Embed Size (px)
Citation preview
MICRO-ELECTRO-MECHANICAL SYSTEMS
(MEMS)
Disusun Oleh
Muhammad Taufik
111.10.0006
BAB I
Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
Micro - Electro - Mechanical Systems , atau MEMS , adalah teknologi yang dalam
bentuk yang paling umum dapat didefinisikan sebagai elemen miniatur mekanik dan
elektro-mekanis ( yaitu , perangkat dan struktur ) yang dibuat dengan menggunakan
teknik microfabrication . Dimensi fisik kritis perangkat MEMS dapat bervariasi dari di
bawah satu mikron pada ujung bawah dari spektrum dimensi , semua jalan ke beberapa
milimeter . Demikian juga , jenis perangkat MEMS dapat bervariasi dari struktur yang
relatif sederhana tidak memiliki elemen bergerak , sistem elektromekanis untuk sangat
kompleks dengan beberapa elemen bergerak di bawah kendali mikroelektronika terpadu
. Salah satu kriteria utama MEMS adalah bahwa setidaknya ada beberapa elemen yang
memiliki semacam fungsi mekanis atau tidaknya unsur-unsur bisa bergerak . Istilah
yang digunakan untuk mendefinisikan MEMS bervariasi di berbagai belahan dunia . Di
Amerika Serikat mereka sebagian besar disebut MEMS , sedangkan di beberapa bagian
lain dari dunia mereka disebut " Microsystems Technology " di Eropa atau "
micromachines " di Japan .
MEMS fabrikasi adalah usaha yang sangat menarik karena sifat disesuaikan teknologi
proses dan keragaman kemampuan pemrosesan. MEMS fabrikasi menggunakan banyak
teknik yang sama yang digunakan dalam sirkuit terpadu domain seperti oksidasi, difusi,
implantasi ion, LPCVD, sputtering, dll, dan menggabungkan kemampuan ini dengan
proses micromachining sangat khusus
1.2. Rumusan masalah
Apa pengertian MEMS ?
Apa saja proses micromachining dalam fabrikasi MEMS?
Apa saja aplikasi dalam penggunaan MEMS?
1.3. Tujuan
Menjelaskan pengertian MEMS.
Menjelaskan proses micromachining dalam fabrikasi MEMS.
Menjelaskan aplikasi dalam penggunaan MEMS.
BAB II
ISI
2.1. Pengertian MEMS
Micro - Electro - Mechanical Systems , atau MEMS , adalah teknologi yang dalam
bentuk yang paling umum dapat didefinisikan sebagai elemen miniatur mekanik dan
elektro-mekanis ( yaitu , perangkat dan struktur ) yang dibuat dengan menggunakan
teknik microfabrication . Dimensi fisik kritis perangkat MEMS dapat bervariasi dari di
bawah satu mikron pada ujung bawah dari spektrum dimensi , semua jalan ke beberapa
milimeter . Demikian juga , jenis perangkat MEMS dapat bervariasi dari struktur yang
relatif sederhana tidak memiliki elemen bergerak , sistem elektromekanis untuk sangat
kompleks dengan beberapa elemen bergerak di bawah kendali mikroelektronika terpadu .
Salah satu kriteria utama MEMS adalah bahwa setidaknya ada beberapa elemen yang
memiliki semacam fungsi mekanis atau tidaknya unsur-unsur bisa bergerak . Istilah yang
digunakan untuk mendefinisikan MEMS bervariasi di berbagai belahan dunia . Di
Amerika Serikat mereka sebagian besar disebut MEMS , sedangkan di beberapa bagian
lain dari dunia mereka disebut " Microsystems Technology " di Eropa atau "
micromachines " di Japan .
Sementara unsur-unsur fungsional MEMS miniatur struktur , sensor , aktuator , dan
mikroelektronika , unsur yang paling terkenal ( dan mungkin paling menarik ) adalah
MIKROSENSOR dan microactuators . MIKROSENSOR dan microactuators secara tepat
dikategorikan sebagai " transduser " , yang didefinisikan sebagai perangkat yang
mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya . Dalam kasus MIKROSENSOR ,
perangkat biasanya mengkonversi sinyal mekanik diukur menjadi sinyal listrik .
Selama beberapa dekade terakhir peneliti MEMS dan pengembang telah menunjukkan
jumlah yang sangat besar MIKROSENSOR untuk hampir setiap kemungkinan modalitas
penginderaan termasuk suhu , tekanan , gaya inersia , spesies kimia , medan magnet ,
radiasi , dll Hebatnya , banyak dari sensor micromachined telah menunjukkan kinerja
melebihi rekan-rekan macroscale mereka. Artinya, versi micromachined , misalnya ,
transduser tekanan , biasanya melebihi sensor tekanan dibuat dengan menggunakan
teknik mesin tingkat macroscale paling tepat . Tidak hanya kinerja perangkat MEMS
yang luar biasa , tetapi metode produksi mereka memanfaatkan teknik yang sama bets
fabrikasi yang digunakan dalam industri sirkuit terpadu - yang dapat diterjemahkan ke
dalam biaya produksi per - perangkat rendah , serta banyak manfaat lainnya . Akibatnya,
adalah mungkin untuk tidak hanya mencapai kinerja perangkat bintang, tapi untuk
melakukannya pada tingkat biaya yang relatif rendah . Tidak mengherankan , silikon
berbasis MIKROSENSOR diskrit dieksploitasi secara komersial dengan cepat dan pasar
untuk perangkat ini terus tumbuh pada tingkat yang cepat .
