משתמש:Gil Albo/טיוטה

מערכות מיקרו אופטו-אלקטרו-מכאניות (MOEMS) הן מערכות הנדסיות ממוזערות עד לרמה של מיקרונים בודדים, הקולטות ומעבדות אותות אופטיים. מערכות אלו הם התקנים המשלבים פונקציות מכניות, אלקטרוניות ואופטיות על שבבים של מוליך למחצה (בעיקר סיליקון). התקנים אלו מיוצרים דומה לייצורם של רכיבי מיקרו-אלקטרוניקה בתעשיית המוליכים למחצה המיוצרים בייצור המוני (כל סיליקון מכילה כמות גדולה של שבבים.

רקע היסטורי

במהלך 1991-1993, ד"ר מ 'אדוארד Motamedi, Rockwell Internationaln חלוץ בתחומי שתי המערכות מיקרו-אלקטרו-מכאניות (MEMS) ומיקרו-אופטיקה, השתמש בראשי התיבות של MOEMS למערכות מיקרו אופטו-אלקטרו-מכאניות. מתוך מטרה להבחין בין MEMS,ו- MOEMS . MEMS האופטי יכול לכלול אופטיקה בתפזורת, ואילו MOEMS האופטי מבוסס על מיקרוטכנולוגיה כאשר מכשירי MOEMS מיוצרים בדיוק כמעגלים משולבים. דבר זה לא נכון, ברוב המקרים עבור MEMS האופטי. בשנת 1993, ד"ר Motamedi הציג באופן רשמי MOEMS בפעם הראשונה, כשילוב רב עצמה של MEMS ומיקרו אופטיקה בכנס SPIE של טכנולוגיה בסן דייגו.

מערכות MEMS:

מיקרו-מכונה

מערכות מיקרו אלקטרו מכאניות, או MEMS, הן מערכות המשלבות רכיבים חשמליים ומכאניים. הן מיוצרות באמצעות מעגלים משולבים (IC) ומימדיהן נע מגודל מיקרומטרים למילימטרים. מערכות אלה יכולות לבצע פעולות חישה, בקרה ולהניע בקנה מידה מיקרו, ולתפקד כיחידה בודדת או כחלק ממערך ליצירת אפקטים בקנה מידה מאקרו.

קרדית אבק הבית בגודל מאות מיקרונים בתוך התקן MEMS

יישומים של התקני MEMS מופיעים בתחומים רבים כגון מתמרים לרכב, ביו-טכנולוגיות, מערכות תקשורת, רובוטיקה, תעופה וחלל, מיקרו אופטיקה, חיישנים ומעוררים תעשייתיים. היישומים של MEMS באופטיקה כוללים מערכות תצוגה, מיתוג אופטי, תקשורת אופטית, אחסון נתונים אופטי, עיבוד אופטי, ואופטיקה מסתגלת.

מערכות MEOMS

מערכת מיקרו-אופטו-אלקטרו-מכאניות (MOEMS) היא MEMS המשולב מיקרו אופטיקה. למעשה MOEMS הוא התקן משובץ מערכות מיקרו מכאניות, אופטיות, וחשמליות הפועלות באופן אינטגרטיבי . התקני MOEMS הם בדרך כלל חיישנים אופטיים או מעבדי אותות אופטיים המיוצרים באמצעות טכנולוגיות ייצור סטנדרטיות של תעשיית המיקרו-אלקטרוניקה תוך שימוש בחומרים כגון סיליקון, דו תחמוצת הצורן, סיליקון ניטריד וגאליום ארסנייד..

התקן MOEMS

רכיבי MOEMS, , הם תלת-ממדיים המנצלים גם את מימד הגובה עם קורות תלויות או ממברנות חופשיות. באמצעות תנועותיהן ניתן לבצע מדידות פיזיקליות או פונקציות מכניות מגוונות. בנוסף, צמוד אליהן שבב עיבוד מיקרואלקטרוני מקובל (כמו (ASIC .הרכיב המאוחד יכול להתמיר תנועה או גודל פיזיקלי מסוים לאות חשמלי – או בכיוון ההפוך הוא מתמיר אות חשמלי לתנועה. בדרך זו ניתן לקבל מערכת מורכבת שלמה, והשאיפה האולטימטיבית היא system on a chip הכולל אינטגרציה של פונקציות חישה, אקטואציה, חישוב, אופטיקה ותקשורת במיקרו-מערכת אחת המבצעת משימות מועילות שונות. כדי לייצר רכיבים אלו פותחו מספר טכנולוגיות מפתח ייחודיות לייצור, וכן שיטות תכן ייחודיות. טכנולוגיות אלו צעירות הרבה יותר מטכנולוגיות המיקרואלקטרוניקה, ורובן הגיעו לבשלות רק לפני עשור ופחות.

