M.E.M.S. ΟΡΙΣΜΟΣ ΜΕΜΣ, ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΜΕΜΣ, ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ-ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ  ΜΕΜΣ=μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα (microelectromechanical systems).  Αφετηρία: δεκαετία του  Συστήματα με μικρές διαστάσεις, μικρότερες από 1 mm.  Αισθητήρες, ενεργοποιητές, συσκευές βιοιατρικών εφαρμογών.  ΜΕΜΣ=μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα (microelectromechanical systems).  Αφετηρία: δεκαετία του  Συστήματα με μικρές διαστάσεις, μικρότερες από 1 mm.  Αισθητήρες, ενεργοποιητές, συσκευές βιοιατρικών εφαρμογών.

 Αξιοποίηση των διαφοροποιημένων ιδιοτήτων των υλικών στη μικροκλίμακα-σμόκρυνση διαστάσεων.  Σμίκρυνση διαστάσεων: μειωμένο κόστος παραγωγής, δυνατότητα μαζικής επεξεργασίας (bath processing).  Χρήση τεχνογνωσίας ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.  Τα ΜΕΜΣ έχουν ποικίλες ονομασίες σε διάφορες χώρες.  Αξιοποίηση των διαφοροποιημένων ιδιοτήτων των υλικών στη μικροκλίμακα-σμόκρυνση διαστάσεων.  Σμίκρυνση διαστάσεων: μειωμένο κόστος παραγωγής, δυνατότητα μαζικής επεξεργασίας (bath processing).  Χρήση τεχνογνωσίας ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.  Τα ΜΕΜΣ έχουν ποικίλες ονομασίες σε διάφορες χώρες.

 Όλα τα ΜΕΜΣ έχουν κοινό τρόπο κατασκευής.  Υπόστρωμα πυριτίου, με διεργασίες μικροδιαμόρφωσης.  Το πυρίτιο: βασικό στοιχείο κατασκευής των διατάξεων μικροηλεκτρονικής.  Δημιουργία δομών με υψηλή τοπογραφία, πάνω στην επιφάνεια του ημιαγώγιμου υλικού του πυριτίου.  Όλα τα ΜΕΜΣ έχουν κοινό τρόπο κατασκευής.  Υπόστρωμα πυριτίου, με διεργασίες μικροδιαμόρφωσης.  Το πυρίτιο: βασικό στοιχείο κατασκευής των διατάξεων μικροηλεκτρονικής.  Δημιουργία δομών με υψηλή τοπογραφία, πάνω στην επιφάνεια του ημιαγώγιμου υλικού του πυριτίου.

ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ.  Δημιουργία εξελιγμένων διατάξεων-συσκευών με βελτιωμένες λειτουργικές επιδόσεις.  Αισθητήρες=συσκευές μέτρησης φυσικής ή χημικής ποσότητας, μετατροπή σε σήμα (ηλεκτρικό), ανάγνωση από τον παρατηρητή.  Δυνατότητα ανάγνωσης, επεξεργασίας των πληροφοριών με ηλεκτρονικό τρόπο.  Δημιουργία εξελιγμένων διατάξεων-συσκευών με βελτιωμένες λειτουργικές επιδόσεις.  Αισθητήρες=συσκευές μέτρησης φυσικής ή χημικής ποσότητας, μετατροπή σε σήμα (ηλεκτρικό), ανάγνωση από τον παρατηρητή.  Δυνατότητα ανάγνωσης, επεξεργασίας των πληροφοριών με ηλεκτρονικό τρόπο.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ- ΜΙΚΡΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ.  Αυτοκινητοβιομηχανία.  Βιοιατρική.  Μεταφορές.  Υπολογιστές.  Τηλεπικοινωνίες.  Ρομποτική.  Ηλεκτρονικά συστήματα.  Αυτοκινητοβιομηχανία.  Βιοιατρική.  Μεταφορές.  Υπολογιστές.  Τηλεπικοινωνίες.  Ρομποτική.  Ηλεκτρονικά συστήματα.

ΜΕΜΣ: συστατικά μέρη.

ΔΙΑΤΑΞΗ ΣΥΝΘΕΤΟΥ ΑΙΣΘΗΤΗΡΑ ΜΕΜΣ.

ΜΕΜΣ.

