سيستم‌هاي نانوالكترومكانيكي

در اواخر 1950، فيزيكداني به نام ريچارد فاينمن، با پيشنهاد جايزة 1000 دلاري براي اولين فردي كه موفق به ساخت موتور الكتريكي "كوچكتر از1/64 اينچ" شود، توجه مردم را به اين موضوع جلب كرد.

در كمال حيرت، ويليام مك‌ليلان، با كوشش فراوان و صرف ساعات بسيار خسته‌كننده، توانست اين كار را با انبرك دستي و يك ميكروسكوپ انجام دهد (شكل 1).

شكل1

 (a)ريچارد فاينمن در حال تماشاي ميكروموتور ساخته شده توسط ويليام مك‌ليلان (اولين موتور كوچكتر از اينچ)

(b) تصويرميكروسكوپ نوري از موتوري به عرض 3.81 ميليمتر. شي بزرگي كه در بالاي آن ديده مي‌شود، سر يك پين مي‌باشد. (عكس از: Caltech Archives).

موتور مك‌ليلان در حال حاضر در مؤسسه فن‌آوري كاليفرنيا در معرض نمايش بوده و مدتها است كه از چرخيدن بازمانده است. هدف فاينمن از اين كار، به حركت درآوردن چرخ‌هاي دانشگاهها و آزمايشگاهها و حتي خطوط توليد صنعتي بود. سيستم‌هاي ميكروالكترومكانيكي (MEMS) كه به طور جدي از اواسط دهة 1980 ايجاد گرديدند، به حدي از رشد و بلوغ رسيده‌اند كه اكنون فقط در مورد توليد انبوه موتورهاي كوچك ـ صدها بار كوچكتر از موتورمك‌ليلان ـ نسبتاً به مشكل برخورده‌ايم. در همين راستا انجمن MEMS برخي توليدات واقعاً شگفت‌آور را ارائه داده است. از پروژكتورهاي ديجيتالي شامل ميليون‌ها ميكروآيينه الكتريكي گرفته تا ميكروحسگرهاي حساس به حركت كه در كيسة هواي ماشين‌ها به كار مي‌روند. (شكل 2).

a) ميكروموتور الكترواستاتيكي MEMS ساخته شده از سيليكون

b) ميكروآينيه‌هاي مكانيكي در قلب پردازندة ديجيتال (عكس از Texas Instruments)

دانشمندان و مهندساني كه در زمينه اتصالات ميكروحسگرها و ابزارهاي ديگر تحقيق مي‌كنند، با استفاده از آزمايشگاهها و ايده‌هاي نو، گسترة جديدي در اين زمينة ايجاد كرده‌اند. ابزارهاي اين دانشمندان به مرزهاي بسيار دور نيز اعمال مي‌گردد، از اعماق دريا و پوسته زمين گرفته تا مناطق دوردست فضا و سيارات دوردست. چنين ميكروحسگرهاي راه‌دور با خواصي مانند مقاومت در برابر تغييرات شرايط و نيز هزينه اندكشان، اطلاعات فراواني در مورد محيط پيرامون ما در اختيارمان مي‌گذارد.

MEMS منجر به پيوند ميان فرآيندهاي نيمه‌هادي و مهندسي مكانيك مي‌گردد؛ در مقياس بسيار كوچك اين زمينه طي دهة اخير رشد چشمگيري داشته است. شركتهاي زيادي ـ از غول‌هاي نيمه‌هادي تا شركتهاي نوپا ـ به سرعت به سوي فعاليت‌هاي مقياس ميكرو پيش مي‌روند. اما تا به حال در ابعاد زير ميكرومتر توسط MEMS كارهاي اندکي انجام گرفته است.

در حالي كه كارهاي اخير در ميكروالكترونيك داراي توليد انبوه با اندازه هايي در حدود 0.18 ميکرون مي باشند.

