Σύμφωνα με τα σχετικά δεδομένα, στην παγκόσμια αγορά αισθητήρων, οι Ηνωμένες Πολιτείες στο μερίδιο αγοράς 29% για να καταλαμβάνουν το θρόνο του πρώτου παγκόσμιου μεριδίου αγοράς αισθητήρων, το οποίο σχετίζεται στενά με τις Ηνωμένες Πολιτείες, έχει προσφέρει πάντα μεγάλη σημασία στον αισθητήρα.
Οι Ηνωμένες Πολιτείες είναι η πηγή της επανάστασης των πληροφοριών, ως ένας από τους τρεις μεγάλους τεχνολογικούς ακρογωνιαίους λίθους της σύγχρονης τεχνολογίας της πληροφορίας, οι αισθητήρες θεωρήθηκαν ως βασική τεχνολογία υψηλής τεχνολογίας από τις Ηνωμένες Πολιτείες. Ήδη από το 2004, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ (NSF) κυκλοφόρησε μια πολύ προοδευτική ειδική έκθεση - "The Sensor Revolution" (The Sensor Revolution). (Εάν ενδιαφέρεστε για αυτήν την αναφορά, ανατρέξτε στο Περιεχόμενο: NSF Releases: The Sensor Revolution.)
Το MEMS (μικρο-ηλεκτρο-μηχανικά συστήματα) είναι μια επαναστατική τεχνολογία στο πεδίο του αισθητήρα. Στο πλαίσιο μιας σειράς ενεργειών για την προώθηση της εκδήλωσης της εκπαίδευσης των αισθητήρων στις Ηνωμένες Πολιτείες, η NSF χρηματοδότησε το SCME (Κέντρο Υποστήριξης για την Εκπαίδευση Microsystems), το οποίο στοχεύει στη διάδοση και την υποστήριξη της εκπαίδευσης MEMS.
Αυτό το άρθρο μεταφράζεται από την ιστορία του MEMS, μία από τις εκπαιδευτικές σειρές της SCME, η οποία παρέχειΜια ολοκληρωμένη ιστορία της τεχνολογίας MEMS, που καλύπτει τους βασικούς κόμβους τεχνολογίας και τα ορόσημα στο MEMS: συμπεριλαμβανομένων των πιο διάσημων παρουσιάσεων MEMS, της ανακάλυψης της επίδρασης αντίστασης πυριτίου (που είναι η βάση των MEMSπίεσηαισθητήρες), τα πιο αναφερόμενα έγγραφα στο πεδίο MEMS καιάλλο περιεχόμενο.έγγραφα, κ.λπ.Συνιστάται για όλους!
Για"Ιστορία των MEMS" (Ιστορία των MEMS)Πρωτότυπο έγγραφο PDF (Αγγλικά), μπορείτε να αναζητήσετε λέξεις -κλειδιά [Ιστορικό MEMS] Στο δίκτυο εμπειρογνωμόνων αισθητήρων, στη σελίδα Λεπτομέρειες άρθρου για λήψη πληροφοριών μπορεί να είναι.
Δίκτυο εμπειρογνωμόνων αισθητήρων(Sensorexpert.com.cn) επικεντρώνεται στο πεδίο της τεχνολογίας των αισθητήρων, δεσμεύεται στην παγκόσμια δυναμική της αγοράς, τις τεχνολογικές τάσεις και την επιλογή προϊόντων επαγγελματικών κατακόρυφων υπηρεσιών, είναι η κορυφαία πλατφόρμα υπηρεσιών προϊόντων και πληροφοριών για τα μέσα ενημέρωσης. Με βάση τα προϊόντα και τις τεχνολογίες αισθητήρων, η πλειοψηφία των ηλεκτρονικών επαγγελματιών κατασκευής και των κατασκευαστών αισθητήρων για την παροχή ακριβούς αντιστοίχισης και σύνδεσης.
Τα μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα (MEMS) είναι μικροσκοπικά συστήματα που υπάρχουν στην καθημερινή μας ζωή. Τα εξαρτήματα MEMS κυμαίνονται σε μέγεθος από ένα μέρος ανά εκατομμύριο (Micron) σε ένα μέρος ανά χίλια (χιλιοστά). Είναι επίσης γνωστά ως μικρομηχανική, μικροσυστήματα, μικροδιαγραφές ή τεχνολογία μικροσυστημάτων (MST).
