2.2. Представление о микросистемных технологиях
Новый этап в развитии механических сенсоров начался в 90-х годах ХХ века с разработкой и освоением микросистемных технологий ( МСТ ).
Микросистемные технологии – это технологии группового изготовления микромеханических деталей и устройств вместе с электрическими узлами для их питания, управления и электронными микросхемами для обработки информации.
С этой целью были использованы существовавшие и развиты новые групповые технологические операции и процессы микроэлектроники с интегрированием знаний и методов точной механики и измерительной техники. Созданы системы автоматизированного проектирования микроэлектромеханических интегральных изделий и целых систем на кристалле, которые позволяют существенно сократить сроки разработки изделий, оптимизировать их конструкцию и технологию изготовления.
Напомним коротко лишь названия групповых технологических операций, которые входят в состав МСТ:
фотолитография (варианты – обычная с использованием видимого света, ультрафиолетовая, рентгеновская, электронная и ионная литографии);
отмывание, очистка;
травление (химическое, плазмохимическое, электрохимическое, ионное, анизотропное);
напыление (вакуумное термическое, ионное, плазменное, магнетронное и т.п.);
намазывание, пульверизация, наплавление;
эпитаксия;
гальваническое или химическое осаждение;
окисление;
легирование (диффузия, ионная имплантация и т.п.).
Микросистемные "высокие технологии" развивают ныне уже сотни лабораторий, университетов, научно-исследовательских институтов и промышленных фирм во всем мире. Некоторые из опубликованных в Интернете примеров разработок одной из них – американской лаборатории Sandia National Laboratories (http://mems.sandia.gov/scripts/images.asp) – показаны на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Примеры механических устройств и элементов, изготовленных с помощью микросистемных технологий в Sandia National Laboratories
Слева сверху Вы видите общее изображение механизма храпового колеса диаметром всего лишь 0,8 мм, изготовленного с помощью МСТ. Слева внизу показан весь приводной механизм микродвигателя с зубцами высотой по 10 мкм, на других фотоснимках – разные детали таких конструкций при большем увеличении. Справа внизу на фоне таких деталей для сравнения сфотографированы эритроциты и другие клетки крови человека.
Соответствующие технологии называют "микросистемными" потому, что они позволяют формировать на одной подложке как микроэлектронные, так и оптические, оптоэлектронные, микромеханические, электрохимические и др. устройства, создавая довольно сложные системы, которые принято называть МЕМС (микроэлектромеханические системы, – Microelektromecha-nical Systems) [ [ 2 ] , [ 3 ] , [ 26 ] , [ 56 ] , [ 113 ] , [ 175 ] , [ 231 ] , [ 334 ] ]. В США, например, с помощью таких технологий создан прекрасно функционирующий миниатюрный самолет массой до 80 г (вместе с топливом), предназначенный для проведения дистанционных видеонаблюдений с высоты птичьего полета. Самолет этот имеет размах крыльев 15 см, развивает скорость до 70 км/ч, несет на себе 2 видеокамеры массой по 2 г каждая с электроникой, которая обеспечивает радиопередачу видеоизображений на расстояние до 2 км. Продолжительность автономного полета, обусловленная запасом топлива, может составить до 30 мин.
Микросистемные технологии являются "высокими технологиями", т.е. сложными, прецизионными, наукоёмкими, требуют для своего осуществления применения дорогого высокоточного оборудования, высокочистой производственной среды, высочайшей культуры производства. Но благодаря тому, что тысячи или даже миллионы компонентов изготавливают одновременно, в едином групповом технологическом процессе, – благодаря этому изделия имеют приемлемую стоимость при очень высоких технических характеристиках.