در واقع SEMATECH( يک مجمع فکري براي مشاوره شرکتهاي نيمه هادي در آمريکا) پيش بيني ميکند که تا سال 2010 ، کمترين اندازه در چنين ابزاري به 70 نانومتر خواهد رسيد.

براي دستيابي به اين اهداف و پيشرفت‌هايي كه براي جريان اصلي الكترونيك پيش‌بيني مي‌گردد، وقت آن است كه انقلابي در زمينه سيستم‌هاي نانوالكترومكانيكي (NEMS) از جمله، ماشين‌ها، حسگرها، كامپيوترها و الكترونيك در مقياس نانو، رخ دهد.

چنين تلاش‌هايي زمينة كار گروه فاينمن در Caltech و گروههاي ديگر در نقاط مختلف جهان در حال انجام است. پتانسيل‌هاي اين زمينه فراوان مي‌باشد و مي‌تواند در زمينه‌هاي متنوعي از پزشكي و بيوتكنولوژي تا مباني مكانيك كوانتوم مثمرثمر باشد.

 در اين مقاله به جنبه‌هاي مهيج NEMS و تلاش‌هايي كه بايد براي رسيدن به آن اعمال شود، پرداخته شده است.
 

يك سيستم الكترومكانيكي چيست ؟

يكي از اولين ابزارهاي الكترومكانيكي در سال 1785، توسط چارلز آگوستين دكولمب براي اندازه‌گيري بار الكتريكي ساخته شد. تعادل پيچشي الكتريكي او شامل دو توپ كروي فلزي است. يكي ثابت و ديگري متصل به يك ميله متحرك ـ كه مثل دو صفحة يك خازن عمل مي‌كنند. اختلاف بار بين آنها به يك نيروي جاذبه تبديل مي‌گردد. عناصر مهمي كه در اكثر سيستمهاي الكترومكانيكي استفاده مي‌گردند (عنصر مكانيكي و مبدل) در اين ابزار آشكار مي‌باشد.

عنصر مكانيكي در اثر نيروي اعمال شده به نحوي يا منحرف مي‌گردد و يا به ارتعاش درمي‌آيد. براي اندازه‌گيري نيروهاي شبه‌استاتيك نوعاً مي‌توان از فنـر ضعيفي كه با نيروي كمي به ميزان زيادي منحرف مي‌گردد، استفاده كرد. براي اندازه‌گيري نيروهاي متغيير با زمان بهتر است كه از نوسانگرهاي مكانيكي با تلفات كم كه به خوبي به سيگنال‌هاي نوساني با دامنه كم جواب مي‌دهند استفاده گردد.

انواع متنوعي از عنصرهاي مكانيكي را براي حس كردن نيروهاي استاتيك يا متغير با زمان مي‌توان به كاربرد. تعادل پيچشي (ساخت كلمب) و بازوهايي كه اكنون در ميكروسكوپي پروب پيمايشگر استفاده مي‌گردند، از اين نوع‌اند. براي دستيابي به حساسيت فوق‌العاده زياد، ابزارهاي ظريفي استفاده مي‌گردند، از جمله: ساختارهاي نوساني مركب، شامل اجزاء پيچيده و نوسانات طولي و پيچشي. اين پيچيدگي را مي‌توان براي كم كردن ارتعاش استفاده كرده و با تنظيمات خاص ميزان خطا را كم كرد.

مبدل‌هاي NEMS و MEMS انرژي مكانيكي را به سيگنال‌هاي الكتريكي يا نوري و بالعكس تبديل مي‌كنند. برخي مواقع مبدل ورودي به سادگي نوسان‌هاي ماندگار در عنصر مكانيكي ايجاد مي‌كند در حالي كه ويژگيهاي آن حاكي از وجود اغتشاش در سيستم است.
 در اين صورت چنين اغتشاشاتي، علاوه بر سيگنال ورودي، دقيقاً همان سيگنال‌هايي هستند كه ما مي‌خواهيم اندازه‌ بگيريم. اين امر ممكن است شامل موارد زير باشد: تغييرات فشار كه بر عمر مكانيكي ابزارها مؤثر است يا حضور مواد شيميايي جذب شده كه كه جرم نوسان‌گرهاي نانومتري را تغيير مي‌دهد يا تغييرات دما كه مي‌تواند الاستيسته يا كشش دروني را تغيير دهد. دو مورد آخر منجر به تغيير فركانس ارتعاش مي‌گردند.