ΤΟ ΠΥΡΙΤΙΟ-ΛΟΓΟΙ ΧΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΩΣ ΒΑΣΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΣΤΑ ΜΕΜΣ.  Καλές μηχανικές ιδιότητες.  Υφιστάμενη τεχνογνωσία επεξεργασίας.  Παράλληλη διαδικασία κατασκευής διατάξεων.  Πιο ανθεκτικό από τον χάλυβα μηχανικά.  Ελαφρύ υλικό.  Εύκολη επικάλυψη από άλλα υλικά.  Καλές μηχανικές ιδιότητες.  Υφιστάμενη τεχνογνωσία επεξεργασίας.  Παράλληλη διαδικασία κατασκευής διατάξεων.  Πιο ανθεκτικό από τον χάλυβα μηχανικά.  Ελαφρύ υλικό.  Εύκολη επικάλυψη από άλλα υλικά.

Η ΑΓΟΡΑ ΤΩΝ ΜΕΜΣ.

ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΜΕΜΣ.  ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΜΙΚΡΟΔΟΜΕΣ.  ΜΙΚΡΟΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ.  ΜΙΚΡΟΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΤΕΣ.  ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ.  ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΜΙΚΡΟΔΟΜΕΣ.  ΜΙΚΡΟΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ.  ΜΙΚΡΟΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΤΕΣ.  ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ.

ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΜΕΜΣ.  Εναπόθεση-deposition.  Λιθογραφία-lithography.  Εγχάραξη-etching.  Παχιά φωτοευαίσυητα υλικά-thick photoresists.  Επιφανειακή μικροδιαμόρφωση-surface micromachining.  Τεχνολογία LIGA.  Εναπόθεση-deposition.  Λιθογραφία-lithography.  Εγχάραξη-etching.  Παχιά φωτοευαίσυητα υλικά-thick photoresists.  Επιφανειακή μικροδιαμόρφωση-surface micromachining.  Τεχνολογία LIGA.

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΕΜΣ  Μικρό μέγεθος, βάρος, όγκο, κόστος.  Υψηλή απόδοση και αξιοπιστία.  Μεγάλη ποικιλία μορφών, ποικίλες εφαρμογές.  Μαζική παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων.  Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.  Μικρό μέγεθος, βάρος, όγκο, κόστος.  Υψηλή απόδοση και αξιοπιστία.  Μεγάλη ποικιλία μορφών, ποικίλες εφαρμογές.  Μαζική παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων.  Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.

ΦΥΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΜΕΜΜΣ.  Πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο.  Πιεζοαντίσταση.  Θερμοηλεκτρικό φαινόμενο.  Ηλεκτροθερμικό φαινόμενο.  Φαινόμενο thompson.  Πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο.  Πιεζοαντίσταση.  Θερμοηλεκτρικό φαινόμενο.  Ηλεκτροθερμικό φαινόμενο.  Φαινόμενο thompson.

ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΜΕΜΣ

 Οι μέθοδοι αντίληψης των συστημάτων ΜΕΜΣ αποσκοπούν στη μετατροπή μιας ορισμένης φυσικής παραμέτρου σε ηλεκτρική ενέργεια. Παράδειγμα αποτελεί η μετατροπή της πίεσης σε μηχανική πίεση πρώτα και στη συνέχεια σε ηλεκτρικό σήμα. (Sio Wannok, 2002).  Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι αντίληψης:  Πιεζωμική.  Χωρητική.  Ηλεκτροστατική.  Οι μέθοδοι αντίληψης των συστημάτων ΜΕΜΣ αποσκοπούν στη μετατροπή μιας ορισμένης φυσικής παραμέτρου σε ηλεκτρική ενέργεια. Παράδειγμα αποτελεί η μετατροπή της πίεσης σε μηχανική πίεση πρώτα και στη συνέχεια σε ηλεκτρικό σήμα. (Sio Wannok, 2002).  Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι αντίληψης:  Πιεζωμική.  Χωρητική.  Ηλεκτροστατική.

