MAC
Microsisteme avansate bazate pe microconsole realizate cu tehnici MEMS – MAC.2008-2011
Nr. Contract 72-212 / 01.10.2008
Coordinator
INCD pentru Microtehnologie - IMT Bucuresti Romania
Parteneri
INCD pentru Stiinte Biologice - INCDSB Romania
INCD pentru Inginerie Electrica -Cercetari Avansate INCDIE - ICPECA Romania
INCD pentru Fizica Laserilor, Plasmei si Radiatiei - INCDFLPR Romania
Universitatea Tehnica din Cluj Napoca Romania
SC SITEX 45 Romania
Proiect
Microsezorii si actuatorii joaca un rol tot mai important in economia viitorului datorita dimesiunilor mici, a costului redus de fabricatie, a versatilitatii. Aplicatiile includ in general: fluxuri de caldura, presiune, senzori chimici si biosenzori. Microsenzorii si actuatorii utilizeaza efecte multi-fizice pentru a produce efectul deorit de sezisare sau efectul traductor. Abordarea acestora este interdisciplinara si cuprinde domenii diverse: curgerea fluidelor, electronica, piezoelectricitate, chimie, electrochimie.
Cuplarea diferitelor fenomene fizice intr-o singura structura, reprezinta o provocare , atat in ceea ce priveste alegerea solutiilor constructive cat si pentru integrarea, alegerea interfetelor, pentru utilizarea lor in analize rapide, de mare acuratete.
Scopul proiectului este dezvoltarea unor microsisteme micro-electro-mecanice (MEMS), conform directiei de cercetare: Tehnologii si produse mecanice de înalta precizie si sisteme mecatronice,
Tematicia de cercetare 7.3.11, a programului de Partneriate PNCDI2. Microsistemele vor avea ca element constitutiv o structura 3D de microconsola, obtinuta prin tehnici specifice de microprelucrare.
Obiectivul principal este obtinerea unor demonstratoare de produse noi, inovative, bazate pe materiale avansate/versatile, urmarind dezvoltarea de aplicatii in domeniul micromecanic, al instrumentatiei, al detectiei de gaze precum si in domeniul biomedical. Acest lucru va fi realizat printr-o colaborare stiintifica intre mai multe institute nationale de cercetare, o universitate si un agent economic. Promovarea unei tematici de varf pe plan european si international va contribui, prin abordarea unor cercetari complexe, la cresterea competitivitatii partenerilor, la dezvolatarea unor procese, servicii si produse inovative, cu grad ridicat de functionalitate in domeniul sistemelor MEMS.
Structurile de microcantilevere (microconsole) pot fi obtinute prin utilizarea proceselor litografice din micoelectronica, combinate cu tehnici de microprelucrare. In acest caz pentru realizarea partii mobile (3D) sunt utilizate depuneri de filme subtiri, corodari anizotrope sau izotrope ale siliciului, procedee de wafer –bonding. Materialul cel mai utilizat este sciliciu, dar alaturi de el pentru obtinerea microcantileverelor sunt necesare alte materiale cum ar fi SiO2, Si3N4, Al, SiC, polimeri, etc.
Micro-consolele vor fi realizate prin 3 tehnici diferite: corodarea silicului de orientare cristalorafica <100> de la suprafata (front side etching), microprelucrarea de suprafata (surface micromachining) si micropelucrarea de volum (bulk micromachining). Se vor utiliza plachete de Si si plachete de tip SOI.
Structura cantileverului va fi in principal din siliciu, dar se vor investiga si alte materiale cum ar fi polimerii. Ca strat de sesizare vor fi utilizate straturi piezoelectrice, materiale biologice sau diferite materiale senzitive.
Vor fi realizate cantilevere unimorfe si bimorfe (2 staruri din materiale cu coeficienti de expansiune termica diferiti, pentru care se vor fi efectuate analize cuplate termo-mecanice). Aplicatiile vor folosi proprietatile cantileverului de a reactiona la schimarea de forta sau de masa. Vor fi detectate: modificarile frecventei de rezonanta sau modificarile mecanice cum ar fi curbarea microconsolei ca urmare a stresul compresiv sau tensil indus prin prezenta unui strat senzitiv, care reactioneaza la un stimul chimic, sau care, in urma functionalizarii bio, poate detecta molecule, microorganisme, sau ADN.
