MEMS Teknolojisi Nedir?

MEMS (Mikro Elektrik Mekanik Sistemler) teknolojisi, sadece küçük elektronik devreleri değil aynı zamanda küçük kollar, vitesler ya da yaylar gibi mekanik parçaları da kapsar. MEMS teknolojisi, büyük mekanik ve elektromekanik mekanizmaları nano boyuta indirgememizi, daha dayanıklı ve düşük maliyette üretmemizi, düşük enerji ile yüksek verim elde etmemizi sağlayan nanoteknolojinin bir alt dalıdır.

MEMS YAPISI VE İMALATI

MEMS teknolojisi, büyük mekanik ve elektromekanik mekanizmaları nano boyuta indirgememizi, daha dayanıklı ve düşük maliyette üretmemizi, düşük enerji ile yüksek verim elde etmemizi sağlayan MEMS sıklıkla ortak mekanik parçalar ve aletlerden oluşan mikroskobik analogları kullanır; kanallar, delikler, konsollar, boşluklar ve diğer yapılara sahip olabilirler. Bununla birlikte, MEMS parçaları işlenmez. Bunun yerine, entegre devreler için toplu işlemeye benzer mikro imalat teknolojisi kullanılarak yaratılırlar.

Günümüzde mikro ısı eşanjörleri, mürekkep püskürtmeli yazıcı kafaları, yüksek tanımlı projektörler için mikro ayna dizileri, basınç algılayıcıları, kızılötesi algılayıcılar ve daha birçok gibi MEMS teknolojisini kullanan birçok ürün bulunmaktadır.

MEMS’in LİMİTLERİ

MEMS yapılarını sınırlayan en önemli faktörlerden ilki bu yapıların fiziksel davranışının Newton fiziği tarafından ifade edilmesinin güç olmasıdır. Bu yapılarda meydana gelen kuantum etkilerinin de fiziksel modele dahil edilmesi ise bu yapıların fiziksel olarak modellenmesini daha da zorlaştırmaktadır. Kuantum etkilerinin bir kısmının halen ifade edilememiş olması ise bazı MEMS yapılarının fiziksel olarak modellenmesini engellemektedir. MEMS yapılarını sınırlayan bir diğer faktör ise çevre koşullarından çabuk etkilenmeleridir. Bu durumun engellenebilmesi için bu aygıtların çevreden izole edilmesi gerekmektedir. MEMS izolasyonu oldukça hassas ve fabrikasyon bilgisi gerektiren bir iştir. İzolasyon alternatifleri çok sınırlı olduğu için MEMS boyutları izolasyon opsiyonları ile sınırlandırılmıştır. MEMS yapıları ayrıca günümüzde var olan malzeme ve fabrikasyon metodu sayısı ile de sınırlandırılmıştır.

MEMS yapıları farklı sistemlerden meydana gelebildiği için farklı MEMS yapılarının da içinde bulunan sistemler uyarınca farklı limitleri vardır. Optik tahrik ile çalışan veya üretilen MEMS yapılarının çoğunluğu kullanılan dalga boyu ile sınırlıdır. Sıvı akışını ölçen veya kullanan MEMS yapıları ise akışkanlar mekaniği içinde geçerli olan türbülanslı akışın kanalın boyutunun küçülmesi ile doğru orantılı olarak küçülmesi prensibi uyarınca sürekli laminer akış rejimine bağlı kalmalıdır. Bu durumda herhangi bir sıvı karışımı mümkün olmamaktadır.

Biyolojik algılama aygıtları için kullanılan MEMS yapılarını sınırlayan en önemli faktör ise yapının küçülmesi ile doğru orantılı olarak incelenen örneğin de küçülmesidir. Bu durum algılanabilecek partikül sayısını azalmasına neden olmakta ve MEMS tasarım çeşidini sınırlamaktadır. Ayrıca kuvvet ölçümü içi kullanılan MEMS yapıları ise algılama aygıtlarının çözünürlükleri ile sınırlanmıştır. Düşük ölçekli kuvvetlerin ölçümü esnasında kullanılan MEMS tasarımları algılama elemanlarının yetersizliği ve küçük boyutlarda sistemi domine eden ısıl düzensizlikler nedeni ile sınırlanmıştır.

NEDEN MEMS TEKNOLOJİSİ?

