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MEMS qué es esta tecnología

La tecnología MEMS es realmente sorprendente. A pesar de eso, es una completa desconocida. En este tutorial podrás aprender sobre ella y ver cómo esta «hermana» de la tecnología de fabricación de semiconductores puede crear dispositivos mecánicos realmente pequeños y que ni imaginarías que se pueden hacer.

¿Qué es MEMS?

MEMS
Engranajes MEMS y ácaro del polvo para comparar el tamaño.

MEMS (MicroElectroMechanical Systems) o sistemas microelectromecánicos hace referencia a un tipo de tecnología para desarrollar dispositivos microscópicos con partes móviles aprovechando la misma tecnología que para la fabricación de chips. Este concepto también incluye los SNEM o sistemas nanoelectromecánicos, también conocidos como micromáquinas en Japón o MST en Europa.

La idea es fabricar elementos mecánicos que funcionen como un sistema completo a escala mayor, pero con dimensiones muy reducidas. Todo esto tiene aplicaciones, de hecho, seguro que has empleado alguna vez alguno de ellos sin darte cuenta, como los giroscópios y otros sensores similares que se emplean en muchos dispositivos móviles. Además, también tienen aplicaciones en el sector automotriz, biomedicina, electrónica, etc. Incluso se podrían fabricar robots de dimensiones pequeñas, pero el mayor problema para esto es que no existen microfuentes de energía con alta densidad de corriente, potencia y capacidad como para alimentarlos.

Aplicaciones

En cuanto a las aplicaciones de los MEMS, destacan algunas como:

  • Inyectores de tinta para impresoras que usan piezoeléctricos o de burbuja térmica de eyección.
  • Micromotores o nanomotores.
  • Relojes de pequeñas dimensiones.
  • Acelerómetros para multitud de dispositivos, desde la industria del automóvil para el despliegue del airbags hasta smartphones.
  • Giroscopios MEMS usados en muchos automóviles para orientarse, en dispositivos móviles, control de estabilidad dinámico, etc.
  • Sensores de presión de silicio de pequeñas dimensiones.
  • Pantallas, como los chips DMD de proyetores basados en DLP.
  • Tecnologías de fibra óptica para comunicaciones.
  • Biomedicina o biotecnología, para biosensores, nuevos medicamentos «inteligentes», análisis, etc.
  • Aplicaciones de electrónica de consumo IMOD.
  • Microsistemas de navegación.
  • Cyborgs.
  • Sensores de AFM o microscopia de fuerza atómica.
  • Etc.

Materiales

Los avances en el campo de los semiconductores han abierto las puertas a otras tecnologías creadas de forma similar, como los MEMS. Estos elementos pueden fabricarse en multitud de materiales diferentes, aunque los más destacados son:

  • Silicio: es un material que se suele usar para los dispositivos MEMS que también tienen partes electrónicas, ya que es un material semiconductor. Muchos de los dispositivos MEMS fabricados para el mercado se basan en este material, que además tiene otras ventajas, como las de su alta calidad, bajo coste, y el hecho de no tener que alterar las fábricas de semiconductores como para generar también estos mecanismos tan minúsculos.
  • Polímeros: los polímeros también son otra opción por sus propiedades tan diversas y por su coste tan económico. Además, estos polímeros se pueden producir a grandes volúmenes con una gran variedad de materiales, a diferencia del silicio que debe ser EGS. Por otro lado, otras ventajas de los polímeros es que se pueden crear MEMS para aplicaciones micro fluídicas tales como cartuchos desechables para análisis de sangre, etc.
  • Metales: al igual que en los chips semiconductores se emplean interconexiones metálicas, en los MEMS también se puede usar metal para fabricar los elementos, lo que es una gran ventaja. Los metales tienen propiedades mecánicas mejores que las del silicio, por lo que superan algunas de sus limitaciones, además de ser más fiables. Entre los metales que se pueden usar, son bastantes, desde cobre, aluminio, oro, níquel, cromo, titanio, tungsteno, plata, platino, etc.
  • Otros: por supuesto, también se pueden emplear otros materiales más allá de los anteriores, como siluros, nitruros, y otros muchos compuestos. De hecho, todo lo que admita procesos de deposición y grabado puede usarse para un MEMS.

¿Cómo se pueden fabricar elementos tan pequeños?

industria MEMS

Para la fabricación de los dispositivos MEMS se usan técnicas fisico-químicas, ya que no hay instrumentos tan pequeños como para fabricar a esas escalas. Es decir, aprovechan todos los desarrollos del sector de los chips para fabricar del mismo modo estos mecanismos tan diminutos. Y eso implica fases de:

  1. Se parte de una oblea, una superficie que puede ser de diferentes materiales, como el silicio.
  2. Sobre esta oblea se puede crecer una capa de óxido de silicio o depositar otros metales o materiales de los citados anteriormente.
  3. Una vez se tiene el sustrato que se desea para fabricar los componentes MEMS, se procede a depositar una fotoresina, un líquido que se curará para que se vuelva sólido.
  4. Después viene el proceso de fotolitografía, donde se expone la oblea a luz haciéndola pasar por un patrón que contiene el diseño que se desea crear. Eso hace que algunas partes de la fotoresina se expongan a la luz y otras no.
  5. Como las partes expuestas y las no expuestas cambian sus propiedades al ser un material fotosensible, entonces la oblea está preparada para fases posteriores.
  6. Después se puede realizar un grabado mediante un agente corrosivo que elimine la capa de fotoresina expuesta (o la no expuesta) y también partes expuestas al retirar la fotoresina del material que había debajo.
  7. De este modo, se crean estructuras con las dimensiones y figuras que se desean.
  8. Estos procesos se pueden repetir tantas veces como sea necesario hasta lograr con las diferentes capas crear el sistema completo.

Evidentemente, estos puntos son una forma muy rudimentaria de explicarlo, pero es sencillo de entender así sin entrar en demasiados detalles técnicos que puedan perder al lector. No obstante, con un artículo sobre la fabricación de chips paso a paso que se lanzará en un futuro, se verá todo esto de forma más detallada si te interesa.

Te recomendamos la lectura de nuestra guía sobre los mejores procesadores.

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Isaac Romero Torres

Más de una década trabajando en el ámbito de la investigación sobre arquitecturas y microarquitecturas de CPUs, de la electrónica, la lógica digital, de los sistemas operativos Unix (con los que trabajé como asesor para algunas empresas), programación de MCUs, PLCs, hacking, etc.
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