به طور كلي، خروجي يك ابزار الكترومكانيكي، حركت يك عنصر مكانيكي مي‌باشد. دو نوع عكس‌العمل عمده وجود دارد:

عنصر مكانيكي به سادگي تحت تاثير نيروي اعمالي مي‌تواند منحرف گردد و يا دامنة نوسانش تغيير كند (شكل 3).

شكل 3:

a) الكترومتر در قلب خود داراي يك نوسانگر مكانيكي مي‌باشد كه از سيليكون بر روي عايق ساخته شده است و با عبور جرياني با فركانس راديويي از ميان الكترود طلايي حلقوي در حضور يك ميدان مغناطيسي قوي شروع به چرخش مي‌كند. ميدان الكتريكي ناشي از حركت پيچشي به وجود آمده، توسط الكترود آشكارساز، اندازه‌گيري مي‌شود. اگر باري بر روي الكترود گيت قرار گيرد، ميدان الكتريكي حاصله فركانس را به‌گونه‌اي تغيير مي‌دهد كه نوسانگر بچرخد.

b) نسل اول و دوم الكترومترهاي مكانيكي كه در Caltech ساخته شده است.

 

 آشكار كردن هر دو نوع عكس‌العمل‌ نياز به مبدل خروجي دارد. اين مبدل غالباً از مبدل ورودي مجزا مي‌باشد. در مورد دستگاه ساخته شده توسط كولمب، مبدل خروجي (يا مبدل قرائت خروجي)، "نوري" بود؛ وي به سادگي و با استفاده از چشمانش انحراف‌ها را ضبط مي‌گردد. اما امروزه ابزارهاي مكانيكي شامل مبدل‌هايي بر مبناي مكانيزم‌هاي فيزيكي، نظير پيزوالكتريك و اثرات حركت مغناطيسي، تونل زني، نانومغناطيس و نيز الكترواستاتيك و اپتيك مي‌باشند.

فايدة نانوماشين‌ها

 خطوط تميز در نيمه‌هادي‌ها

شكل 4: خطوط تميز در نيمه‌هادي‌ها ابزارهاي نانومكانيكي نويد انقلابي جديد در اندازه‌گيري جابجايي‌هاي فوق‌العاده كوچك و نيروي‌هاي فوق‌العاده ضعيف، علي‌الخصوص در مقياس مولكولي را مي‌دهند. در  واقع با فنون نانو ماشين کاري موجود ، جرم MEMS در حدود چند آتوگرم (10-18) و عرض مقطع آن در حدود 10 نانومتر مي باشند.(شکل 4)

شكل 4: پيشرفت‌هاي مداوم در فرآيندهاي ساخت نانو منجر به پيشروي به سمت ساختارهاي ايده‌آل شده است.

a) يك انبرك اولية غير ظريف كه از دو طرف مهار شده است. اين انبرك بر روي يك سطح سيليكون ايجاد شده است.

b) نوسانگر پيچشي مركب كه از سيليكون بر روي عايق ساخته شده است.

c) ابزاري كه از آرسنيد گاليم ساخته شده است و براي اندازه‌گيري نيروي‌هاي كوچك در فركانس‌هاي بالا استفاده مي‌گردد.

 جرم و اندازة كوچك NEMS منجر به ايجاد پتانسيل بسيار زيادي براي كاربردهاي جديد و اندازه‌گيريهاي بنيادي مي‌گردد.

