Libélula de silicio que será utilizada en misiones de espionaje

Ingenieros franceses han desarrollado una libélula de 120 mg de peso y 6 cm de longitud que en un futuro próximo realizará labores de micro-espionaje en zonas poco accesibles o contaminadas, a las que el hombre no puede llegar.

La compañía francesa SilMach, con sede en Besançon (Doubs), es la artífice de esta proeza tecnológica, por la que recibió a finales de 2006 el premio Siences et Défense 2005 del ministerio de Defensa francés, en reconocimiento a su labor de investigación en el campo de la biónica.

La libélula artificial tiene un sistema de propulsión de alas batientes y posee una masa de tan sólo 20 mg. Poco más grande que la falange de un dedo humano, esta libélula de silicio integra nada menos que 180.000 nanomúsculos de 9 nano gramos en la superficie de las alas y alcanza una potencia mecánica útil de 80 mW por solamente 2 mg de microaccionadores integrados.

En comparación, el motor electromagnético más pequeño comercializado pesa 91 mg, necesita una transmisión de potencia auxiliar y desarrolla 0,5 W/g. Los 100 mg restantes del micro-espía están dedicados a las microbaterías MEMS, actualmente en desarrollo en el CEA.

Años de trabajo

Como ya anticipamos en un anterior artículo, cuando esta libélula aún era tan sólo un proyecto, el funcionamiento de este micro robot es sencillo: sus músculos (situados en las láminas elásticas de las alas y en sus extremidades) se inclinan, se contraen y se estiran en función de la tensión eléctrica (de entre 100 y 150 voltios).

Desde sus puntos de anclaje se genera la flexión, a varias decenas de pulsaciones por segundo, de las alas. La amplitud del batimiento de las alas alcanza los 40º, al igual que en el modelo animal. Este pequeño robot integra asimismo sensores, emisores de información y un cerebro para coordinar sus movimientos.

La libélula voladora no tripulada o automática aún se encuentra en el estadio de prototipo, pero en un futuro próximo podría ser utilizada por el ejército o por compañías privadas para obtener información en zonas de difícil acceso o contaminadas.

De hecho, ha sido solicitada por el ministerio francés de Defensa, tal como se explica en este comunicado. Una de sus aplicaciones será sobrevolar territorios sin ser percibida para transmitir información estratégica a los sistemas de defensa del país.

En realidad se trata de un minúsculo avión no tripulado que es insensible a la contaminación y a las armas convencionales, aunque se le podría destruir de un manotazo. Un ingenio militar sin precedentes en términos de discreción tanto óptica como acústica.

Tecnología MEMS

La tecnología MEMS o de sistemas microelectromecánicos aplicada en la libélula es una tecnología electromecánica micrométrica que puede mezclarse, a pequeñísimas escalas, con sistemas nanoelectromecánicos o NEMS y con la nanotecnología.

Consiste en la integración de elementos mecánicos, operadores y electrónicos, así como de sensores, en un sustrato de silicio, mediante tecnología de microfabricación. Los componentes micromecánicos se acoplan al silicio gracias a procesos "micromecanizados", que sitúan selectivamente los elementos en la superficie o que añaden a ésta nuevas capas estructurales.

La compañía Silmach se dedica además a concebir y desarrollar otros sistemas micromecánicos MEMS formados por silicio. Una de sus logros más innovadores ha sido conseguir añadir funciones mecánicas complejas a circuitos integrados.

Sus clientes proceden de diversos sectores, a parte del de defensa, como el aeronáutico, el automóvil o la relojería. El premio que ha recibido la compañía es un galardón anual entregado a las contribuciones científicas a la defensa nacional francesa más eminentes.

Antecedentes biónicos

La biónica, ciencia que estudia las funciones de los organismos vivos y emplea esta información para el desarrollo de sistemas artificiales, como en el caso de esta libélula espía, ha dado lugar en los últimos años a sorprendentes máquinas

Un ejemplo de estas aplicaciones son los enjambres de robots que en unos años imitarán el comportamiento de los insectos gracias a un sistema de inteligencia colectiva en cuyo desarrollo trabaja el ejército australiano.

Otro precedente es el robot-chinche que camina sobre el agua y que explorará embalses de agua potable en busca de toxinas.

Aderlis S. Marquez G.
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http://www.tendencias21.net/Crean-una-libelula-de-silicio-que-sera-utilizada-en-misiones-de-espionaje_a1386.html

Un ejército de escarabajos ciborgs

Como en la más horripilante película de serie B, un ejército de coleópteros vuela controlado a distancia por siniestros militares. Capaces de reconocer el terreno, de portar sensores de guerra química o de comunicar mensajes, los insectos son la avanzadilla en las guerras del futuro. El guión no es obra de una mente perturbada, sino de algunas de las más preclaras de EEUU. La agencia DARPA, dependiente del Departamento de Defensa de aquel país, y varias de las mejores universidades estadounidenses, trabajan con escarabajos, polillas y otros insectos biónicos desde 2006 . Ahora, tras gastar varios millones de dólares, llegan los primeros resultados.

El proyecto se llama HI-MEMS (Híbrido Insecto-Sistemas Microelectromecánicos, por sus siglas en inglés) y pretende colocar piezas mecánicas en seres vivos. Estos animales ciborgs trabajarían a voluntad de su amo. En esta ocasión, DARPA busca cómo insertar artefactos minúsculos en insectos en su fase larvaria o de pupa. Con ello, el cableado queda integrado dentro del cuerpo del animal cuando llega a adulto. A este plan se han sumado cuatro equipos de investigadores de universidades como las de California en Berkeley, Michigan, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad A&M de Texas o el Instituto Boyce Thompson, un centro avanzado de estudios biológicos afiliado a la Universidad de Cornell.

El sistema se coloca en la fase de pupa para que el adulto lo integre en su organismo

Ver volar a un enorme escarabajo de diez o más centímetros de largo, como el Megasoma elephas o el Mecynorrhina torquata, es impresionante. Pero comprobar cómo, al fondo de la sala, alguien está manejando su vuelo con un ordenador, produce desasosiego. Investigadores del departamento de Ingeniería Electrónica e Informática de la Universidad de Berkeley publicaron hace unas semanas un artículo en la revista especializada Frontiers in Integrative NeuroscienceRadio control remoto en insectos voladores. Junto al artículo, que describe sus últimos avances, aparece una serie de vídeos con las pruebas del éxito. bajo el título

Las imágenes muestran cómo diferentes escarabajos mueven sus alas, primero fijados a un cable y después en vuelo, pero a voluntad de un operador humano. En el estudio también han participado entomólogos e ingenieros de las universidades de Arizona State y Michigan.

Los investigadores eligieron a estos grandes coleópteros por ser capaces de llevar una carga extra de entre el 20% y el 30% de su peso. El hecho de usar sus dos alas de forma asíncrona para volar, frente a otros insectos que las baten a la vez, también se tuvo en cuenta. Aunque la ruta neuronal concreta que controla la iniciación y cese del vuelo no se conoce a fondo en ningún insecto, en el trabajo explican que pretendían "iniciar, parar y modular la oscilación de las alas mediante estimulación eléctrica directa del cerebro".

Para controlar los giros y cambios de dirección, la corriente se aplicó a los músculos basalares izquierdo y derecho (situados en el tórax del animal, participan en el control del vuelo). El cableado acaba en un sistema miniaturizado de control por radiofrecuencia adosado al lomo del escarabajo.

Cableado antes de la metamorfosis

Al aplicar un pulso sobre el músculo basalar, el animal gira a derecha o izquierda

Los cables para el microcontrolador no se colocan cuando el animal es adulto. Insertarle quirúrgicamente hasta cuatro electrodos, uno de ellos en el cerebro, podría acabar con el animal o, al menos, con sus capacidades motoras. Lo que han hecho los científicos es colocar el cableado cuando el escarabajo está en su pupa. A medida que se desarrolla dentro de su capullo, los tejidos vivos recubren el cable. El insecto lo hace suyo. Sólo hace falta esperar a que se complete su metamorfosis y aplicarle las descargas, literalmente.

Este equipo californiano, encabezado por el profesor Michel Maharbiz, sometió a diferentes coleópteros a pulsos eléctricos negativos y positivos de 3,2 voltios. Por debajo de este nivel, los bichos no reaccionaban. En el caso de los Mecynorrhina torquata, los diez ciborgs usados iniciaron el vuelo al sentir las descargas. Ya en vuelo, había que mantener el estímulo.

Mediante sucesivas pruebas de ensayo y error, los investigadores lograron un vuelo sostenido por una determinada frecuencia de pulsos eléctricos. Por último, el cambio de sentido, que parecería mas complicado de lograr, resultó sencillo. Al aplicar un pulso sobre el músculo basalar izquierdo, el animal giraba a la derecha (y viceversa) en el 75% de los casos. Más aún, según fuese la duración de la descarga, variaba el ángulo del giro.

Aún hay mucho por hacer, como empequeñecer aún más el mecanismo, conocer mejor las rutas neuronales que controlan las alas, o sistematizar los datos de vuelo para crear un programa informático que controle al insecto. Pero los objetivos de DARPA están más cerca de lograrse. El pliego de condiciones del programa HI-MEMS pide un ciborg capaz de volar durante 100 metros y que se pose en una zona determinada con un margen de error de cinco metros, todo ello de forma guiada.

Un implante de isótopos radiactivos podría dotar de energía a todo el mecanismo

Con el GPS a cuestas

Pero el programa de DARPA no se limita a cablear escarabajos. El objetivo final es controlar un enjambre de insectos para su uso militar. El cómo y el para qué son cuestiones abiertas. Entre sus posibles misiones están las de realizar labores de espionaje y reconocimiento sin ser detectados. Para ello, se necesitará insertar algún sistema que permita situar en el mapa a cada insecto. La emisión de ondas de radio o el uso del GPS son dos de las posibilidades. La inclusión de una cámara para mostrar lo que ve el insecto también se estudia.

Pero, con cada gramo de carga tecnológica de más, menos especies candidatas hay que puedan llevar a cuestas el receptor/emisor de radio, el GPS, la circuitería y la batería para alimentar todo eso. De hecho, el peso es uno de los factores que limita el resultado. Aunque se ha ensayado con otras especies de escarabajos o polillas (como la Manduca sexta), más pequeñas pero prometedoras, su menor capacidad de carga las ha descartado hasta ahora.

Insectos radiactivos

Otro equipo de investigadores puede haber encontrado la forma de aligerar de peso a los insectos: reemplazar la pesada batería con un isótopo radiactivo. Científicos de la Universidad de Cornell presentaron recientemente en una feria de Sistemas Microelectromecánicos (MEMS) celebrada en Baltimore (EEUU) un prototipo de transmisor alimentado por un isótopo radiactivo, el níquel-63, que puede ofrecer pulsos de 5 milivatios durante años.

A la longevidad se le une el reducido tamaño: aún en fase de prototipo, apenas cubre un centímetro cuadrado. En el equipo que lo ha desarrollado está el profesor Amit Lal. Se da la circunstancia de que Lal inició el programa HI-MEMS en 2006.

Ni Lal ni el profesor Maharbiz quieren dar más detalles sobre sus experimentos. De hecho, y a pesar de la cantidad de datos técnicos que exponen en sus artículos científicos, el resto de investigadores tampoco quieren responder preguntas sobre los siguientes pasos que pretenden seguir, qué otras especies son interesantes, o si les plantea algún problema ético este tipo de manipulación. "Ni DARPA, ni sus investigadores, ni los científicos que colaboran en el programa HI-MEMS responden a preguntas sobre este asunto", explican desde la agencia.

Lo que sí cuentan es que existen cuatro equipos formados por investigadores de distintas universidades. También revelan que ya se han gastado algo más de ocho millones de euros. Tras las dos primeras fases (inserción en la etapa de pupa y control del vuelo libre), en la actualidad se trabaja en el refinado de ese control. Para ello, se van a abrir varias líneas de investigación. Además de la electroestimulación neuronal y muscular del equipo del profesor Maharbiz, otros estudiarán cómo estimular y controlar el vuelo aprovechando la reacción natural del animal a estímulos táctiles (con microondas, por ejemplo) y visuales (recurso a radiaciones de baja frecuencia). Habrá que esperar a 2010 para conocer el resultado.

Aderlis S. Marquez G

EES Seccion 2

http://www.publico.es/ciencias/281174/ejercito/escarabajos/ciborgs

Procesos MEMS

Procesos de Deposición Uno de los elementos básicos en el procesamiento de MEMS es la capacidad de depósito de películas delgadas de materiales. En este texto asumimos que una fina película puede tener un espesor de entre unos pocos nanómetros a unos 100 micrómetros. Los procesos de deposición de uso común son: Electroenchapado (Electroplating), Deposición Pulverizada (Sputter deposition), la deposición física de vapor (PVD) y deposición química de vapor (CVD).

Fotolitografía Litografía en el contexto MEMS es, por lo general la transferencia de un patrón a un material fotosensible por exposición selectiva a una fuente de radiación, como la luz. Un material fotosensible es un material que experimenta un cambio en sus propiedades físicas cuando es expuesto a una fuente de radiación. Si nosotros exponemos selectivamente un material fotosensible a la radiación (por ejemplo, mediante el enmascaramiento de algo de la radiación) el patrón de la radiación sobre el material es transferido al material expuesto, resultando en que las propiedades de las regiones expuestas y no expuestas difieren.

Esta región expuesta puede luego ser removida o tratada proveyendo una máscara para el sustrato subyacente. La Fotolitografía es típicamente usada con metal u otra deposición de película delgada, en procesos de grabado secos o mojados.

Procesos de Grabado Hay dos categorías básicas de procesos de grabado: grabado mojado y seco. En el primer caso, el material se disuelve cuando se sumerge en una solución química. En el último, el material se pulveriza o disuelve utilizando vapor iones reactivos o un grabado de fase vapor. Véase Williams y Muller o Kovacs, Maluf y Peterson para un poco de visión de conjunto de las tecnologías de grabado MEMS.

Grabado mojado El grabado por mojado químico consiste en una remoción selectiva de material por inmersión de un sustrato dentro de una solución que la pueda disolver. Debido a la naturaleza química de este proceso de grabado, usualmente una buena selectividad puede ser obtenida, lo cual significa que la tasa de grabado del material a grabar es considerablemente más alta que la del material de la máscara si se selecciona cuidadosamente.

Algunos materiales mono cristalinos, como el silicio, tendrán diferentes tasas de grabados dependiendo en la orientación cristalográfica del sustrato. Esto se conoce como grabado anisotrópico y uno de los ejemplos más comunes es el grabado del silicio en KOH (hidróxido de potasio), donde los planos<111> del Silicio se graban aproximadamente 100 veces más lento que otros planos (orientaciones cristalográficas). Por lo tanto, grabando un agujero rectangular en un (100)- una oblea de silicio resulta en en un grabado de ranuras en forma de pirámide con paredes en ángulo de 54.7°, en lugar de un agujero con paredes curvas como podría ser el caso del grabado isotrópico, donde los procesos de grabado progresan a la misma velocidad en todas las direcciones. Agujeros largos y estrechos en una máscara producirán surcos en el silicio. La superficie de estas ranuras puede ser automáticamente suavizadas si el grabado se lleva a cabo correctamente, con las dimensiones y los ángulos siendo extremadamente precisos.

El grabado Electroquímico (CEPE) para una remoción selectiva del dopante del silicio es un método común para automatizar y controlar selectivamente el grabado. Se requiere un diodo de juntura p-n activo, y cualquier tipo de dopante puede actuar como material resistente al grabado ("detención del grabado"). El Boro es el dopante más común de detención del grabado. En combinación con el grabado mojado anisotrópico como se ha descrito anteriormente, el ECE se ha utilizado con éxito para el control del espesor del diafragma de silicio en sensores de presión piezo-resistivos de silicio. Las regiones selectivamente dopadas pueden ser creadas tanto por implantación, difusión, o deposición epitaxial de silicio.

Grabado por iones reactivos (RIE) En el grabado por iones reactivos (RIE), el sustrato se coloca dentro de un reactor en el que se introducen varios gases. El plasma es pulsado en la mezcla de gases utilizando una fuente de energía de RF, rompiendo las moléculas del gas en iones. Los iones son acelerados y reaccionan con la superficie del material siendo grabado, formando otro material gaseoso. Esto se conoce como la parte química del grabado por iones reactivos. También hay una parte física que es de naturaleza similar al proceso de deposición por pulverización. Si los iones poseen energía suficientemente alta, pueden impactar a los átomos fuera del material a ser grabado sin una reacción química. Es una tarea muy compleja desarrollar procesos de grabado en seco que equilibren grabado químico y físico, ya que hay muchos parámetros a ajustar. Al cambiar el equilibrio es posible influir en la anisotropía del grabado, ya que la parte química es isotrópica y la parte física altamente anisotrópica, la combinación puede formar paredes laterales, que tienen formas desde redondeadas a verticales.

Grabado profundo de iones reactivos (DRIE) Una subclase de la RIE, que continúa creciendo rápidamente en popularidad es la RIE profunda (DRIE). En este proceso, las profundidades de grabado de cientos de micrómetros pueden ser alcanzados con paredes casi verticales. La principal tecnología se basa en el llamado "proceso de Bosch" , llamado luego de que la empresa alemana Robert Bosch, presentara la patente original, donde dos composiciones de gases diferentes se alternan en el reactor. Actualmente hay dos variaciones de la DRIE. La primera modificación consiste en tres pasos (el proceso de Bosch, tal como se utiliza en la herramienta UNAXIS), mientras que la segunda variación sólo consiste en dos pasos (ASE utilizado en la herramienta de STB). En la 1 ª Modificación, el ciclo de grabado es el siguiente: (i) SF6 grabado isotrópico; (ii) C4F8 pasivación; (iii) SF6 grabado anisoptrópico para limpieza de suelo. En la 2 ª variación, los pasos (i) y (iii) se combinan.

Ambas variaciones funcionan de manera similar. El C4F8 crea un polímero sobre la superficie del sustrato, y en el segunda, la composición del gas (SF6 y O2) graba el sustrato. El polímero es inmediatamente pulverizado lejos por la parte física del grabado, pero sólo en las superficies horizontales y no en las paredes laterales. Desde el polímero sólo se disuelve muy lentamente en la parte de la química de grabado, se acumula en las paredes laterales y los protege de grabado. Como resultado de ello, el grabado se pueden alcanzar relaciones de aspecto de 50 a 1. El proceso puede ser utilizado fácilmente para grabar completamente a través de un sustrato de silicio, y las tasas de grabado son 3-4 veces más altas que el grabado mojado.

Grabado por difluorido de Xenon El difluorido de Xenon (XeF2) es un grabador por fase de vapor seco isotrópica para silicio originalmente aplicada en MEMS en 1995 en la Universidad de California, Los Angeles. Originalmente usada para la liberdarión de estructuras de metal y dieléctricas por medio del cortado del silicio, XeF2 tiene la ventaja de no tener pegado por viscosidad a diferencia del grabado mojado. Su selectividad de grabado es muy alta, lo que le permite trabajar con fotoresistencia, SiO2, nitruro de silicio, y diversos metales para enmascarar. Su reacción al silicio es "libre de plasma", es puramente químico y espontáneo y a menudo es operado en modo pulsado. Se encuentran disponibles modelos de la acción del grabado están disponibles, y laboratorios universitarios y diversas herramientas comerciales ofrecen soluciones utilizando este enfoque.

Aderlis S. Marquez G
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http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/5588423/%3Cspan%20style=

Resonadores basados en CMOS-MEMS

Los resonadores basados en CMOS-MEMS son una tecnología verdaderamente rompedora que permite a las empresas de electrónica eliminar los obstáculos de coste y escalabilidad con los que se encuentran actualmente los consumidores. La tecnología de los MEMS permite superar algunos de los problemas existentes en la actualidad y, al mismo tiempo, abre una puerta a futuras aplicaciones (antes imposibles) por medio de la tecnología de microfabricación. Los MEMS prometen revolucionar casi todas las categorías de productos reuniendo la microelectrónica del silicio con la tecnología del micromecanizado. Utilizando osciladores CMOS en los MEMS, los fabricantes de dispositivos electrónicos de consumo, unidades de disco duro y otros dispositivos contarán con una serie de beneficios entre los que se incluyen una menor necesidad de espacio físico, unos tiempos de espera más cortos, una construcción más robusta y menos gasto de energía. Además, esta tecnología puede avanzar para soportar aplicaciones de alta precisión.

"Creemos que los osciladores de MEMS son una parte importante en el futuro del mercado de control de frecuencias", afirma Ed Grant, vicepresidente de operaciones y productos de Vectron en Norteamérica. "Aunque la promesa de los osciladores de MEMS ha estado ahí durante años, ningún vendedor ha sido capaz de demostrar su fiabilidad ni su manufacturabilidad. Creemos que Discera sí está en posición de cumplir esta promesa. Esperamos trabajar conjuntamente con Discera utilizando nuestras habilidades complementarias para crear productos destacados en el sector".

La tecnología del resonador PureSilicon de Discera es un componente fundamental que se puede utilizar para crear dispositivos electrónicos de consumo pequeños, de bajo coste y totalmente integrados, así como productos de telecomunicaciones como los osciladores, filtros y componentes RF. Los productostemporizadores basados en los resonadores CMOS-MEMS PureSilicon de Discera ofrecen ventajas significativas en cuanto a tamaño, potencia y coste, junto con una calidad y una fiabilidad excepcionales. Durante Electronica, Discera mostrará su tecnología en el stand de Vectron (Hall B5, stand 237). Discera mostrará la salida de vídeo de una cámara estándar cuyo tradicional oscilador de cristal ha sido reemplazado con un oscilador de MEMS de Discera.

"Estamos muy contentos de trabajar con Vectron", afirma Venkat Bahl, vicepresidente de marketin de Discera, Inc. "Trabajar con Vectron, un líder en el sector, le da un enorme impulso al campo de los osciladores de MEMS en general y a Discera en particular. Ambas compañías están bien posicionadas en el mercado y pueden aprovecharse mutuamente de los puntos fuertes de la otra con el fin de crear y fortalecer una posición dominante en el mercado".

Aderlis S. Marquez G.
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http://avances-nanotecnologia.euroresidentes.com/2006/11/resonadores-basados-en-cmos-mems.html

Procesos MEMS

Procesos de Deposición Uno de los elementos básicos en el procesamiento de MEMS es la capacidad de depósito de películas delgadas de materiales. En este texto asumimos que una fina película puede tener un espesor de entre unos pocos nanómetros a unos 100 micrómetros. Los procesos de deposición de uso común son: Electroenchapado (Electroplating), Deposición Pulverizada (Sputter deposition), la deposición física de vapor (PVD) y deposición química de vapor (CVD).

Fotolitografía Litografía en el contexto MEMS es, por lo general la transferencia de un patrón a un material fotosensible por exposición selectiva a una fuente de radiación, como la luz. Un material fotosensible es un material que experimenta un cambio en sus propiedades físicas cuando es expuesto a una fuente de radiación. Si nosotros exponemos selectivamente un material fotosensible a la radiación (por ejemplo, mediante el enmascaramiento de algo de la radiación) el patrón de la radiación sobre el material es transferido al material expuesto, resultando en que las propiedades de las regiones expuestas y no expuestas difieren.

Esta región expuesta puede luego ser removida o tratada proveyendo una máscara para el sustrato subyacente. La Fotolitografía es típicamente usada con metal u otra deposición de película delgada, en procesos de grabado secos o mojados.

