NEMS(مخفف سیستم های نانو الکتریکی) یا Nano electronical systems

MEMS و NEMS های مختلفی با توجه به مشخصات به نیاز ها ، اهداف و کاربرد ها باید طراحی شوند. MEMS و NEMS های الکترومکانیکی و الکترونوری مکانیکی توسعه پیدا کرده اند .معمولا "سیستم های نوری سریعتر ، ساده تر و کاراتر ، قابل اطمینان تر و بادوام تر از سیستم های الکترومکانیکی هستند.

اگر چه سیستم های نوری برای کاربرد های مختلفی طراحی می شوند ( مانند : ارتباطات ، محاسبات و کلید زنی بی سیم و غیره ) ، پیکر بندی های متفاوتی دارند در حالت کلی خیلی مشکل است که یک مقایسه تطبیقی بین آنها انجام دهیم . برای مثال سیستم های نوری نمی توانند به عنوان محرک به کار روند . نیاز های کاربردی باید شمارش شود و اتصالات الکترومغناطیسی ، دما ، ارتعاش  یا  تشعشعات  می توانند فاکتور های مورد استفاده برای ساخت بهتر باشند. به عنوان یک مثال دیگر نگاهی به محرکهای مقیاس نانو و میکرو می اندازیم . اندازه محرک به انبوهی نیرو یا گشتاور که تابع ماده به کار رفته و اندازه ( حجم ) آن است ، بستگی دارد . در واقع اندازه با نیرو و گشتاور  مورد  نیاز و جنس آن تعیین می شود. این موضوع که MEMS الکترو مغناطیسی ،میکرو ساختار ها یا میکرو ترانس دیوسدهایی را که با IC های به کار رفته در مییکرو ادوات انرژی تابشی کنترل می شوند ، مجتمع می کنند ، بسیار مهم است . بدینگونه میکرو ساختار ها و میکرو ترانس دیوسدها ،ادوات انرژی تابشی و IC ها باید مجتمع شوند .فناوری اتصال تراشه مستقیم به طور وسیعی پیشرفت کرد. به ویژه مجموعه MEMS های chip - flip جایگزین شد با نوار سیمی تا به IC ها با محرکها و حسگرهای مقیاس میکرو _ نانو متصل شوند. استفاده از فناوری chip - flip امکان رفع القاگر ها و خازن ها و مقاومت های پارازیتی را میدهد.این موضوع اصلاح مشخصات وسیله را منجر می شود.در ادامه مجتمع سازی chip -flip مزایایی در پیاده سازی بسته های انعطاف پذیر پیشرفته ، پیشرفت های قابل اطمینان و کاهش وزن و اندازه و.... را منجر میشود. chip - Flip مجتمع شده، میکروترانسدیوسدها می توانند همراه با برآمدگی و رو به پایین روی لایه هایی که روی ادوات الکترومکانیکی سوار شده و به پایه IC متصل است ،نصب شوند MEMS مجتمع مقیاس بزرگ ( یک عدد تراشه که می تواند به صورت عمده تولید شود و با هزینه کم که در COMS به کار میرود.

معماری ها و پیکر بندی های مختلف می توانند با هم ترکیب شوند. یکی از کاربرهای MEMS و NEMS کنترل سیستم ها ، فرآینده ها و پدیده های پیچیده است . به منظور کنترل سیستم ها بسیاری از کار ها و متغییر های تصمیم ساز( حالات ، خروجی ها ، وقایع و ... ) باید اندازه گیره شوند.به این معنی که به کار انداختن  و  حس کردن ( که به وسیله میکرو ترانسدیوسد ها ی مجتمع در IC ها و ادوات انرژی تشعشعی انجام می شود ) ، محاسبات ،ارتباطات ، کارهای مربوط به شبکه ، پردازش سیگنال و اعمال دیگر باید انجام شوند.NEMS ها در میکرو ساختارهای متحرک ( با اجزاء الکترومکانیکی ) ، حسگرها، محرکها ، ادوات انرژی تشعشعی و میکرو الکترونیک ، مجتمع میشوند. این MEMSها می توانند برای استفاده در فناوری های میکروساخت مختلف مانند میکروماشین ها ساخته شوند .فناوری اساسی در ساخت NEMS ، CMOS ها و biCOMS ها (برای ساخت ICها ) و میکروماشین ها ( برای تولید حرکت و تابش و تشعشع انرژی به ادوات و ساختارهای مقیاس میکرون ). یکی از اهداف اصلی این است کهمیکروالکترونیک را با ادوات و ساختارهای میکرو ماشین های الکترومکانیکی مکانیکی ، مجتمع کنند تا NEMS هایی مجتمع شده و با کارایی بالا تولیدکنند. برای تضمین کارایی بالا ، قابلیت انجام کار ،قابلیت اطمینان و قابلیت ساخت ، فرآیندهای ساخت فله ای بر مبنای CMOS به خوبی توسعه یافته و باید اصلاح شده و افزایش یابد.