Baru-baru ini , penelitian dan pengembangan masyarakat MEMS telah menunjukkan
sejumlah microactuators termasuk : microvalves untuk mengontrol gas dan cairan
mengalir ; switch optik dan cermin untuk mengarahkan atau mengatur cahaya balok ;
dikontrol secara independen array Micromirror untuk menampilkan, microresonators
untuk sejumlah aplikasi yang berbeda , micropumps untuk mengembangkan tekanan
cairan positif , microflaps untuk memodulasi airstreams pada airfoil , serta banyak
lainnya . Anehnya , meskipun microactuators ini sangat kecil , mereka sering dapat
menimbulkan efek pada tingkat macroscale ; yaitu , ini aktuator kecil dapat melakukan
prestasi mekanik jauh lebih besar dari ukuran mereka akan berarti . Sebagai contoh, para
peneliti telah menempatkan microactuators kecil di tepi terkemuka airfoil pesawat
terbang dan telah mampu mengarahkan pesawat hanya menggunakan perangkat ini
microminiaturized.
Gambar 1. Permukaan micromachined elektro-statis-actuated micromotor dibuat oleh
MNX. Perangkat ini adalah contoh dari microactuator berbasis MEMS.
Potensi nyata MEMS mulai menjadi terpenuhi ketika sensor miniatur , aktuator , dan
struktur semua bisa bergabung ke sebuah substrat silikon umum bersama dengan sirkuit
terpadu (yaitu , mikroelektronika ) . Sementara elektronik yang dibuat menggunakan
sirkuit terpadu ( IC ) urutan proses ( misalnya , CMOS , Bipolar , atau BiCMOS
proses ) , komponen mikromekanik yang dibuat menggunakan kompatibel "
micromachining " proses yang selektif etch jauh bagian dari wafer silikon atau
menambahkan lapisan struktural baru untuk membentuk perangkat mekanik dan
elektromekanis . Hal ini bahkan lebih menarik jika MEMS dapat digabungkan tidak
hanya dengan mikroelektronik , tetapi dengan teknologi lain seperti Photonics ,
nanoteknologi , dll Hal ini kadang-kadang disebut " integrasi heterogen . " Jelas ,
teknologi ini diisi dengan berbagai peluang pasar komersial .
Sementara tingkat yang lebih kompleks dari integrasi adalah tren masa depan teknologi
MEMS , saat ini negara-of - the-art yang lebih sederhana dan biasanya melibatkan
microsensor tunggal diskrit , sebuah microactuator diskrit tunggal, microsensor tunggal
yang terintegrasi dengan elektronik , banyaknya dasarnya MIKROSENSOR identik
terintegrasi dengan elektronik , sebuah microactuator tunggal terintegrasi dengan
elektronik , atau banyaknya microactuators dasarnya identik terintegrasi dengan
elektronik . Namun demikian, sebagai metode MEMS fabrikasi muka, janji adalah
kebebasan desain besar dimana semua jenis microsensor dan jenis microactuator dapat
digabungkan dengan mikroelektronika serta Photonics , nanoteknologi , dll , ke substrat
tunggal .
Gambar 2. Permukaan resonator micromachined dibuat oleh MNX. Perangkat ini dapat
digunakan baik sebagai microsensor serta microactuator.
Visi ini MEMS dimana MIKROSENSOR , microactuators dan mikroelektronika dan
teknologi lainnya , dapat diintegrasikan ke sebuah microchip tunggal ini diharapkan
menjadi salah satu terobosan teknologi yang paling penting masa depan . Hal ini akan
memungkinkan pengembangan produk cerdas dengan menambah kemampuan komputasi
mikroelektronik dengan persepsi dan kemampuan kontrol MIKROSENSOR dan
microactuators . Sirkuit terpadu Mikroelektronika dapat dianggap sebagai "otak " dari
sebuah sistem dan menambah MEMS ini kemampuan pengambilan keputusan dengan "
mata " dan " senjata" , untuk memungkinkan Microsystems untuk merasakan dan
mengendalikan lingkungan . Sensor mengumpulkan informasi dari lingkungan melalui
mengukur fenomena mekanik , termal , biologis , kimia , optik , dan magnetik . Elektronik
kemudian memproses informasi yang berasal dari sensor dan melalui beberapa
kemampuan pengambilan keputusan langsung aktuator untuk menanggapi dengan
bergerak , posisi , mengatur , memompa , dan penyaringan , sehingga mengendalikan
lingkungan untuk beberapa hasil yang diinginkan atau tujuan. Selanjutnya, karena
perangkat MEMS yang diproduksi menggunakan teknik fabrikasi batch, mirip dengan IC ,
tingkat belum pernah terjadi sebelumnya fungsionalitas , kehandalan , dan kecanggihan
dapat ditempatkan pada sebuah chip silikon kecil dengan biaya yang relatif rendah .