Procesos de Grabado Hay dos categorías básicas de procesos de grabado: grabado mojado y seco. En el primer caso, el material se disuelve cuando se sumerge en una solución química. En el último, el material se pulveriza o disuelve utilizando vapor iones reactivos o un grabado de fase vapor. Véase Williams y Muller o Kovacs, Maluf y Peterson para un poco de visión de conjunto de las tecnologías de grabado MEMS.

Grabado mojado El grabado por mojado químico consiste en una remoción selectiva de material por inmersión de un sustrato dentro de una solución que la pueda disolver. Debido a la naturaleza química de este proceso de grabado, usualmente una buena selectividad puede ser obtenida, lo cual significa que la tasa de grabado del material a grabar es considerablemente más alta que la del material de la máscara si se selecciona cuidadosamente.

Algunos materiales mono cristalinos, como el silicio, tendrán diferentes tasas de grabados dependiendo en la orientación cristalográfica del sustrato. Esto se conoce como grabado anisotrópico y uno de los ejemplos más comunes es el grabado del silicio en KOH (hidróxido de potasio), donde los planos<111> del Silicio se graban aproximadamente 100 veces más lento que otros planos (orientaciones cristalográficas). Por lo tanto, grabando un agujero rectangular en un (100)- una oblea de silicio resulta en en un grabado de ranuras en forma de pirámide con paredes en ángulo de 54.7°, en lugar de un agujero con paredes curvas como podría ser el caso del grabado isotrópico, donde los procesos de grabado progresan a la misma velocidad en todas las direcciones. Agujeros largos y estrechos en una máscara producirán surcos en el silicio. La superficie de estas ranuras puede ser automáticamente suavizadas si el grabado se lleva a cabo correctamente, con las dimensiones y los ángulos siendo extremadamente precisos.

El grabado Electroquímico (CEPE) para una remoción selectiva del dopante del silicio es un método común para automatizar y controlar selectivamente el grabado. Se requiere un diodo de juntura p-n activo, y cualquier tipo de dopante puede actuar como material resistente al grabado ("detención del grabado"). El Boro es el dopante más común de detención del grabado. En combinación con el grabado mojado anisotrópico como se ha descrito anteriormente, el ECE se ha utilizado con éxito para el control del espesor del diafragma de silicio en sensores de presión piezo-resistivos de silicio. Las regiones selectivamente dopadas pueden ser creadas tanto por implantación, difusión, o deposición epitaxial de silicio.

Grabado por iones reactivos (RIE) En el grabado por iones reactivos (RIE), el sustrato se coloca dentro de un reactor en el que se introducen varios gases. El plasma es pulsado en la mezcla de gases utilizando una fuente de energía de RF, rompiendo las moléculas del gas en iones. Los iones son acelerados y reaccionan con la superficie del material siendo grabado, formando otro material gaseoso. Esto se conoce como la parte química del grabado por iones reactivos. También hay una parte física que es de naturaleza similar al proceso de deposición por pulverización. Si los iones poseen energía suficientemente alta, pueden impactar a los átomos fuera del material a ser grabado sin una reacción química. Es una tarea muy compleja desarrollar procesos de grabado en seco que equilibren grabado químico y físico, ya que hay muchos parámetros a ajustar. Al cambiar el equilibrio es posible influir en la anisotropía del grabado, ya que la parte química es isotrópica y la parte física altamente anisotrópica, la combinación puede formar paredes laterales, que tienen formas desde redondeadas a verticales.

Grabado profundo de iones reactivos (DRIE) Una subclase de la RIE, que continúa creciendo rápidamente en popularidad es la RIE profunda (DRIE). En este proceso, las profundidades de grabado de cientos de micrómetros pueden ser alcanzados con paredes casi verticales. La principal tecnología se basa en el llamado "proceso de Bosch" , llamado luego de que la empresa alemana Robert Bosch, presentara la patente original, donde dos composiciones de gases diferentes se alternan en el reactor. Actualmente hay dos variaciones de la DRIE. La primera modificación consiste en tres pasos (el proceso de Bosch, tal como se utiliza en la herramienta UNAXIS), mientras que la segunda variación sólo consiste en dos pasos (ASE utilizado en la herramienta de STB). En la 1 ª Modificación, el ciclo de grabado es el siguiente: (i) SF6 grabado isotrópico; (ii) C4F8 pasivación; (iii) SF6 grabado anisoptrópico para limpieza de suelo. En la 2 ª variación, los pasos (i) y (iii) se combinan.

Ambas variaciones funcionan de manera similar. El C4F8 crea un polímero sobre la superficie del sustrato, y en el segunda, la composición del gas (SF6 y O2) graba el sustrato. El polímero es inmediatamente pulverizado lejos por la parte física del grabado, pero sólo en las superficies horizontales y no en las paredes laterales. Desde el polímero sólo se disuelve muy lentamente en la parte de la química de grabado, se acumula en las paredes laterales y los protege de grabado. Como resultado de ello, el grabado se pueden alcanzar relaciones de aspecto de 50 a 1. El proceso puede ser utilizado fácilmente para grabar completamente a través de un sustrato de silicio, y las tasas de grabado son 3-4 veces más altas que el grabado mojado.

Grabado por difluorido de Xenon El difluorido de Xenon (XeF2) es un grabador por fase de vapor seco isotrópica para silicio originalmente aplicada en MEMS en 1995 en la Universidad de California, Los Angeles. Originalmente usada para la liberdarión de estructuras de metal y dieléctricas por medio del cortado del silicio, XeF2 tiene la ventaja de no tener pegado por viscosidad a diferencia del grabado mojado. Su selectividad de grabado es muy alta, lo que le permite trabajar con fotoresistencia, SiO2, nitruro de silicio, y diversos metales para enmascarar. Su reacción al silicio es "libre de plasma", es puramente químico y espontáneo y a menudo es operado en modo pulsado. Se encuentran disponibles modelos de la acción del grabado están disponibles, y laboratorios universitarios y diversas herramientas comerciales ofrecen soluciones utilizando este enfoque.

MEMS descripción

Los avances en el campo de los semiconductores están dando lugar a circuitos integrados con características tridimensionales e incluso con piezas móviles. Estos dispositivos, llamados Sistemas Micro electromecánicos (MEMS), pueden resolver muchos problemas que un microprocesador más el software o configuración no ASIC (Chip integrados de aplicación específica) no pueden. La tecnología MEMS puede aplicarse utilizando un sin número de diferentes materiales y técnicas de fabricación; la elección dependerá del tipo de dispositivo que se está creando y el sector comercial en el que tiene que operar.

Silicio, El silicio es el material utilizado para crear la mayoría de los circuitos integrados utilizados en la electrónica de consumo en el mundo moderno. Las economías de escala, facilidad de obtención y el bajo costo de los materiales de alta calidad y la capacidad para incorporar la funcionalidad electrónica hacen al silicio atractivo para una amplia variedad de aplicaciones de MEMS. El silicio también tiene ventajas significativas que han surgido a través de sus propiedades físicas. En la forma mono cristalina, el silicio es un material Hookeano (cumple la ley de Hooke) casi perfecto, lo que significa que cuando está en flexión prácticamente no hay histéresis y, por lo tanto, casi no hay disipación de energía. Así como para hacer movimientos altamente repetibles, esto hace también que el silicio sea muy fiable, ya que sufre muy pequeña fatiga y puede tener una duración de vida de servicio en el rango de billones o trillones de ciclos sin romper. Las técnicas básicas para la producción de todos los dispositivos MEMS basados en silicio son la deposición de capas de material, produciendo un patrón en estas capas por fotolitografía y luego grabando para producir las formas necesarias.

Polímeros, A pesar de que la industria de la electrónica proporciona una economía de escala para la industria del silicio, el silicio cristalino es todavía un material complejo y relativamente costoso de producir. Los polímeros por el contrario se pueden producir en grandes volúmenes, con una gran variedad de características materiales. Los dispositivos MEMS puede hacerse de polímeros, por los procesos de moldeo por inyección, estampado o estéreo litografía y son especialmente adecuados para aplicaciones micro fluídicas tales como los cartuchos desechables para análisis de sangre.

