आज के सेंसरों के विकास के साथ, लघुकरण, बुद्धिमत्ता और एकीकरण ही उन्नत होने का एकमात्र तरीका है। आज, आइए सेंसर परिवार के मिनी उत्पादों का परिचय दें - MEMS सेंसर।
MEMS सेंसर क्या है ?
MEMS का पूरा नाम माइक्रो-इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम है। माइक्रो-इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम एक माइक्रो-डिवाइस या सिस्टम को संदर्भित करता है जिसे बैचों में उत्पादित किया जा सकता है और जो एक या अधिक चिप्स पर माइक्रो-मैकेनिज्म, माइक्रो-सेंसर, माइक्रो-एक्ट्यूएटर, सिग्नल प्रोसेसिंग और कंट्रोल सर्किट, इंटरफेस, संचार और बिजली की आपूर्ति को एकीकृत करता है। MEMS सेंसर माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स और माइक्रोमशीनिंग तकनीक द्वारा निर्मित एक नए प्रकार का सेंसर है।
MEMS एक उन्नत विनिर्माण तकनीक है जो पारंपरिक सेमीकंडक्टर तकनीक और सामग्री के साथ सेमीकंडक्टर विनिर्माण तकनीक के आधार पर विकसित की गई है। MEMS में मुख्य रूप से माइक्रोमशीनिंग तकनीक, यांत्रिकी/ठोस ध्वनिक सिद्धांत, ताप प्रवाह सिद्धांत, इलेक्ट्रॉनिक्स, सामग्री, भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान, चिकित्सा आदि शामिल हैं। 40 से अधिक वर्षों के विकास के बाद, यह दुनिया भर में ध्यान आकर्षित करने वाले प्रमुख वैज्ञानिक और तकनीकी क्षेत्रों में से एक बन गया है।
अनुप्रयुक्त सामग्री:
सिलिकॉन-आधारित सामग्री: एकीकृत सर्किट और MEMS का अधिकांश कच्चा माल सिलिकॉन (Si) है, जिसे सिलिकॉन डाइऑक्साइड से बड़ी मात्रा में निकाला जा सकता है। सिलिकॉन डाइऑक्साइड क्या है? अधिक लोकप्रिय होने के लिए, यह रेत है। जटिल प्रसंस्करण की एक श्रृंखला के बाद, रेत मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन बन गई।
मुख्य रूप से सिलिकॉन से बनी सामग्री में उत्कृष्ट विद्युत गुण होते हैं। सिलिकॉन सामग्री की ताकत और कठोरता लोहे के बराबर होती है, घनत्व एल्यूमीनियम के बराबर होता है, और तापीय चालकता मोलिब्डेनम और टंगस्टन के बराबर होती है। यदि एक MEMS सेंसर चिप का क्षेत्रफल 5 मिमी x 5 मिमी है, तो एक 8-इंच (20 सेमी व्यास) वेफर लगभग 1000 MEMS चिप गायरोस्कोप काट सकता है, और प्रत्येक चिप को आवंटित लागत को बहुत कम किया जा सकता है।
गैर-सिलिकॉन सामग्री: हाल के वर्षों में, MEMS का सामग्री अनुप्रयोग धीरे-धीरे गैर-सिलिकॉन सामग्री द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है। अकादमिक शोधकर्ता अब बहुलक और कागज-आधारित माइक्रो उपकरणों के विकास पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। इन सामग्रियों से विकसित उपकरण न केवल पर्यावरण के अनुकूल हैं बल्कि विनिर्माण उपकरण में भी सरल और कम लागत वाले हैं। सिलिकॉन सामग्री की तुलना में, उन्होंने अनुसंधान एवं विकास बजट में काफी कमी की है। बहुलक और कागज-आधारित माइक्रो-डिवाइस में कई नवाचार चिकित्सा अनुप्रयोगों की ओर इशारा करते हैं। इस क्षेत्र के लिए, सामग्री की जैव-संगतता और लचीलापन बुनियादी आवश्यकताएं हैं।
कागज-आधारित और बहुलक माइक्रो-डिवाइस का कार्य और प्रदर्शन विकास अभी भी अपेक्षाकृत प्रारंभिक चरण में है, और ऐसे उपकरणों के लिए उत्पादन सुविधाएं अभी तक विकसित नहीं की गई हैं। इन नई तकनीकों की परिपक्वता और व्यावसायीकरण में 10 साल से अधिक समय लग सकता है। इसलिए, सिलिकॉन सामग्री पर आधारित माइक्रो-डिवाइस के अनुसंधान में अभी भी बहुत सारे नवीन कार्य किए जाने हैं। अन्यथा, इसे ठहराव का जोखिम उठाना पड़ेगा।
