По материалам сайта www.memx.com
МЭМС (микроэлектромеханические системы) – новая технология изготовления микроскопических механизмов, использующая старые инструменты и методы, разработанные для индустрии интегральных схем. Такие механизмы изготавливаются на стандартных кремниевых пластинах.
Реальная мощь технологии МЭМС заключается в возможности одновременного создания на поверхности пластины множества механизмов без единой сборочной операции. Поскольку процесс подобен классической фотолитографии, изготовить на подложке миллион механизмов так же просто, как и один.
Эти становящиеся вездесущими крошечные машины быстро пробили себе дорогу во множество коммерческих и военных приложений.
При изготовлении МЭМС используется несколько основных технологий, которые мы рассмотрим ниже.
Объемная микрообработка
Объемная микрообработка – это производственный процесс, идущий от поверхности кремниевой пластины вглубь, при которой химическим травлением последовательно удаляются ненужные участки кремния, в результате чего остаются полезные механизмы. Традиционным фотоспособом на пластине формируется рисунок, защищающий те участки, которые необходимо сохранить. Затем пластины погружаются в жидкий травитель, в качестве которого может использоваться гидроксид калия, «съедающий» незащищенные участки кремния. Технология объемной микрообработки относительно проста и недорога, и хорошо подходит для не слишком сложных приложений, критичных к цене.
 |
| Датчик давления для особо надежных авиационных и промышленных приложений |
Практически все датчики давления изготавливаются сегодня с помощью объемной микрообработки. По ряду параметров они превосходят традиционные датчики давления, так как намного более дешевы, исключительно надежны, технологичны и имеют хорошую воспроизводимость параметров.
В любом современном автомобиле обязательно есть несколько микромеханических датчиков давления. Типичное пример их использования – измерение давления во впускном коллекторе двигателя.
 |
| Датчик давления STMicroelectronics |
Миниатюрность и высочайшая надежность изготовленных объемной микрообработкой датчиков давления делают их идеальными компонентами также и для различных медицинских приложений.
Поверхностная микрообработка
В противоположность объемной микрообработке, суть которой заключается в послойном удалении материала с поверхности пластины с помощью травления, при поверхностной микрообработке происходит последовательное наращивание слоев материала на кремний.
 |
| Поликремниевый резонатор, сделанный методом поверхностной микрообработки |
Типичный процесс поверхностной микрообработки представляет собой повторяющуюся последовательность нанесения на поверхность пластины тонких пленок, формирования на пленке защитного рисунка методом фотолитографии и химического травления пленки. Чтобы создать подвижные, функционирующие механизмы, в слоях чередуют тонкие пленки конструкционного материала (обычно это кремний) и заполнителя, называемого также абляционным материалом (как правило, двуокись кремния). Из конструкционного материала образуются механические элементы, а абляционный материал заполняет пустоты между ними. На последнем этапе заполнитель удаляется травлением, и конструкционные элементы приобретают подвижность и функциональность.
 |
| Поликремниевый микромотор, сделанный методом поверхностной микрообработки |
Если в качестве конструкционного материала используется кремний, а заполнителем служит двуокись кремния, финальный этап состоит в погружении пластины в плавиковую кислоту, которая быстро вытравливает заполнитель, оставляя кремний нетронутым.
Затем, в типичном случае, пластины разрезаются на отдельные кристаллы, которые, в свою очередь, упаковываются в корпуса той или иной конструкции, соответствующей требуемому приложению.
Поверхностная микрообработка требует большего количества технологических операций, чем объемная, и, соответственно, она дороже. Поверхностная микрообработка используется для создания более сложных механических элементов.
 |
| МЭМС датчик ускорения |
LIGA
LIGA (от немецкого LItographie, Galvanoformung и Abformung – литография, гальваностегия, формовка) – это технология, позволяющая методами рентгенолитографии создавать небольшие элементы с относительно большим отношением высоты к ширине. Процесс изготовления в типичном случае начинается с нанесения фотомаски на поверхность листа полиметилметакрилата (ПММА). Затем ПММА подвергается экспонированию рентгеновскими лучами высокой энергии. Экспонированные участки, не защищенные маской, удаляются с помощью подходящего травителя, в результате чего образуются исключительно точные микроскопические механические элементы.
 |
| Высокая шестерня с большим коэффициентом соотношения сторон, созданная с помощью технологии LIGA |
Технология LIGA относительно дешева и хорошо подходит для приложений, требующих большего коэффициента соотношения сторон, чем можно получить с помощью поверхностной микрообработки.
Глубокое реактивное ионное травление
От традиционной объемной микрообработки глубокое реактивное ионное травление (Deep Reactive Ion Etching – DRIE) отличается только тем, вместо влажного химического травления для создания фигур используется плазменное. Это позволяет намного гибче управлять профилями травления и существенно расширить ассортимент изготавливаемых элементов. Производственное оборудование для ионного травления весьма дорого, поэтому и приборы, созданные по технологии DRIE, как правило, дороже приборов, сделанных с использованием традиционного влажного травления.
 |
| МЭМС, сформированная двухсторонним глубоким реактивным ионным травлением |
Интегрированные МЭМС технологии
Поскольку для создания МЭМС используется то же оборудование и те же технологии, что и для изготовления интегральных схем, ничто не мешает формировать электронные схемы на одном кристалле с микромеханизмами. Это позволяет снабжать микромашины интеллектом и создавать очень интересные устройства.
 |
| Датчик ускорения и схемы обработки сигнала сформированы на одном кристалле |
