Theo dữ liệu liên quan, trong thị trường cảm biến toàn cầu, Hoa Kỳ lên tới 29% thị phần chiếm thị thị thị thị thị trường cảm biến toàn cầu đầu tiên, liên quan chặt chẽ với Hoa Kỳ luôn rất coi trọng cảm biến.
Hoa Kỳ là nguồn gốc của cuộc cách mạng thông tin, là một trong ba nền tảng công nghệ chính của công nghệ thông tin hiện đại, các cảm biến đã được Hoa Kỳ coi là một công nghệ công nghệ cao quan trọng. Ngay từ năm 2004, Quỹ khoa học quốc gia Hoa Kỳ (NSF) đã phát hành một báo cáo đặc biệt rất hướng về phía trước - "Cuộc cách mạng cảm biến" (Cách mạng cảm biến). (Nếu bạn quan tâm đến báo cáo này, vui lòng tham khảo Nội dung: NSF phát hành: Cuộc cách mạng cảm biến.)
MEMS (hệ thống cơ điện tử vi mô) là một công nghệ mang tính cách mạng trong trường cảm biến. Là một phần của một loạt các hành động nhằm thúc đẩy việc phổ biến giáo dục cảm biến ở Hoa Kỳ, NSF đã tài trợ SCME (Trung tâm hỗ trợ giáo dục microsystems), nhằm mục đích phổ biến và hỗ trợ giáo dục MEMS.
Bài viết này được dịch từ Lịch sử MEMS, một trong những loạt giáo dục của SCME, cung cấpMột lịch sử toàn diện về công nghệ MEMS, bao gồm các nút và cột mốc công nghệ chính trong MEMS: bao gồm các bài thuyết trình MEMS nổi tiếng nhất, phát hiện ra hiệu ứng điện trở Silicon (đó là cơ sởáp lực cảm biến), các bài báo được trích dẫn nhiều nhất trong lĩnh vực MEMS vànội dung khác.Giấy tờ, v.v.Nó được khuyến khích cho tất cả mọi người!
Vì"Lịch sử của MEMS" (Lịch sử của MEMS)Tài liệu gốc PDF (tiếng Anh), bạn có thể tìm kiếm từ khóa [Lịch sử MEMS] Trong mạng chuyên gia cảm biến, trong trang chi tiết bài viết để tải xuống thông tin.
Mạng chuyên gia cảm biến. Dựa trên các sản phẩm và công nghệ cảm biến, phần lớn các nhà thực hành sản xuất điện tử và nhà sản xuất cảm biến để cung cấp sự phù hợp và lắp ghép chính xác.
Các hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) là các hệ thống thu nhỏ có trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Các thành phần MEMS có kích thước từ một phần triệu (micron) đến một phần hàng nghìn (milimet). Chúng còn được gọi là Micromanics, Microsystems, Micromadine hoặc Microsystems Technology (MST).
MEMS được sản xuất từ nhiều loại vật liệu và quy trìnhSử dụng các vật liệu như chất bán dẫn, nhựa, gốm sứ, điện áp, từ tínhvà ⽣.
Các vật liệu được sử dụng bao gồm chất bán dẫn, nhựa, gốm sứ, sắt, từ tính và vật liệu.
MEMS được sử dụng làm cảm biến, bộ truyền động, máy đo gia tốc kế,Chuyển đổi, gamecontrollers và phản xạ ánh sáng, để đặt tên chỉ một vài ứng dụng.
MEMS hiện đang làĐược sử dụng trong ô tô, công nghệ hàng không vũ trụ, các ứng dụng sức sống và y tế, máy in phun, không dây và truyền thông quang học, và các trường hợp sử dụng mới đang nổi lên mỗi ngày.
Năm 1965, Gordon Moore đã quan sát rằng kể từ khi phát minh ra bóng bán dẫn vào cuối những năm 1940,Số lượng bóng bán dẫn trên mỗi inch vuông trênMạchđã tăng gấp đôi cứ sau 18 thángTừ cuối những năm 1950 cho đến đầu những năm 1960, MỘTQuan sát rằng nền tảng "Luật của Moore. Moore nói trong tuyên bố này," Trong tương lai gần, công nghệ sẽ tập trung vào việc nhỏ hơn, không lớn hơn. "
"Moore chỉ ra rằng công nghệ có và ý chí cho tương lai gần tập trung vào nhỏ hơn, không lớn hơn."
