MEMS (systèmes micro-électromécaniques)

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Un MEMS (système micro-électromécanique) est une machine miniature qui possède des composants mécaniques et électroniques. La dimension physique d’un MEMS peut varier de plusieurs millimètres à moins d’un micromètre, une dimension bien plus petite que la largeur d’un cheveu humain.

Le label MEMS est utilisé pour décrire à la fois une catégorie de dispositifs micromécatroniques et les procédés utilisés pour leur fabrication. Certains MEMS n’ont même pas de pièces mécaniques, mais ils sont classés comme MEMS parce qu’ils miniaturisent les structures utilisées dans les machines conventionnelles, comme les ressorts, les canaux, les cavités, les trous et les membranes. Comme certains dispositifs MEMS convertissent un signal mécanique mesuré en un signal électrique ou optique, ils peuvent également être appelés transducteurs. Au Japon, les MEMS sont plus communément appelés micromachines, et dans les pays européens, les MEMS sont plus communément appelés technologie des microsystèmes .

Comment les MEMS sont construits

Les MEMS sont composés de pièces telles que des microcapteurs, des microprocesseurs, des microactionneurs, des unités de traitement de données et des pièces pouvant interagir avec des pièces extérieures.

Contrairement aux dispositifs mécatroniques classiques, les MEMS sont souvent fabriqués avec les mêmes techniques de fabrication par lots que celles utilisées pour créer des circuits intégrés circuits (CI) et de nombreux produits MEMS commerciaux sont intégrés et emballés avec des CI. La fabrication des MEMS permet aux microcapteurs, qui recueillent des données, et aux microactionneurs, qui convertissent l’énergie en mouvement, de s’intégrer sur le même substrat.

Bien que les MEMS aient un faible coût de production par appareil, l’emballage peut constituer un défi. Chaque MEMS doit être conditionné de manière à ce que les circuits électriques ou optiques et les autres composants des appareils restent exempts de contamination par l’air et l’eau, tout en étant capables d’interagir avec le milieu environnant et de s’adapter aux mouvements.

Exemples de MEMS

Le petit système sur puce (SOC) qui ajuste automatiquement l’orientation de l’écran d’un smartphone est un exemple de MEMS avec lequel de nombreuses personnes interagissent chaque jour. Comme les MEMS deviennent plus petits, nécessitent moins d’énergie et sont moins chers à fabriquer, ils devraient jouer un rôle important dans l’internet des objets (IoT) et la domotique.

Parmi les autres applications commerciales des MEMS, on peut citer

Systèmes de chauffage et de refroidissement pilotés par capteurs pour les systèmes de gestion des bâtiments.
Réseaux de micro-miroirs pour les systèmes de projection haute définition.
Poussière intelligente pour la détection des changements environnementaux dans les salles blanches moléculaires manufacturing (nanotechnologies).
Des micro-buses pour contrôler le flux d’encre dans les imprimantes à jet d’encre.
De minuscules gyroscopes, baromètres, accéléromètres et microphones pour prendre en charge les applications mobiles.
Capteurs de pression à usage unique pour les soins de santé.
Dispositifs de commutation optique qui permettent à un signal optique de contrôler un autre signal optique.

Le MEMS ci-dessous est une pompe à insuline jetable et portable pour la gestion du diabète, conçue par Debiotech et STMicroelectronics. Selon Debiotech, la puce est un empilement de 3 couches liées entre elles : une plaque de silicium sur isolant (SOI) avec des structures de pompe micro-usinées et deux plaques de couverture en silicium avec des trous traversants. Un actionneur piézoélectrique sur la puce déplace la membrane dans un mouvement de va-et-vient pour comprimer et décomprimer le fluide dans la chambre de pompage.

Histoire des MEMS

L’idée de créer des MEMS a commencé dans les années 1980 ; cependant, les moyens de produire des MEMS (l’infrastructure de conception et de fabrication) n’étaient pas suffisamment disponibles jusque dans les années 1990. L’un des premiers types de MEMS produits était destiné aux contrôleurs de coussins d’air et aux têtes d’impression à jet d’encre. À la fin des années 1990, un projecteur a été fabriqué à l’aide de micro-miroirs (qui utilisent les MEMES). Une grande partie du support original pour les MEMS provenait du Bureau de la technologie électronique de la recherche et du développement de la défense. Advanced Research Projects Agency

Au fil du temps, les microcapteurs ont commencé à être utilisés pour un grand nombre de types de capteurs, notamment des capteurs de température, de pression, de champs magnétiques et de rayonnement. Dans de nombreux cas, les capteurs utilisant des MEMS étaient beaucoup plus performants que leurs homologues de plus grande taille.

Aujourd’hui, la plupart des gens interagissent quotidiennement avec les MEMS. Chaque nouvelle automobile qui sort d’une chaîne de montage comporte au moins 50 MEMS ; ce sont des composants essentiels de divers systèmes de sécurité obligatoires, notamment les airbags, le contrôle électronique de stabilité (ESC) et les systèmes de surveillance de la pression des pneus (TPMS).

MEMS contre NEMS

Alors que MEMS signifie microsystème électromécanique, NEMS signifie nano-système électromécanique. Les NEMS seraient utilisés dans la nanotechnologie, une technologie qui permet de manipuler la matière à l’échelle nanométrique (autour du niveau atomique ou moléculaire). Une approche descendante de la nanotechnologie utilise des dispositifs qui partagent de nombreuses techniques similaires aux MEMS. Les MEMS et les NEMS sont parfois considérés comme des technologies distinctes mais peuvent être considérés comme dépendants l’un de l’autre, car les technologies NEMS sont nécessaires pour les NEMS. Par exemple, un microscope à effet tunnel (STM), qui peut détecter des atomes, est un dispositif MEMS.