Apakah MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) itu? Jenis &Aplikasi

Micro-Electro-Mechanical System, atau MEMS, adalah perangkat atau mesin mini yang terbuat dari komponen mekanik dan listrik, menggunakan teknik mikrofabrikasi.

Istilah 'MEMS' sering digunakan untuk menggambarkan kategori sistem mekatronik mikro dan teknologi proses yang digunakan untuk memproduksinya. Beberapa MEMS tidak memiliki komponen mekanis, tetapi karena mereka mengubah sinyal mekanis tertentu menjadi sinyal listrik atau optik, mereka diklasifikasikan sebagai MEMS.

Di Eropa, MEMS lebih dikenal sebagai teknologi sistem mikro, dan di Jepang disebut sebagai mesin mikro.

Ukuran MEMS

Dimensi fisik perangkat MEMS dapat berkisar dari 20 mikrometer hingga satu milimeter. Mereka terbuat dari komponen berukuran antara 1 dan 100 mikrometer.

Meskipun masing-masing komponen bisa lebih kecil dari lebar rambut manusia, beberapa modul yang disusun dalam susunan dapat menempati area seluas lebih dari 10 sentimeter persegi.

Perangkat MEMS biasanya berisi unit pemrosesan data pusat (seperti mikroprosesor) dan instrumen kecil yang berinteraksi dengan lingkungan sekitar (seperti mikrosensor).

Jenis MEMS

Ada dua bentuk teknologi sakelar MEMS:ohmik dan kapasitif.

1. Ohmik Sakelar MEMS dikembangkan menggunakan kantilever elektrostatik. Karena kantilever berubah bentuk seiring waktu, sakelar ini dapat gagal karena keausan kontak atau kelelahan logam.

2. Kapasitif sakelar dikendalikan oleh pelat bergerak atau elemen penginderaan yang mengubah kapasitansi. Dengan memanfaatkan karakteristik resonansinya, mereka dapat dikonfigurasi untuk mengungguli perangkat ohmik dalam rentang frekuensi tertentu.

Bagaimana Mereka Dibangun?

Sementara minat dalam memproduksi MEMS tumbuh pada 1980-an, butuh hampir dua dekade untuk membangun infrastruktur desain dan manufaktur yang diperlukan untuk pengembangan komersial mereka. Salah satu dari beberapa perangkat pertama yang diproduksi adalah printhead inkjet dan pengontrol airbag.

Dengan menggunakan teknologi ini, para peneliti dapat membuat proyektor dengan cermin mikro (yang menggunakan MEMS) pada akhir 1990-an. Seiring waktu, mikrosensor menjadi lebih populer:mereka secara bertahap diintegrasikan ke dalam berbagai jenis sensor, termasuk sensor untuk radiasi, medan magnet, suhu, dan tekanan.

Hari ini, MEMS digunakan di hampir semua perangkat pintar, dan mereka menjadi jauh lebih efisien (dalam hal kinerja dan konsumsi energi) daripada rekan-rekan mereka yang lebih besar. Mereka terdiri dari bagian-bagian seperti mikroprosesor, mikroaktuator, mikrosensor, beberapa unit pemrosesan data.

Pembuatan MEMS melibatkan teknik yang sama yang digunakan untuk membuat sirkuit terpadu dan perangkat semikonduktor. Teknik dasarnya adalah

• Deposisi :Lapisan tipis (antara 1 dan 100 mikrometer) material diendapkan pada permukaan khusus.
• Pola :Suatu pola ditransfer ke dalam material menggunakan proses yang disebut litografi.
• Etsa :Bahan dilarutkan baik dalam larutan kimia atau menggunakan ion reaktif untuk menghasilkan bentuk yang diinginkan.
• Persiapan mati :Setelah perangkat MEMS disiapkan pada wafer silikon, masing-masing cetakan dipisahkan, dan kemudian pemotongan wafer dilakukan melalui cairan pendingin atau proses laser kering.

Silikon adalah bahan yang paling umum digunakan untuk membuat MEMS. Ini sudah tersedia, murah, dan memiliki keuntungan besar, terutama di bidang mikroelektronika. Misalnya, silikon sangat sedikit mengalami kelelahan dan hampir tidak ada disipasi energi.

