Un MEMS (système microélectromécanique) est une machine miniature qui possède à la fois des composants mécaniques et électroniques. La dimension physique d’un MEMS peut aller de plusieurs millimètres à moins d’un micromètre, une dimension plusieurs fois plus petite que la largeur d’un cheveu humain.
L’étiquette MEMS est utilisée pour décrire à la fois une catégorie de dispositifs micromécatroniques et les processus utilisés lors de leur fabrication. Certains MEMS n’ont même pas de parties mécaniques, et pourtant 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 (MST).
Comment les MEMS sont construits
Les MEMS sont composés de pièces telles que des microcapteurs, des microprocesseurs, des microactionneurs, des unités de traitement des 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 (CI) et de nombreux produits MEMS commerciaux sont intégrés et conditionnés avec des CI. La fabrication des MEMS permet d’intégrer sur le même substrat des microcapteurs, qui recueillent des données, et des micro-actionneurs, qui convertissent l’énergie en mouvement.
Bien que les MEMS aient un faible coût de production par dispositif, le conditionnement peut être un défi. Chaque MEMS doit être emballé de manière à ce que les circuits électriques ou optiques et les autres composants du dispositif restent à l’abri de la contamination de l’air et de l’eau, tout en étant capables d’interagir avec le milieu environnant et d’accommoder le mouvement.
Exemples de MEMS
Le petit système sur une puce (SOC) qui ajuste automatiquement l’orientation de l’écran sur un smartphone est un exemple de MEMS avec lequel de nombreuses personnes interagissent chaque jour. À mesure que les MEMS deviennent plus petits, nécessitent moins d’énergie et sont moins coûteux à fabriquer, ils devraient jouer un rôle important dans l’internet des objets (IoT) sans fil et la domotique.
Les autres applications commerciales des MEMS comprennent :
- Des systèmes de chauffage et de refroidissement pilotés par des 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 de fabrication moléculaire (nanotechnologie).
- Des micro-buses pour contrôler le flux d’encre dans les imprimantes à jet d’encre.
- Des gyroscopes, baromètres, accéléromètres et microphones minuscules pour soutenir les applications mobiles.
- Des capteurs de pression jetables pour une utilisation dans les soins de santé.
- Des 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 collées ensemble : 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 décompresser le fluide dans la chambre de pompage.
Histoire des MEMS
L’idée de créer des MEMS a débuté dans les années 1980 ; cependant, les moyens de produire des MEMS (l’infrastructure de conception et de fabrication) n’étaient pas assez disponibles avant les années 1990. L’un des quelques premiers types de MEMS produits concernait les contrôleurs d’airbag et les têtes d’impression à jet d’encre. À la fin des années 1990, un projecteur a été fabriqué à l’aide de micromiroirs (qui utilisent les MEMS). Une grande partie du soutien initial aux MEMS provenait du bureau de technologie électronique de recherche et de développement de la Defense 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 qui utilisaient des MEMS étaient beaucoup plus efficaces en termes de performance par rapport à leurs homologues plus grands.
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 la stabilité (ESC) et les systèmes de contrôle de la pression des pneus (TPMS).
MEMS vs. NEMS
Alors que MEMS signifie système micro-électromécanique, NEMS signifie système nano-électromécanique. Le NEMS serait utilisé dans les nanotechnologies, qui sont des technologies permettant de manipuler la matière à l’échelle nanométrique (au 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 aux NEMS. À titre d’exemple, un microscope à effet tunnel (STM), qui peut détecter des atomes, est un dispositif MEMS.
Cette vidéo du groupe industriel des capteurs MEMS & fournit une introduction à la technologie MEMS.