Giống như bóng bán dẫn, mọi người đã cố gắng làm cho các hệ thống cơ điện nhỏ hơn và nhỏ hơn, và một người đàn ông tên Richard Feynman đã đặt nó tốt nhất trong bài giảng nổi tiếng năm 1959 của mình có tựa đề "Có rất nhiều phòng ở phía dưới": "Họ nói với tôi rằng động cơ điện là Kích thước của móng tay trên ngón tay út của bạn, và đó là một thế giới nhỏ, nhỏ. "
Gordon Moore và Richard Feynman chỉ là hai ví dụ về các nhà khoa học dự đoán các công nghệ MEMS mới nổi nhỏ hơn và nhỏ hơn. Bài viết này sẽ thảo luận về các nút công nghệ chính và các mốc quan trọng đang nổi lên trong lĩnh vực MEMS.
Các cột mems quan trọng
Sự ra đời của các thiết bị MEMS đã diễn ra ở nhiều nơi và thông qua những nỗ lực của nhiều người. Tất nhiên, các công nghệ và ứng dụng MEMS mới đang được phát triển mỗi ngày. Điều này bao gồm nhiều nỗ lực đã dẫn đến sự phát triển của MEMS.
Dưới đây là một dòng thời gian hoàn thành dòng thời gian phát triển công nghệ MEMS. Bắt đầu với bóng bán dẫn liên lạc điểm đầu tiên được thực hiện vào năm 1947 và kết thúc bằng công tắc mạng quang vào năm 1999, MEMS đã đóng góp cho tình trạng công nghệ MEMS và công nghệ nano hiện tại thông qua nhiều đổi mới trong hơn 50 năm.
Bên dưới khoảng 35 cột mốc chính trong lịch sử MEMS, chúng ta có thể thấy rằng có nhiều phòng thí nghiệm, trường đại học và công ty nổi tiếng đã đóng góp đáng kể cho sự phát triển của MEMS:
- 1948, Transitor Germanium được phát minh tại Bell Labs (William Shockley)
- 1954, Hiệu ứng Piezoresistive của Germanium và Silicon (CS Smith)
- 1958, Mạch tích hợp đầu tiên (IC) (JS Kilby 1958/Robert Noyce 1959)
- 1959, "Rất nhiều phòng ở phía dưới" (R. Feynman)
- 1959, đã chứng minh cảm biến áp suất silicon đầu tiên (Kulite)
- 1967, Anisotropic Silicon khắc (Ha Waggener et al.)
- Năm 1968, bóng bán dẫn cổng cộng hưởng được cấp bằng sáng chế (quy trình micromachining bề mặt) (H. Nathanson et al.)
- 1970, các tấm silicon được ghi theo lô được sử dụng làm cảm biến áp suất (quy trình micromachining hàng loạt)
- 1971, bộ vi xử lý được phát minh
- 1979, vòi phun in phun micromachined của Hewlett-Packard
- 1982, "Silicon như một vật liệu cấu trúc" (K. Petersen)
- 1982, Quy trình Liga (KFK, Đức)
- 1982, Cảm biến huyết áp dùng một lần (Honeywell)
- 1983, Cảm biến áp suất tích hợp (Honeywell)
- 1983, "Máy móc vô hạn", R. Feynman.
- 1985, cảm biến hoặc cảm biến sự cố (túi khí)
- 1985, Khám phá "Buckyball"
- 1986, Phát minh kính hiển vi lực nguyên tử
- 1986, Liên kết Wafer Silicon (M. Shimbo)
- 1988: Sản xuất khối lượng cảm biến áp suất bằng liên kết wafer (cảm biến NOVA)
- 1988, ổ đĩa tĩnh điện quayĐộng cơ(Quạt, Tai, Muller)
- 1991, Bản lề silicon polycrystalline hàng năm (Pister, Judy, Burgett, Sợ hãi).
- 1991, Khám phá các ống nano carbon
- 1992, Các bộ điều biến ánh sáng (Solgaard, Sandejas, Bloom)
- 1992, micromachining số lượng lớn (Scream Process, Cornell)
- 1993, Hiển thị gương kỹ thuật số (TexasDụng cụ)
- 1993, MCNC tạo ra dịch vụ cơ hội quai bị
- 1993, Gia tốc kế được sản xuất khối lượng lớn đầu tiên (Thiết bị tương tự)
- 1994, quá trình khắc ion phản ứng sâu Bosch được cấp bằng sáng chế
- 1996, Richard Smalley phát triển một công nghệ để sản xuất các ống nano carbon có đường kính đồng nhất.