Τα MEMs κατασκευάζονται από μεγάλη ποικιλία υλικών και διαδικασιώνΧρησιμοποιώντας υλικά όπως ημιαγωγοί, πλαστικά, κεραμικά, σιδηροηλεκτρικά, μαγνητικά, και ⽣.
Τα υλικά που χρησιμοποιούνται περιλαμβάνουν ημιαγωγούς, πλαστικά, κεραμικά, σίδερο, μαγνητικά και ⽣ υλικά.
Τα MEMs χρησιμοποιούνται ως αισθητήρες, ενεργοποιητές, επιταχυνσιόμετρα,διακόπτης, GameControllers και ελαφριές ανακλαστήρες, για να αναφέρουμε μόνο μερικές εφαρμογές.
Τα MEMS είναι επί του παρόντοςΧρησιμοποιείται σε αυτοκίνητα, τεχνολογία αεροδιαστημικής, ζωτικότητες και ιατρικές εφαρμογές, εκτυπωτές inkjet, ασύρματες και οπτικές επικοινωνίες, και οι νέες περιπτώσεις χρήσης εμφανίζονται καθημερινά.
Το 1965, ο Gordon Moore έκανε την παρατήρηση ότι από την εφεύρεση του τρανζίστορ στα τέλη της δεκαετίας του 1940, τοΑριθμός τρανζίστορ ανά τετραγωνική ίντσα onintegratedκυκλώματαείχε διπλασιαστεί κάθε 18 μήνεςΑπό τα τέλη της δεκαετίας του 1950 μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1960, έναΠαρατήρηση που βασίζεται στον "νόμο του Moore", δήλωσε ο Moore σε αυτή τη δήλωση, "για το προβλέψιμο μέλλον, η τεχνολογία θα επικεντρωθεί στην ύπαρξη μικρότερη, όχι μεγαλύτερη".
"Ο Moore ανέφερε ότι η τεχνολογία έχει και θέλησε για το προβλέψιμο μέλλον να επικεντρωθεί σε μικρότερα, όχι μεγαλύτερα."
Όπως και το τρανζίστορ, οι άνθρωποι προσπαθούν να κάνουν τα ηλεκτρομηχανικά συστήματα μικρότερα και μικρότερα και ένας άνθρωπος που ονομάζεται Richard Feynman το έθεσε καλύτερα στη διάσημη διάλεξη του 1959 με τίτλο "Υπάρχει αρκετός χώρος στο κάτω μέρος": "Μου λένε ότι ο ηλεκτρικός κινητήρας είναι Το μέγεθος του νυχιού στο μικρό δάχτυλό σας, και είναι ένας μικρός, μικρός κόσμος. "
Ο Gordon Moore και ο Richard Feynman είναι μόνο δύο παραδείγματα των επιστημόνων που προβλέπουν μικρότερες και μικρότερες αναδυόμενες τεχνολογίες MEMS. Αυτό το άρθρο θα συζητήσει τους βασικούς κόμβους τεχνολογίας και τα ορόσημα που αναδύονται στον τομέα του MEMS.
Σημαντικά ορόσημα MEMS
Η γέννηση των συσκευών MEMS πραγματοποιήθηκε σε πολλά μέρη και μέσω των προσπαθειών πολλών ανθρώπων. Φυσικά, οι νέες τεχνολογίες και εφαρμογές MEMS αναπτύσσονται καθημερινά. Αυτό περιλαμβάνει τις πολλές προσπάθειες που οδήγησαν στην ανάπτυξη του MEMS.
Παρακάτω είναι ένα χρονοδιάγραμμα που ολοκληρώνει το χρονοδιάγραμμα της ανάπτυξης της τεχνολογίας MEMS. Ξεκινώντας από το τρανζίστορ επαφής του πρώτου σημείου που έγινε το 1947 και τελειώνει με το διακόπτη οπτικού δικτύου το 1999, το MEMS συνέβαλε στην τρέχουσα κατάσταση της τεχνολογίας MEMS και νανοτεχνολογίας μέσω πολλών καινοτομιών σε περισσότερα από 50 χρόνια.