سيستم‌هاي مكانيكي در فركانس زاويه‌اي طبيعي خود،w0 ، نوسان مي‌كنند.
اين فركانس مي‌تواند با رابطةw0=(Keff/Meff)1/2 تقريب زده شود كه در آن Keff، ثابت مؤثر فنر و Meff جرم مؤثر مي‌باشد. (منظور از واژة مؤثر، مجموعة مركب معادلات الاستيسسته است كه بر پاسخ مكانيكي اين اشياء حاكم مي‌باشد).
 اگر اندارة ابزار مكانيكي را به‌گونه‌اي كاهش دهيم كه شكل كلي آنها حفظ گردد، در اين صورت همان‌طور كه ديمانسيون خطي، I، كاهش مي‌يابد، فركانس بنيادي، ، نيز كاهش مي‌يابد. اين رفتار اساسي اين واقعيت را مي رساند که جرم موثر با b متناسب مي باشد ، در صورتيکه ثابت موثر فنر با I متناسب مي باشد.اين موضوع از اين لحاظ حائز اهميت است كه عكس‌العمل با فركانس بالا منجر به زمان سريع عكس‌العمل به نيروي اعمالي مي‌گردد. نتيجة ديگري كه به دست مي‌آيد آن است كه مي‌توان بدون نياز به ساختاري زمخت، به پاسخي سريع دسترسي داشت.

امروزه امكان ساخت نوسانگرهاي با فركانس بنيادي در حدود10GHz با استفاده از فرآيندهاي نانوماشين کاري سطح که مربوط به نانوليتوگرافي در مقياس 10 نانومتر مي‌باشد، وجود دارد.

اين ابزارهاي مكانيكي فركانس بالا، ما را با امكانات و توانايي‌هاي جديد و مهيجي، آشنا مي‌كند. در اين ميان فرآيندهاي مكانيكي با توان فوق‌العاده كم در حدود فركانس‌هاي ميكرويو و گونه‌هاي جديدي از ميكروسكوپ‌هاي پروب پيمايشگر نيز وجود دارند كه مي‌توانند در تحقيقات بنيادي و يا حتي در مباني اشكال جديد كامپيوترهاي مكانيكي به كار روند.

دومين ويژگي مهم MEMS ، تلفات بسيار اندک انرژي در آنها مي باشد. اين خاصيت مبين كيفيت يا فاكتورQ در پاسخ مي‌باشد. در نتيجه، MEMS به مكانيزم نيروي بيروني بسيار حساس مي‌باشد و اين امر براي ساخت گونه‌هاي مختلفي از حسگرها بسيار مهم مي‌باشد.

علاوه بر اين، نويز ترمومكانيكي كه معادل نويز جانسون در مقاومتهاي الكتريكي مي‌ باشد، به طور معكوس با عامل Q متناسب است. بنابراين، مقادير بزرگ Q به عنوان يك ويژگي مهم، هم براي نوسان‌ها و هم براي حسگرهاي انحراف به شمار مي‌آيد، كه نوسانات ناخواسته مكانيكي را حذف كرده و اين نوع ابزارها را به نيروهاي اعمالي به شدت حساس مي‌نمايد.

نوسانگرهاي الكتريكي با فركانس بالا نوعاً داراي فاكتور Q كمتر از چند صد مي باشند، اما حتي نخستين ابزار فركانس بالاي مكانيكي( كه در سال 1994 توسط آندرو كليلند در Caltech ساخته شد)، داراي مقدار Q صد برابر بهتر بود. چنين عامل بالاي كيفيت براي پردازش سيگنال بسيار مهم مي‌باشد.

جرم مؤثر كوچك در بخش مرتعش ابزارها، يا ممان اينرسي اندك ابزارهاي پيچشي، از لحاظ ديگري نيز مهم مي‌باشند. اين امر باعث حساسيت فوق العاده زياد ابزارهاي NEMS نسبت به جرمهاي اضافي مي‌شود. با توجه به تحقيقات اخير، اميد مي‌رود كه ابزارهاي حساسي كه اخيراً مي‌سازيم نسبت به تعداد اندكي از اتم‌هايي كه روي سطح اين ابزار جذب مي‌شود، حساسيت نشان دهند.

