دانلود پاورپوینت مطالعه ای بر طراحی و عملکرد سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) و کاربرد آنها

سیستم‌های میکروالکترومکانیکی که به اختصار MEMS نامیده می‌شوند، تکنولوژی پیشرفته‌ای هستند که در آن اجزای مکانیکی، سنسورها، محرک‌ها و قطعات الکترونیکی بر روی یک بستر مشترک (معمولاً سیلیکون) در مقیاس میکرومتری ادغام شده‌اند. این سیستم‌ها در واقع پلی میان دنیای دیجیتال و دنیای فیزیکی هستند که امکان اندازه‌گیری و کنترل پدیده‌های محیطی را در ابعادی بسیار کوچک فراهم می‌کنند.

طراحی سیستم‌های MEMS فرآیندی پیچیده است که نیازمند دانش میان‌رشته‌ای در حوزه‌های مهندسی برق، مکانیک و مواد می‌باشد. در فاز طراحی، مهندسان باید رفتارهای فیزیکی مواد را در مقیاس خرد در نظر بگیرند، چرا که در این ابعاد، نیروهایی مانند گرانش اهمیت خود را از دست داده و پدیده‌هایی نظیر چسبندگی سطحی، نیروهای الکترواستاتیک و اصطکاک به عوامل تعیین‌کننده تبدیل می‌شوند. ساخت این قطعات عمدتاً با بهره‌گیری از تکنیک‌های لایه‌نشانی، فوتولیتوگرافی و اچینگ (Etching) که در صنعت نیمه‌هادی‌ها رایج است، انجام می‌گیرد. این روش‌ها اجازه می‌دهند تا ساختارهای متحرک ظریف، مانند تیرک‌ها (Cantilevers)، دنده‌ها و دیافراگم‌ها، با دقت نانومتری تولید شوند که وظیفه تبدیل سیگنال‌های فیزیکی مانند فشار، شتاب یا دما را به سیگنال‌های الکتریکی بر عهده دارند.

عملکرد یک سیستم MEMS بر پایه تعامل مداوم بین بخش‌های حسگر و پردازشگر استوار است. در لایه عملکردی، سنسورها تغییرات محیطی را حس کرده و از طریق پدیده‌هایی مانند پیزوالکتریک یا تغییرات ظرفیت خازنی، آن را به داده‌های الکترونیکی تبدیل می‌کنند. سپس مدارات مجتمع (IC) که در کنار این ساختارهای مکانیکی تعبیه شده‌اند، وظیفه تقویت، پردازش و تحلیل این داده‌ها را انجام می‌دهند تا در نهایت یک پاسخ فیزیکی یا خروجی اطلاعاتی دقیق حاصل شود. پایداری عملکرد در این سیستم‌ها به شدت به انتخاب متریال و مدیریت تداخل‌های الکترومغناطیسی بستگی دارد. به دلیل یکپارچگی بالا، این سیستم‌ها از نظر مصرف انرژی بسیار بهینه بوده و به دلیل جرم بسیار کم اجزای متحرک، سرعت پاسخ‌دهی آن‌ها در مقایسه با سیستم‌های مکانیکی سنتی بسیار بالاتر است.

کاربردهای سیستم‌های میکروالکترومکانیکی امروزه در تمامی ابعاد زندگی مدرن نفوذ کرده و به یکی از ارکان اصلی صنعت الکترونیک تبدیل شده است. در صنعت خودرو، این سیستم‌ها در کیسه‌های هوا (Airbags) به عنوان حسگر شتاب و در سیستم‌های کنترل پایداری نقش حیاتی ایفا می‌کنند؛ در تجهیزات پزشکی، MEMS در ساخت میکروموتورهای جراحی، سیستم‌های تحویل دارو و آزمایشگاه‌های روی تراشه (Lab-on-a-chip) برای تشخیص سریع بیماری‌ها به کار می‌رود. همچنین، گوشی‌های هوشمند برای تشخیص جهت تصویر، فیلتر کردن سیگنال‌های مخابراتی و ثبت صدا از میکروفون‌های مبتنی بر این تکنولوژی استفاده می‌کنند. با پیشرفت روزافزون نانو تکنولوژی، انتظار می‌رود نسل بعدی این سیستم‌ها (NEMS) با ابعادی حتی کوچک‌تر و کارایی فراتر، تحولی بزرگ در اینترنت اشیاء (IoT) و سیستم‌های پایش سلامت هوشمند ایجاد کنند.