میکرو ماشین کردن بدنه Bulk در اجزای MEMS

میکروماشینکردن(Micromachining) سطح و تنه( BULK)، به علاوه فناوی های نسبت صورت بالا، ( LIGA-like و LIGA ) یا (high – aspect ratio )توسعه یافته ترین روشهای ساخت هستند. سیلیسیم ماده زیر لایه اولیه است که در صنعت  میکرو الکترونیک  به کار می رود. یک عدد قالب بلور ( استوانه جامد 300mm قطر و 100mmطول ) از سیلیکون با درصد خلوص خیلی بالا متبلور شده و درضخامت مطلوب بریده می شود و سپس به وسیله فناوریهای جلا دادن مکانیکی و شیمیایی ، صیقلی می شود. خواص قرص های الکترومغناطیسی و مکانیکی به جهت و محل متبلور شدن بلور و ناخالصی های پیش بینی شده آن است. بسته به زیر لایه سیلیکونی ، فرآیندهای CMOS و biCMOS برای تولید IC ها استفاده می شوند ومیکروماشین کردن (Micromachining ) سطح و تنه( BULK)، ( به علاوه فناوی های نسبت صورت بالا ، ( LIGA-like و LIGA ) یا ) high – aspect ratio توسعه یافته ترین روشهای ساخت هستند. سیلیسیم ماده زیر لایه اولیه است که در صنعت میکرو الکترونیک به کار می رود. یک عدد قالب بلور ( استوانه جامد 300mm قطر و 100mmطول ) از سیلیکون با درصد خلوص خیلی بالا متبلور شده و درضخامت مطلوب بریده می شود و سپس به وسیله فناوری های جلا دادن مکانیکی و شیمیایی ، صیقلی می شود. خواص قرص های الکترومغناطیسی و مکانیکی به جهت و محل متبلور شدن بلور و ناخالصی های پیش بینی شده آن است. بسته به زیر لایه سیلیکونی ، فرآیندهای CMOS و biCMOS برای تولید IC ها استفاده می شوند و فرآیندها رده بندی شده اند مانند : چشمه n ) well-n ، ( چشمه p( well-p ( یا چشمه توام (well- twin .(مراحل اصلی عبارتند از : پخش (diffusion ، اکسیداسیون(oxidation) ، (آرایش دریچه پلی سیلیکون polysilicon)، (photolithography نوری حکاکی) ،gate formations ماسک زدن ( Masking ، (سیاه قلم زدن ( etching، (فلز کردن metallization ) (پیوستگی سیمی  (wire bonding) ، (و غیره . در ادامه فرآیندها و مراحل عمده و اساسی ساخت MEMS را بر می شماریم.

فرآیندها رده بندی شده  مانند:

N چشمه  well-n ، (چشمه p) ( well-p) ( یا چشمه توام (well- twin) (مراحل اصلیعبارتند از : پخش (diffusion (اکسیداسیون(oxidation ، (آرایش دریچه پلی سیلیکون(polysilicon)، (photolithographology  نوری حکاکی) ،gate formationماسک زدن ( Masking )، (سیاه قلم زدن ( etching، (فلز کردن(metallization ، (پیوستگی سیمی ( wire bonding ، (و غیره . در ادامه فرآیندها و مراحل عمده و اساسی ساخت MEMS را بر می شماریم.