 Πιεζωμική:  Το πυρίτιο εμφανίζει πιεζωμική συμπεριφορά. Η αντίσταση του πυριτίου μεταβάλλεται εξαιτίας της πίεσης λόγω αλλαγής γεωμετρίας και λόγω της αντίστασης του υλικού. Προσδιορίζεται η αλλαγή στην αντίσταση και ενισχύεται το παραγόμενο ηλεκτρικό σήμα.  Πρέπει να ληφθεί υπόψη η στενή σχέση της αντίστασης του πυριτίου με την θερμοκρασία.  Πιεζωμική:  Το πυρίτιο εμφανίζει πιεζωμική συμπεριφορά. Η αντίσταση του πυριτίου μεταβάλλεται εξαιτίας της πίεσης λόγω αλλαγής γεωμετρίας και λόγω της αντίστασης του υλικού. Προσδιορίζεται η αλλαγή στην αντίσταση και ενισχύεται το παραγόμενο ηλεκτρικό σήμα.  Πρέπει να ληφθεί υπόψη η στενή σχέση της αντίστασης του πυριτίου με την θερμοκρασία.

 Χωρητική:  Στην περίπτωση αυτή ένας εξωτερικός φυσικός παράγοντας επιφέρει μεταβολές σε ένα πυκνωτή, είτε μεταβάλλοντας την απόσταση μεταξύ των δυο πλακών του πυκνωτή, είτε αλλάζοντας τη διηλεκτρική σταθερά του. Παράδειγμα αποτελεί η επιτάχυνση που μετακινεί τη μια πλάκα προς την άλλη.  Στην χωρητική αντίληψη δεν παίζει διαμορφωτικό ρόλο η θερμοκρασία, και απαιτεί ελάχιστη κατανάλωση ισχύος. Ωστόσο, απαιτούνται ηλεκτρονικά συστήματα μετατροπής των μεταβολών χωρητικότητας του πυκνωτή σε ηλεκτρική διαφορά δυναμικού.  Χωρητική:  Στην περίπτωση αυτή ένας εξωτερικός φυσικός παράγοντας επιφέρει μεταβολές σε ένα πυκνωτή, είτε μεταβάλλοντας την απόσταση μεταξύ των δυο πλακών του πυκνωτή, είτε αλλάζοντας τη διηλεκτρική σταθερά του. Παράδειγμα αποτελεί η επιτάχυνση που μετακινεί τη μια πλάκα προς την άλλη.  Στην χωρητική αντίληψη δεν παίζει διαμορφωτικό ρόλο η θερμοκρασία, και απαιτεί ελάχιστη κατανάλωση ισχύος. Ωστόσο, απαιτούνται ηλεκτρονικά συστήματα μετατροπής των μεταβολών χωρητικότητας του πυκνωτή σε ηλεκτρική διαφορά δυναμικού.

 Χωρητική:  Στην περίπτωση αυτή ένας εξωτερικός φυσικός παράγοντας επιφέρει μεταβολές σε ένα πυκνωτή, είτε μεταβάλλοντας την απόσταση μεταξύ των δυο πλακών του πυκνωτή, είτε αλλάζοντας τη διηλεκτρική σταθερά του. Παράδειγμα αποτελεί η επιτάχυνση που μετακινεί τη μια πλάκα προς την άλλη.  Στην χωρητική αντίληψη δεν παίζει διαμορφωτικό ρόλο η θερμοκρασία, και απαιτεί ελάχιστη κατανάλωση ισχύος. Ωστόσο, απαιτούνται ηλεκτρονικά συστήματα μετατροπής των μεταβολών χωρητικότητας του πυκνωτή σε ηλεκτρική διαφορά δυναμικού.  Χωρητική:  Στην περίπτωση αυτή ένας εξωτερικός φυσικός παράγοντας επιφέρει μεταβολές σε ένα πυκνωτή, είτε μεταβάλλοντας την απόσταση μεταξύ των δυο πλακών του πυκνωτή, είτε αλλάζοντας τη διηλεκτρική σταθερά του. Παράδειγμα αποτελεί η επιτάχυνση που μετακινεί τη μια πλάκα προς την άλλη.  Στην χωρητική αντίληψη δεν παίζει διαμορφωτικό ρόλο η θερμοκρασία, και απαιτεί ελάχιστη κατανάλωση ισχύος. Ωστόσο, απαιτούνται ηλεκτρονικά συστήματα μετατροπής των μεταβολών χωρητικότητας του πυκνωτή σε ηλεκτρική διαφορά δυναμικού.

ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΩΝ ΜΕΜΣ.  Πιεζοηλεκτρική.  Ηλεκτροστατική.  Θερμική.  Μαγνητική.  Κράματα με μνήμη.  Πιεζοηλεκτρική.  Ηλεκτροστατική.  Θερμική.  Μαγνητική.  Κράματα με μνήμη.

