Los sistemas microelectromecánicos ( MEMS ), también escritos como sistemas microelectromecánicos (o sistemas microelectrónicos y microelectromecánicos) y la micromecatrónica y los microsistemas relacionados constituyen la tecnología de los dispositivos microscópicos, particularmente aquellos con partes móviles. Se fusionan a nanoescala en sistemas nanoelectromecánicos (NEMS) y nanotecnología . Los MEMS también se denominan micromáquinas en Japón y tecnología de microsistemas ( MST ) en Europa.
Los MEMS están formados por componentes de entre 1 y 100 micrómetros de tamaño (es decir, de 0,001 a 0,1 mm), y los dispositivos MEMS generalmente varían en tamaño de 20 micrómetros a un milímetro (es decir, de 0,02 a 1,0 mm), aunque los componentes están dispuestos en matrices ( ej., dispositivos de microespejos digitales ) puede tener más de 1000 mm 2 . [1] Suelen constar de una unidad central que procesa datos (un chip de circuito integrado como un microprocesador ) y varios componentes que interactúan con el entorno (como microsensores ). [2] Debido a la gran relación entre el área superficial y el volumen de los MEMS, las fuerzas producidas por el electromagnetismo ambiental (p. ej., cargas electrostáticas ylos momentos magnéticos ) y la dinámica de fluidos (por ejemplo, la tensión superficial y la viscosidad ) son consideraciones de diseño más importantes que con dispositivos mecánicos a mayor escala. La tecnología MEMS se distingue de la nanotecnología molecular o la electrónica molecular en que las dos últimas también deben considerar la química de superficie .
El potencial de las máquinas muy pequeñas se apreció antes de que existiera la tecnología que pudiera fabricarlas (ver, por ejemplo, la famosa conferencia de Richard Feynman de 1959 There's Plenty of Room at the Bottom ). Los MEMS se volvieron prácticos una vez que pudieron fabricarse utilizando tecnologías de fabricación de dispositivos semiconductores modificados , normalmente utilizados para fabricar productos electrónicos . [3] Estos incluyen moldeado y enchapado, grabado en húmedo ( KOH , TMAH ) y grabado en seco ( RIE y DRIE), mecanizado por descarga eléctrica (EDM) y otras tecnologías capaces de fabricar dispositivos pequeños.
La tecnología MEMS tiene sus raíces en la revolución del silicio , que se remonta a dos importantes inventos de semiconductores de silicio de 1959: el chip de circuito integrado (IC) monolítico de Robert Noyce en Fairchild Semiconductor , y el MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor o transistor MOS) por Mohamed M. Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs . El escalado MOSFET , la miniaturización de los MOSFET en chips IC, condujo a la miniaturización de la electrónica (como predijeron la ley de Moore y el escalado de Dennard). Esto sentó las bases para la miniaturización de los sistemas mecánicos, con el desarrollo de la tecnología de micromecanizado basada en la tecnología de semiconductores de silicio, a medida que los ingenieros comenzaron a darse cuenta de que los chips de silicio y los MOSFET podían interactuar y comunicarse con el entorno y procesar cosas como productos químicos , movimientos y luz . Uno de los primeros sensores de presión de silicio fue micromecanizado isotrópicamente por Honeywell en 1962. [4]
Un ejemplo temprano de un dispositivo MEMS es el transistor de puerta resonante, una adaptación del MOSFET, desarrollado por Harvey C. Nathanson en 1965. [5] Otro ejemplo temprano es el resonistor, un resonador monolítico electromecánico patentado por Raymond J. Wilfinger entre 1966 y 1971. [6] [7] Durante la década de 1970 y principios de la de 1980, se desarrollaron varios microsensores MOSFET para medir parámetros físicos, químicos, biológicos y ambientales. [8]
Hay dos tipos básicos de tecnología de conmutación MEMS: capacitiva y óhmica . Se desarrolla un interruptor MEMS capacitivo utilizando una placa móvil o un elemento sensor, que cambia la capacitancia. [9] Los interruptores óhmicos están controlados por voladizos controlados electrostáticamente. [10] Los interruptores MEMS óhmicos pueden fallar debido a la fatiga del metal del actuador MEMS (voladizo) y al desgaste de los contactos, ya que los voladizos pueden deformarse con el tiempo. [11]