CC BY
173МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. ИСТОРИЯ ИХ РАЗВИТИЯ Мавлютов А.Р.1, Куликов А.С.2, Мавлютов А.Р.3
'Мавлютов Артём Рустамович — студент;
2Куликов Александр Сергеевич — студент;
3Мавлютов Артур Рустамович — магистрант, направление: информационные системы и технологии, кафедра геоинформационных систем, Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа
Аннотация: в данной статье проведен в хронологическом порядке обзор основных этапов развития МЭМС технологий. Также изложены события, которые служили истоками становления микроэлектромеханических систем и которые привели их к использованию МЕМС почти во всем. Еще было показано, что в России данная технология пока еще недостаточно хорошо развита, хотя MEMS уже имеют богатую и довольно долгую историю. И рассказано, что делает Правительство РФ для развития в данной области, так как эта технология продолжает активно развиваться и улучшаться.
Ключевые слова: история МЭМС, МЭМС, микроэлектромеханические системы, MEMS, микромашины, МЭМС в России.
Микроэлектромеханические Системы или сокращенно МЭМС (MEMS, MST, микромашины) — устройства из миниатюрных механических компонентов, интегрированных с микроэлектроникой, которые можно получать методами стандартной микрообработки [1].
MEMS технологии, их история развития началась в 1965 году, когда основатель компании Intel Гордон Мур отметил, что после открытия транзистора, их количество удваивалось каждые восемнадцать месяцев на каждый квадратный дюйм интегральной схемы. Это стало основой «Закона Мура».
Чтобы сделать технологии меньше, требовалось пройти через много сложностей. В 1959 году Ричард Фейнман, который в первую очередь был заинтересован, чтобы создавать микроэлементы, произнес свою довольно известную фразу «Там внизу много места».
Гордон Мур и Ричард Фейнман были не единственными, кто предсказывал появление микроэлектромеханических систем. 30 июня 1941 года ученые Уильям Шокли, Уолтер Браттейн и Джон Бардин объявили о создании транзистора, а 23 декабря 1947 года изобретение было официальное представлено публике [2]. Который открыл путь к созданию транзисторов размера меньше. Сейчас есть возможность делать транзисторы диаметром 1 нм, раньше они были около полдюйма.
В 1954 году К.С. Смит открыл и описал пьезорезистивный эффект. Его открытие очень важно, так как означало, что германий и кремний лучше получали преобразования давления в воздухе или жидкости. Данное открытие дало началу изготовлению датчика давления, где основой был кремний.
Если на 1-й подложке поместить провода, емкости и резисторы то можно было уменьшить размер устройства.
Так в 1958 году два человека - Джек Килби из американской компании Texas Instruments и Роберт Нойз из Fairchild Semiconductor независимо друг от друга - собрали интегральную схему. Схема Килби состояла из транзистора, трех резисторов и одной емкости на кристалле германия - так называемая «твердая схема». Схема Нойза получила название «унитарной» и была сделана на кремниевом кристалле [3].
В 1959 году, на конференции Американского Физического Общества Ричард Фейнман сказал свою довольно известную фразу: «Там, внизу, много места». Его мучал вопрос: «Почему бы нам не написать 24 тома энциклопедии Британской энциклопедии на булавочной головке?». Так же он предложил решение, как это можно сделать. Фейнман высказал возможность манипулирования на атомарном уровне. Так же он говорил и о сложностях, которые могут встретиться. После речи Ричард предложил аудитории сделать микромотор и поместить страницу книги в 25.000 раз меньше, чем площадь страницы, за каждое изобретение он пообещал приз в тысячу долларов. В течение этого же года микромотор изобрели, а первый параграф книги «Истории двух городов» поместили на площади в 25 тысяч раз меньше, чем страница, уместил его в 1985 году ученик Стэнфорда.