Teknologi MEMS sangat beragam dan subur , baik di area aplikasi yang diharapkan , serta
bagaimana perangkat yang dirancang dan diproduksi . Sudah , MEMS merevolusi banyak
kategori produk dengan memungkinkan sistem -on- a-chip yang lengkap untuk
direalisasikan .
Nanoteknologi adalah kemampuan untuk memanipulasi materi pada tingkat atom atau
molekul untuk membuat sesuatu yang berguna pada skala nano - dimensi . Pada dasarnya ,
ada dua pendekatan dalam pelaksanaan : top-down dan bottom-up . Dalam pendekatan top-
down , perangkat dan struktur yang dibuat menggunakan banyak teknik yang sama seperti
yang digunakan dalam MEMS kecuali mereka dibuat lebih kecil , biasanya dengan
menggunakan fotolitografi dan etsa metode yang lebih maju . Pendekatan bottom-up
biasanya melibatkan deposisi , tumbuh , atau self-assembly teknologi . Keuntungan dari
perangkat nano - dimensi lebih MEMS melibatkan manfaat sebagian besar berasal dari
hukum scaling, yang juga dapat menyajikan beberapa tantangan juga.
Gambar 3. Sebuah array posting sub-mikron dibuat menggunakan top-down metode
fabrikasi nanoteknologi
Beberapa ahli percaya bahwa nanoteknologi menjanjikan untuk: a). memungkinkan kita
untuk menempatkan dasarnya setiap atom atau molekul di tempat dan posisi yang
diinginkan - yaitu, kontrol posisi yang tepat untuk perakitan, b). memungkinkan kita untuk
membuat hampir semua struktur atau bahan sesuai dengan hukum fisika yang dapat
ditentukan pada tingkat atom atau molekul; dan c). memungkinkan kita untuk memiliki
biaya produksi tidak sangat melebihi biaya bahan baku yang diperlukan dan energi yang
digunakan dalam fabrikasi (yaitu, paralelisme besar).
Gambar 4. Sebuah gambar berwarna mikroskop image scanning tunneling-permukaan,
yang merupakan teknik pencitraan yang umum digunakan dalam nanoteknologi.
Meskipun MEMS dan Nanoteknologi kadang-kadang disebut sebagai teknologi yang
terpisah dan berbeda , ternyata perbedaan antara keduanya tidak begitu jelas . Bahkan ,
kedua teknologi sangat tergantung pada satu sama lain . The terkenal scanning tunneling -
ujung mikroskop ( STM ) yang digunakan untuk mendeteksi atom dan molekul individu
pada skala nanometer adalah perangkat MEMS . Demikian pula dengan mikroskop atom
( AFM ) yang digunakan untuk memanipulasi penempatan dan posisi atom dan molekul
individu pada permukaan substrat adalah perangkat MEMS juga. Bahkan , berbagai
teknologi MEMS diperlukan untuk antarmuka dengan domain skala nano .
Demikian juga , banyak teknologi MEMS menjadi tergantung pada teknologi nano untuk
produk-produk baru yang sukses . Sebagai contoh, accelerometers airbag kecelakaan yang
diproduksi menggunakan teknologi MEMS dapat memiliki kehandalan jangka panjang
mereka terdegradasi karena dinamis dalam penggunaan efek stiction antara massa bukti
dan substrat . Sebuah nanoteknologi disebut Self- Rakitan Monolayers ( SAM ) pelapis
sekarang secara rutin digunakan untuk mengobati permukaan MEMS elemen bergerak
sehingga mencegah efek stiction dari terjadi atas hidup produk.
Banyak ahli telah menyimpulkan bahwa MEMS dan nanoteknologi adalah dua label yang
berbeda untuk apa pada dasarnya adalah sebuah teknologi yang meliputi hal-hal yang
sangat miniatur yang tidak dapat dilihat dengan mata manusia . Perhatikan bahwa definisi
yang luas serupa terjadi di sirkuit domain terpadu yang sering disebut sebagai teknologi
mikroelektronika meskipun state -of - the-art teknologi IC biasanya memiliki perangkat
dengan dimensi puluhan nanometer . Apakah atau tidak MEMS dan nanoteknologi adalah
satu dalam sama , itu tidak diragukan lagi bahwa ada ketergantungan timbal balik yang
luar biasa antara kedua teknologi yang hanya akan meningkat dalam waktu. Mungkin apa
yang paling penting adalah manfaat umum yang diberikan oleh teknologi ini , termasuk :
peningkatan kemampuan informasi ; miniaturisasi sistem ; bahan baru yang dihasilkan dari
ilmu baru pada skala dimensi miniatur ; dan peningkatan fungsi dan otonomi untuk
sistem .