Beberapa MEMS terbuat dari logam melalui proses elektroplating, penguapan, dan sputtering. Logam yang menunjukkan tingkat keandalan yang tinggi termasuk emas, platinum, perak, tungsten, tembaga, titanium, dan aluminium.

Polimer juga dapat digunakan untuk memproduksi perangkat MEMS, karena dapat diproduksi dalam volume besar, dengan berbagai karakteristik material.

Bagaimana MEMS Berbeda dari NEMS?

NEMS (kependekan dari sistem nano-elektro-mekanik) adalah kelas perangkat yang menampilkan karakteristik listrik dan mekanik pada skala nano. NEMS membentuk langkah miniaturisasi logis berikutnya dari MEMS.

Secara sederhana, NEMS mirip dengan MEMS tetapi lebih kecil:mereka memiliki elemen struktural penting pada atau di bawah 100 nanometer (skala atom atau molekul).

Sementara NEMS dan MEMS disebut sebagai teknologi yang terpisah, mereka saling bergantung satu sama lain. Misalnya, mikroskop ujung terowongan pemindaian, yang mendeteksi atom, adalah perangkat MEMS.

Dalam teknologi MEMS, gaya yang dihasilkan oleh dinamika fluida dan elektromagnetisme ambien memainkan peran penting. Sedangkan dalam teknologi NEMS, mekanisme penginderaan berbasis permukaan dan efek mekanika kuantum yang besar juga penting.

Tidak seperti MEMS, teknologi NEMS menggunakan bahan berbasis karbon, khususnya berlian, nanotube karbon, dan graphene. Karena kemajuan substansial dalam pertumbuhan, manipulasi, pengetahuan tentang sifat listrik dan mekanik graphene, para peneliti lebih tertarik pada graphene untuk perangkat NEMS, seperti sensor tekanan, resonator, akselerometer, dan banyak lagi.

Contoh dan Aplikasi

Karena MEMS menjadi lebih efisien dan lebih murah untuk dibangun, mereka diharapkan memainkan peran penting dalam IoT (internet of things) dan otomatisasi rumah. Aplikasi komersial umum MEMS adalah:

Akselerometer di ponsel cerdas | YouTube

• Akselerometer di kendaraan untuk berbagai keperluan, seperti kontrol stabilitas elektronik dan penyebaran airbag
• Sistem pendingin dan pemanas yang digerakkan oleh sensor untuk sistem manajemen gedung
• Sakelar optik yang digunakan untuk mengalihkan teknologi dan penyelarasan untuk komunikasi data
• Sensor tekanan darah sekali pakai dan sensor tekanan kendaraan yang terbuat dari silikon
• Pemanen mikro elektrostatik, elektromagnetik, dan piezoelektrik (digunakan untuk pemanenan energi)
• Mikrofon kecil, barometer, dan giroskop untuk mendukung aplikasi ponsel cerdas
• Micronozzle digunakan pada printer inkjet untuk mengontrol aliran tinta.

Baca:5 Macam Macam Mikroskop Dan Aplikasinya

Pasar Global

Banyak perusahaan sedang mengerjakan proyek MEMS. Perusahaan yang lebih kecil menawarkan nilai dalam solusi inovatif dan menangani biaya fabrikasi yang disesuaikan dengan margin penjualan yang tinggi. Perusahaan besar kebanyakan memproduksi suku cadang murah volume tinggi atau solusi kemasan untuk pasar akhir, seperti elektronik, biomedis, dan mobil. Umumnya, baik perusahaan kecil maupun besar berinvestasi dalam penelitian dan pengembangan untuk membangun teknologi MEMS baru.

Menurut Grand View Research Inc, ukuran pasar MEMS global diperkirakan mencapai US$28,84 miliar pada tahun 2024. Pada tahun 2015, nilainya hampir mencapai US$12 miliar. Mengingat semakin populernya gaya hidup terkoneksi, barang elektronik konsumen diperkirakan akan menjadi segmen yang dominan (dengan lebih dari 40% pangsa pendapatan global).

Baca:10 Jenis Baterai yang Berbeda

Masalah kalibrasi dan akurasi dapat memperlambat pertumbuhan pasar. Namun persaingan yang ketat akan memaksa pelaku industri untuk menjaga harga tetap rendah di tahun-tahun mendatang.