NEMS ذاتاً ابزارهاي فوق‌العاده كم مصرفي مي‌باشند، مقياس توان اصلي اين ابزارها به صورت انرژي گرمايي تقسيم بر زمان پاسخ تعريف مي‌شود و با نمادq/w0 نشان داده مي‌شود. در دماي سيصد کلوين، NEMS تنها با نوسانات گرمايي در حدود آتووات (10-18 w) كار مي‌كنند. بنابراين اگر يك ابزار NEMS، با سيگنال در حدود پيكووات (10-12w) راه اندازي شود، نسبت سيگنال به نويز، بيشتر از 106 خواهد بود. در چنين شرايطي حتي اگر يك ميليون از چنين ابزارهايي بطور همزمان در يك پردازندة سيگنال NEMS به كار روند، كل توان اتلافي توسط همه سيستم تنها در حدود چند ميكرووات خواهد بود و اين مقدار 3 يا 4 مرتبه كمتر از توان مصرفي توسط پردازنده‌هاي الكترونيكي رايج خواهد بود كه بر مبناي جابجايي سريع بسته‌هاي بار الكترونيكي كار مي‌كنند نه بر مبناي عناصر مكانيكي.

مزيت ديگر NEMS و MEMS آن است كه مي‌توان آنها را توسط سيليكون، آرسنيد گاليم و آرسنيد اينديم ـ عناصر اصلي صنايع الكترونيك ـ با ساير مواد سازگار با آنها ساخت. در نتيجه هر عنصر الكترونيكي كمكي مانند مبدل‌ها و ترانزيستورها را روي همان تراشه و به عنوان يك عنصر مكانيكي، مي‌توان ساخت. اگر طراحي به گونه اي باشد كه تمام عناصر اصلي NEMS بر روي يك تراشه باشند، مدار فوق‌العاده مجتمعي به وجود خواهد آمد، به اين ترتيب به مشكل سر هم‌بندي عناصر مختلف در مقياس نانومتري نيز برخورد نخواهيم كرد.

در طي شش سال اخير در آزمايشگاه فاينمن و ساير جاها، تكنيكهاي جديدي براي الگودهي ساختارهاي سه بعدي نيمه‌هادي، ابداع شده است. اين فنون بر روي سيليكون توده‌اي، اپيتاكسي و سيليكون روي عايق و نيز بر روي سيستم‌هاي مبتني بر آرسنيد گاليم و آرسنيد اينديم اعمال شده است.

اين ساختار در ساده‌ترين شكل خود، شامل لايه‌هاي ساختاري (قرمز) و نگهداري (آبي) بر روي يك پايه (زرد) مي‌باشد.

ماسكها توسط ليتوگرافي نوري و پرتو الكتروني بر روي پايه بوجود مي‌آيند. اين كار بعد از يك فرآيند رسوب دهي لايه نازك انجام مي‌شود. ماسك حاصل (سياه) مواد زير خود را از نور و الکترون محافظت مي‌کند. مواد حفاظت نشده توسط يك فرآيند پلاسما حکاکي مي‌شوند. يك مرحله حکاکي انتخابي و شيميايي، لايه‌هايي را از نواحي خاص از بين مي‌برد تا نانوساختارهايي راكه هم از لحاظ گرمايي و هم از لحاظ مكانيكي ايزوله شده‌اند بوجود آورد.

در چنين ابزارهايي كل اين فرآيند ممكن است چندين بار تكرار گردد و با فرآيندهاي رسوب دهي متعددي براي ساخت نانوساختارهاي مكانيكي تركيب گردد. انعطاف‌پذيري اين فرآيندها اين امكان را مي‌دهد تا ساختارهاي پيچيده با ابعادي كمتر از چند ده نانومتر ساخته شود. مبدل‌هاي مركب نيز مي‌توانند براي اهداف كنترل و اندازه‌گيري به كار روند. با رشد اپيتاكسي مي‌توان ضخامت لايه‌ها را تا دقت چند اتم كنترل نمود. در اصل، ابزارهاي ساخته شده تنها داراي ضخامت چند لايه مي‌باشند.