2.2. Fabricating MEMS and Nanotechnology
MEMS fabrikasi adalah usaha yang sangat menarik karena sifat disesuaikan teknologi
proses dan keragaman kemampuan pemrosesan. MEMS fabrikasi menggunakan banyak
teknik yang sama yang digunakan dalam sirkuit terpadu domain seperti oksidasi, difusi,
implantasi ion, LPCVD, sputtering, dll, dan menggabungkan kemampuan ini dengan
proses micromachining sangat khusus. Beberapa proses micromachining paling banyak
digunakan dibahas di bawah ini.
2.2.1. Bulk Micromachining
Teknologi micromachining tertua adalah bulk micromachining. Teknik ini
melibatkan penghapusan selektif dari bahan substrat dalam rangka mewujudkan
komponen mekanis miniatur. BulkmMicromachining dapat dicapai dengan
menggunakan sarana kimia atau fisik, dengan cara kimia yang jauh lebih banyak
digunakan dalam industri MEMS.
Sebuah teknik bulk micromachining banyak digunakan adalah chemical wet
etching, yang melibatkan perendaman substrat ke dalam larutan kimia reaktif
yang akan etch daerah terkena substrat pada tingkat terukur. chemical wet etching
populer di MEMS karena dapat memberikan tingkat etch yang sangat tinggi dan
selektivitas. Selain itu, tingkat etsa dan selektivitas dapat dimodifikasi dengan
mengubah komposisi kimia dari larutan etsa, menyesuaikan suhu larutan etsa,
memodifikasi konsentrasi dopan substrat, dan memodifikasi yang kristalografi
pesawat substrat yang terkena solusi ETSA.
Ada dua jenis umum dari chemical wet etching dalam Bulk Micromachining: wet
etching isotropik dan wet etching anisotropik. Dalam wet etching isotropik, laju
etsa tidak tergantung pada orientasi kristalografi substrat dan hasil etsa ke segala
arah dengan harga yang sama. Secara teori, etsa lateralis di bawah lapisan
masking etches pada tingkat yang sama sebagai tingkat etch arah normal. Namun,
dalam praktiknya etsa lateral biasanya jauh lebih lambat tanpa pengadukan, dan
etsa basah akibatnya isotropik hampir selalu dilakukan dengan pengadukan yang
kuat dari solusi ETSA. Gambar 5 menggambarkan profil etch menggunakan
ETSA basah isotop dengan dan tanpa pengadukan larutan ETSA.
Setiap proses etsa membutuhkan bahan masking yang akan digunakan, dengan
lebih selektivitas yang tinggi relatif terhadap bahan substrat. Bahan masking
umum untuk isotropik basah silikon etsa termasuk silikon dioksida dan silikon
nitrida. Silicon nitrida memiliki tingkat etch jauh lebih rendah dibandingkan
dengan silikon dioksida dan karena itu lebih sering digunakan.
Tingkat etch dari beberapa campuran larutan etching basah isotropik tergantung
pada konsentrasi dopan dari bahan substrat. Sebagai contoh: campuran umum
digunakan HC2H3O2: HNO3: HF dalam rasio 08:03:01 etch akan sangat doped
silikon (> 5 x 1018 atoms/cm3) pada tingkat 50 sampai 200 mikron / jam, tapi
akan etch ringan doped bahan silikon pada tingkat 150 kali lebih sedikit. Namun
demikian, selektivitas tingkat etch sehubungan dengan konsentrasi dopan sangat
tergantung pada campuran larutan.
Gambar 5. Ilustrasi profil etsa, dengan dan tanpa pengadukan, menggunakan wet
etching kimia isotropik.
Jauh lebih banyak digunakan wet etching untuk silikon micromachining adalah
wet etching anisotropik . wet etching anisotropik melibatkan perendaman substrat
ke dalam larutan kimia dimana tingkat etch tergantung pada orientasi kristalografi
substrat . Mekanisme etsa bervariasi sesuai dengan bidang kristal silikon akan
dikaitkan dengan konfigurasi ikatan yang berbeda dan kepadatan atom bahwa
pesawat yang berbeda terkena solusi ETSA . wet etching anisotropik kimia
biasanya digambarkan dalam hal tingkat etch sesuai dengan tempat yang berbeda
kristalografi normal, biasanya < 100 > , < 110 > , dan < 111 > . Secara umum,
silikon anisotropic etching etches lebih lambat sepanjang < 111 > pesawat
daripada semua pesawat lain dalam kisi dan perbedaan dalam tingkat etch antara
arah kisi yang berbeda dapat setinggi 1000 hingga 1 . Diperkirakan bahwa alasan
untuk tingkat etch lambat dari < 111 > bidang adalah bahwa bidang ini memiliki
kepadatan tertinggi atom silikon terpapar dalam larutan eTSA , serta 3 obligasi
silikon di bawah bidang, sehingga menyebabkan beberapa jumlah perisai kimia
permukaan .