Metales, Los metales también se puede usar para crear elementos MEMS. Aunque los metales no tienen algunas de las ventajas mostradas por el silicio en términos de propiedades mecánicas, cuando son utilizan dentro de sus limitaciones, los metales pueden presentar grados muy altos de fiabilidad.

Los metales pueden ser depositados por galvanoplastia, por evaporación, y mediante procesos de pulverización.

Los metales comúnmente utilizados incluyen al oro, níquel, aluminio, cromo, titanio, tungsteno, plata y platino.

Paradigmas de los MEMS de Silicio, Micromaquinado volumétrico es el paradigma más antiguo de los MEMS basado en silicio. Todo el grosor de una oblea de silicio se utiliza para la construcción de las micro-estructuras mecánicas. [2] El silicio es mecanizado utilizando diversos procesos de grabado. La unión anódica de placas de vidrio u obleas de silicio adicionales se utilizan para añadir características tridimensionales y para encapsulación hermética. El micromáquinado volumétrico ha sido esencial para que los sensores de presión de alto rendimiento y acelerómetros que han cambiado la forma de la industria de los sensores en los 80's y 90's.
Otro es El micromáquinado superficial utiliza deposición de capas sobre la superficie de un sustrato como material estructural, en lugar de utilizar el sustrato mismo. El micromaquinado superficial se creó a fines de los 80 para hacer el micromáquinado de silicio más compatibles con la tecnología de circuito integrado plano, con el objetivo de la combinación de MEMS y circuitos integrados en la misma oblea de silicio. El concepto original del micromaquinado superficial se basa en delgadas capas de silicio policristalino modelado como estructuras mecánicas móviles y expuestas por grabado de sacrificio de las subcapas de óxido. Electrodos en peine interdigital son utilizados para producir fuerzas en plano y detectar movimientos en plano de forma capacitiva. Este paradigma MEMS ha permitido a la manufactura de acelerometros de bajo costo, por ejemplo sistemas de Bolsas de aire para automóviles (Air-bags) y otras aplicaciones donde bajos rendimientos y/o altos rangos de "g" son suficientes. Mecanismos Analógicos han sido pioneros en la industrialización del micromaquinado superficial y han realizado la co-integración de los MEMS y los circuitos integrados.
Ambos micromaquinados volumétrico y superficial son todavía usados en la producción industrial de los sensores, las boquillas de chorro de tinta y otros dispositivos. Pero, en muchos casos, la distinción entre estos dos ha disminuido. La nueva tecnología de grabado, el grabado profundo por iones reactivos ha hecho posible combinar el buen desempeño típico del micromaquinado volumetrico con estructuras en peine y operaciones en plano típicas de micromaquinado superficial. Si bien es común en el micromaquinado superficial tener espesores de capa estructurales en el rango de 2 μm, en el micromaquinado HAR el espesor es de 10 a 100 μm. Los materiales comúnmente utilizados en el micromaquinado HAR son silicio policristalino denso, conocido como epi-poly, y las obleas pegadas de silicio-sobre-aislante (SOI), si bien los procesos para las obleas de silicio volumetricas también han sido creadas (SCREAM). Pegando una segunda oblea mediante fritura de vidrio, la unión anódica o unión de aleación se utiliza para proteger las estructuras MEMS. Los circuitos integrados están normalmente no combinados con el micromaquinado HAR. El consenso de la industria en este momento parece ser que la flexibilidad y la reducción en complejidad obtenidos teniendo las dos funciones separadas parece pesar más que la pequeña penalidad en el envasado.

Aderlis S. Marquez G.
EES Seccion 2
http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/5588423/%3Cspan%20style=

Microelectrónica, Microelectromecánica

La microelectrónica es la aplicación de la ingeniería electrónica a componentes y circuitos de dimensiones muy pequeñas, microscópicas y hasta de nivel molecular para producir dispositivos y equipos electrónicos de dimensiones reducidas pero altamente funcionales. El teléfono celular, el microprocesador de la CPU y la computadora tipo Palm son claros ejemplos de los alcances actuales de la Tecnología Microelectrónica. En los primeros años de la década de 1950 comenzó a desarrollarse la microelectrónica como efecto de la aparición del transistor en 1948. Sin embargo, la microelectrónica solo fue utilizada por el publico en general hasta los años setenta, cuando los progresos en la tecnología de semiconductores, atribuible en parte a la intensidad de las investigaciones asociadas con la exploración del espacio, llevo al desarrollo del circuito integrado. El mayor potencial de esta tecnología se encontró en las comunicaciones, particularmente en satélites, cámaras de televisión y en la telefonía, aunque más tarde la microelectrónica se desarrolló con mayor rapidez en otros productos independientes como calculadoras de bolsillo y relojes digitales.y también a principios de los ochentas empezaron los micro "chips"

La Microelectromecánica, sistemas Microelectromecánicos (Microelectromechanical Systems, MEMS) se refieren a la tecnología electromecánica, micrométrica y sus productos, y a escalas relativamente más pequeñas (escala nanométrica) se fusionan en sistemas nanoelectromecánicos (Nanoelectromechanical Systems, NEMS) y Nanotecnología. MEMS también se denominan 'Micro Máquinas' (en Japón) o 'Tecnología de Micro Sistemas' - MST (en Europa). Los MEMS son independientes y distintos de la hipotética visión de la nanotecnología molecular o Electrónica Molecular. MEMS en general varían en tamaño desde un micrómetro (una millonésima parte de un metro) a un milímetro (milésima parte de un metro). En este nivel de escala de tamaño, las construcciones de la física clásica no son siempre ciertas. Debido a la gran superficie en relación al volumen de los MEMS, los efectos de superficie como electrostática y viscosidad dominan los efectos de volumen tales como la inercia o masa térmica. El análisis de elementos finitos es una parte importante del diseño de MEMS. La tecnología de sensores ha hecho progresos significativos debido a los MEMS. La complejidad y el rendimiento avanzado de los sensores MEMS ha ido evolucionando con las diferentes generaciones de sensores MEMS.

El potencial de las máquinas muy pequeñas fue apreciado mucho antes de que existiera la tecnología que pudiera construirlas - véase, por ejemplo, la famosa lectura de 1959 de Feynman "Hay mucho espacio en lo pequeño". Los MEMS se convirtieron en prácticos una vez que pudieran ser fabricados utilizando modificación de tecnologías de fabricación de semiconductores, normalmente utilizadas en electrónica. Estos incluyen moldeo y galvanoplastia, grabado húmedo (KOH, TMAH) y grabado en seco (RIE y DRIE), el mecanizado por electro descarga (EDM), y otras tecnologías capaces de fabricar dispositivos muy pequeños.

Existen diferentes tamaños de empresas con importantes programas MEMS. Las empresas más grandes se especializan en la fabricación de componentes de bajo costo alto volumen o paquetes de soluciones para los mercados finales como el automotriz, biomedicina, y electrónica. El éxito de las pequeñas empresas es ofrecer valor en soluciones innovadoras y absorber el costo de fabricación con altos márgenes de ventas.Tanto las grandes como las pequeñas empresas realizan trabajos de I + D para explorar la tecnología MEMS.

Uno de los mayores problemas de los MEMS autónomos es la ausencia de micro fuentes de energía con alta densidad de corriente, poder y capacidad eléctrica.