MEMS cihazları makroskobik cihazlarla aynı görevleri yerine getirirken birçok avantaj da sunmaktadır. Bunların ilk ve en belirgin özelliği minyatürdür. Daha önce de belirtildiği gibi MEMS ölçekli cihazların günümüzde seri üretimi mevcuttur.Üstelik seri üretim sırasında, önceki teknolojiye nazaran daha az malzeme kullanmaktayız. Bu yorumdan yola çıktığımız zaman üretimin daha düşük bir maliyete tekabül ettiğini görmekteyiz. Daha ucuz olmasına ek olarak, MEMS elemanları büyük ve karmaşık cihazlara uygulayabildiğimiz gibi küçük cihazlara da rahatlıkla uygulayabiliriz.

Örneğin akıllı telefonlara, kameralara, hava yastığı kontrol ünitelerine ve benzer şekilde küçük boyutlu cihazlara uygulamak daha pratiktir. Bunun yanı sıra karmaşık yapıya sahip olan sistemleri MEMS teknolojisi ile daha basit bir yapıya dönüştürebilmekteyiz. Bu demek oluyor ki arızalanan cihazların daha pratik bir şekilde onarımı yapılabilir. Örnek olarak eski televizyonlar ile LCD televizyonlar arasındaki farkı sunabiliriz, eski televizyonlar daha büyük ve içi daha karmaşıktır fakat LCD televizyonlar teknolojik olarak daha üstün ve daha basit bir yapıdadır.

MEMS’in BAZI UYGULUMALARI

Günümüzde MEMS birçok uygulama ile hayatımıza yerleşmiş durumdadır. Bu uygulamalardan bazıları aşağıda yer almaktadır.

Mürekkepli Yazıcılar

Bazı malzemelerin piezoelektrik özelliklerine dayaranak tasarlanan MEMS’ler mürekkepli yazıcıların mürekkep püskürtme işlemini kontrol etmek amacı ile kullanılmaktadır. Voltaj farkı uygulandığı zaman piezoelektrik malzemelerin boyutları değişmekte ve bu şekil değişimi ile mürekkebin akışı kontrol edilmektedir.

Hava Yastıkları

Hava yastıkları arabanın yavaşlama hızına bağlı olarak çalışmaya başlarlar. Yavaşlama hızı, ivme ölçerler ile tayin edilir. Hava yastıklarında kullanılan sensörler MEMS ivme ölçerleridir. Bu MEMS ivme ölçerleri, ani hareket değişimleri sırasında kapasitansta gerçekleşen değişim ile algılarlar ve sinyal oluşturarak hava yastığının çalışmasını sağlarlar. MEMS öncesinde kullanılan, civa anahtarı olarak bilinen sistemler kullanılan hava yastıklarının çalışması sırasında sorunlar yaşanmaktaydı. Bu sebepten dolayı günümüzde kullanılan hava yastıklarının tamamında MEMS temelli sensörler kullanılmaktadır.

Işınım ölçer (Bolometer)

Bolometreler ışınımı (elektromagnetik radyasyonu) ölçmek için kullanılan cihazlardır. Yalıtkan kaplama yapılmış bir emici bağlantı ile sabit sıcaklıklı bir ısı deposuna bağlı algılayıcılardır. Işınım ölçerlerin emdikleri radyasyon sebebi ile sıcaklıkları değişir, bu sıcaklık değişimi ile ışınımdaki değişim algılanır. Mikro bolometreler termal kameralarda kullanılmaktadır. 160×120 den 1024×768 e kadar çeşitli çözünürlükleri üretilen bolometre gridleri sıcaklık dağılımına göre grafik oluşturmada kullanılmakta.

Jiroskop (Gyroscope)

Jiroskop açısal momentum prensiplerine bağlı olarak yön bulma için kullanılmaktadır. Geleneksel jiroskoplar yüksek sürtünmeden dolayı yüksek oranda hata vermektedir, büyük boyutları ve imalatta gereken düşük toleranslar yüzünden de maliyetleri yüksektir. Yeni geliştirilen MEMS temelli jiroskoplar ise titreşen bir objenin destek yüzeyi değiştirilirken bile aynı düzlemde kalma eğilimine dayanarak çalışmaktadır. Temeldeki fiziksel prensip farklılığından ve boyut ve üretim yöntemi farkından dolayı MEMS jiroskoplar çok daha ucuz ve yüksek hassasiyette çalışmaktadır.

Basınç ölçer

Basınç ölçerler, sıvı ve gazların basıncını ölçmek için kullanılmaktadır. Sıvının ilerlemek için uyguladığı kuvvetin alana bölümü basıncı vermektedir. Basınç ölçerler günlük birçok uygulamada basıncı ölçmek için kullanılmaktadır. Micro elektromekanik sistemlerin basınç ölçerlere adapte edilmesi, çok küçük yarı iletken çiplerden basınç ölçerler yapılmasını sağlamıştır. Küçülen boyut ve artan hassasiyet sayesinde basınç ölçerlerin kullanımı yaygınlaşmıştır.