Kemampuan untuk menggambarkan bidang kristal yang berbeda dari kisi silikon
dalam wet etching anisotropik kimia menyediakan kemampuan etch - resolusi
tinggi dengan kontrol dimensi yang cukup ketat . Ini juga menyediakan
kemampuan untuk pengolahan dua sisi untuk mewujudkan struktur diri terisolasi
dimana hanya satu sisi terkena lingkungan. Hal ini membantu dalam kemasan
perangkat dan sangat berguna untuk perangkat MEMS terkena lingkungan yang
keras , seperti sensor tekanan . Teknik etsa anisotropik telah ada selama lebih dari
25 tahun dan biasanya digunakan dalam pembuatan sensor tekanan silikon serta
curah micromachined accelerometers .
Gambar 6 di bawah ini adalah ilustrasi dari beberapa bentuk yang mungkin
menggunakan wet etching anisotropic < 100 > substrat silikon berorientasi
termasuk piramida terbalik dan dipercaya pit trapesium etch datar . Perhatikan
bahwa bentuk pola etch terutama ditentukan oleh lambat etsa < 111 > bidang .
Angka 3a dan 3b adalah SEM foto-foto substrat silikon setelah etsa anisotropik
basah . Gambar 3a menunjukkan trapesium etch lubang yang telah kemudian
potong dadu di lubang etch dan Gambar 3b menunjukkan bagian belakang selaput
tipis yang dapat digunakan untuk membuat sensor tekanan. Penting untuk dicatat
bahwa profil etch ditampilkan dalam Angka hanya untuk < 100 > wafer silikon
berorientasi ; substrat dengan orientasi kristalografi lainnya akan menunjukkan
bentuk yang berbeda . Kadang-kadang, substrat dengan orientasi lain yang
digunakan dalam MEMS fabrikasi , tetapi mengingat biaya , lead time dan
ketersediaan , sebagian besar substrat yang digunakan dalam jumlah besar
micromachining memiliki < 100 > orientasi .
Gambar 6. Ilustrasi bentuk profil etch dari silikon substrat <100> berorientasi
setelah direndam dalam larutan wet etching anisotropic.
Gambar 7a dan 7b: SEM dari <100> silikon substrat berorientasi setelah
direndam dalam wet etching anisotropik.
Berguna wet etching anisotropik membutuhkan kemampuan untuk berhasil
menutupi daerah-daerah tertentu dari substrat dan akibatnya kriteria penting
untuk memilih ETSA adalah ketersediaan bahan masking baik . Silicon nitrida
adalah bahan masking umum digunakan untuk wet etching anisotropik karena
memiliki tingkat etch yang sangat rendah di sebagian besar solusi ETSA .
Beberapa perawatan harus dilakukan dalam jenis silikon nitrida digunakan ,
karena setiap cacat pin hole akan menghasilkan serangan dari silikon yang
mendasari . Juga, beberapa nitrida kaya silikon rendah stres dapat etch pada
tingkat yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan stoikiometri formulasi silikon
nitrida . Termal tumbuh SiO2 sering digunakan sebagai bahan masking , tetapi
beberapa perawatan harus dilakukan untuk memastikan lapisan masking cukup
tebal bila menggunakan KOH etsa , karena harga etch oksida bisa tinggi .
Photoresists yang dapat digunakan dalam setiap ETSA anisotropic . Banyak
logam termasuk Ta , Au , Cr , Ag , dan Cu tahan dengan baik di EDP dan Al
memegang di TMAH dalam kondisi tertentu .
Secara umum, tingkat etch , etch rasio tingkat ( 100 ) / ( 111 ) , dan selektivitas
etch dari etsa anisotropik sangat tergantung pada komposisi kimia dan suhu
larutan ETSA .
Sering , ketika menggunakan micromachining massal itu diinginkan untuk
membuat membran tipis silikon atau mengontrol kedalaman etsa sangat tepat .
Seperti halnya proses kimia , keseragaman etsa dapat bervariasi di seluruh
substrat , membuat ini sulit. Jangka waktu etches dimana kedalaman etch
ditentukan dengan cara mengalikan tarif etch pada saat etch yang sulit untuk
mengontrol dan etch kedalaman sangat bergantung pada keseragaman ketebalan
sampel , efek difusi spesies ETSA , efek loading, ETSA penuaan , persiapan
permukaan , dll Untuk memungkinkan tingkat yang lebih tinggi dari presisi dalam
anisotropic etsa bidang MEMS telah mengembangkan solusi untuk masalah ini ,
yaitu etch berhenti . Berhenti Etch sangat berguna untuk mengontrol proses etsa
dan memberikan kedalaman etch seragam di seluruh wafer , dari wafer wafer ,
dan wafer dari banyak wafer banyak . Ada dua tipe dasar etsa metode berhenti
yang digunakan dalam micromachining : berhenti dopan etch dan etsa berhenti
elektrokimia .