مرحله 1 (متبلور شدن دی اکسید سیلیکون(grow dioxide Silicon :

(دی اکسید سیلیکون به روش حرارتی روی یک پایه سیلیکونیمتبلور می شود.برای مثال متبلور شدن می تواند در یک فضای مملو از بخار آب در دمای 1000 درجه سانتی گراد و در مدت یک ساعت انجام شود . سطوح سیلیکونی با لایه ای به قطر 5/0تا 1 میکرون از دی اکسید سیلیکون پوشانده می شوند ( ضخامت اکسید گرمایی در نتیجه پخش بخار آب در طول اکسید سیلیکون به چند میکرون محدود می شود ) .دی اکسید سیلیکون میتواند بدون تغییر سطح زیر لایه ته نشین شود ، ولی این فرآیند آنقدر آرام است که فشار غشای باریک را مینیمم می کند. نیترید سیلیسیم نیز ممکن است ته نشین شود و ضخامت آن به 4 تا 5 میکرومتر محدود می شود

مر حله 2 : (مقاومت نوری)

( photoresist) : یکمقاومت نوری ماده حساس به نور ) در سطح دیاکسید سیلیکون استفاده می شود . این عمل میتواند به وسیله چرخاندن روکش مقاومت نوری معلق در یک حلال انجام شود . نتیجه بعد از چرخیدن و بیرون آوردن حلال یک مقاومت نوری با ضخامت 2/0 تا 2 میکرون است . مقاومت نوری سپس برای بیرون آوردن حلالها از درون آن کاملا پخته و نرم است.

مرحله 3 ( در معرض گذاشتن حکاکی نوری وتوسعه آن : (photolithography Exposure,and Development)

مقاومت نوری مانند یک ماسک حکاک نوری ( ماسک نوری ) در معرض نور فرابنفش قرار می گیرد . این ماسک نوری راه نور را مسدود کرده و الگویی را برای تضمین نقشه برداری سطح مطلوب تعریف میکند. ماسکهای نوری معمولا با استفاده از سیلیس گداخته و شفافیت نوری که در معرض طول موج ،پهنی و انبساط گرمایی تا حد موثر قرار می گیرند ،ساخته می شود . روی یک سطح شیشه یا ( کوارتز ) یک لایه کدر به عنوان نمونه گذاشته می شود . (معمولا لایه کروم با ضخامت صدها آنگستروم ) . یک ماسک نوری بر اساس شکل مورد نیاز پوسته پلی سیلیکونی تولید می شود. نقشه برداری سطح به وسیله ماسک تعیین می شود. مقاومت نوری سپس ایجاد می شود . در یک مقاومت نوری مثبت ، نور ، وزن ملکولی مقاومت نوری را کم کرده و ایجاد کننده مقاومت نوری به طور انتخابی مواد دارای وزن مولکولی پایین ترین را حذف می کند.

مرحله 4 ( قلم زدن دی اکسید سیلیکون ( Etch(dioxide Silicon :

دی اکسید سیلیکون قلم زده میشود . مقاومت نوری باقیمانده به عنوان یک ماسک سخت ( mask Hard ) استفاده می شود که از بخشدی اکسید سیلیکون محافظت میکند. مقاومت نوریبه وسیله قلم زنی مرطوب ( etching Wet ) ( اسیدهیدروفلوئوریک ،اسید سولفوریک و براکسید هیدروژن ) یا قلم زنی خشک ( etching dry ) ( به وسیله پلاسمای اکسیژن ) ، حذف می شود. نتیجه یک پرده نازک دی اکسید سیلیکون روی پایهسیلیکونی است .

مرحله 5 ( ته نشین شدن پلی سیلیکون(polysilicon Deposit :

(پرده نازک پلی سیلیکون روی دی اکسید سیلیکون ته نشین می شود. برای مثال پلی سیلیکون می تواند در سیستم LPCVD در 600 درجه سانتی گراد در یک فضای محدود شده سیلان ( SiH4 ) تهنشین شود. سرعت ته نشینی در شرایط عادی 65 تا 80 آنگستروم بر دقیقه ( Almin (است که فشار داخلی را مینیموم کرده و از خمیدگی و تا شدن جلوگیری می کند. ( پرده نازک پلی سیلیکون باید بدونفشار بوده یا یک فشار داخلی کششی داشته باشد ) .ضخامت پرده نازک بیش از ((4))  میکرون است.