چالشهاي NEMS

امروزه ميتوان با استفاده از فرآيندهايي نظير ليتوگرافي اشعة الكتروني و نانوماشينكاري، نانوساختارهاي نيمه هادي را در ابعاد زير 10نانومتر توليدكرد. بنابراين ظاهراً تكنولوژي لازم براي ساخت NEMS وجود دارد. با اين حساب علت تأخيرهاي موجود در كاربرد چيست؟ جواب در اين نكته است كه قبل از اينكه تمام پتانسيل هاي NEMS آشكار گردند، بايد به سه مشكل اصلي در اين مسير فايق آييم :

 – ارتباط سيگنالي بين مقياس نانو و دنياي ميكروسكوپي

– فهم و كنترل ماشين‌هاي مزوسكوپي

– توسعه روشهاي مناسب براي توليد محصولات نانو

NEMS ابزارهاي فوق‌العاده كوچكي هستند كه مي‌توانند با تغييرات بسيار كوچك، منحرف يا مرتعش گردند. مثلاً در مورد انحراف انبرك شكل 4(a) ،اگر نيرويي كه معادل جابجايي چند درصد ضخامت ميله مي‌باشد به آن اعمال گردد، موجب انحراف آن به صورت خطي مي‌گردد. مثلاً براي ميله اي به قطر 10nm، اين مطلب معادل اين است كه جابجايي آن معادل كسري از نانومتر است. ساخت مبدل‌هايي كه حساسيت كافي براي انتقال صحيح اطلاعات در اين مقياس را داشته باشند، مستلزم خواندن موقعيت با دقت فوق‌العاده زيادتري مي‌باشد. مشكلي كه در اين راه وجود دارد آن است كه فركانس طبيعي حركت با كاهش ابعاد، افزايش مي‌يابد. بنابراين مبدلهاي ايده آل NEMS بايد جابجايي هايي در حدود10-12 تا 10-15 متر داشته و در فركانس‌هاي بالاي چند گيگاهرتز كار كنند.

برخي از مبدل‌ها كه عمدتاً در محدودة ميكرومكانيكي كاربرد دارند، قابل اعمال به دنياي نانو نمي‌باشند. تبديل هاي الكترواستاتيك كه مبناي MEMS را تشكيل داده اند، با مقياس هاي NEMS همخواني ندارند. الكترودهاي در مقياس نانو، ظرفيتي معادل 10-18 فاراد يا كمتر دارند. در نتيجه، امپدانس‌هاي پارازيتي كه زياد هم مي‌باشند بر ظرفيت ديناميكي كه با حركت ابزار متغير استد، غلبه مي‌كنند.

روشهاي اپتيكي مانند روش سادة انحراف ميله يا روشهاي بسيار پيچيده‌تر نيز در اين موارد نمي‌توانند كاري انجام دهند. به عبارت ديگر اين روشها به ابزارهايي كه داراي عرض مقطع بسيار كمتر از طول موج نور مي‌باشند، قابل اعمال نمي‌باشد. بنابراين روشهاي مرسوم كارايي چنداني براي مبدل‌هاي ابزارهاي كوچك NEMS ندارند. اما عرصه‌هاي زيادي براي فعاليت وجود دارد؛ از جمله: مغناطيس‌هاي نانومتري، ترانزيستورهاي با حركت سريع الكترون، واسط هاي ابر رساناي كوانتومي و ترانزيستورهاي تك الكتروني. بحث در زمينه اين موارد خارج از سطح اين مقاله مي‌باشد.