Παρακάτω για τα 35 μεγάλα ορόσημα στην ιστορία των MEMS, μπορούμε να δούμε ότι υπάρχουν πολλά γνωστά εργαστήρια, πανεπιστήμια και εταιρείες που έχουν συμβάλει σημαντικά στην ανάπτυξη των MEMs:
- 1948, το τρανζίστορ γερμανίου εφευρέθηκε στα Bell Labs (William Shockley)
- 1954, Piezoresistive Effect of Germanium and Silicon (CS Smith)
- 1958, Πρώτο ολοκληρωμένο κύκλωμα (IC) (JS Kilby 1958/Robert Noyce 1959)
- 1959, "Πολύ δωμάτιο στο κάτω μέρος" (R. Feynman)
- 1959, έδειξε τον πρώτο αισθητήρα πίεσης πυριτίου (Kulite)
- 1967, Ανισότροπη χάραξη βαθιάς πυριτίου (Ha Waggener et al.)
- 1968, δίπλωμα ευρεσιτεχνίας με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας (επιφανειακή διαδικασία μικρο -μηχανισμών) (H. Nathanson et al.)
- 1970, πλακίδια πυριτίου που χρησιμοποιούνται ως αισθητήρες πίεσης (διαδικασία μικρο-συσχετισμού παρτίδας)
- 1971, εφευρέθηκε ο μικροεπεξεργαστής
- 1979, Hewlett-Packard Micromachined Inkjet ακροφύσιο
- 1982, "Silicon ως δομικό υλικό" (Κ. Petersen)
- 1982, Liga Process (KFK, Γερμανία)
- 1982, Αισθητήρας αρτηριακής πίεσης μίας χρήσης (Honeywell)
- 1983, Ολοκληρωμένος αισθητήρας πίεσης (Honeywell)
- 1983, "Infinitesimal Machinery", R. Feynman.
- 1985, αισθητήρας ή αισθητήρας σύγκρουσης (αερόσακος)
- 1985, Ανακάλυψη του "Buckyball"
- 1986, εφεύρεση του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης
- 1986, Silicon Wafer Bonding (Μ. Shimbo)
- 1988: Μαζική παραγωγή αισθητήρων πίεσης με συγκόλληση πλακιδίων (αισθητήρας NOVA)
- 1988, περιστροφική ηλεκτροστατική πλευρική μονάδαμοτέρ(Ανεμιστήρας, Tai, Muller)
- 1991, ετήσιος μεντεσέ πολυκρυσταλλικού πυριτίου (Pister, Judy, Burgett, φοβούμενος).
- 1991, ανακάλυψη νανοσωλήνων άνθρακα
- 1992, διαμορφωτές φωτός σχήματος (Solgaard, Sandejas, Bloom)
- 1992, χύδην μικρο -micromachining (Scream Process, Cornell)
- 1993, Digital Mirror Display (ΤέξαςΌργανα)
- 1993, η MCNC δημιουργεί υπηρεσία χυτηρίου παρωτίτιδας
- 1993, το πρώτο επιταχυνσιόμετρο επιφανειακής επιφανείας που παράγεται από μάζα (αναλογικές συσκευές)
- 1994, Bosch βαθιά αντιδραστική διαδικασία χάραξης ιόντων κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας
- 1996, ο Richard Smalley αναπτύσσει μια τεχνολογία για την παραγωγή νανοσωλήνων άνθρακα ομοιόμορφης διαμέτρου.
- 1999, διακόπτες οπτικού δικτύου (Lucent)
- 2000s, Boom Optical MEMS
- 2000s, Biomems Surge
- Η δεκαετία του 2000 είδε αύξηση του αριθμού των συσκευών και εφαρμογών MEMS.
- 2000s, Εφαρμογές NEMS και Ανάπτυξη Τεχνολογίας
1947 Εφεύρεση του τρανζίστορ επαφής σημείου (Γερμανίου)
Το 1947, ο William Shockley, ο John Bardeen και ο Walter Brattain της Bell Labs κατάφεραν να οικοδομήσουν το τρανζίστορ πρώτης επαφής. Αυτό το τρανζίστορ χρησιμοποίησε το γερμανικό, ένα ημιαγωγό χημικό στοιχείο.
