Systémy MEMS – Terminologie

MEMS a MOEMS jsou anglické zkratky pro MicroElectroMechanical Systems a MicroOptoElectroMechanical Systems. Němčina používá pro podobné systémy název MikroSysteme (Technik). Japonské zdroje používají termín MicroMachines.

Systémy MEMS spojují mikroelektronické a mikromechanické komponenty o rozměrech 1 μm až 100 μm. Systémy MEMS mají rozměry od 20 μm až do 1 mm. Obvykle obsahují základní jednotku (central unit), která zpracovává data (microprocessor), a několik komponent, které reagují s okolím, například MikroSenzory (MicroSensors), resp. MikroOvladače (MicroActuators). Příspěvek je úvodem do této problematiky, včetně anglické a české terminologie.

Pro rozměry MEMS nemusí platit očekávané zákonitosti klasické fyziky. Dominantní může být vliv poměru povrch/ objem komponenty. Převažují pak povrchové jevy elektrostatiky a smáčení nad objemovými efekty, jako jsou setrvačnost a tepelná kapacita.

MEMS se staly reálné až s technologiemi výroby polovodičových součástek, které jsou základními komponentami mikroelektroniky.

Příklad aplikací: Senzory MEMS v chytrých telefonech (SmartPhones) [Opensource, WikiComm], viz obrázek 1:

• akcelerometry (accelerometers), potřebné pro stabilizaci portrétů nebo pohledu na krajinu [FIT];
• gyroskopy (gyroscopes), mj. pro utajený odposlech okolí uživatele mobilu, viz obr. 2;
• snímače okolního světla (ambient light sensors), pro regulaci podsvícení kláves;
• magnetometry (magnetometers), pro správnou funkci GPS;
• snímače „blízkosti“ (proximity sensors) osoby hovořící do mobilu;
• čidla pro dotykové rozhraní (touch interface), pro otvírání a posouvání aplikací.

Pojmy vztahující se k systémům MEMS [62047-1]

• MikroElektroMechanické Systémy – systémy s mikrorozměry, ve kterých jsou čidla, ovladače a/nebo elektrické obvody integrovány na čipu pomocí polovodičových procesů.
• Mikroelektromechanická součástka – součástka s mikrorozměry, ve které jsou integrovány ovladače, čidla, mechanické komponenty a/nebo elektrické obvody.
• Mikrostroj (micromachine) – miniaturizovaná součástka, jejíž komponenty mají velikost několika milimetrů nebo menší, nebo mikrosystém, který byl vytvořen integrací takových součástek.
• Technologie mikrostrojů (micromachine technology) – technologie, které se vztahují k mikrostrojům.
• Mikrověda a mikrotechnika (micro- -science and engineering) – věda a technika pro mikroskopický svět mikrostrojů.
• Jev měřítka (scale effect) – souvisí se změnami v důsledku chování objektů nebo vlastností způsobenými změnou rozměrů objektů.
• Biomimetika (biomimetics) – vytváření funkcí, které napodobují pohyby nebo mechanizmy organizmů.

Pojmy vztahující se k funkčním prvkům MEMS [62047, csWiki, enWiki]