نقش فيزيك سطح

يكي از عوامل مؤثر در پتانسيل هاي NEMS، دسترسي به عوامل مؤثر در كيفيت فوق‌العاده مي‌باشد. به هر حال در ابزارهاي واقعي هم ويژگيهاي ذاتي و هم ويژگيهاي بيروني محدوديت‌هايي در فاكتورهاي كيفيت ايجاد مي‌نمايند. نقص‌هايي كه در مواد ابزارها ايجاد مي‌گردند، آسيب‌هاي سطحي و جذب‌هاي سطحي در هنگام ساخت ابزارها از جمله عواملي هستند كه منجر به ميرا شدن حركت نوسانگرها مي‌گردند.

خوشبختانه بسياري از اين اثرات را مي‌توان با انتخاب مناسب مواد و فرآيندها از بين برد. عوامل بيروني، نظير مقاوت هوا، انواع افت در مبدلها و …را نيز مي‌توان با مهندسي مناسب از بين برد. اما در هر حال، مكانيزم خاص برخي افت‌ها گريز ناپذير بوده و ناچار دسترسي به بيشينة فاكتورهاي كيفيت را محدود مي‌نمايد.

اين فرآيندها شامل ميرايي ترموالاستيك مي‌باشند كه ناشي از افت غير الاستيك در مواد مي‌باشد. جنبة ديگري هم كه جلوه مي كند آن است كه هم چنان كه ما، سعي در نزديك كردن MEMS به سمت NEMS داريم، مشكلات فيزيكي نيز افزايش مي‌يابد.

به عنوان مثال گروه رابرت پل در دانشگاه كرنل نشان داده اند كه MEMSهاي نيمه هادي در مقياس سانتي متر مي تواند فاكتور Q معادل 100 ميليون در دماي كريوژنيك داشته باشند. اما گروه فاينمن در هفت سال پيش نشان داده است كه با ورود به محدودة نانومتري، اين فاكتور به مقدار قابل توجهي ـ بين 1000 تا 10000 برابر- كاهش مي‌يابد. علت اين امر در حال حاضر معلوم نمي‌باشد. آنچه كه به نظر مي رسد آن است كه افزايش زياد نسبت سطح به حجم در NEMS همراه با خواص سطح در اين امر مؤثر است.

شكل 6: ابزارهاي تعليقي NEMS

a) يك سري از ميله‌هاي موازي سيليكون كه توسط هارولد و همكارانش در دانشگاه كرنل ساخته شده است. هر ميله در فركانسي كه اندكي با ديگري متفاوت است نوسان مي‌كند. بيشترين فركانس اندازه گيري شده در اين نوع 380MHz مي‌باشد.

b) يك حامل فوق العاده نازك با عرض 5 ميکرومتر و ارتفاع 260 ميکرومتر كه با همكاري محققان دانشگاه استانفورد و مركز تحقيقات IBM ساخته شده است. از انحراف چنين حاملي براي اندازه گيري نيروهاي در حد آتونيوتن 10-18N استفاده مي‌شود.

c) اين ابزار كه از آن براي پرتاب بار اكتروني منفرد بين دو الكترود استفاده مي‌شود در دانشگاه لودويگز ـ ماكسي ميليان ساخته شده است.

براي مشخص شدن اين موضوع يك ميله سيليكوني با طول 100NMو عرض 10NMو ضخامت 10NM را درنظر بگيريد. اين ميلة منفرد شامل 5 10× 5 اتم مي باشد كه از اين تعداد، 4 10× 3 اتم در سطح آن مستقر مي‌باشند. به عبارت ديگر %10 اجزاي آن، اتم‌هاي سطحي يا نزديك به سطح مي‌باشد. واضح است كه اين اتم‌هاي سطحي نقش مهمي دارند. اما فهم دقيق و كامل اين پديده، تلاش زيادي مي‌طلبد.

هم چنان كه ابزارها كوچك‌تر مي‌شوند، مكانيزم‌هاي ماكروسكوپي از بين رفته و رفتار اتمي ظاهر مي‌گردد.


منبع:

خبرنامة نانوتكنولوژي

 http: //physicsweb. org

Share

یک دیدگاه در “سيستم‌هاي نانوالكترومكانيكي”

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *