Micro-Nano Processing | Introduction au traitement des MEMS (I)

Les microsystèmes (Microsystem, terme européen usuel), les systèmes microélectromécaniques (Micro Electro Mechanical System, MEMS, terme américain usuel) et les micromécaniques (Micromachine, terme japonais usuel), trois termes différents, désignent généralement l'utilisation de la technologie moderne de micro-nanofabrication pour les microcapteurs, les micro-actionneurs et la microélectronique, Micro-énergie, lignes de contrôle et autres unités micro-fonctionnelles intégrées sur une puce, avec des fonctions optiques, électroniques, mécaniques, d'acquisition de données et d'analyse du micro-système intelligent complet.

Avec les innovations et les développements dans les domaines de la médecine, de la biologie, de la défense nationale, de la protection de l'environnement, des communications, de l'aviation et de l'aérospatiale, les gens sont constamment à la recherche de systèmes de plus en plus petits et de fonctions de plus en plus parfaites dans des structures à micro-échelle. Shape a déjà avancé le point de vue visionnaire selon lequel la miniaturisation est un axe de développement important pour l'avenir et prévoit avec précision que la technologie de fabrication évoluera de la macro à la micro, créant ainsi une variété d'outils de traitement de reproduction de masse dans le domaine de la microéchelle.

Depuis l'invention du transistor en 1948, les gens ont commencé à micro-traiter les matériaux semi-conducteurs, l'objectif étant d'intégrer davantage d'unités fonctionnelles électroniques dans la plus petite surface possible. Le développement rapide de la technologie microélectronique a permis de réduire l'échelle de la puce de circuit intégré, mais a également incité les gens à continuer à explorer la production à micro-échelle de nouvelles percées dans le domaine de la technologie de fabrication, lorsqu'ils ont réalisé que l'utilisation de la technologie de fabrication par lots de puces semi-conductrices permettait de produire simultanément des millions de petites pièces intelligentes.

La production de prototypes à l'échelle du micromètre de nombreux systèmes macromécaniques a amorcé une nouvelle révolution dans le domaine de la construction de machines à petite et micro-échelle.

En 1962, les premiers micro-capteurs de pression en silicium ont fait leur apparition, suivis par des engrenages, des pompes à engrenages, des turbines pneumatiques et d'autres micro-structures d'une taille de 50um-500um. En 1987, des micro-moteurs électrostatiques en silicium d'un diamètre de rotor de 60-120um ont été mis au point, montrant l'utilisation du processus de micro-usinage du silicium pour produire de petites structures mobiles et des circuits intégrés compatibles avec la production de systèmes potentiels minuscules, ce qui a également conduit à l'émergence des micro-systèmes électromécaniques (MEMS). Les microsystèmes électromécaniques (MEMS) sont apparus en 1987 aux États-Unis lors de la conférence de l'IEEE sur les micro-robots et les téléopérateurs, dont le thème était "Petites machines, grandes opportunités pour un domaine émergent de la micro-dynamique", marquant ainsi le début d'une recherche à l'échelle mondiale. La conférence était intitulée "Small Machines, Big Opportunities - A Report on the Emerging Field of Microdynamics" (Petites machines, grandes opportunités - un rapport sur le domaine émergent de la microdynamique).

Le système microélectromécanique n'est pas seulement la miniaturisation d'une macro-machine, ni une simple superposition de microstructures, mais un système complet doté d'un grand nombre d'interfaces reliant différentes unités fonctionnelles les unes aux autres pour réaliser une variété de fonctions. La lumière, l'électricité, la température, la force, le son et d'autres signaux physiques et chimiques dans l'environnement extérieur sont détectés par des capteurs et convertis en signaux électriques. Après l'acquisition, la conversion et le traitement des informations, les signaux sont transmis au contrôleur et amplifiés par un amplificateur pour contrôler l'actionneur afin d'interagir avec le monde extérieur. Par rapport aux circuits intégrés traditionnels qui ne comportent qu'une seule fonction électrique, les MEMS peuvent détecter la lumière, l'électricité, la température, la force, le son et d'autres signaux physiques et chimiques par l'intermédiaire de capteurs et contrôler la réaction de l'actionneur afin d'interagir avec le monde extérieur.

La technologie des systèmes microélectromécaniques est une discipline émergente multidisciplinaire et transversale, impliquant la micromécanique de précision, la microélectronique, la science des matériaux, la microfabrication, la technologie des systèmes et du contrôle, ainsi que d'autres disciplines multidisciplinaires et fondamentales telles que la physique, la chimie, la mécanique et la biologie. L'objectif des systèmes microélectromécaniques est, d'une part, grâce à la miniaturisation et à l'intégration, de produire en masse des millions de pièces et de composants de petite et moyenne taille et de réduire considérablement les coûts ; ils présentent les avantages suivants : économie d'énergie et de matériaux, faible inertie, facilité de contrôle, vitesse élevée, haute densité d'informations, haute densité fonctionnelle, haute densité d'interconnexions, et ainsi de suite, et peuvent réaliser un large éventail de fonctions dans un espace très réduit ; d'autre part, ils résident également dans la préparation de divers types de microsystèmes dotés de nouvelles fonctions différentes. D'autre part, elle réside également dans la préparation de divers types de microsystèmes dotés de nouvelles fonctions différentes, qui peuvent accomplir des tâches qui ne peuvent être accomplies par des systèmes de grande taille, tels que des micro-pinces qui peuvent saisir un globule rouge, des papillons mécaniques qui peuvent voler dans un champ magnétique, et des microrobots qui peuvent être coordonnés et contrôlés par des variables multiples, et qui peuvent pénétrer dans les vaisseaux sanguins humains pour effectuer des travaux diagnostiques et thérapeutiques, etc.

La technologie des systèmes microélectromécaniques est un système minuscule et complexe. Pour réaliser ce système, outre la base théorique de la recherche, il faut également développer une série de technologies de base, qui comprennent : (1) la technologie de conception des systèmes microélectromécaniques, y compris la sélection des matériaux, tels que les matériaux constructifs et fonctionnels (2) la technologie de microfabrication, telle que le traitement de rapports profondeur/largeur élevés, les multicouches ou le traitement microstructurel tridimensionnel (3) les microcapteurs de lumière, d'électricité, de température, de force, de son, etc. (5) Technologie d'assemblage et de collage des systèmes microélectromécaniques et autres technologies clés. La recherche fondamentale en technologie des microsystèmes couvre les principaux problèmes rencontrés par les nanotechnologies, avec la réduction de la taille de l'objet de recherche, la nécessité d'une exploration et d'une connaissance approfondies de la microdynamique à l'échelle du micron-nanomètre, de la dynamique des microfluides, de la microthermodynamique, de la microfriction, de la micro-optique, des effets microstructurels et physiques sur les surfaces, et des processus chimiques, etc.

Parmi les technologies de base des MEMS, la technologie de microfabrication est la base de la réalisation des MEMS, et c'est aussi la technologie centrale et le point névralgique de la recherche sur les MEMS.

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