 ΕΝΑΠΟΘΕΣΗ.  Οι πιο συχνές διεργασίες εναπόθεσης είναι:  Η οξείδωση-oxidation.  Η διάχυση-diffusion.  Η χημική εναπόθεση ατμού-chemical vapor deposition, CVD.  Η φυσική εναπόθεση ατμού-physical vapor deposition-PVD.  Η ιοντική εμφύτευση-ion implantation.  ΕΝΑΠΟΘΕΣΗ.  Οι πιο συχνές διεργασίες εναπόθεσης είναι:  Η οξείδωση-oxidation.  Η διάχυση-diffusion.  Η χημική εναπόθεση ατμού-chemical vapor deposition, CVD.  Η φυσική εναπόθεση ατμού-physical vapor deposition-PVD.  Η ιοντική εμφύτευση-ion implantation.

ΙΟΝΤΙΚΗ ΕΜΦΥΤΕΥΣΗ.

ΕΓΧΑΡΑΞΗ.

ΜΙΚΡΟΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ.

 Οι αισθητήρες πίεσης.  Οι αντλίες υγρών και οι μικροβαλβίδες.  Η μικρο-οπτική.  Συστήματα χορήγησης φαρμάκων. (ιδιαίτερα για τα πρωτεινικά φαρμακολογικά δραστικά μόρια):  Βιοκάψουλες ελεγχόμενης απελευθέρωσης φαρμάκων.  Μικροβελόνες διαδερμικής και ενδοφλέβιας χορήγησης.  Εμφυτευόμενα μικροσυστήματα.  Έξυπνα ολοκληρωμένα μικροσυστήματα. (παρακολούθηση φυσιολογικών παραμέτρων σώματος, μετατροπή σε ηλεκτρικά σήματα, ανάλυση, ρυθμίσεις ελέγχου, απελευθέρωση του κατάλληλου ποσού φαρμάκου ανάλογα με τα δεδομένα).  Ανάλυση του γονιδιώματος. (προσδιορισμός DNA, RNA). Lab-on-chip.  Ιατρικοί τηλεαισθητήρες. (παρακολούθηση τιμών ασβεστίου πλάσματος, θερμοκρασίας σώματος).  Εμφυτευόμενο τηλεμετρικό σύστημα καταγραφής αρτηριακής πίεσης.  Παρακολούθηση ενδοφθάλμιας πίεσης.  Λειτουργική νευρική αποκατάσταση.  Βιουβριδικά συστήματα.(αποκατάσταση νευρομυικής λειτουργίας μετά από κακώσεις).  Biochips.  Συστήματα αερόσακκων αυτοκινήτων.  Οι αισθητήρες πίεσης.  Οι αντλίες υγρών και οι μικροβαλβίδες.  Η μικρο-οπτική.  Συστήματα χορήγησης φαρμάκων. (ιδιαίτερα για τα πρωτεινικά φαρμακολογικά δραστικά μόρια):  Βιοκάψουλες ελεγχόμενης απελευθέρωσης φαρμάκων.  Μικροβελόνες διαδερμικής και ενδοφλέβιας χορήγησης.  Εμφυτευόμενα μικροσυστήματα.  Έξυπνα ολοκληρωμένα μικροσυστήματα. (παρακολούθηση φυσιολογικών παραμέτρων σώματος, μετατροπή σε ηλεκτρικά σήματα, ανάλυση, ρυθμίσεις ελέγχου, απελευθέρωση του κατάλληλου ποσού φαρμάκου ανάλογα με τα δεδομένα).  Ανάλυση του γονιδιώματος. (προσδιορισμός DNA, RNA). Lab-on-chip.  Ιατρικοί τηλεαισθητήρες. (παρακολούθηση τιμών ασβεστίου πλάσματος, θερμοκρασίας σώματος).  Εμφυτευόμενο τηλεμετρικό σύστημα καταγραφής αρτηριακής πίεσης.  Παρακολούθηση ενδοφθάλμιας πίεσης.  Λειτουργική νευρική αποκατάσταση.  Βιουβριδικά συστήματα.(αποκατάσταση νευρομυικής λειτουργίας μετά από κακώσεις).  Biochips.  Συστήματα αερόσακκων αυτοκινήτων.