תחומי מחקר ב MOEMS

מיקרו-מראות

Diagram of a Digital micromirror showing the mirror mounted on the suspended yoke with the torsion spring running bottom left to top right (light grey), with the electrostatic pads of the memory cells below (top left and bottom right)

אחד מרכיבי MOEM השימושיים ביותר הוא מראת הבוכנה הממונעת אלקטרוסטטית. מכשיר זה משתמש בטבע המישורי של תהליך micromachining ואת הקלות כדי ליצור מבני קבלי לוחות מקביליים. .הלוח העליון של המבנה ניתן לציפוי במתכת כדי ליצור מראה נעה.הלוח התחתון ישמש כאלקטרודה . כאשר מתח חשמלי מופעל בין שני הלוחות, כוח משיכה אלקטרוסטטי מתפתח ומאוזן ע"י הכח מכאני המשמר עקב כיפוף המראה שעל האלקטרודה.הפאזה של האור הנכנס המאופנן על ידי הסטת הראי יכולה להישלט על ידי מתח המופעל בין שתי אלקטרודות. תפקודי המראה כוללים תיקון אברציה פעיל לפיצוי על טורבולנצית האטמוספירה או במערכות תקשורת אופטיות בחלל החופשי

סריג אופטי

Comparison of the spectra obtained from a diffraction grating by diffraction (1), and a prism by refraction (2). Longer wavelengths (red) are diffracted more, but refracted less than shorter wavelengths (violet).

סריג אופטי הוא אלמנט אופטי נוסף שיכול להיות מיוצר בקלות במשטח פוליסיליקון micromachined .הסריג האופטי הוא רכיב אופטי המשמש לאפנון מחזורי של פאזה או משרעת של הגל הפוגע.מבנה הסריג גורם לתופעת העקיפה באורך גל בזווית מסויימת.הסריג מוזז בניצב למישור המצע כדי לשנות יחס הפאזה בין האור המוחזר מהסריג למצע.הסריג מתוכנן כך שיוכל לאפנן עצמה אופטית מסדרי העקיפה 0 ל +/- 1 כאן רכיב ה-MEMS שולט באור ע"י עקיפה. בדרך כלל מכשיר כזה מורכב ממערך של קרניים מקבילות שבו מאפייני העקיפה תלויים בצורה,במרווח והמיקום של הקרניים.ההבדל בין סריג MEMS וסריג סטנדרטי הוא שאלמנטי העקיפה (הקרניים) ניתנים לעירור בנפרד או כקבוצה. משמעות דבר היא שכל מאפייני סריג העקיפה -תלות באורך גל, יעילות זוויתית, ניתנים לכיוונון כרצוננו.

עדשות פרנל

1:חתך רוחב של עדשת פרנל
: חתך רוחב של עדשה רגילה בעלת הגדלה דומה2:

עקב השימוש בחומרים עם עובי שכבה אחיד, לא ניתן לעצב עדשות בעלות עקמומיות: לעומת זאת, ניתן לייצר עדשות פרנל בקלות. עדשת פרנל מורכבת ממערך של טבעות מעגליות polysilicon הגדלות בקוטר ובמרווח לכיוון המרכז. עדשת פרנל על מצע יכולה לשמש לרכז אור לייזר מדיודת לייזר.

קישורים חיצוניים

http://www.nectec.or.th/NTJ/No6/papers/No6_tutor_1.pdf

http://www.kodak.com/ek/US/en/Science_Technology/Nano_Micro_Scale_Devices/MEMS_amp_MOEMS.htm

http://www.lboro.ac.uk/microsites/mechman/research/ipm-ktn/pdf/Technology_review/an-introduction-to-mems.pdf