Um sistema microeletromecânico é um microssistema feito de materiais semicondutores . Compreende um ou mais elementos mecânicos e utiliza a eletricidade como fonte de energia , com vistas ao desempenho de uma função de sensor ou atuador , com pelo menos uma estrutura de dimensões micrométricas ; a função do sistema sendo em parte assegurada pela forma desta estrutura. O termo sistemas microeletromecânicos é a versão francesa da sigla em inglês MEMS ( Microelectromechanical systems ). Na Europa, o termo MST para Tecnologia de MicroSistema também é usado, embora muito menos difundido.
Baseados em técnicas de microeletrônica , os MEMS utilizam microtecnologias para sua fabricação , que permitem a produção em larga escala. Eles são usados em campos tão variados como automotivo , aeronáutico , medicina , biologia , telecomunicações , bem como em certas aplicações "cotidianas", como certos projetores de vídeo, televisores de alta definição ou airbags para automóveis.
Os MEMS foram desenvolvidos no início da década de 1970 como um derivado da microeletrônica e sua primeira comercialização remonta à década de 1980 com sensores de pressão de silício que substituíram rapidamente as técnicas mais antigas e ainda constituem uma parcela significativa do mercado de microeletrônica . Desde então, os MEMS passaram por um desenvolvimento significativo e ainda estão crescendo.
É um campo de pesquisa relativamente recente que combina o uso de técnicas eletrônicas , computacionais , químicas , mecânicas e ópticas . MEMS são mais frequentemente à base de silício, mas outros materiais também são usados dependendo da adequação de suas propriedades físicas para certas aplicações, como metais , materiais piezoelétricos , vários polímeros , etc.
Confrontado com o desenvolvimento deste campo, vimos o surgimento de termos derivados para designar MEMS especializados:
Notaremos também um novo termo, NEMS ( Nano Electro Mechanical Systems ), Nanosystems em francês, designando estruturas semelhantes a MEMS, mas de tamanho nanométrico.
O silício é o material usado para criar circuitos integrados comumente usados em eletrônicos de consumo na indústria moderna. As economias de escala , a disponibilidade de materiais de alta qualidade a preços baixos e a capacidade de incorporar a funcionalidade eletrônica tornam o silício um material atraente para uma ampla gama de aplicações de MEMS. O silício também tem vantagens significativas geradas por suas propriedades de material. Na forma de cristais únicos, o silício é um material Hooke quase perfeito, o que significa que, quando flexionado, ele praticamente não experimenta histerese e, portanto, praticamente nenhuma dissipação de energia. Além disso, esse movimento é repetível, o que também torna o silício muito confiável, pois sofre muito pouca fadiga e pode ter uma vida útil da ordem de vários bilhões de bilhões de ciclos sem quebrar.
Embora a indústria eletrônica proporcione uma economia de escala para a indústria do silício, o silício cristalino ainda é um material complexo e relativamente caro de se produzir. Os polímeros, por outro lado, podem ser produzidos em grandes quantidades, com uma ampla variedade de características de materiais. Os dispositivos MEMS podem ser feitos de polímeros por processos como moldagem por injeção , estereofonia ou estereolitografia e são particularmente adequados para aplicações microfluídicas , como cartuchos de teste de sangue descartáveis.
Os metais também podem ser usados para criar elementos MEMS. Embora os metais não tenham todas as vantagens mecânicas do silício, eles podem exibir um alto grau de confiabilidade dentro dos limites do uso de MEMS. Os metais podem ser aplicados por eletrodeposição, pulverização a vácuo ou pulverização catódica. Metais comumente usados incluem ouro , níquel , alumínio , cobre , cromo , titânio, tungstênio, platina e prata.
As técnicas de fabricação de microssistemas derivam em grande parte daquelas da microeletrônica. De bolachas de silício são tipicamente usadas como um substrato, e microssistemas são produzidos por uma sucessão de etapas de epitaxia , a deposição de resina, de fotolitografia e ataque químico seco ou húmido.
As principais especificidades das técnicas de microssistemas, em comparação com a microeletrônica, estão ligadas à produção de peças móveis, portanto relativamente destacadas do substrato, que geralmente se obtém com recurso a uma camada sacrificial.
MEMS são compostos por mecanismos mecânicos (ressonadores, feixes, micromotores, etc.) feitos em silício em escala micrométrica. Esses diferentes elementos mecânicos são colocados em movimento (acionados) graças às forças geradas pelos transdutores eletromecânicos. Eles são alimentados por tensões produzidas com circuitos eletrônicos vizinhos. Os transdutores eletromecânicos desempenham, então, o papel de interface entre os campos mecânico e elétrico. Transdutores eletrostáticos ou capacitivos são usados lá com mais frequência, embora seja possível encontrar interfaces eletromecânicas baseadas em fenômenos magnéticos e termomecânicos.
Se os laboratórios imaginaram e produziram um número imenso de MEMS, com aplicações que vão da eletrônica à biologia, os mais importantes (industrialmente) são: