MEMS (systèmes microélectromécaniques) : 5 minutes
Un MEMS (système microélectromécanique) est une machine miniature qui comporte à la fois des composants mécaniques et électroniques. Les dimensions physiques d’un MEMS peuvent varier de plusieurs millimètres à moins d’un micromètre, ce qui est inférieur à la largeur des cheveux d’un être humain.
Le terme « MEMS » est utilisé pour décrire la catégorie des gadgets micromécatroniques et les procédés de fabrication utilisés pour créer ces dispositifs. Certains MEMS ne contiennent même pas de composants mécaniques ; cependant, ils sont classés comme MEMS car ils peuvent être utilisés pour miniaturiser des composants couramment utilisés dans les machines traditionnelles, comme les canaux, les ressorts, les trous de cavités, les membranes et les canaux. Comme certains dispositifs MEMS convertissent un signal mécanique en un signal optique ou électrique, ils peuvent également être appelés transducteurs. Au Japon, les MEMS sont plus souvent appelés micromachines, tandis que dans les pays européens, les MEMS sont plus communément appelés technologie des microsystèmes.
Comment sont construits les MEMS
Les MEMS sont constitués de composants tels que des microcapteurs, des microprocesseurs, des microactionneurs, des unités de traitement des données et des pièces capables d’interagir avec d’autres pièces.
Contrairement aux dispositifs mécatroniques classiques, les MEMS sont généralement produits à l’aide des mêmes techniques de production par lots que celles utilisées pour fabriquer des circuits intégrés (CI) et de nombreux produits commerciaux MEMS sont intégrés et emballés avec des CI. La fabrication des MEMS permet d’intégrer sur le même substrat des microcapteurs qui recueillent des données et des micro-actionneurs qui transforment l’énergie en mouvement.
Bien que les MEMS aient le plus faible coût de production par unité, leur conditionnement peut poser problème. Chaque MEMS doit être emballé de manière à ce que les circuits optiques ou électriques ainsi que les autres composants restent à l’abri de la contamination par l’eau et l’air, mais soient en mesure d’interagir avec l’environnement qui l’entoure et de se déplacer.
Exemples de MEMS
Le minuscule système sur puce (SOC ) qui modifie automatiquement l’orientation de l’écran d’un smartphone est un exemple de MEMS que les gens utilisent tous les jours. À mesure que les MEMS deviennent plus petits, nécessitent moins d’énergie et sont plus abordables à fabriquer, ils devraient jouer un rôle important dans l’internet des objets (IoT) et la domotique.
Parmi les autres applications commerciales des MEMS, citons .
- Des systèmes de chauffage et de refroidissement pilotés par des capteurs conçus pour les systèmes de gestion des bâtiments.
- Des réseaux de micro-miroirs conçus pour les systèmes de projection haute définition.
- Des poussières intelligentes qui détectent les changements d’environnement dans les salles blanches de production moléculaire (nanotechnologie).
- Des micro-buses pour contrôler le flux d’encre dans les imprimantes.
- de minuscules baromètres, gyroscopes et microphones gyroscopiques, et accéléromètres pouvant être utilisés pour aider les applications mobiles.
- Des capteurs de pression à usage unique pour une utilisation dans le domaine de la santé.
- Des dispositifs de commutation optique qui permettent le contrôle d’un signal optique par un autre.
Ce MEMS est une pompe à insuline portable et jetable pour la gestion du diabète créée par Debiotech et STMicroelectronics. Selon Debiotech, la puce est composée de trois couches reliées entre elles : une tranche de silicium sur isolant (SOI) comportant des structures de pompe micro-usinées, et deux tranches recouvertes de silicium comportant des trous traversants. Un actionneur piézoélectrique dans la puce est capable de déplacer le diaphragme dans un mouvement circulaire afin de comprimer et de libérer le liquide dans la chambre de pompage.
L’histoire des MEMS
Le concept de développement des MEMS a été introduit pour la première fois dans les années 1980, mais la technologie permettant de créer des MEMS (l’infrastructure de fabrication et de conception) n’a été mise en place que dans les années 1990. L’un des premiers types de MEMS créés concernait les contrôleurs de paliers à air ainsi que les têtes d’impression à jet d’encre. À la fin des années 1990, le premier projecteur a été créé à l’aide de micro-miroirs (qui utilisent des MEMS). Une grande partie du soutien initial aux MEMS provenait du Defense Research and Development Electronics Technology Office. Agence pour les projets de recherche avancée
Au fil du temps, les microcapteurs ont commencé à être utilisés pour une grande variété de capteurs, notamment des capteurs de température, de champ magnétique, de pression et de rayonnement. Dans de nombreux cas, les capteurs fabriqués à partir de MEMS se sont révélés bien plus fiables que leurs homologues dotés de capteurs plus grands.
Aujourd’hui, la majorité des gens interagissent régulièrement avec les MEMS. Chaque voiture qui sort de la chaîne de montage comporte au moins 50 MEMS. Ils sont des éléments essentiels de nombreux systèmes de sécurité obligatoires, tels que les airbags, le contrôle électronique de la stabilité (ESC) et les systèmes de contrôle de la pression des pneus (TPMS).
MEMS et NEMS
Alors que MEMS signifie système microélectromécanique, NEMS signifie système nanoélectromécanique. Les NEMS peuvent être utilisés en nanotechnologie, une technique qui permet de manipuler la matière à l’échelle nanométrique (autour de l’échelle moléculaire ou atomique). La méthode descendante de la nanotechnologie utilise des dispositifs qui possèdent plusieurs des technologies des MEMS. Les MEMS et les NEMS sont souvent considérés comme des technologies distinctes, mais on peut considérer qu’ils sont dépendants les uns des autres dans la mesure où les technologies NEMS sont essentielles aux NEMS. Par exemple, le microscope à effet tunnel (STM), qui est capable de détecter les atomes dans l’air, est un dispositif MEMS.
