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マイクロ・ナノプロセッシング|MEMSプロセッシング入門(I)
マイクロシステム(マイクロシステム、通常の欧州用語)、マイクロエレクトロメカニカルシステム(マイクロエレクトロメカニカルシステム、MEMS、通常の米国用語)とマイクロメカニカル(マイクロマシン、通常の日本語用語)3つの異なる用語は、一般的に、マイクロセンサー、マイクロアクチュエータ、マイクロエレクトロニクスになります現代の微細加工技術の使用を参照してください、マイクロエネルギー、制御線、その他のマイクロ機能ユニットがチップ上に集積され、光学、電子、機械、データ収集、分析などの機能を備えた完全なインテリジェント・マイクロシステムとなる。
医学、生物学、国防、環境保護、通信、航空・宇宙などの分野における革新と発展に伴い、人々は常に、ミクロスケールの構造で、規模がますます小さくなり、機能がますます完璧になるシステム装置を追求しています。シェイプはすでに、小型化が将来の重要な発展方向であるという先見的な見解を打ち出しており、製造技術がマクロからミクロへの道筋に沿って進化し、マイクロスケールの分野でさまざまな大量再生産加工ツールが生み出されることを正確に予見している。
1948年のトランジスタの発明以来、バルディン・ブンライをはじめとする人々は、半導体材料の微細加工を開始した。マイクロエレクトロニクス技術の急速な発展により、集積回路チップの規模は縮小の一途をたどっているが、半導体チップのバッチ製造技術を使用すれば、数百万個のスマートな小型部品を同時に製造できることに気づいた人々は、製造技術分野における新たなブレークスルーのマイクロスケール生産について探求し続けるようになった。
多くのマクロメカニカルシステムのマイクロメートルスケールのプロトタイプの製造は、マイクロおよび小規模の機械製造の分野で新たな革命を起こしている。
1962年に、最初のシリコンマイクロ圧力センサーは、50um〜500umの歯車、ギアポンプ、空気圧タービンや他の微細構造のサイズの出現が続き、1987年に60〜120umのシリコンマイクロ静電モータのローター径を開発し、また、マイクロ電気機械システム(MEMS)の出現につながった小さなシステムの可能性の生産と互換性のある小さな可動構造と集積回路を製造するためのシリコン微細加工プロセスの使用を示しています。マイクロ電気機械システム(MEMS)が登場した。1987年に米国で開催されたIEEEマイクロロボットとテレオペレータ会議では、「小型機械、マイクロダイナミクスレポートの新興分野のための大きな機会」をテーマとして、研究が世界的な研究となっていることを示した。会議のタイトルは「小さな機械、大きな機会-マイクロダイナミクスの新興分野の報告」であった。
マイクロエレクトロメカニカルシステムは、マクロ機械の小型化だけでなく、微細構造の単純な重ね合わせでもなく、さまざまな機能を実現するために、異なる機能ユニットを互いに接続する多数のインターフェースを備えた完全なシステムである。外部環境の光、電気、温度、力、音、その他の物理的・化学的信号はセンサーによって検出され、電気信号に変換され、情報の取得、変換、処理の後、信号はコントローラーに伝送され、増幅器によって増幅され、アクチュエーターを制御して外界と相互作用する。単一の電気的機能しか持たない従来の集積回路に比べ、MEMSはセンサーを通じて外部の光、電気、温度、力、音などの物理的・化学的信号を感知し、アクチュエーターの反応を制御して外界と相互作用させることができる。
マイクロエレクトロメカニカル・システム技術は、精密マイクロメカニクス、マイクロエレクトロニクス、材料科学、微細加工、システムおよび制御技術、物理学、化学、力学、生物学などの学際的かつ基礎的な学問分野を含む、学際的な新しい学問分野である。マイクロエレクトロメカニカルシステムの目標は、一方では、小型化と集積化を通じて、何百万もの中小サイズの部品やコンポーネントを大量生産し、コストを大幅に削減することであり、省エネルギー、省材料、小さな慣性、容易な制御、高速、高情報密度、高機能密度、高相互接続密度などの利点を持ち、非常に小さなスペースでさまざまな機能を実現することができます。例えば、赤血球を拾い上げることができるマイクロピンセット、磁場中を飛ぶことができる機械蝶、多変量変数によって調整・制御することができ、人間の血管の中に入って診断や治療を行うことができるマイクロロボットなどである。
マイクロエレクトロメカニカルシステム技術は、研究の理論的基礎に加えて、このシステムを達成するために、極小かつ複雑なシステムですが、また、様々な基本的な技術を開発する必要があり、そのような構成材料や機能材料などの材料の選択を含む、(1)マイクロエレクトロメカニカルシステム設計技術、(2)このような高深さ対幅比の処理、多層または三次元微細構造加工などの微細加工技術、(3)マイクロセンサー光、電気、温度、力、音などマイクロアクチュエータマイクロポンプ、マイクロバルブ、マイクロスイッチや組立や接合技術などの他のキーテクノロジー。マイクロアクチュエータ・マイクロポンプ、マイクロバルブ、マイクロスイッチなど(5)マイクロエレクトロメカニカルシステムの組立・接合技術などのキーテクノロジー。マイクロシステム技術の基礎研究は、ナノテクノロジーが直面している主要な問題をカバーしており、研究対象の縮小に伴い、ミクロン・ナノメートルスケールのマイクロダイナミクス、マイクロフルイディクス、マイクロサーモダイナミクス、マイクロトロピックス、マイクロフリクション、マイクロオプティクス、マイクロ構造、表面への物理的影響、化学プロセスについて深く探求し、認識する必要がある。
MEMSの基礎技術の中でも、微細加工技術はMEMSを実現するための基礎であり、MEMSのコア技術であり、研究のホットスポットでもある。
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