Физика, технология и элементная база современной...
-
Upload
portia-roman -
Category
Documents
-
view
50 -
download
5
description
Transcript of Физика, технология и элементная база современной...
![Page 1: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/1.jpg)
1
Физика, технология и элементная база современной электроники
Плюснин Николай Иннокентьевич, д.ф.-м.н., проф. кафедр: ИСКТ ВГУЭС, и КПРЭА ДВГТУ, зав. лаб. ИАПУ ДВО РАН
![Page 2: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Микро-электронные механические системы МЭМС - это множество микроустройств самой
разнообразной конструкции и назначения. С точки зрения инженеров, это новая волна полупроводниковой революции. МЭМС обеспечивают полупроводникам, кроме возможности «думать», возможность «ощущать», а также взаимодействовать с внешним миром. Способ производства МЭМС сходен с созданием современных чипов. Процесс литографии дает возможность штамповать тысячи готовых микросхем в очень короткие сроки и с низкими затратами, точно таким же образом можно создавать и дешевые механические сенсоры и приводы.
![Page 3: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Микро-электронные механические системы Такие устройства применяются практически
повсюду. В медицине их используют в качестве датчиков давления крови, лимфы, спинномозговой жидкости etc. Химические лаборатории - в микродозаторах. Офтальмологии и отоларингологи - в микроинструментах, без которых были бы невозможны уникальные операции. Гигиенисты и дозиметристы используют микроанализаторы или всевозможные «электронные носы», позволяющие уловить вещества, присутствующие в ничтожных концентрациях.
![Page 4: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Микро-электронные механические системы
сенсоры физических величин, химических элементов, биологических материалов
биочипы микромеханизмы, микроинструменты микродвигатели, микр-турбины микро-электромеханические, микро-опто-
механические и биотехнические микросистемы
микросистемы энергообеспечения технологические микросистемы
![Page 5: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Микро-электронные механические системы Биочип или “лаборатория-на-кристалле” - это
многоканальное устройство на Si подложке, в которой протравлены каналы. По ним поток тестируемого вещества, вводимого насосом через трубки, перемещается от входа к миниатюрным электродам, соединенным с органическими идентификаторами. Когда молекула-ключ соединяется с идентификатором-замком, импеданс под электродами изменяется. Компьютер, подключенный к биочипу, считывает состояние идентификатора. Предполагается разместить биочип в миниатюрный картридж, который пользователь должен поместить внутрь тестируемого вещества
![Page 6: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Микро-электронные механические системы Основа микро-электро-
механических систем - необычайно миниатюрные механические элементы, интегрированные в электронную схему.
На фотографии (рис. 1) вы видите элементы кремниевого двигателя. Чтобы можно было оценить его размеры, стоит заметить, что огромная труба над ним - человеческий волос, диаметр которого - 100 микрон (10-5 м).
![Page 7: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Микро-электронные механические системы Исследователи университета г.
Беркли планируют создать микромеханическое насекомое с размахом крыла в 10-25 мм, способное на автономный полет. Разработчики делают ставку на пьезоэлектрические приводы и корпус из гибких материалов, чтобы обеспечить требуемое распределение мощности и необходимую подъемную силу крыла, используя в качестве источника энергии солнечные батареи (рис. 2).
![Page 8: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Микро-электронные механические системы Электронная перчатка
была создана в Калифорнийском университете. Она через МЭМС-акселерометры расшифровывает и переводит жесты рук в интерпретируемые компьютером символы. Пять двухосных МЭМС-акселерометров размещены на кончиках пальцев каждой перчатки, шестой - на тыльной стороне ладони.
![Page 9: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Микро-электронные механические системы Клавиатура-перчатка представляет собой
крупномасштабную модель МЭМС, разрабатываемых в проекте Smart Dust («умная» пыль), цель которого - создание автономных миниатюрных (объемом в один кубический миллиметр) устройств, интегрирующих на одном чипе источник питания, различные датчики (например, микроакселерометры, оптические сенсоры и т. п.) и и беспроводные средства связи. С помощью подобных устройств можно построитькомплекс слежения за положением вещей в пространстве Созданные образцы пока еще в несколько раз больше нужного, но уже несут в себе почти все необходимые компоненты (рис. 4).
![Page 10: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Микро-электронные механические системы
![Page 11: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Микро-электронные механические системы
При поддержке НАСА инженеры МТИ создают микроракету, имеющую размеры мелкой монеты и представляющую собой микро-электромеханическую систему, изготовленную из кремния. С помощью нескольких таких устройств ученые смогут запускать на орбиту наноспутники размером с банку пива, сеть из которых могла бы вести наблюдение за Землей или заниматься обслуживанием своих более крупных собратьев. По показателю отношения количества генерируемой тяги к собственному весу МЭМС-двигатели опережают даже двигатели Шаттла (85 против 70).
![Page 12: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Микро-электронные механические системы
Ученые из Национальной лаборатории Сандиа объявили о создании миниатюрных автономных машин-роботов. Их размеры: 6 мм в высоту, ширину и длину. Вес - семь граммов. Робот состоит из полимерного каркаса, трех батареек, шести колес, двух гусениц, двух моторов, процессора с 8 Кб памяти и датчика температуры (рис. 5) и может нести на себе микрофон, видеокамеру, химический датчик и беспроводную радио- или инфракрасную систему связи. Основной областью применения этих роботов станет поиск и обезвреживание мин, опасных биологических и химических материалов.
![Page 13: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Микро-электронные механические системы
![Page 14: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Микро-электронные механические системы Еще одна разработка Sandia Labs -
МЭМС-конвейер для работы с отдельными клетками. Механизм, помещенный в трубку толщиной всего 20 микрон, способен отлавливать и, удерживая короткое время, деформировать красные кровяные тельца - эритроциты, которые затем освобождаются, восстанавливают свою форму и продолжают движение (рис. 6). Каждый такой захват работает со скоростью 10 клеток в секунду.
![Page 15: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Микро-электронные механические системы Конечная цель разработчиков - создать
устройство, объединяющее тысячи таких ловушек, способных прокалывать клетку тонкой силиконовой трубкой и вводить в нее ДНК, белки, медикаменты - для противодействия биологической или химической атаке, вторжению вирусов, лечения генетических нарушений; это представляет большой интерес для медицины, генетической инженерии, сельского хозяйства. В настоящее время учеными создан модуль, содержащий восемь «ловушек» и микромоторчик приводящий в движение механический захват. Плата с модулем может свободно перемещаться в объеме тонкой соломки для коктейля (рис. 7).
![Page 16: Физика, технология и элементная база современной электроники](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813647550346895d9dc6dd/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Микро-электронные механические системы