- 1999, Công tắc mạng quang (Lucent)
- Những năm 2000, MEMS quang học bùng nổ
- 2000S, Biomems tăng
- Những năm 2000 đã chứng kiến sự gia tăng số lượng thiết bị và ứng dụng MEMS.
- Những năm 2000, ứng dụng NEMS và phát triển công nghệ
1947 Phát minh ra bóng bán dẫn tiếp xúc điểm (germanium)
Năm 1947, William Shockley, John Bardeen và Walter Brattain của Bell Labs đã thành công trong việc xây dựng bóng bán dẫn tiếp xúc điểm đầu tiên. Transitor này sử dụng Germanium, một yếu tố hóa học bán dẫn.
Phát minh này đã chứng minh khả năng tạo ra các bóng bán dẫn từ vật liệu bán dẫn, cho phép kiểm soátđiện ápVàhiện hành.Nó cũng mở ra cánh cửa để tạo ra các bóng bán dẫn nhỏ hơn và nhỏ hơn. Bằng sáng chế cho bóng bán dẫn tăng trưởng NPN Germanium đã được William Shockley đệ trình vào năm 1948.
Transitor đầu tiên cao khoảng một nửa inch và chắc chắn rất lớn so với các tiêu chuẩn ngày nay. Ngày nay, các nhà khoa học có thể tạo ra các nanotransistor có đường kính khoảng 1 nanomet. Để tham khảo, một mái tóc của con người là về 60-100 micron.
Phát hiện về hiệu ứng Piezoresistive ở Silicon và Germanium vào năm 1954
Năm 1954, CS Smith đã phát hiện ra hiệu ứng Piezoresistive trong các vật liệu bán dẫn như Silicon và Germanium. Hiệu ứng piezoresistive này trong chất bán dẫn có thể là thứ tự lớn hơn so với hiệu ứng piezoresistive hình học trong kim loại.Phát hiện này rất quan trọng đối với MEMS vì nó cho thấy Silicon và Germanium có thể cảm nhận được áp lực của không khí hoặc nước tốt hơn kim loại.
Việc phát hiện ra hiệu ứng piezoresistive ở chất bán dẫn đã dẫn đến sự phát triển thương mại của đồng hồ đo chủng silicon vào năm 1958. Trong năm 1959, Kulite Corporation được thành lập như là nguồn thương mại đầu tiên của đồng hồ đo chủng silicon trần.
Năm 1958, mạch tích hợp đầu tiên (IC) đã được phát minh
Khi bóng bán dẫn được phát minh, kích thước thực tế của mỗi bóng bán dẫn bị hạn chế vì nó phải được kết nối với dây và các thiết bị điện tử khác. Kết quả là, sự thu hẹp của bóng bán dẫn đã đứng yên cho đến khi sự ra đời của "mạch tích hợp".
Một mạch tích hợp sẽ bao gồm các bóng bán dẫn, điện trở, tụ điện và dây để đáp ứng nhu cầu của một ứng dụng cụ thể. Nếu một mạch tích hợp có thể được chế tạo hoàn toàn trên một chất nền, toàn bộ thiết bị có thể được làm thậm chí còn nhỏ hơn.
Gần như cùng lúc, hai người phát triển độc lập các mạch tích hợp.
Năm 1958, Jack Kilby, làm việc cho Texas Cụ, đã phát triển một mô hình hoạt động của "mạch trạng thái rắn".Mạch này bao gồm một bóng bán dẫn, ba điện trở và một tụ điện, tất cả được gắn trên một tờ Germanium.
Ngay sau đó, Robert Noyce của Fairchild S bán dẫn đã tạo ra "mạch đơn vị" đầu tiên, một mạch tích hợp được tạo ra trên chip silicon. Mạch tích hợp này được thực hiện trên một con chip silicon và Robert Noyce đã nhận được bằng sáng chế đầu tiên vào năm 1961.
1959 "Rất nhiều phòng ở phía dưới"
Năm 1959, tại một cuộc họp của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ, một người đàn ông tên Richard Feynman đã phổ biến sự phát triển của công nghệ vi mô và nano với một bài giảng nổi tiếng có tên "Có rất nhiều phòng ở phía dưới".
Trong bài giảng của mình, ông đặt ra câu hỏi:"Tại sao chúng ta không thể viết toàn bộ 24- Encyclopaedia Britannica trên đầu của một cái pin?"