EXAMEN
Récemment, l'Institut national japonais des matériaux a dirigé l'équipe de recherche a développé avec succès un cantilever de diamant de haute qualité, qui met en uvre à la température ambiante, le facteur le plus élevé de qualité (Q). L'équipe pour la première fois dans le monde, a mis au point une puce capteur MEMS de diamant monocristallin.
fond
Les téléphones intelligents, bracelet intelligent, voiture, véhicules aériens sans pilote, équipement VR / AR et une série de produits auront une présence dans la technologie MEMS. Mais, peut-être pour la plupart des gens MEMS encore relativement inconnus.
Qu'est-ce MEMS?
MEMS (systèmes microélectromécaniques) acronyme, traduit par « systèmes microélectromécaniques », également connu sous les systèmes microélectromécaniques, micro systèmes, micro machines. Il est à quelques millimètres de taille et encore plus petits appareils de haute technologie.
puce MEMS (Source: Wikipedia)
MEMS est un interdisciplinaire, se rapporte à une technologie de micro-traitement, la théorie de l'onde mécanique / acoustique solide, la théorie de la chaleur, de l'électronique, de la biologie, et d'autres disciplines. Qui recouvre la surface du sujet des forces physiques, électriques, optiques, de surfaces magnétiques, acoustiques et d'autres dans l'industrie chimique des micro-, chaque mécanisme de branchement.
Gamme d'applications de la technologie MEMS est très large, les produits liés sont également très riche, par exemple un accéléromètre, un microphone, des micro-moteurs, les micro-pompes, micro-capteur, un capteur optique, un capteur de pression, un gyroscope, un capteur d'humidité, un capteur de gaz, un analyseur de masse, un microscope à balayage sondes. Le principal avantage du capteur MEMS est de petite taille, poids léger, faible consommation d'énergie, une fiabilité élevée, une sensibilité élevée, la facilité d'intégration.
Pour que nous puissions avoir une compréhension plus intuitive de plus profond, puis regarder avant présenté les cas liés la recherche technologique MEMS:
(A) La technologie de puce, qui est un système microélectromécanique (MEMS) est un sous-ensemble, aussi appelé "micro-systèmes d'analyse totale" (les TAS). La technologie A-puce, de sorte que l'ensemble du flux de traitement des échantillons de détection, pour atteindre la miniaturisation, l'automatisation, l'intégration et la portabilité, non seulement permet d'économiser des ressources et de l'énergie, tout en réduisant les coûts, la réduction de la pollution.
(Source: Université de Stanford)
(B), le Département américain de l'Argonne National Laboratory de l'énergie et le chercheur de l'Université Harvard, en collaboration avec les systèmes micro-électromécaniques (MEMS) et ultra-lentilles ensemble, ont réussi à produire lentille ultra-MEMS situé sur la plate-forme supérieure.
(Source: Argonne National Laboratory)
(Iii) les chercheurs américains ont conçu premier dispositif émission infrarouge MEMS Duke University en un métamatériau qui peut montrer non seulement le modèle en évolution rapide des rayons infrarouges, mais aussi pour la chaleur de la réutilisation des déchets.
(Source: Référence [2])
Aujourd'hui, nous voulons mettre l'accent sur les capteurs MEMS dans une structure commune: poutre en porte à faux (cantilever).
Au début d'un transistor en porte à faux de résonance, un résonateur d'ensemble de la machine électrique. MEMS généralement cantilever de silicium (Si), le nitrure de silicium (Si3N4) ou des polymères. Le procédé de fabrication comprend une structure de sous-cotation en porte à faux, les techniques par voie humide ou une gravure sèche généralement anisotrope. transducteur à faisceau cantilever AFM ne peut être séparée. De nombreux groupes de recherche tentent de développer un des tableaux en porte à faux comme biocapteurs pour le diagnostic médical. Il peut être appliqué au filtre résonateur MEMS RF en porte à faux.