2.2.2. Surface Micromachining
Surface micromachining lain adalah teknologi yang sangat populer digunakan
untuk pembuatan perangkat MEMS . Ada jumlah yang sangat besar variasi
bagaimana surface micromachining dilakukan , tergantung pada bahan dan
kombinasi ETSA yang digunakan . Namun, tema umum melibatkan urutan
langkah dimulai dengan pengendapan beberapa bahan film tipis untuk bertindak
sebagai lapisan mekanik sementara ke mana lapisan perangkat yang sebenarnya
dibangun ; diikuti oleh pengendapan dan pola perangkat lapisan film tipis dari
bahan yang disebut sebagai lapisan struktural; kemudian diikuti dengan
penghapusan lapisan sementara untuk melepaskan lapisan struktur mekanik dari
kendala dari lapisan di bawahnya , sehingga memungkinkan lapisan struktural
untuk bergerak . Sebuah ilustrasi dari proses micromachining permukaan
ditunjukkan pada Gambar 8 , dimana lapisan oksida disimpan dan berpola .
Lapisan oksida ini bersifat sementara dan sering disebut sebagai lapisan kurban .
Selanjutnya , lapisan film tipis dari polysilicon disimpan dan berpola dan lapisan
ini adalah lapisan mekanik struktural . Terakhir, lapisan korban sementara adalah
dihapus dan lapisan polysilicon sekarang bebas untuk bergerak sebagai
penopang .
Beberapa alasan surface micromachining sangat populer adalah bahwa ia
menyediakan untuk kontrol dimensi yang tepat dalam arah vertikal . Hal ini
disebabkan oleh fakta bahwa lapisan ketebalan struktur dan pengorbanan
ditentukan oleh ketebalan disimpan film yang dapat dikontrol secara akurat . Juga
, surface micromachining menyediakan untuk kontrol dimensi yang tepat dalam
arah horisontal , karena toleransi lapisan struktural ditentukan oleh kesetiaan
fotolitografi dan etsa proses yang digunakan . Manfaat lain dari surface
micromachining adalah bahwa berbagai macam struktur , kombinasi kurban dan
ETSA dapat digunakan ; beberapa yang kompatibel dengan perangkat
mikroelektronika untuk mengaktifkan perangkat MEMS terintegrasi . Permukaan
micromachining sering memanfaatkan karakteristik deposisi tipis - film seperti
cakupan konformal menggunakan LPCVD . Terakhir, surface micromachining
menggunakan pemrosesan wafer satu-sisi dan relatif sederhana . Hal ini
memungkinkan kepadatan integrasi yang lebih tinggi dan lebih rendah yang
dihasilkan per biaya mati dibandingkan dengan micromachining massal .
Gambar 8. Ilustrasi proses surface micromachining.
Salah satu kelemahan dari surface micromachining adalah bahwa sifat mekanik
yang paling disimpan tipis-film biasanya tidak diketahui dan harus diukur. Juga
adalah umum untuk jenis film memiliki tinggi negara tegangan sisa, sering
memerlukan anil suhu tinggi untuk mengurangi tegangan sisa di lapisan
struktural. Juga, reproduksibilitas sifat mekanik dalam film ini dapat menjadi sulit
untuk dicapai. Selain itu, pelepasan lapisan struktural bisa sulit karena efek
stiction dimana lapisan struktural ditarik ke bawah dan menempel di substrat
yang mendasari karena gaya kapiler selama rilis. Stiction juga bisa terjadi pada
penggunaan dan bahan pelapis anti-stiction mungkin diperlukan.
Yang paling umum digunakan proses surface micromachining dan kombinasi
material lapisan PSG kurban, sebuah polysilicon lapisan struktural doped, dan
penggunaan Hydrofluoric asam sebagai ETSA untuk menghilangkan lapisan
kurban PSG dan melepaskan perangkat. Jenis proses micromachining permukaan
digunakan untuk membuat Analog Devices terintegrasi MEMS accelerometer
perangkat yang digunakan untuk penyebaran kecelakaan airbag. Gambar 9 dan
Gambar 10 adalah SEM dari dua perangkat polysilicon MEMS permukaan
micromachined.
Variasi lain dari proses surface micromachining adalah dengan menggunakan
lapisan logam struktural, lapisan polimer sebagai lapisan kurban, dan plasma O2
sebagai ETSA tersebut. Keuntungan dari proses ini adalah bahwa suhu lapisan
deposisi kurban dan struktural yang cukup rendah agar tidak menurunkan apapun
mikroelektronika pada substrat silikon yang mendasari, sehingga
mengintegrasikan MEMS dengan elektronik. Juga, karena lapisan kurban akan
dihapus tanpa perendaman dalam cairan, masalah yang terkait dengan stiction
selama rilis dihindari. Proses seperti ini digunakan untuk menghasilkan Processor
Texas Instruments Digital Light (DLP) perangkat yang digunakan dalam sistem
proyeksi.
Gambar 9. polysilicon micromotor dibuat menggunakan proses surface
micromachining.
Gambar 10. resonator polysilicon struktur dibuat menggunakan proses surface
micromachining.
2.2.3. Wafer Bonding
Wafer bonding adalah metode micromachining yang analog dengan pengelasan di
dunia macroscale dan melibatkan bergabungnya dua (atau lebih) wafer sama
untuk menciptakan tumpukan multi-wafer. Ada tiga jenis dasar ikatan wafer
termasuk: ikatan langsung atau fusi; lapangan dibantu atau ikatan anodik; dan
ikatan menggunakan lapisan menengah. Secara umum, semua metode ikatan
memerlukan substrat yang sangat datar, halus, dan bersih, agar ikatan wafer untuk
menjadi sukses dan bebas dari void.