Aderlis S. Marquez G.
EES Seccion 2
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Microsistemas de Control Térmico en Aplicaciones Industriales (T-MEMS)

El proyecto Microsistemas de Control Térmico en Aplicaciones Industriales (T-MEMS) está encaminado a desarrollar tecnología de control térmico basada en sistemas micro-electro-mecánicos (MEMS) de utilidad para distintos sectores industriales. Esta tecnología que se va a desarrollar está fundamentada, principalmente, en cuatro disciplinas básicas:  Micro-fluídica.  Ingeniería Térmica.  Micro-fabricación.  Biotecnología. Estrategia En el proyecto participan un total de siete Grupos de Investigación de las Universidades Politécnica y Complutense de Madrid y del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC. Planteamiento (1) Se busca trabajar en un proyecto multidisciplinar junto a ingenieros y matemáticos en el campo de la Biología Sintética y concretamente, poner a punto las condiciones para desarrollar comunidades bacterianas sobre distintas superficies. Desarrollar un sistema genético (sensor/reportero) que se pueda introducir de manera estable en el genoma bacteriano. Con el fin último de utilizar dichas comunidades bacterianas como micro-sensores térmicos. Planteamiento (2)

OBJETIVOS Los objetivos del proyecto se definen en dos niveles:  Primer nivel: Desarrollo de tecnologías de miniaturización en diseño y producción industrial.  Segundo nivel: Desarrollo de microsistemas de control térmico para aplicaciones aeroespaciales e industriales.

CONCEPTOS Para conseguir este reto, el proyecto tiene una línea de investigación que consiste en explorar tres conceptos nuevos de micro-sistema térmico, definiendo para cada uno de ellos unos objetivos y unos retos:  C1. Microcambiador de calor de baja caída de presión para flujo monofásico. Sistema Activo: aeronáutica e industria en general. C1. Trabajos previos Ensayos experimentales con configuración simplificada  C2. Microevaporador con flujo pulsante para sistemas con fluidos bifásicos. Sistema Pasivo: espacio e industria en general Microevaporador de almenas fijas y flujo estacionario Detalle de un ensayo  C3. Microbiosensor fluido térmico basado en la combinación de técnicas de biología sintética y micro-fluídica. Genérico Detalle de un montaje experimental previo Estudio de formación de biofilms en cámara de flujo con minicanales Aderlis S. Marquez G. EES Seccion 2 http://www.madrimasd.org/informacionidi/programas/fichas/t-mems.asp

MEMS

	Mezcla en un micromezclador microfluídico

Mezcla en un micromezclador microfluídico

El módulo MEMS está indicado para el diseño de dispositivos para el micro-mundo. Modela fenómenos físicos en actuadores y sensores además de en dispositivos microfluídicos y pequeños  piezoeléctricos.

La mayoría de aplicaciones MEMS son multifísicas por su variada naturaleza y habitualmente incluyen interacciones electromagnético-estructural, térmico-estructural, fluido-estructural (FSI) o electromagnético-fluídica. A este término, el módulo MEMS proporciona ecuaciones y ajustes optimizados para el modelado de las físicas, simples o acopladas, que estas interacciones puedan requerir.

El módulo incluye análisis en dominios transitorios o estacionarios así como de frecuencias propias, paramétricos, cuasiestáticos y de respuesta frecuencial.

 MODELO: Micromezclador Electroosmótico


Este modelo de micromezclador muestra un micromezclador que se aprovecha de la electroosmosis para mezclar fluidos. Se aplica un campo eléctrico dependiente del tiempo y la electroosmosis resultante perturba el flujo con bajo número de Reynolds. Las animaciones de los trazados de las partículas muestran un extensivo plegado y ensanchamiento de las líneas de material.





Campos de Ingeniería

   * Microfluídica

Áreas de Aplicación

   * Dispositivos Microfluídicos y flujo electrocinético
   * Dispositivos Microfluídicos para Biotecnología

Productos Utilizados

   * MEMS Module
   * COMSOL Multiphysics

MODELO: Una Viga Actuada por Cizalladura Piezoeléctrica


Este es un ejemplo de análisis estático de un actuador piezoeléctrico utilizando la aplicación piezoeléctrica del módulo de Mecánica de Estructuras (o la aplicación piezoeléctrica del módulo MEMS). Se modela una viga sandwich. El modo de cizalladura del material piezoeléctrico es utilizado para llevar a cabo una deflexión del extremo.





Campos de Ingeniería

   *
     Multifísica
   *
     Componentes Piezoeléctricos


Areas de Aplicación

   * Microactuadores
   * Dispositivos Piezoeléctricos


Productos Utilizados

   * Structural Mechanics Module
   * MEMS Module
   * COMSOL Multiphysics

Aderlis S. Marquez G.
EES Seccion 2
http://www.multifisica.com/secciones/mems/Cizalladura.htm

Aplicaciones de MEMS para teléfono móvil

Estas nuevas funciones traerán nuevas cuestiones tales como: consumo de energía, flexibilidad, nuevas características y costo. El CAGR (Tasa de Crecimiento Anual Compuesta) para microteléfonos 3G se estima en 69 % para el período 2005-2007 mientras que para los Circuitos Integrados (ICs) es del 38.5 %. Realmente la 3G demandará un nuevo EVDO (Evolution Data Optimized – protocolo de transmisión por radio inalámbrica de datos) y plataformas WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access – soporte de servicios multimedia muy rápidos como video de movimiento completo, acceso de Internet y comunicación de video), nuevos chips y nuevo software. Algunas estimaciones valúan en más de 30.000 millones de dólares la participación de MEMS en la industria de los teléfonos móviles (incluye dispositivos RF, amplificadores de poder, drivers, memorias, sensores de imagen, etc).

El mercado de reemplazo es, por ahora, la porción mayor del negocio de teléfonos móviles a nivel mundial, y la diferenciación de productos es cada vez más difícil debido a la disponibilidad de las nuevas tecnologías de producción por parte de todos los fabricantes. Además, la vigencia de los productos se acorta, de 12 a 18 meses ya ha bajado a 8 a 12 meses.
Como breve descripción del concepto de generación, debemos decir que estas se definen por la diferenciación y/o calidad de las prestaciones y tecnologías que se integraron en los teléfonos móviles desde su aparición en 1979:
Los de la primera generación o 1G son analógicos, envían información sobre ondas cuya forma varía casi continuamente. Sólo se pueden usar para voz y su calidad de llamada es afectada por la interferencia.
La segunda generación o 2G sólo denomina una forma de marcar el cambio de protocolos de telefonía móvil analógica a digital.
Llegada alrededor de 1990 su desarrollo deriva de la necesidad de un mayor manejo de llamadas en prácticamente los mismos espectros de radiofrecuencia asignados, para lo cual se introdujeron protocolos de telefonía digital que permitían más enlaces simultáneos y, en la misma señal, integrar otros servicios como el Paging en un servicio denominado SMS, etc. Abarca varios protocolos (GSM, TDMA Cellular PCS o IS-136, CDMA, D-AMPS, PHS) desarrollados por varias compañías e incompatibles entre sí, lo que limitaba el área de uso de los teléfonos móviles.
En la tercera-generación o 3G los servicios asociados posibilitan transferir tanto voz y datos (una llamada telefónica) y datos no-voz (descarga de programas, intercambio de e-mail, y mensajería instantánea). Las tecnologías de 3G son la respuesta a la especificación IMT-2000 de la Unión Internacional de Telecomunicaciones. El estándar UMTS está basado en la tecnología W-CDMA. UMTS está gestionado por la organización 3GPP (abreviatura de 3rd Generation Partnership Project), también responsable de GSM, GPRS y EDGE.
Pero hay más!!!... ya viene la cuarta generación o 4G con una tecnología de acceso inalámbrico mediante ondas de radio, con transferencias de 1 gbps a 20km/h. No sólo define un estándar, sino que proporcionará un ambiente donde las conexiones podrán operar entre sí, proporcionando la sensación de interactuarse en tiempo real con servicios multimedia como video de alta calidad y videoconferencia, entre otros. Esperada para 2010, 4G cambiará radicalmente la forma a la cual el mundo ha estado acostumbrado a conectarse aumentado 10 veces las conexiones con base 3G.
Existe una muy fuerte correlación entre la ampliación, versatilidad y calidad de las funciones integradas en los teléfonos móviles con los avances que por otra parte (y en algunos casos, de manera específica) han expandido el potencial de la electrónica, el desarrollo de nuevos materiales, la industria del software y, más deslumbrantes quizás, los Nanodispositivos y sistemas Microelectromecánicos (MEMS).

Giróscopo MEMS

Los Sistemas Microelectromecánicos (MEMS) son la integración de elementos mecánicos, sensores, accionadores, y electrónica en un sustrato de silicio común mediante la tecnología de microfabricación. Mientras la electrónica se fabrica usando el circuito integrado (IC) en secuencias de proceso (p.ej, CMOS, Bipolar, o procesos de BICMOS), los componentes micromecánicos son fabricados usando procesos "de microtrabajo a máquina", (compatibles con el grabado al aguafuerte) sobre partes de una oblea de silicio y/o añadiendo nuevas capas estructurales para formar los dispositivos mecánicos y electromecánicos.
El MEMS promete revolucionar casi todas las categorías de producto juntando la microelectrónica a base de silicio con la tecnología de microtrabajo a máquina, haciendo posible la realización "systems-on-a-chip" (sistemas completos en un chip). El MEMS es una tecnología que permite al desarrollo de productos elegantes, aumentando la capacidad computacional de la microelectrónica con las capacidades de control y percepción de microsensores y microaccionadores y ampliando el espacio de posibles diseños y aplicaciones.

Acelerómetros MEMS

MEMS para GPS (Fujitsu)

La captura de movimiento es una aplicación vital para acelerómetros y giroscopios. Éstos son, sensores de aceleración para el interfaz máquina / humano (activación de modo silenciosa, control de juegos, presentación de imagen, animación del logotipo activo). Los sensores 3D de aceleración están ya en la producción en Freescale, STM, Kionix y más de 15 compañías en Japón (MEW, DNP, etc.) Los otros dispositivos MEMS de inercia que podrían ser usados en teléfonos celulares son giroscopios. Ellos pueden ser usados para la estabilización de imagen junto al sensor de imagen (sobre todo para funciones con los nuevos sensores 3MPixels).
Los acelerómetros combinados con giroscopios podrían alcanzar un valor de mercado de 64 millones de dólares en 2008. Este cálculo es bastante conservador: Si la aplicación del sensor de aceleración es realmente útil, el mercado será significativamente mayor. Sólo un ejemplo: una aplicación de crecimiento muy fuerte en Corea para el sensor de aceleración es la capacidad de descargar logotipos que podrían ser activados por el movimiento del teléfono móvil. Los operadores de servicio venden tales "telecargas" y esto es un mercado muy importante en Corea. Tal negocio es permitido por el acelerómetro y los operadores quieren pagar por incorporar esta nueva función en el teléfono móvil porque así consiguen más ingresos (estamos directamente en la Regla 1 del negocio telefónico Móvil).
Una segunda aplicación de MEMS en teléfonos móviles es el reemplazo del micrófono de condensador electromagnético (ECM) por micrófonos de Silicio. Este mercado podría comenzar con productos de alta calidad con una tasa de crecimiento mayor al 80% en los próximos 3 años. Knowles Acoustics ha vendido 20 millones de unidades en 2004, más de 80 millones de unidades en 2005 y se cree que el mercado alcanzará más de 350 millones de unidades (o 157 millones de dólares) en 2008.
Dos clases de RF MEMS podrían ser de interés en comunicaciones móviles: interruptores de RF, permitiendo bandas de multifrecuencia y dispositivos pasivos de RF, sustituyendo los dispositivos pasivos existentes. Ya están en producción en Agilent e Infineon. Los interruptores de MEMS podrían permitir que teléfonos celulares funcionaran en bandas de frecuencia múltiples, pero deberían tener:

- Valores de pérdida de inserción bajos (<1 dB)
- Bajo costo (<1 dólar)
- Operar con baja energía

Un problema serio del teléfono móvil es la corta duración de la batería. Se trabaja en el desarrollo de microcélulas de combustible. Este elemento debería tener al menos 1 semana de plena operación y su precio entre 3 y 8 dólares. Integrada directamente en el teléfono móvil con su acumulador, y esto a su vez integrar tecnologías MEMS. Toshiba, NEC y Fujitsui ya disponen de prototipos, con producción anunciada para 2007.

Aunque las tecnologías sean más cercanas a la microelectrónica que a las microtecnologías, los nuevos sensores de imagen también integrarán cada vez más dispositivos autofocus, aportando un alto valor agregado en funciones ópticas. Estos sensores, con resolución mayor a 1.3 MPixels necesitarán un módulo autofocus. Algunas compañías proponen lentillas de foco automáticas (tecnología de lente líquida de Varioptic) y otros investigan la tecnología MEMS para este fin (Siimpel).

La función de identificación es otra de las innovaciones previstas. Alps Electronics ha desarrollado una miniatura delgada que es sensible a la presión. Este sensor es más orientado hacia PDA pero los teléfonos móviles podrían ser un mercado de interés. Además serán importantes las innovaciones de pantalla, por cuanto las funciones multimedia necesitarán demostraciones muy avanzadas, y en este campo los MEMS pueden ofrecer buenas prestaciones en el futuro. Estas 2 aplicaciones pueden lograrse después de 2008, según la disponibilidad de producto y la clave de su éxito será el costo, si consideramos que el dispositivo actual, en un móvil de 2da. generación no supera los 20 dólares, el precio del dispositivo MEMS deberá ser proporcionadamente bajo.

RF MEMS

Optica MEMS (Gentileza Varioptic)

Ante un futuro de móviles con más multifunción, hay cinco razones principales para integrar MEMS:
· Se requiere sensibilidad para detectar lo que pasa en el mundo externo: p.ej el uso de acelerómetros, giroscopios (para añadir nuevas capacidades de detección de movimientos) y autofocus para captura de imagen.
· Se necesita ampliar la vida útil del teléfono móvil: (microcélula de combustible para sustituir baterías)
· Se requiere más integración: (módulo de RF con dispositivos MEMS)
· Mayor definición y realce: (nueva pantalla capaz de mostrar vídeo)
· Necesidad de añadir nuevas funciones: (GPS, biometría, identificación …)

Sin embargo, hay que considerar que el negocio telefónico móvil se dinamiza según 3 leyes:

1. Las nuevas funciones son bienvenidas si pueden disminuir el precio o crear/aumentar la corriente de ingresos a operadores. El sensor de imagen es el ejemplo perfecto.
2. Si una nueva función puede ser realizada con software en lugar de hardware, el software siempre ganará. Es un vector de costo, volumen y peso: ejemplo de módulo de estabilización
3. Bajar el costo año tras año es clave. La disminución de precios por año está en el orden del 20 %.

Batería MEMS Fuell Cell

Estiman que el mercado MEMS 2008 alcanzará un costo promedio del dispositivo de 6 dólares por teléfono móvil. La parte principal del mercado es para MEMS de inercia, micrófono de silicio y FBAR. Por supuesto, la presión de precios en el negocio telefónico móvil es realmente una coacción y los MEMS serán aprobados conforme al éxito de las nuevas funciones. Este análisis podría ser afectado por cambios positivos según dos vías principales:
Primero, habrá un fuerte impacto si las nuevas características proporcionados por dispositivos MEMS son aceptados por el usuario. El segundo impacto es la capacidad de los dispositivos MEMS para brindar capacidades técnicas ampliadas (como el tiempo de vida ampliado de la batería).

Aderlis S. Marquez G.
EES Seccion 2
http://www.neoteo.com/aplicaciones-de-mems-para-telefono-movil.neo

Progresos a través de la mecánica

El advenimiento de la era de la microelectrónica avanzada hace dos décadas atrás, marcó el comienzo de una nueva era de la información y las comunicaciones. Se están desarrollando tecnologías multidisciplinarias con el objeto de satisfacer requerimientos cada vez más complejos. En particular, la experiencia en mecánica está siendo transferida, modificada y mejorada a fin de orientar nuevos desafíos. Las tecnologías de la información juegan hoy un rol de liderazgo, y el hardware necesario sigue siendo de naturaleza predominantemente mecánica. Los dispositivos CD-ROM y DVD-ROM y los discos duros integran componentes mecánicos, electrónicos, magnéticos y ópticos, los que deben ser necesariamente ultra pequeños y livianos, a la vez que confiables y robustos.