AFM cantilever balayage d'image au microscope électronique (Source: Wikipedia)
En général, le capteur MEMS, la micropoutre en porte à faux (cantilever monté à une extrémité) du circuit électronique est intégré sur un seul substrat. Pour les applications dans des domaines plus larges comme la prévention des catastrophes médicales, la sensibilité des MEMS et la nécessité d'améliorer encore la fiabilité.
Avec une constante de ressort mécanique constante du diamant est le plus élevé dans tous les matériaux, de sorte qu'il devrait être appliquée à l'élaboration d'une grande fiabilité et la sensibilité du capteur MEMS (en particulier pour la fabrication de micro-cantilever). Cependant, étant donné que le diamant ultra haute rigidité mécanique, son micro-fabrication en trois dimensions difficile.
innovation
Récemment, l'Institut national japonais des matériaux (NIMS), a dirigé l'équipe de recherche a développé avec succès un cantilever de diamant de haute qualité, qui met en uvre à la température ambiante, le facteur le plus élevé de qualité (Q). L'équipe de premier développement réussi de système unique de microélectromécanique cristal de diamant dans le monde (MEMS) de la puce capteur, qui peut être actionné par un signal électrique pour la détection. Ces résultats sont attendus diamant MEMS popularité de recherche, qui a une sensibilité nettement plus élevée et la fiabilité que les MEMS de silicium conventionnels.
La recherche et le développement de la puce MEMS de diamant et intégré dans l'image micro-puce cantilevers de diamant. (Source: NIMS)
technologie
L'équipe de recherche a développé une méthode « Smart Cut » de la fabrication, cette méthode pour le traitement de faisceau d'ions micro diamant. En 2010, ils ont réussi à produire un seul cantilever cristal de diamant. Toutefois, en raison de la présence de défauts de surface, le facteur de qualité du faisceau en porte-diamant semblable à un cantilever de silicium classique.
Par la suite, l'équipe de recherche a mis au point une nouvelle technologie, ouvrant la surface du diamant gravé au niveau atomique. Cette technologie de gravure défaut de surface de fond des recherches cantilever amovible groupe diamant monocristallin produit par le procédé de coupe à puce. Génération d'un facteur Q de la console (paramètres en porte à faux pour la sensibilité de mesure) au-dessus d'un million dans le leader mondial.
L'équipe a ensuite mis au point un nouveau type de concept de dispositif MEMS: une poutre en porte à faux solidaire en même temps, un circuit électronique oscillant en porte à faux, une perception de vibration en porte à faux de circuit électronique. En fin de compte, l'équipe de recherche a développé une puce MEMS de diamant monocristallin peut être actionné par un signal électrique, et le monde a d'abord démontré avec succès son fonctionnement. Cette puce a une haute performance et de la sensibilité, capable de fonctionner à basse tension et l'état d'environ 600 ° C.
(Source: Référence [4])
valeur
Le résultat devrait accélérer la recherche technologique de base, ces études est essentielle pour les applications pratiques pour la puce MEMS diamant. Il favorisera également des capteurs extrêmement sensibles, à grande vitesse, compacts, fiables développés, ces capteurs peuvent distinguer les différences de qualité de la lumière, comme une seule molécule.
mot-clé
Le MEMS, les capteurs, le diamant
Documents de référence
[1] https://www.nims.go.jp/eng/news/press/2018/10/201810300.html
[2] X. Liu, W. J. Padilla, "température ambiante reconfigurable émetteur infrarouge métamatériau," Optica, volume 4, numéro 4, 430-433 (2017).
DOI: 10,1364 / optica.4.000430
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Cantilevers
[4] Haihua Wu, Liwen Sang, Yumeng Li, Tokuyuki Teraji, Tiefu Li, Masataka Imura, Jianqiang Vous, Yasuo Koide, Masaya Toda, Meiyong Liao. La réduction de la dissipation d'énergie intrinsèque dans les résonateurs mécaniques diamant sur diamant vers un million de facteur de qualité . Matériaux Physical Review, 2018, 2 (9) DOI: 10.1103 / PhysRevMaterials.2.090601
[5] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/admt.201800325
