يشير النظام الكهروميكانيكي الصغير (MEMS) إلى جهاز أو نظام دقيق يمكن تصنيعه على دفعات ويدمج الهياكل الدقيقة وأجهزة الاستشعار الدقيقة والمشغلات الدقيقة ودوائر معالجة الإشارات والتحكم. أولاً ، الركيزة الكهربائية بين الأصابع التي أعدتها تقنية MEMS لها تباعد كهربائي على نطاق نانو دقيق ، والذي يمكن أن يحسن بشكل كبير نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، ويقلل من حد الكشف ، ويسهل الاستجابة السريعة في ثوانٍ ؛ ثانيًا ، الركيزة ذات القطب الكهربائي الصغير استنادًا إلى تقنية MEMS يمكن للسخان تحقيق استهلاك طاقة تسخين أقل في مستوى ملي واط ومعدل ارتفاع وانخفاض درجة الحرارة في مستوى مللي ثانية ، مما يؤدي إلى تطبيق المستشعر في المجال الفعلي. استنادًا إلى تقنية MEMS ، يمكن تقليل حجم المستشعر بشكل كبير ، مما يؤدي إلى بنية مجموعة أجهزة الاستشعار ومراقبة شبكة المستشعر.

تعد عملية إنتاج الركيزة MEMS حاليًا ناضجة نسبيًا ، والفرق بين المستشعر هو في الغالب طريقة تكامل المادة الحساسة والركيزة ، بما في ذلك بشكل أساسي طريقة ترسيب الطبقة الذرية ، وطريقة الطلاء الكهربائي ، وطريقة الأكسدة الحرارية ، وطريقة الحفر الرطب ، وطريقة الاخرق المغنطروني وطريقة طباعة الشاشة انتظر.

(1) طريقة ترسيب الطبقة الذرية

ترسب الطبقة الذرية (ALD) هي طريقة يتم فيها تمرير مادة طور غازية بشكل متكرر عبر المفاعل ويتم تشكيل فيلم ترسب على الركيزة. المادة الأولية التي يتم إدخالها في كل مرة سوف تترسب على سطح الركيزة وسيتم تشكيل فيلم رقيق مع تفاعل السطح. بعد التنظيف والترسيب المتكرر ، سيتم إنتاج طبقة رقيقة من السماكة المستهدفة. يمكن استخدام معظم أغشية أكسيد الفلز وهياكل الغلاف الأساسية التي نمت عن طريق ترسيب الطبقة الذرية لتطبيقات الاستشعار. من خلال اعتماد هذه الطريقة ، طالما أن هناك فجوة يمكن للمادة المكونة للفيلم أن تمر من خلالها ، يمكن التحكم في سماكة الفيلم على مستوى نانومتر. يتم تشكيل فيلم موحد أثناء المعالجة.

(2) طريقة الطلاء الكهربائي

الطلاء الكهربائي هو عملية طلاء طبقة أخرى من معادن أو سبائك أخرى على سطح بعض المعادن باستخدام مبدأ التحليل الكهربائي. في عملية الطلاء الكهربائي ، يتم استخدام المعدن المطلي كأنود والجهاز المستهدف يستخدم ككاثود. سيتم تقليل الكاتيونات لمعدن الطلاء على سطح قطعة العمل ليتم طلاؤها لتشكيل طبقة طلاء. الميزة الرئيسية لتقنية الطلاء الكهربائي هي أنها تقنية تحضير فيلم رخيصة للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام تقنية الطلاء الكهربائي لتحضير السبائك ، والأغشية السميكة على مستوى السنتيمتر والأنماط المعقدة ، والأغشية المطلية بالكهرباء لها خصائص ضغط جيدة. تقتصر تقنية الطلاء الكهربائي على مبدأ الترسيب الخاص بها ، وتتطلب عمومًا طبقة معدنية رقيقة على الركيزة كبذرة (ما يسمى بالبذور) ، وبالتالي فإن هذا يحد من أنواع الركائز إلى حد معين.

(3) طريقة الأكسدة الحرارية

العملية الرئيسية لطريقة الأكسدة الحرارية: (1) يصل المؤكسد (O2 / H20) إلى سطح رقاقة السيليكون بشكل غازي ؛ (2) ينتشر المؤكسد إلى Si في الوسط الصلب (SiO2) ؛ (3) المؤكسد يتفاعل مع Si. يكون الفيلم المحضر بطريقة الأكسدة الحرارية أكثر كثافة من الفيلم المحضر بطرق أخرى. يمكن تقسيم الأكسدة الحرارية إلى أكسدة جافة وأكسدة رطبة. درجة حرارة التفاعل 900 ~ 1200 ° درجة مئوية. يكون الفيلم الناتج عن الأكسدة الجافة أكثر كثافة من طبقة الأكسدة الرطبة.