Компания Вестингхоуз Электрик в 1964 году сделала первую серийную МEМS. Устройство назвали резонансный затворный транзистор, оно было сделано из
30
механических и электронных компонентов. Он пускал электро-сигналы только определенного диапазона. Он был не больше миллиметра.
В 1971 году компания Intel показала микропроцессор - Intel 4004. Благодаря этому изобретению, начали развиваться персональные компьютеры.
В начале 60-х начали использовать изотропное травление кремния, материал убирался с помощью химических реакций, в производстве транзисторов сделанных из кремния.
В 1970-х годах Куртом Петерсоном из исследовательской лаборатории IBM микромеханический датчик давления. Тонкая диафрагма могла очень сильно изгибаться, что давало ощутимое превосходство перед существующими датчиками мембранного типа того времени. Датчик давления с тонкой диафрагмой нашёл применение в устройствах мониторинга кровяного давления. Можно считать, что это было первое коммерческое применение MEMS [4].
В 80-е стали появляться уж много новых открытий, в 1988 году был создан 1-й электростатический двигатель, в 1989 привод с боковыми ресничками. В 1993 была основана фабрика по производству микросхем, это предоставило возможность сделать MEMS доступным большому кругу потребителей, основал завод Центр Микроэлектроники Северной Каролины. В 1998 году другой завод начала свою работу.
В России MEMS развито было недостаточно. Но Правительство РФ поручило обеспечить исполнение программы развития наноиндустрии РФ до 2015 года, так же необходимо было увеличить объем создания новых изделий, вход российского рынка на мировой рынок высоких технологий.
В 2009 году несколько российских предприятий создали и зарегистрировали «Русскую Ассоциацию МЭМС». Сейчас она одна из основных, кто обеспечивает связь, между российскими и зарубежными специалистами MEMS.
Цель РАМЭМС - это образование в России эффективный обмен информацией между всеми партнерами. Сейчас идет привлечение к сотрудничеству российских специалистов и разработчиков к сфере микроэлектроники, так же идет набор из ВУЗов нашей страны. Все цели должны способствовать к повышению объемов разработки производства MEMS и изобретение новых технологий в России.
Необходимость создания подобной ассоциации в России была подтверждена и итогами международной конференции «Современные тенденции и технологии производства МЭМС-устройств», которая состоялась в марте 2010 года в Москве. По ее результатам 84% присутствующих предприятий выразили заинтересованность в такой организации [5].
Это свидетельствует о том, что сейчас у предприятий РФ есть острая потребность в доступе к надежной и верной информации о новых продуктах, технологиях производства, требованиях стандартизации и сертификации в сфере МЭМС. МикроЭлектроМеханические Системы сделали огромный шаг вперед, с первого выпуска серийного MEMS прошло уже больше пятидесяти лет, сегодня они используется почти во всех отраслях. Эта технология продолжает активно развиваться, и благодаря открытию или созданию новых материалов станет доступно уменьшить размеры MEMS и тем самым расширить возможности и сферу их применения.
Список литературы
1. Профориентация Микроэлектромеханических систем / Лекция.орг публикация материала для обучения. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://lektsii.org/13-10800.html/ (дата обращения: 10.09.2017).
2. Транзистор / В мире музыки. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://vmiremusiki.ru/tranzistor.html/ (дата обращения: 15.09.2017).
3. История имплантируемой техники. МЭМС / Сайт о нанотехнологиях. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.nanonewsnet.ru/articles/2017/istoriya-implantiruemoi-tekhniki-mems/ (дата обращения: 17.09.2017).
4. A pioneer charts MEMS' trajectory / Connecting the Global Electronics Community. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=1 98001003/ (дата обращения: 17.09.2017).
5. «Русская Ассоциация МЭМС» - шаг вперед на пути развития МЭМС-технологий в России / Современное тестовое оборудование и технологии. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://sovtest-ate.com/news/publications/russkaya-assotsiatsiya-mems_-_-shag-vpered-na-puti-razvitiya-mems_tekhnologiy-v-rossii/ (дата обращения: 14.09.2017).
