلص من الغبار الموجود في هذه البيئة، وهذا ما يتم في الغرفة النظيفة، تقوم هذه الغرفة بالتحكم بمعدل التلوث فيها، والذي يحدد بعدد الجزيئات الغبارية الموجودة في متر مكعب من الهواء، كمثال، تحتوي البيئة الخارجية المحيطة بالغرفة النظيفة على 35.000.000 جزئية في المتر المكعب، وبقطر أكبر من 0.5 µm، وهذا ينتمي إلى التصنيف ISO 9.

حيث يتم تنقية الهواء الخارجي الداخل إلى الغرفة بشكل كبير إضافة إلى إعادة تدوير الهواء الموجودة داخل الغرفة بواسطة تقنية (HEPA) (high efficiency particulate air)، أو تقنية (Ultra Low particulate Air ULPA). يدخل الفريق ويخرج من الغرفة بعد مروره في حمام هوائي، ويرتدي ألبسة خاصة بالعمل تتكون من قبعة، وأحذية، أقنعة، قفازات.

تم تصميم الأجهزة المستخدمة والأثاث في هذه الغرفة بحيث تولد أقل قدر ممكن من التلوث إضافة لكونها سهلة التنظيف، ويتم التحكم بالجزيئات الملوثة من خلال عداد للجزيئات.

وغالباً ما يكون الضغط في الغرفة أعلى من الضغط الجوي بقليل، ففي حالة حدوث تسرب ما، يتسرب الهواء من الداخل إلى الخارج وليس العكس.

يتم التحكم عادة بالرطوبة أيضاً، بحيث يبقى في أقل المستويات، علاوة على تطبيق إجراءات وقائية إضافية للتخلص من الكهرباء الساكنة، نظراً لتأثيرها على الأجهزة والمنتجات. وتختلف نوعية الألبسة الواقية بإختلاف درجة الغرفة وحسب دقة المنتجات المعدة في هذه الغرفة.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 انظر أيضاً

• حاسوب العقل الوسيط
• Cantilever - واحدة من أكثر أشكال الأنظمة الكهروميكيانيكية الصغرى شيوعاً.
• المحركات الإلكتروستاتيكية used where coils are difficult to fabricate
• Kelvin probe force microscope
• أجيال مجسات الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى
• MEMS thermal actuator, MEMS actuation created by thermal expansion
• Micro-opto-electromechanical systems (MOEMS), MEMS including optical elements
• Photoelectrowetting, MEMS optical actuation using photo-sensitive wetting
• Micropower, Hydrogen generators, gas turbines, and electrical generators made of etched silicon
• Millipede memory, a MEMS technology for non-volatile data storage of more than a terabit per square inch
• Nanoelectromechanical systems are similar to MEMS but smaller
• Scratch Drive Actuator, MEMS actuation using repeatedly applied voltage differences