|
'''Mikroelektro-mekanik sistemler''' ('''MEMS''') günümüzde var olan mekanik ve elektrik sistemlerin entegre ve minyatürize versiyonları olup mikron boyutlarında olan bu sistemleri [[nanoelektromekanik sistemler]] (NEMS) vasıtası ile [[nanoteknoloji]] uygulamaları için de kullanmak da mümkündür<ref>M.C. Roco. “A Frontier for Engineering,”Mech.Eng.123, January, pp. 52–55, (2001).</ref>. MEMS kavramı ilk olarak 1987 yılında bir [[mikrodinamik]] çalıştayı esnasında telaffuz edilmiştir. Fakat MEMS kavramının ortaya çıkması esas olarak [[entegre devre]] çalışmalarında yaşanan gelişmeler ışığında olmuştur. Bu gelişmeler içinde kalıba alma, kaplama teknolojileri, ıslak oyma metodlarımetotları, kuru oyma metodlarındametotlarında yaşanan gelişmeler mikro aygıt yapımını mümkün kılmıştır. Küçük aygıtların yapılması konusunda ortaya çıkan ilk fikir ünlü fizikçi [[Richard Feynman]] tarafından 1959 yılında yapılan "[[There's plenty of room at the bottom]]" isimli konuşmada ortaya atılmıştır. Mikro-elektromekanik sistemlerin boyutları 1 ile 100 [[mikrometre]] arasında değişim gösterir. Bu küçük boyutlarda standard fizik kuralları genellikle geçersizdir. MEMS yapılarında yüzey alanının hacime oranı oldukça yüksektir bu sebep ile yüzey etkileri ([[elektrostatik kuvvetler]],[[ıslatma]]) hacim etkilerine ([[eylemsizlik]],[[termal kütle]]) baskın gelir. Mikro elektro-mekanik sistem yapıları üç bölümden oluşur. Bu bölümler mekanik bölüm, mekanik bölümü çalıştıran tahrik bölümü ve mekanik hareketin davranışını inceleyen algılama bölümü olarak özetlenebilir. MEMS tahrik mekanizmaları verilen tahrik tipine göre farklılık gösterir. MEMS yapıları termal, elektrostatik, manyetik, pnömatik ve optik olarak tahrik edilebilir. Algılama işlemi ise genellikle optik ve elektronik sinyaller vasıtası ile yapılır. MEMS, Makina-Malzeme-Elektronik başta olmak üzere, temelde tüm mühendislik dalları ve temel bilimlerle birlikte pek çok dalı kapsayan çalışmaların yapıldığı disiplinlerarası bir kavramdır.
== Minimizasyon kavramı ==
MEMS aygıt tasarımı entegre devre üretiminde gerçekleşen yenilikler ışığında ortaya çıkmıştır. Entegre devre üretiminde ortaya çıkan gereksinimlerden doğan aygıtları küçültme fikri sayesinde küçük aygıt tasarımlarına olanak veren üretim metodlarımetotları geliştirilmiş ve ilk olarak entegre devre endüstrisinde kullanılmıştır. Entegre devrelerde önemli bir yer teşkil eden transistorün küçültülmesi günümüz modern işlemcilerinin peformansına önemli bir katkı sağlamıştır. Günümüzde 45 nanometre boyutunda transistorler hemen hemen bütün işlemcilerde kullanılmaktadır. Entegre devrelerin geneli [[silikon]] materyalinden üretilir. Silikon mekanik ve elektronik özellikleri itibarı ile entegre devre yapımına en uygun malzeme olarak göze çarpmaktadır. Entegre devre üretim tekniklerinin büyük bir kısmı silikona yönelik tasarlandığı için silikon MEMS yapıları için de vazgeçilmez bir materyaldir. Silikon materyali ve entegre devre üretim metodlarımetotları kullanılarak pek çok MEMS yapısı üretilebilir.
Silikon işlenebilirliği sayesinde aygıt boyutlarının daha küçük değerlere indirilmesinde de önemli bir rol oynamıştır. Aygıtları küçültmek ise aygıt performansını arttırmış, birim aygıt fiyatını düşürmüş ve güç tüketiminin azalmasına neden olmuştur. Aygıt boyutları küçültülürken pek çok yeni üretim metodu da geliştirilmiştir ([[Molekül Demeti ile Kaplama]],[[Metal Organik Kimyasal Buharlaştırma Metodu]]). Bu gelişmeler neticesinde ise mikron boyutlarında fonksiyonel mekanik aygıtlar yapılması ve bu aygıtların elektronik olarak kontrol edilmesi mümkün hale gelmiştir<ref>M. Mehregany and S. Roy, Introduction to MEMS, 2000, Microengineering Aerospace Systems, El Segundo, CA, Aerospace Press, AIAA, Inc. , (1999)</ref>.
== Temel Üretim Teknikleri ==
=== Kaplama (Deposition) ===
MEMS teknolojisinde yer alan ilk üretim aşaması ince film kaplamasıdır. Bu filmlerin ince tabakalar halinde oluşturulması için kullanılan standard metodlarmetotlar [[Kimyasal Buhar ile Kaplama]] ([[CVD]]),
Fiziksel Buhar ile Kaplama ([[PVD]]) olarak sınıflandırılabilir. Bu metodlarınmetotların tercihi elde edilecek aygıtın yapısı, kullanılacak malzeme ve diğer aşamalarda kullanıcak metodlarmetotlar ile doğrudan ilişkilidir. Fiziksel buhar ile kaplama metodlarımetotları : [[Isı ile Buharlaştırma]], [[Saçınım ile kaplama]], [[Elektron demeti ile kaplama]], [[Kathodik Ark ile kaplama]], [[Lazer ile kaplama]], [[Molekül Demeti ile Kaplama]], [[Oksidasyon]]. Kimyasal buhar ile kaplama metodlarımetotları : [[Düşük sıcaklıkta Kimyasal Buhar ile Kaplama]], [[Yüksek sıcaklıkta Kimyasal Buhar ile Kaplama]], [[Düşük basınç altında Kimyasal Buhar ile Kaplama]], [[Plazma destekli Kimyasal Buhar ile Kaplama]], [[Lazer destekli Kimyasal Buhar ile Kaplama]], [[Metal organik Kimyasal Buhar ile Kaplama]].
=== Şablon Oluşturma (Lithography) ===
Işınıma maruz kalan bölge daha sonra uzaklaştırılabilir veya üzerine çeşitli işlemler yapılabilir.
==== Diğer şablon oluşturma MetodlarıMetotları ====
Elektron demeti ile taranarak çok daha dar ve küçük bölgelerin şablonu oluşturulabilir. İyon demetleri ile litografi yapılması ise daha derin yapıların şablonunun tanımlanmasına olanak sağlar<ref>K. S. Chen, K. I. Lin, H. F. Ko, “Fabrication of 3D polymer microstructures using electron beam lithography and nanoimprinting technologies”, Journal of Micromechanics and Microengineering, 15, 1894-1903, (2005)</ref>. İyon demetlerinin taradığı alan elektron demetinden çok daha büyüktür. Yumuşak kalıplar kullanılarak yapılan şablon oluşturma metodu kolay uygulanabilirliği ve tekrarlanabilirliği açısından çok tercih edilen bir metoddurmetottur. Fakat bu metodmetot ile yapı çok kolay bozulabildiğinden uygulanırken dikkatli olunması gerekmektedir. X-ray ile şablon oluşturma metodu küçük ölçekli yapıların şablonları için kullanılan metodlardanmetotlardan birisidir. Bu metodun kullanımı optik metodlarınmetotların dalga boyu limitini aşması ile popülerliğini yitirmiştir<ref>I. Z. Nikolay, What diffraction limit?, Nature Materials 7, 420 - 422 (2008)</ref>. Tarama sondası litografisi yakın zaman içinde MEMS alanında pek çok uygulama bulmuştur. Tek elektron ile çalışan transistorlerin şablonları bu metodmetot ile hazırlanmıştır<ref>Matsumoto K, Ishii M, Segawa K and Oka Y,Room temperature operation of a single electron transistor made by the scanning tunneling microscope nanooxidation process for the TiOx/Ti system, Applied Physics Letters.68,34.(1996)</ref>.
=== Şablon Uyarınca Malzeme Oyma MetodlarıMetotları (Etching) ===
MEMS yapıların oluşumunda gerçekleşen son aşama materyale aktarılan şablon uyarınca yüzeyin şekillendirilmesidir. Bu işlemin gerçekleşebilmesi için malzemelerin bir kısmının bilinçli biçimde ortadan kaldırılması gereklidir. Malzemeleri ortadan kaldırmak için standard olarak uygulanan iki metodmetot bulunmaktadır. Bu metodlardanmetotlardan ilki şablonu çıkarılmış yapıda bulunan şablon dışı malzemenin bir sıvı içerisinde çözülerek veya kimyasal reaksiyona sokularak ortadan kaldırılmasıdır ([[Wet Etching]]). Reaktif iyonlar ile malzeme kaldırılması ise başka bir yüzey işleme metodudur. Bu metodmetot şablon üzerinde kalan veya şablonunun dışarısında kalan bölgeleri (Bu durum şablonu oluşturan maskenin negatif veya pozitif olması ile değişim gösterir) reaktif iyonlar ile tarayarak şablon uyarınca malzemeye şekil verir. Bu metodun dezavantajı ise yüksek enerjili iyonların yüzeye zarar vermesi veya yük birikimine neden olmasıdır. Reaktif iyon metodunun gelişmiş bir versiyonu ise derin reaktif iyon metodudur. Bu metodmetot izotropik ve anizotropik iki iyon ile malzeme kaldırma metodunun bir kombinasyonudur. Bu metodmetot ile malzeme çok daha derin ve düzgün bir profil ile işlenebilir.<ref>Madou, M. (1997)Fundamentals of Microfabrication, CRC Press, Boca Raton, FL.</ref>.
== Uygulamaları ==
|
