Nano Elektro Mekanik Sistemler

Nano Elektro-Mekanik sistemler ( NEMS ) birkaç nanometre boyutlarına sahiptir. Nano ölçekli efektleri kullanan bu sistemler, mikro elektromekanik sistemlere ( MEMS ) göre önemli ölçüde farklılık gösteren, ilginç ve istisnai özelliklere sahip. Bu makineler, temelde aktif segmentlerin davranışından, yani nanometre ölçeğindeki konsollar veya çift kenetli kirişlerden başlar.

Çok düşük güçte doğrudan çalışabilirliğe dönüşebilen NEMS’ler; mekanik elemanlar, mekanik aktüatörler, sensörler, nano pompalar ve nano motorlardan oluşur.

NEMS için çalışma frekans aralığı; mikrodalga aralığında, tek tek moleküller aşamasında kütle duyarlılığı, femtogram aralığındaki kütleler, attonewton düzeyinde kuvvet duyarlılığı, ‘yocto kalorisinin’ altındaki ısı kapasitesidir.

Nano Elektro Mekanik Sistemlerin (NEMS) Üretimi

NEMS’in üretim yöntemleri; yukarıdan aşağıya yaklaşımlar ve aşağıdan yukarıya yaklaşımlar olmak üzere iki yaklaşım şeklinde sınıflandırılabilir. Bu üretim yaklaşım yöntemlerine karar verildikten sonra bazı temel adımlardan geçtikten sonra NEMS üretimi tamamlanır. NEMS’in üretim yöntemlerini inceleyelim.

  1. Fabrikasyon Süreçleri
  • MEMS üretimindeki yukarıdan aşağıya yaklaşım türünde; toplu ince filmlerden yapılar üretmek için mikron altı litografi tekniklerinden, yani elektron ışınlı litografiden oluşur.
  • Aşağıdan yukarıya yaklaşım yönteminde; atomları ve molekülleri art arda yapı taşları olarak birleştirerek nanodevreler üretilir. Karbon nanotüpler, nanoteller ve diğer nano cihazları imal etmek için bu yaklaşım kullanılır.

Çalışmalar, genellikle nano cihazların; hibrit yaklaşımlarla, yani aşağıdan yukarıya ( kendi kendine montaj ) ve yukarıdan aşağıya ( litografik ) yaklaşımlarının bir karışımı ile üretildiğini göstermektedir.

Bir NEMS’ in üretiminde üç temel adım vardır. Bunlar aşağıdaki gibidir

  • Biriktirme Süreci
  • Litografi
  • Aşındırma İşlemi
  • Biriktirme Süreci

1 nm ile 100 nm arasında kalınlığa sahip malzemelerin ince filmlerini biriktirebilen NEMS’ ler iki tür biriktirme yöntemine sahiptir.

  • Kimyasal Buhar Biriktirme: Bu teknikte, temelde istenen malzemeyi geliştirmek için kaynak gaz akımının substratla reaksiyona girdiği bir işlem olan kimyasal buhar biriktirme ( CVD ) kullanılır.
  • Epitaksiyel: Bu teknik, kristalin bir substrat üzerinde kristalin üst tabakanın ( Epitaksiyel film veya epitaksiyel tabaka ) biriktirilmesiyle ilgilidir. Epitaksiyel filmler sıvılardan veya gazlı öncülerden üretilir. Biriktirilen film, substratın bir tohum kristali olarak işlev görmesi nedeniyle substrat kristaline göre kendisini farklı kristalografik yönelimlere cıvatalayabilir. Üst katman gelişigüzel bir yönelim yaparsa, epitaksiyel olmayan büyüme olarak adlandırılır. Homo-epitaksi, epitaksiyel tabakanın aynı bileşime sahip bir substrat üzerinde birikmesidir ve bileşim farklı olduğunda hetero-epitaksi olarak bilinir.
  1. Litografi

Litografi, genellikle bir prototipin, bir radyasyon kaynağına, yani ışığa dikkatlice maruz bırakılarak ışığa duyarlı bir maddeye aktarılmasıdır. Işığa duyarlı malzemenin üzerine ışık düştüğünde, fiziksel özellikleri değişir. Litografi süreçleri şu şekildedir:

  • Elektron Işını Litografisi (E-Işın Litografisi): Dirençli bir filmle kaplı, düzenli bir biçimde bir elektro demetini inceleme ve direncin açıkta kalan bölümlerini çıkarma yöntemidir. Bu tekniğin ana kısıtlaması üretim miktarıdır, bu da bir cam substratı veya bütün bir silikon gofreti açığa çıkarmanın uzun zaman aldığı anlamına gelir. Maruz kalma süresi uzarsa, kullanıcıyı ışın kararsızlığına karşı duyarlı hale getirir.
  • Kendi Kendine Birleştirme: Organik veya inorganik olmayan substrat ve moleküller arasından kararlı bağlar oluşturarak nano yapılar oluşturma işlemidir. Karbon nanotüplerin sıvı süspansiyonu uygulandığında, nano tüpler polar bölge yönünde çekildi ve çoğunlukla 10 saniye içinde yapılan ve 90’dan daha büyük bir verimle önceden tasarlanmış bir yapı oluşturmak için kendi kendine bir araya getirildi.
  1. Aşındırma İşlemi

Aşındırma işlem türleri: ıslak aşındırma ve kuru aşındırmadır. Islak aşındırma türünde; malzeme kimyasal bir çözelti yardımıyla aşındırılırken, kuru aşındırma yönteminde; malzeme buhar fazı veya reaktif iyonlar kullanılarak çözündürülür.

NEMS’in Kullanım Alanları

  • NEMS, otomobillerde hava yastığı açılma sistemlerinde ivmeölçer olarak kullanılır.
  • Nano Jiroskoplar ve nano robotlar; uçaklarda ve gemilerde rotaları bulmak için kullanılır.
  • Mürekkep püskürtmeli yazıcılardaki bir nano püskürtme ucu, baskı için mürekkep sağlar.
  • Günümüzde akıllı telefon şirketleri de NEMS teknolojisini kullanıyor.
  • NEMS, Manyetik Rezonans Görüntüleme ( MRI ) için kullanılır.
  • Kimyasal kuvvet algılamada bio-NEMS ve bio nanoçipler kullanılır.
  • Bu teknoloji, kan basıncını kontrol etmek için basınç sensörlerinde kullanılır.
  • NEMS teknolojisi; termal aktüatörde de kullanılır.
  • Nano cımbız da NEMS’in kullanım alanlarından biridir. ( Nanomekanik Manipülasyon )

Kaynak: https://www.electronicsinfoline.com/pin/55254/

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here