तकनीकी लाभ:
MEMS तकनीक का उपयोग सेंसर, एक्ट्यूएटर या माइक्रोस्ट्रक्चर के निर्माण के लिए किया जाता है, जिसमें लघुकरण, एकीकरण, बुद्धिमत्ता, कम लागत, उच्च दक्षता, बड़े पैमाने पर उत्पादन और उच्च उत्पादकता की विशेषताएं हैं। MEMS तकनीक हर वेफर पर हजारों MEMS चिप्स (कुछ प्रक्रियाएं एकीकृत सर्किट चिप्स को भी एक ही चरण में रखती हैं) बनाती है।
यह बैच प्रक्रिया अब पूरी तरह से स्वचालित हो गई है, मानव कारकों को अलग करती है, यह सुनिश्चित करती है कि प्रत्येक MEMS चिप के बीच प्रक्रिया त्रुटि को सख्ती से नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे उपज में सुधार होता है। स्लाइसिंग और पैकेजिंग के बाद, वे एक-एक करके MEMS चिप्स बन जाते हैं। उपस्थिति से, अधिकांश MEMS चिप्स और एकीकृत सर्किट चिप्स समान हैं।
संक्षेप में, माइक्रोमीटर परिमाण का विशिष्ट आकार MEMS सेंसर को कुछ कार्यों को पूरा करने में सक्षम बनाता है जिन्हें पारंपरिक यांत्रिक सेंसर द्वारा प्राप्त नहीं किया जा सकता है। यह माइक्रो-सेंसर की मुख्य शक्ति है और धीरे-धीरे पारंपरिक यांत्रिक सेंसर की जगह ले रहा है। इसका व्यापक रूप से उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑटोमोटिव उद्योग, एयरोस्पेस, मशीनरी, रासायनिक उद्योग, चिकित्सा और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। सामान्य उत्पादों में प्रेशर सेंसर, एक्सेलेरोमीटर, गायरोस्कोप और उत्प्रेरक सेंसर शामिल हैं।
आज के सेंसरों के विकास के साथ, लघुकरण, बुद्धिमत्ता और एकीकरण ही उन्नत होने का एकमात्र तरीका है। आज, आइए सेंसर परिवार के मिनी उत्पादों का परिचय दें - MEMS सेंसर।
MEMS सेंसर क्या है ?
MEMS का पूरा नाम माइक्रो-इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम है। माइक्रो-इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम एक माइक्रो-डिवाइस या सिस्टम को संदर्भित करता है जिसे बैचों में उत्पादित किया जा सकता है और जो एक या अधिक चिप्स पर माइक्रो-मैकेनिज्म, माइक्रो-सेंसर, माइक्रो-एक्ट्यूएटर, सिग्नल प्रोसेसिंग और कंट्रोल सर्किट, इंटरफेस, संचार और बिजली की आपूर्ति को एकीकृत करता है। MEMS सेंसर माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स और माइक्रोमशीनिंग तकनीक द्वारा निर्मित एक नए प्रकार का सेंसर है।
MEMS एक उन्नत विनिर्माण तकनीक है जो पारंपरिक सेमीकंडक्टर तकनीक और सामग्री के साथ सेमीकंडक्टर विनिर्माण तकनीक के आधार पर विकसित की गई है। MEMS में मुख्य रूप से माइक्रोमशीनिंग तकनीक, यांत्रिकी/ठोस ध्वनिक सिद्धांत, ताप प्रवाह सिद्धांत, इलेक्ट्रॉनिक्स, सामग्री, भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान, चिकित्सा आदि शामिल हैं। 40 से अधिक वर्षों के विकास के बाद, यह दुनिया भर में ध्यान आकर्षित करने वाले प्रमुख वैज्ञानिक और तकनीकी क्षेत्रों में से एक बन गया है।
अनुप्रयुक्त सामग्री:
सिलिकॉन-आधारित सामग्री: एकीकृत सर्किट और MEMS का अधिकांश कच्चा माल सिलिकॉन (Si) है, जिसे सिलिकॉन डाइऑक्साइड से बड़ी मात्रा में निकाला जा सकता है। सिलिकॉन डाइऑक्साइड क्या है? अधिक लोकप्रिय होने के लिए, यह रेत है। जटिल प्रसंस्करण की एक श्रृंखला के बाद, रेत मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन बन गई।
मुख्य रूप से सिलिकॉन से बनी सामग्री में उत्कृष्ट विद्युत गुण होते हैं। सिलिकॉन सामग्री की ताकत और कठोरता लोहे के बराबर होती है, घनत्व एल्यूमीनियम के बराबर होता है, और तापीय चालकता मोलिब्डेनम और टंगस्टन के बराबर होती है। यदि एक MEMS सेंसर चिप का क्षेत्रफल 5 मिमी x 5 मिमी है, तो एक 8-इंच (20 सेमी व्यास) वेफर लगभग 1000 MEMS चिप गायरोस्कोप काट सकता है, और प्रत्येक चिप को आवंटित लागत को बहुत कम किया जा सकता है।
गैर-सिलिकॉन सामग्री: हाल के वर्षों में, MEMS का सामग्री अनुप्रयोग धीरे-धीरे गैर-सिलिकॉन सामग्री द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है। अकादमिक शोधकर्ता अब बहुलक और कागज-आधारित माइक्रो उपकरणों के विकास पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। इन सामग्रियों से विकसित उपकरण न केवल पर्यावरण के अनुकूल हैं बल्कि विनिर्माण उपकरण में भी सरल और कम लागत वाले हैं। सिलिकॉन सामग्री की तुलना में, उन्होंने अनुसंधान एवं विकास बजट में काफी कमी की है। बहुलक और कागज-आधारित माइक्रो-डिवाइस में कई नवाचार चिकित्सा अनुप्रयोगों की ओर इशारा करते हैं। इस क्षेत्र के लिए, सामग्री की जैव-संगतता और लचीलापन बुनियादी आवश्यकताएं हैं।
कागज-आधारित और बहुलक माइक्रो-डिवाइस का कार्य और प्रदर्शन विकास अभी भी अपेक्षाकृत प्रारंभिक चरण में है, और ऐसे उपकरणों के लिए उत्पादन सुविधाएं अभी तक विकसित नहीं की गई हैं। इन नई तकनीकों की परिपक्वता और व्यावसायीकरण में 10 साल से अधिक समय लग सकता है। इसलिए, सिलिकॉन सामग्री पर आधारित माइक्रो-डिवाइस के अनुसंधान में अभी भी बहुत सारे नवीन कार्य किए जाने हैं। अन्यथा, इसे ठहराव का जोखिम उठाना पड़ेगा।
तकनीकी लाभ:
MEMS तकनीक का उपयोग सेंसर, एक्ट्यूएटर या माइक्रोस्ट्रक्चर के निर्माण के लिए किया जाता है, जिसमें लघुकरण, एकीकरण, बुद्धिमत्ता, कम लागत, उच्च दक्षता, बड़े पैमाने पर उत्पादन और उच्च उत्पादकता की विशेषताएं हैं। MEMS तकनीक हर वेफर पर हजारों MEMS चिप्स (कुछ प्रक्रियाएं एकीकृत सर्किट चिप्स को भी एक ही चरण में रखती हैं) बनाती है।
यह बैच प्रक्रिया अब पूरी तरह से स्वचालित हो गई है, मानव कारकों को अलग करती है, यह सुनिश्चित करती है कि प्रत्येक MEMS चिप के बीच प्रक्रिया त्रुटि को सख्ती से नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे उपज में सुधार होता है। स्लाइसिंग और पैकेजिंग के बाद, वे एक-एक करके MEMS चिप्स बन जाते हैं। उपस्थिति से, अधिकांश MEMS चिप्स और एकीकृत सर्किट चिप्स समान हैं।
संक्षेप में, माइक्रोमीटर परिमाण का विशिष्ट आकार MEMS सेंसर को कुछ कार्यों को पूरा करने में सक्षम बनाता है जिन्हें पारंपरिक यांत्रिक सेंसर द्वारा प्राप्त नहीं किया जा सकता है। यह माइक्रो-सेंसर की मुख्य शक्ति है और धीरे-धीरे पारंपरिक यांत्रिक सेंसर की जगह ले रहा है। इसका व्यापक रूप से उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑटोमोटिव उद्योग, एयरोस्पेस, मशीनरी, रासायनिक उद्योग, चिकित्सा और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। सामान्य उत्पादों में प्रेशर सेंसर, एक्सेलेरोमीटर, गायरोस्कोप और उत्प्रेरक सेंसर शामिल हैं।