• Ovladač; akční člen (actuator) – mechanická součástka, která mění různé typy energií, např. elektrickou, chemickou, na pohybovou energii, k provádění mechanické práce.
• Mikroovladač (microactuator) – ovladač vytvořený technologií MEMS.
• Ovladač buzený světlem (light driven actuator) – ovladač, který používá světlo jako řídicí signál nebo jako zdroj energie.
• Piezoelektrický ovladač (piezoelectric actuator) – ovladač, který používá piezoelektrický materiál.
• Slitinový ovladač s tvarovou pamětí (shape memory alloy actuator) – ovladač, který používá slitinu s tvarovou pamětí.
• Elektrostatický ovladač (electrostatic actuator) – ovladač, který používá elektrostatickou sílu.
• Hřebenový budicí ovladač (comb drive actuator) – elektrostatický ovladač, který sestává ze sady rovnoběžných prstů, s pevnou polohou, svázaných a prokládaných druhou sadou pohyblivých prstů.
• Výkyvný motor (wobble motor) – elektrostatický motor s proměnnou mezerou, který bez klouzání vytváří otáčivý pohyb rotoru na excentrickém statoru.
• Mikrosenzor (microsensor) – součástka vytvořená mikrozpracováním, která je používána pro měření fyzikálních nebo chemických veličin.
• Biosenzor (biosensor) – senzor, který používá v součástce organické látky, které jsou určeny pro měření subsystému, vztahujícímu se k subsystému příslušného organizmu nebo k napodobování organizmu.
• Integrovaná mikrosonda (integrated microprobe) – sonda z jednoho kusu, která kombinuje mikrosondu a obvod pro zpracování signálu.
• Měřič zrychlení (accelerometer) – převodník, který mění vstupní zrychlení na výstupní veličinu (obvykle elektrickou), která je úměrná vstupnímu zrychlení.
• Mikrozrcadlo (micromirror) – reflexní zrcadlo s mikrorozměry, které může být ovládáno pro řízení úhlu reflexe.
• Rastrující zrcadlo; skenovací zrcadlo (scanning mirror) – zrcadlo, které rastruje světelným svazkem.
• Optický spínač (optical switch) – optický prvek pro spínání optických signálů bez konverze na elektrické signály.
• Mikrosvěrka (microgripper) – mechanická součástka, která může uchopit mikroskopický předmět, viz obr. 3.
• Mikročerpadlo (micropump) – mechanická součástka, která stlačuje malé množství kapaliny a provádí její transport.
• Mikroventil (microvalve) – mechanická součástka, která řídí průtok kapaliny mikroskopickým kanálem.
• Integrovaná řídicí jednotka průtoku hmoty (integrated mass flow controller) – součástka pro řízení průtoku plynu, která integruje mikroventil s průtokoměrem vyrobeným pomocí mikrozpracování na substrátu.
• Mikropalivová buňka (micro fuel cell) – součástka zhotovená mikrozpracováním, která přeměňuje chemickou energii paliva přímo na elektřinu pomocí elektrochemického procesu.
• Filtry SAW/BAW (SAW/BAW filters) – filtry s povrchovou/objemovou akustickou vlnou, které se běžně používají pro radiofrekvenční aplikace. Elektrický signál se konvertuje na povrchovou/objemovou mechanickou vlnu a po jistém zpoždění se konvertuje zpět na elektrický signál; filtry SAW mají mez do 3 GHz; filtry BAW pracují kolem 2 GHz až 16 GHz.

Pojmy vztahující se k aplikacím technologie MEMS [62047, csWiki, enWiki]

• Bio-MEMS (bio-MEMS) – aplikace technologie MEMS v oblasti biologie a/nebo v biomedicínských vědách; Bio-MEMS je zkratka pro „biomedicínské MEMS“.
• Gyroskop (gyroscope) – mechanické zařízení se setrvačníkem sloužící k určení orientace v prostoru; varianta MEMS využívá např. deskové mikrokondenzátory, které reagují na boční výchylky.
• RF MEMS – aplikace technologie MEMS v oblasti bezdrátové komunikace používající radiofrekvenční (vysokofrekvenční) pásma; RF MEMS je zkratka pro „radiofrekvenční MEMS“.
• Laboratoř na čipu (lab-on-a-chip) – systém pro chemický, biochemický nebo biotechnologický proces, který je instalován na mikročipu.
• Mikro TAS (Micro Total Analysys Systems) – miniaturizované integrované systémy pro chemickou, biochemickou nebo biotechnologickou komplexní analýzu.
• Mikroskopická chirurgie; mikrochirurgie (microscopic surgery; microsurgery) – chirurgická operace prováděná v pohledu mikroskopu.
• Aktivní katétr; aktivní cévka (active catheter) – katétr, který může dosáhnout místa určení pomocí volného ohybu s namontovaným mikroovladačem podle odezvy na přijaté vnější řídicí signály.
• Vláknový endoskop (fibre endoscope) – nástroj, který přenáší obraz pomocí svazku optických vláken použitých uvnitř pozorovaného těla; toto pozorování je nemožné provádět přímo z vnějšku.
• Chytrá pilulka (smart pill) – robot, který provádí měření a dodávání léku dovnitř těla.
• Bio chip (bio-chip) – součástka, která sestává z miniaturizovaných zkušebních částí uspořádaných na tuhém substrátu, která připouští provedení různých krátkodobých biologických reakcí.
• Manipulace s buňkou (cell handling) – manipulace s buňkami nebo působení na buňky.
• Spojení buněk (cell fusion) – spojování dvou sousedních buněk do jedné buňky zmizením přepážky (septum) mezi nimi.