(4) طريقة الحفر الرطب

النقش الرطب هو إنتاج طبوغرافيا منتظمة على سطح المادة من خلال قالب وعوامل حفر مختلفة. يمكن أن تنقش المؤثرات متباينة الخواص تضاريس مختلفة. يمكن إنتاج مجموعة متنوعة من الهياكل النانوية ثلاثية الأبعاد للسيليكون عن طريق الحفر الرطب ، مثل الأسلاك النانوية والأعمدة النانوية والمكونات النانوية وأجهزة الاستشعار والترانزستورات الرأسية وما إلى ذلك. تكاليف المعالجة والتدفق المنخفض والتلوث العالي بالفلور. من الناحية النظرية ، فإن التنميش الرطب متباين الخواص له خصائص واضحة ويمكن التحكم فيها ، ولكن لم يتم إدراكه جيدًا في التطبيقات العملية. والسبب هو إلى حد كبير أن الخداع الكيميائي سوف يؤدي بشكل موحد إلى تآكل الركيزة الأساسية في جميع الاتجاهات.

(5) طريقة الاخرق المغنطرون

مبدأ الاخرق هو قصف سطح الهدف بجزيئات عالية الطاقة ، قصف الذرات أو الجزيئات على سطح الهدف ، وضرب الركيزة تحت سيطرة مجال مغناطيسي ومجال كهربائي لإيداع غشاء رقيق. الرش المغنطروني هو نوع من ترسيب البخار الفيزيائي (PVD) ، والذي يستخدم على نطاق واسع لإعداد أغشية رقيقة من مواد مختلفة مثل المعادن وأشباه الموصلات والعوازل. هذه الطريقة سهلة التشغيل وسهلة التحكم وتتميز بالالتصاق القوي ومنطقة الطلاء الكبيرة. منذ أول تطوير لها في السبعينيات ، تم تطبيق تقنية رش المغنطرون تدريجياً في التطبيقات الصناعية في مجالات الديكور وأشباه الموصلات والتصنيع. في الوقت الحاضر ، أصبح رش المغنطرون أحد أكثر التقنيات استخدامًا وتطورًا في مجال الترسيب بالفراغ. بالمقارنة مع تقنيات الاخرق الأخرى ، لا يمكن أن يعمل رش المغنطرون تحت ضغط منخفض ومعدل ترسيب مرتفع نسبيًا فحسب ، بل يمكن استخدامه أيضًا لتركيب أغشية كثيفة ذات حبيبات أقل.

حتى الآن ، كانت هناك بعض الأمثلة على مستشعرات MEMS المبنية على أفلام MOS المتقطعة ، بما في ذلك مستشعرات WO3 الميكانيكية الدقيقة وأفلام الاستشعار التي تحتوي على تداخلات غير متجانسة: تتميز أفلام SnO2-NiO بحساسية عالية تجاه H2S في درجة حرارة الغرفة. ومع ذلك ، فإن حساسية معظم الأفلام المتناثرة لا تزال أقل بكثير من حساسية مواد MOS ذات البنية النانوية التقليدية المُصنَّعة كيميائيًا. وذلك لأن الهيكل غير المتبلور وعالي الكثافة يحد من التفاعل بين المادة الحساسة والغاز المحيط.

(6) طريقة طباعة الشاشة

تطور تقنية طباعة الشاشة له تاريخ طويل جدًا. إنها تقنية فيلم سميك تستخدم طبقة حبر بطبقة لتراكب مادة صلبة ، وتستخدم إطارات الشاشة أو القوالب لتغيير الرسومات. نظرًا لتكلفته المنخفضة وكفاءته العالية ، يتم استخدام الإنتاج الضخم والمزايا الأخرى على نطاق واسع في مجالات إنتاج الإعلانات وطباعة الملصقات وإنتاج العمليات واستخدام تقنية طباعة الشاشة لإعداد أجهزة الاستشعار أصبح معلمًا مهمًا. بالمقارنة مع الأقطاب الكهربائية التقليدية على شكل قضيب ، يمكن دمج الأقطاب الكهربائية المطبوعة على الشاشة في أنظمة اختبار محمولة مختلفة نظرًا لصغر حجمها ، ويمكنها الاتصال مباشرة بالأشياء التي يتم اكتشافها في البيئة واستشعارها مع تجنب العمليات مثل أخذ العينات والنقل. تتكون عملية تحضير الأقطاب الكهربائية المطبوعة على الشاشة بشكل أساسي من إجراءات التشغيل التالية ، بما في ذلك التصميم الجرافيكي ، وصياغة القوالب ، ومعالجة المواد ، والطباعة ، وتجفيف الإلكترود. تُطبع الأقطاب الكهربائية عمومًا بشكل شبه تلقائي باستخدام طابعة شاشة ، أو تُطبع يدويًا.