Langsung atau fusi ikatan biasanya digunakan untuk kawin dua wafer silikon
bersama-sama atau alternatif untuk kawin satu wafer silikon untuk wafer silikon
lain yang telah teroksidasi. Wafer bonding langsung dapat dilakukan pada
kombinasi lainnya, seperti silikon telanjang untuk wafer silikon dengan film tipis
silikon nitrida di permukaan juga.
Seperti disebutkan, wafer bonding analog dengan pengelasan di dunia
macroscale. wafer bonding digunakan untuk melampirkan lapisan tebal silikon
kristal tunggal ke wafer lain. Hal ini dapat sangat berguna bila diinginkan untuk
memiliki lapisan tebal bahan untuk aplikasi yang memerlukan massa yang cukup
atau dalam aplikasi di mana sifat material silikon kristal tunggal yang
menguntungkan atas orang-orang dari bahan LPCVD film tipis. Ikatan wafer
langsung juga digunakan untuk membuat Silicon-On-Insulator (SOI) wafer
memiliki lapisan perangkat beberapa mikron atau lebih tebal.
Teknik wafer bonding lain yang populer adalah anodic bonding . Dalam wafer
bonding anodik silikon terikat pada Pyrex 7740 wafer menggunakan medan listrik
dan suhu tinggi . Kedua wafer dapat pra - diproses sebelum ikatan dan dapat
disejajarkan selama prosedur ikatan . Mekanisme kerja ikatan anodik didasarkan
pada kenyataan bahwa Pyrex 7740 memiliki konsentrasi tinggi ion Na + ;
tegangan positif diterapkan pada wafer silikon drive ion Na + dari permukaan
kaca Pyrex , sehingga menciptakan muatan negatif pada permukaan kaca . Suhu
meningkat selama proses ikatan memungkinkan ion Na + untuk bermigrasi dalam
gelas dengan relatif mudah . Ketika ion Na + mencapai antarmuka , hasil
lapangan tinggi antara silikon dan kaca , dan ini dikombinasikan dengan suhu
tinggi sekering dua wafer bersama-sama . Seperti ikatan wafer langsung , sangat
penting bahwa wafer yang datar , halus, dan bersih dan bahwa proses ikatan
anodik dilakukan di lingkungan yang sangat bersih . Keuntungan dari proses ini
adalah bahwa Pyrex 7740 memiliki koefisien ekspansi termal hampir sama
dengan silikon dan oleh karena itu ada nilai yang rendah dari tegangan sisa di
lapisan . Anodik ikatan adalah teknik banyak digunakan untuk kemasan MEMS .
Selain mengarahkan dan anodik ikatan ada teknik ikatan wafer lain yang
digunakan dalam MEMS fabrikasi. Salah satu metode adalah ikatan eutektik dan
melibatkan ikatan substrat silikon pada substrat silikon lain pada suhu tinggi
menggunakan lapisan menengah emas pada permukaan salah satu wafer. Ikatan
eutektik bekerja karena difusi emas ke dalam silikon yang sangat cepat pada suhu
yang tinggi. Sebenarnya ini adalah metode yang disukai wafer bonding pada suhu
relatif rendah.
2.2.4. Liga
Aspek teknologi tinggi lain yang populer rasio micromachining disebut LIGA,
yang merupakan singkatan Jerman untuk "LIthographie Galvanoformung
Adformung." Ini adalah terutama berbasis teknologi non-silikon dan
membutuhkan penggunaan sinkrotron dihasilkan radiasi x-ray. Proses dasar
diuraikan dalam Gambar 11 dan dimulai dengan tokoh x-ray radiasi PMMA
sensitif ke substrat yang cocok. Sebuah masker x-ray khusus digunakan untuk
eksposur selektif lapisan PMMA menggunakan sinar-x. The PMMA kemudian
dikembangkan dan akan didefinisikan dengan dinding samping yang sangat halus
dan hampir sempurna vertikal. Selain itu, kedalaman penetrasi radiasi x-ray ke
dalam lapisan PMMA cukup mendalam dan memungkinkan eksposur melalui
lapisan PMMA sangat tebal, sampai dengan dan melebihi 1 mm. Setelah
pengembangan, berpola PMMA bertindak sebagai cetakan polimer dan
ditempatkan ke dalam bak electroplating dan Nikel berlapis ke daerah terbuka
PMMA. The PMMA kemudian dikeluarkan, sehingga meninggalkan mikro
logam (Gambar 12).