A raíz de la significación de estas aplicaciones y del nivel de madurez de la microelectrónica, la investigación ha estado orientada en la última década al "mundo pequeño", es decir, a las nuevas micro y nano tecnologías. El progreso paralelo de la mecánica y la electrónica ha creado una nueva tecnología, incorporando mecánica y electrónica bajo el nombre de Sistemas Micro Electro Mecánicos (MEMS – sigla inglesa) la que se está convirtiendo rápidamente en una de las tecnologías más promisorias, con un potencial aparentemente ilimitado para dominar los desarrollos tecnológicos futuros. Se estima que el mercado mundial para los MEMS se expandirá de 14 mil millones de dólares en el 2000 a 38 mil millones para el 2002 (Fuente: Nexus Task Force). La Mecánica jugará un rol de liderazgo en el desarrollo de nuevas aplicaciones de MEMS, incluyendo artefactos que realizan ya sea funciones básicas, tales como acelerómetros de airbag y micro interruptores de radio frecuencia para comunicaciones inalámbricas o tareas avanzadas, tales como micro giróscopos, visores digitales de micro espejo y pico satélites.

Estos nuevos sistemas con micro actuadores, micro sensores, y artefactos de control incrustados desarrollados para guía, navegación, control de movimiento y visualización de flujo de alta resolución pueden proveer evidencia experimental sobre fenómenos de pequeña escala y así verificar principios fundamentales en el microcosmos. Las aplicaciones en micro fluidica contribuyen al suministro eficiente de drogas mientras que los BIOMEMS están ganando incesantemente el interés de la comunidad de ingenieros y científicos. Con la producción masiva de MEMS que consumen mínima energía y son fabricados con poca basura química, aparecerán métodos rentables. Los nuevos productos MEMS incorporarán materiales inteligentes avanzados piezoeléctricos, ferroeléctricos o magnetoestrictivos con funciones y aplicaciones particulares. Permitirán que micro máquinas "inteligentes" funcionen con desempeños inigualables. En los casos en que la mecánica puede reemplazar a la electrónica, provee funcionalidad superior y no está sujeta a ruido electrónico no deseado. Por ejemplo, los componentes electrónicos clásicos de redes de fibra óptica están siendo reemplazados ahora por interruptores MEMS ópticos que permiten la creación de conjuntos de interruptores en miniatura de alta capacidad que jugarán un rol crítico en el desarrollo de interruptores ópticos de gran escala en redes de fibra óptica futuras.

A pesar que el diseño y operación de MEMS es un campo nuevo, tecnologías más novedosas aún han surgido en la forma de Sistemas Micro Opto Electro Mecánicos (MOEMS) y BIOMEMS. Están los posibles futuros NEMS (Sistemas Nano Electro Mecánicos) dado que la comunidad electrónica opera en la nanoescala para reproducir piezas con dimensiones en el orden de 150 nm. Los tecnólogos en fotónica están apuntando a 30 nm para la próxima década.

La producción masiva de MEMS con geometrías idénticas garantiza una funcionalidad consistente y una ejecución exacta de los estándares de diseño. Sin embargo, la confiabilidad de estos artefactos tiene que ser evaluada meticulosamente y este es un requerimiento vital para mayores mejoras y una adopción más general. Los micro motores de 1 MHz mostrados recientemente (Sandia National Labs) sugieren el potencial extraordinario de los MEMS, pero su corta vida indica una necesidad inmediata de un mejor entendimiento de los mecanismos reales que conducen a la falla. Deben desarrollarse técnicas experimentales para medir propiedades mecánicas y de materiales para abordar las preguntas críticas y fundamentales de comportamiento constitutivo y de fractura en micro escalas reales de MEMS. El ensayo de materiales y el análisis de tensiones son partes claves de este desarrollo y los métodos experimentales existentes deben ser perfeccionados o rediseñados completamente para armonizar con los desafíos y requerimientos del nuevo tamaño. Las herramientas necesarias para la visualización de las deformaciones en una escala pequeña ya están disponibles. Los microscopios de exploración electrónica son instrumentos capaces de alta resolución, mientras que el microscopio de fuerza atómica recientemente desarrollado provee potencia de resolución sin precedentes y una flexibilidad sin paralelos para operar en virtualmente cualquier medio a fin de facilitar las pruebas de materiales bajo una variedad de condiciones. La mecánica computacional y los métodos de elementos finitos han alcanzado el nivel de maduración necesario como para desarrollar nuevas capacidades de CAD y modelado para micro artefactos y nuevas y mejores técnicas de fabricación.

Estos nuevos desafíos deben ser satisfechos por un esfuerzo metodológico de la comunidad mecánica relacionada con los MEMS. El diseño de artefactos, la fabricación, la evaluación de los ensayos y de la confiabilidad deberían ser abordados en un esfuerzo coordinado que sopese por igual todos los aspectos del desarrollo de los MEMS antes mencionados. A la fecha, el sector manufacturero ha demostrado una actividad considerable para atraer la mayoría del soporte financiero y la atención de las comunidades académica e industrial. Hoy, el campo de la micro mecánica es impulsado por la aplicación, y la confiabilidad ha sido abordada sin un adecuado entendimiento de la mecánica. Sólo casos aislados han sido estudiados sin desarrollar las herramientas generales y los métodos apropiados para resolver la cuestión de la integridad mecánica. Aplicaciones novedosas e importantes requieren una evaluación de la confiabilidad basada en la mecánica. Antes de que pueda lograrse la introducción y perfeccionamiento de micro máquinas nuevas, la comunidad mecánica debe demostrar el adelanto necesario. Las tensiones residuales, los efectos de la concentración de tensiones en micro entalladuras y esquinas y las fallas por propagación de fisuras están llegando a ser crecientemente significativas, causando a menudo interrupciones temporarias en la investigación de nuevas micro estructuras. Las herramientas analíticas y experimentales requeridas están, en principio, disponibles en un nivel de desarrollo que hace factibles tales investigaciones. La comunidad de investigación en mecánica debe prestar atención cuidadosamente a las etapas tempranas del desarrollo de la micro tecnología y coordinar sus esfuerzos.

Hoy, muchos aspectos de la mecánica están siendo reinventados, aunque a escalas variables. El rápido desarrollo del campo de los MEMS iguala el progreso en microelectrónica de hace treinta años que condujo a los modernos microprocesadores de alta potencia y computadoras ultrarrápidas. Para desarrollar completamente los nuevos mundos de la microelectromecánica y de la nanotecnología, son esenciales un esfuerzo interdisciplinario coordinado y el apoyo continuado de la comunidad mecánica

N de la R: el siguiente gráfico⁴ ilustra sobre las escalas físicas en materiales y sistemas estructurales.

Materiales	Estructuras		Infraestructura
Nivel nano (10 -9) Escala molecular	Nivel micro (10 -6) Micrones	Nivel meso (10 -3) Metros	Nivel macro (10 +0)	Nivel sistemas (10 +3) Hasta escala de Km.
Nanomecánica Auto-ensamblaje Nano-fabricación	Micromecánica Microestructuras Materiales inteligentes	Mesomecánica Estructuras interfaciales Compuestos	Vigas Columnas Placas	Sistemas de puentes Andariveles de salvamento Aeroplanos

Los mems en Argentina

Convenio para diseño y tecnología de MEMS

Autoridades del IMEC, centro líder de investigación en microelectrónica de Europa, y del INTI sellaron un compromiso de trabajo conjunto, mediante la firma de un convenio de desarrollo tecnológico para diseño y tecnología de MEMS. Ese convenio da origen al Laboratorio de Microelectrónica del INTI - CITEI, que se convertirá en una unidad técnica de investigación y desarrollo orientada al diseño, fabricación en escala piloto, encapsulado y prueba de microsistemas y microsensores basados en tecnología CMOS.

Aderlis S. Marquez G.
EES Seccion 2
http://www.frbb.utn.edu.ar/utec/6/n09.html