Αυτή η εφεύρεση κατέδειξε τη δυνατότητα να κατασκευάζονται τρανζίστορ από υλικά ημιαγωγών, επιτρέποντας τον έλεγχοδυναμικόκαιρεύμα.Άνοιξε επίσης την πόρτα για να κάνει μικρότερα και μικρότερα τρανζίστορ. Το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για το τρανζίστορ διασταύρωσης ανάπτυξης NPN Germanium NPN κατατέθηκε από τον William Shockley το 1948.
Το πρώτο τρανζίστορ ήταν περίπου μισό ίντσες και ήταν σίγουρα τεράστιο σε σύγκριση με τα σημερινά πρότυπα. Σήμερα, οι επιστήμονες μπορούν να δημιουργήσουν νανοτρανσίστορες που έχουν διάμετρο περίπου 1 νανομέτρου. Για αναφορά, τα ανθρώπινα μαλλιά είναι περίπου 60-100 microns.
Η ανακάλυψη του πιεζοηλεκτρικού αποτελέσματος στο πυρίτιο και το γερμανικό το 1954
Το 1954, η CS Smith ανακάλυψε το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα σε υλικά ημιαγωγών όπως το πυρίτιο και το γερμανικό. Αυτή η πιεζοηλεκτρική επίδραση στους ημιαγωγούς μπορεί να είναι τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από το γεωμετρικό πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα στα μέταλλα.Αυτή η ανακάλυψη ήταν σημαντική για το MEMS επειδή έδειξε ότι το πυρίτιο και το γερμανικό θα μπορούσαν να αισθανθούν την πίεση του αέρα ή του νερού καλύτερα από τα μέταλλα.
Η ανακάλυψη του πιεζοηλεκτρικού αποτελέσματος στους ημιαγωγούς οδήγησε στην εμπορική ανάπτυξη των μετρητών τάσης πυριτίου το 1958.in 1959, η Kulite Corporation ιδρύθηκε ως η πρώτη εμπορική πηγή μετρητών γυμνού πυριτίου.
Το 1958, εφευρέθηκε το πρώτο ολοκληρωμένο κύκλωμα (IC)
Όταν το τρανζίστορ εφευρέθηκε, το πραγματικό μέγεθος κάθε τρανζίστορ ήταν περιορισμένο επειδή έπρεπε να συνδεθεί με καλώδια και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές. Ως αποτέλεσμα, η συρρίκνωση του τρανζίστορ στάθηκε σε στάση μέχρι την έλευση του "ολοκληρωμένου κυκλώματος".
Ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα θα αποτελείται από τρανζίστορ, αντιστάσεις, πυκνωτές και καλώδια για να καλύψουν τις ανάγκες μιας συγκεκριμένης εφαρμογής. Εάν ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα θα μπορούσε να κατασκευαστεί εξ ολοκλήρου σε ένα μόνο υπόστρωμα, ολόκληρη η συσκευή θα μπορούσε να γίνει ακόμη μικρότερη.
Σχεδόν ταυτόχρονα, δύο άτομα ανέπτυξαν ανεξάρτητα ολοκληρωμένα κυκλώματα.
Το 1958, ο Jack Kilby, που εργάζεται για το Texas Instruments, ανέπτυξε ένα μοντέλο εργασίας ενός "κυκλώματος στερεάς κατάστασης".Αυτό το κύκλωμα αποτελείται από ένα τρανζίστορ, τρεις αντιστάσεις και έναν πυκνωτή, όλα τοποθετημένα σε ένα φύλλο γερμανίου.
Λίγο αργότερα, ο Robert Noyce του Semiconductor Fairchild έκανε το πρώτο "κύκλωμα μονάδας", ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα που κατασκευάστηκε σε τσιπ πυριτίου. Αυτό το ολοκληρωμένο κύκλωμα έγινε σε τσιπ πυριτίου και ο Robert Noyce έλαβε το πρώτο του δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1961.
1959 "Πολλή αίθουσα στο κάτω μέρος"
Το 1959, σε μια συνάντηση της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας, ένας άνθρωπος που ονομάζεται Richard Feynman δημιούργησε την ανάπτυξη της μικρο- και νανοτεχνολογίας με μια διάσημη σπερματική διάλεξη με τίτλο "Υπάρχει αρκετός χώρος στο κάτω μέρος".
Στη διάλεξή του, έθεσε την ερώτηση:"Γιατί δεν μπορούμε να γράψουμε ολόκληρο το 24- Encyclopaedia Britannica στο κεφάλι μιας καρφίτσας;"