Karena LIGA membutuhkan masker khusus dan sinkrotron (X-ray) sumber
radiasi untuk eksposur, biaya proses ini relatif mahal. Sebuah variasi dari proses
yang mengurangi biaya bagian micromachined dibuat dengan proses ini adalah
untuk menggunakan kembali bagian logam fabrikasi (langkah 5) sebagai alat
insert untuk menanamkan bentuk alat ke dalam lapisan polimer (langkah 3),
diikuti oleh elektroplating logam ke dalam cetakan polimer (langkah 4) dan
penghapusan cetakan polimer (langkah 5). Jelas ini urutan langkah-langkah
menghilangkan kebutuhan untuk sumber radiasi sinkrotron setiap kali bagian
dibuat dan dengan demikian secara signifikan menurunkan biaya proses. Kontrol
dimensi proses ini cukup baik dan alat insert dapat digunakan berkali-kali
sebelum itu aus.
Gambar 11: Sebuah ilustrasi dari langkah-langkah yang terlibat dalam proses
LIGA untuk mengarang aspek tinggi rasio perangkat MEMS.
Gambar 12: tinggi gigi rasio aspek dibuat dengan menggunakan teknologi LIGA.
3. Aplication MEMS and Nanotechnology
Ada banyak aplikasi yang memungkinkan untuk MEMS dan Nanoteknologi. Sebagai
terobosan teknologi, yang memungkinkan sinergi tak tertandingi antara bidang yang
sebelumnya tidak berhubungan seperti biologi dan mikroelektronika, banyak MEMS baru
dan aplikasi Nanoteknologi akan muncul, berkembang melebihi apa yang saat ini
diidentifikasi atau dikenal. Berikut adalah beberapa aplikasi yang menarik saat ini:
Biotechnology
MEMS dan Nanoteknologi adalah memungkinkan penemuan-penemuan baru
dalam sains dan teknik seperti Polymerase Chain Reaction (PCR) untuk
amplifikasi DNA Microsystems dan identifikasi, enzim Linked Immunosorbent
Assay (ELISA), kapiler elektroforesis, elektroporasi, micromachined Scanning
Tunneling Microscopy (STM), setiap Biochip untuk deteksi bahan kimia
berbahaya dan agen biologi, dan Microsystems untuk tinggi-throughput screening
obat dan seleksi.
Medicine
Ada berbagai macam aplikasi untuk MEMS dalam kedokteran. Yang pertama dan
sejauh ini aplikasi yang paling sukses dari MEMS dalam kedokteran (setidaknya
dalam hal jumlah perangkat dan ukuran pasar) adalah sensor tekanan MEMS,
yang telah digunakan selama beberapa dekade. Pasar untuk sensor tekanan ini
sangat beragam dan sangat terfragmentasi, dengan pasar-volume tinggi sedikit
dan banyak yang volume yang lebih rendah. Beberapa aplikasi sensor tekanan
MEMS dalam kedokteran meliputi: sensor sekali pakai yang digunakan untuk
memonitor tekanan darah pada IV baris pasien dalam perawatan intensif, Sensor
tekanan MEMS digunakan untuk mengukur tekanan intrauterin selama kelahiran,
Sensor tekanan MEMS digunakan di rumah sakit dan ambulans sebagai monitor
tanda-tanda vital pasien, khususnya tekanan darah pasien dan respirasi, dan lain
sebagainya.
Communications
Rangkaian frekuensi tinggi yang mendapatkan manfaat jauh dari munculnya
teknologi RF-MEMS. Komponen listrik seperti induktor dan kapasitor merdu
dapat ditingkatkan secara signifikan dibandingkan dengan rekan-rekan terpadu
mereka jika mereka dibuat dengan menggunakan MEMS dan Nanoteknologi.
Dengan integrasi komponen tersebut, kinerja sirkuit komunikasi akan
meningkatkan, sedangkan total luas sirkuit, konsumsi daya dan biaya akan
berkurang. Selain itu, saklar mekanik, seperti yang dikembangkan oleh beberapa
kelompok penelitian, adalah komponen kunci yang sangat potensial di berbagai
RF dan microwave sirkuit. Sampel ini menunjukkan switch mekanik memiliki
faktor kualitas yang jauh lebih tinggi dari apa yang sebelumnya tersedia. Aplikasi
lain yang sukses dari RF-MEMS dalam resonator sebagai filter mekanik untuk
sirkuit komunikasi.
BAB III
PENUTUP
3.1. Kesimpulan
Micro - Electro - Mechanical Systems , atau MEMS , adalah teknologi yang
dalam bentuk yang paling umum dapat didefinisikan sebagai elemen miniatur
mekanik dan elektro-mekanis ( yaitu , perangkat dan struktur ) yang dibuat
dengan menggunakan teknik microfabrication.
proses micromachining dalam fabrikasi MEMS adalah bulk micromachining,
surface micromachining, wafer bonding, dan liga.
aplikasi dalam penggunaan MEMS dapat dilakukan pada bidang biotechnology,
medicine, dan communications
DAFTAR PUSTAKA
[1] What is MEMS Technology. Diakses Apr. 11, 2014, dari
http://www.id.scribd.com/doc/61304217/What-is-MEMS-Technology/
[2] MEMS fabrication. Diakses Apr. 11, 2014, dari
https://www.mems-exchange.org/MEMS/fabrication.html/