Bio- Mikro elektromekanik sistemler

Bio-MEMS’ler, biyolojik maddelerin bilimsel amaçlarla analizi, ölçümü ve aktivitelerinin gözlenmesi için kullanılan mikroelektromekanik yapılardır. Micro teknolojinin en son gelişmekte olduğu alan bu alandır. Bio-MEMSin gelişmekte oluduğu alanlar, Lab-on-Chip uygulamaları, teşhis ve tedavi cihazları ve toplam analiz sistemleridir.

MEMS TEKNOLOJİSİNİN AVANTAJLARI

  • Hızlı çalışma ve tepki süresi
  • Seri üretime uygunluk
  • Ucuz maliyet
  • Üretim kolaylığı
  • Düşük enerji kullanımı
  • Yüksek verim
  • Küçük ve hafif boyut
  • Güvenirlilik

MEMS TEKNOLOJİSİNİN KULLANIM ALANLARI

Otomotiv Alanında

  • Hava yastıkları sistemlerinde kullanılır.
  • Araç güvenlik sistemlerinde kullanılır.
  • Otomatik kapı kilitlerinde kullanılır.
  • Aktif süspansiyon sistemlerinde kullanılır.
  • Yeni nesil arabalar içindeki yol bilgisayarlarında kullanılır.

Endüstriyel Alanda

  • Deprem algılama ve gaz kesme sistemlerinde kullanılır.
  • Makinelerin hangi verimlilikte çalıştığını, arıza olup olmadığını anlamada kullanılır.
  • Şok ve eğim algılama alanlarında kullanılır.

Askeri Alanda

  • Tanklarda kullanılır.
  • Uçaklarda kullanılır.
  • Askeri ekipmanlarda kullanılır.

Biyoteknoloji Alanında

  • Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PCR), DNA mikro iyileştirme alanlarında kullanılır.
  • Mikro işlenmiş Taramalı Tünel Mikroskobunda(STMs) kullanılır.
  • Tehlikeli kimyasal ve biyolojik ajanları tespit etmek için biyoçiplerde kullanılır.
  • Yüksek verimli ilaç tarama ve seçim için mikro sistemlerde kullanılır.
  • Vücut içi veya dışı implantlarda kullanılır.

Ticari Alanda

  • Yazıcılarda kullanılır.
  • Oyun denetleyicileri, kişisel medya oynatıcılar, cep telefonları ve dijital kameralar için ivme sensörleri kullanılır.
  • Sabit disklerde veri kaybını önlemek için sensörler kullanılır.
  • Denge sağlamak için telefonlarda ve birçok cihazda Jiroskoplar kullanılır.

GELECEĞİ

Mikro elektromekanik sistemler gelecek olarak kendilerini nano elektro mekanik sistemler olarak gösterdiler. Michael Roukes’e göre NEMS’ler 10 nm çapında ve birkaç attogram ağırlığında üretilebilmektedir. Her ne kadar NEMS üretecek teknolojiler var olsa da, NEMS in tüm potansiyelini ortaya çıkarabilmek için aşılması gereken üç temel sorun var.

Nano seviyedeki sinyallerin makroskopik ortama aktarılması.

Nano düzeydeki ısıl iletimin parçalı olması.

Nano teknolojinin kitle üretimine adapte olması için henüz uygun yöntem geliştirilmemiş olması.

SONUÇLAR

Entegre devre sanayinde yaşanan minimizasyon devrimini gelişen MEMS teknolojisi daha ileri taşıdı. Her ne kadar temelleri entegre devre üretiminin gelişimine bağlı olsa da MEMS ikinci bir devrim yaşanmasını sağladı.

Mikro talaşlı imalat ve MEMS deki gelişim sayesinde sensör ve aktuatörlerin daha da küçültülmesi sağlandı.

Sensör hassasiyet ve güvenilirliğinin yükselmesi, sensör uygulamalarını arttırdı ve üretilen ürünlerin daha güvenli olmasını sağladı.

Sensör ve sistem maliyetlerindeki düşüş MEMS’in uygulama alanını genişletti.

Yorum yap

eighteen + six =

Reklamları biz de sevmiyoruz ama !

Giderlerimizi karşılamak için reklam yayınlamaya ihtiyacımız var.

Refresh