Dupa alegerea configuratiilor optime pentru aplicatiile vizate se vor realiza simulari cu programul dedicat simularilor micromecanice COVENTORWARE, aflat in dotarea consortiului, se vor realiza, investigari/ caracterizari de materiale bio si piezoelectrice, procesari tehnologice pentru fabricatie.
Obiectivele
* Dezvoltarea unor microsisteme micro-electro-mecanice (MEMS), care vor avea ca element constitutiv o structura 3D de microconsola, obtinuta prin tehnici specifice de microprelucrare.
* Realizare de microconsole unimorfe si bimorfe pentru:
* aplicatii care vor utiliza proprietatile microconsolei de a reactiona la schimarea de forta sau de masa
* a fi detectate modificarile frecventei de rezonanta sau modificari mecanice cum ar fi curbarea microconsolei ca urmare a stresul compresiv sau tensil indus, sau prin prezenta unui strat senzitiv, care reactioneaza la un stimul chimic, sau care, in urma functionalizarii bio, poate detecta molecule, microorganisme, sau ADN.
* Realizare de senzori si actuatori mult mai sensibili, care sa poata indeplini mai multe functii
Rezultatul final al proiectului
* Demonstratoare de microsisteme micromecanice MEMS (bazate pe microconsole) cu aplicatii in diferite domenii cum ar fi biomedical, monitorizarea mediului (detectia de gaze), producerea (harvesting) energiei, realizarea de produse noi, inovative, bazate pe materiale avansate/versatile. Elementele de noutate ale proiectului; originalitate.
* Dezvoltarea unor microsisteme de sesizare si actuare cu o sensibilitate mai ridicata fata de cele clasice, miniaturizate, fiabile, cu grad ridicat de functionalitate si flexibile, prin alegerea materialelor si a unor combinatii de materiale, prin solutii originale de geometrii de structuri micromecanice (de microconsole), prin alegerea unor configuratii complexe, integrate, in care structura MEMS se afla pe acelasi substrat de siliciu cu partea de procesare electronica a semnalelor (materiale polimerice: PMMA, SU8, LOR, materiale piezoelectrice- PZT, nanoparticule magnetice sau materiale biologice cum ar fi eritrocitele.
* Microsenzorii si actuatorii utilizeaza efecte multi-fizice pentru a produce efectul dorit de sezisare sau efectul traductor, de aceea abordarea este interdisciplinara.
* Cuplarea diferitelor fenomene fizice intr-o singura structura, reprezinta o provocare, atat in ceea ce priveste alegerea solutiilor constructive cat si pentru integrarea, alegerea interfetelor, pentru utilizarea lor de exemplu in analize rapide,de mare acuratete.
* Un element de noutate si complexitate il constituie includerea si adaptarea in tehnologia siliciului a unor materiale si procedee tehnologice noi nespecifice, (bio/chemo) care necesita experimentari si solutii inovative pentru compatibilizare.
* Solutiile inovative se refera si la diferite configuratii, de exemplu vor fi abordate nu numai structuri liniare simple ci si de tip "folded", caz in care microconsolele vor fi mult mai lungi, pentru un spatiu relativ identic si implicit vor fi mult mai sensibile.Beneficiarii rezultatelor; potentialul de aplicare in economie.
* Microsistemele bazate pe microconsole obtinute cu tehnici MEMS sunt abosolut necesare intr-o gama larga de aplicatii: pentru diagnostic medical, dispozitive pentru siguranta, procese de control al calitatii alimentelor (senzori chimici- bio portabili), analize ale mirosurilor, monitorizarea mediului, conservarea energiei (Beneficiari din diferite domenii economice).
* Aplicarea rezultatelor va contribui la securitatea sistemelor industriale, securitatea cetateanului si la realizarea unui mediu prietenos, care sa comunice si sa interactionez cu acesta, contribuind la imbunatairea calitatii vietii.
* Prin utilizarea unor tehnologii noi si moderne (micro si nanotehnologii) se vor obtine in tara produse de tip MEMS integrate, miniaturizate, cu sensibilitate ridicata
* Diversificarea si introducerea unor procese noi de fabricatie care vor determina cresterea calitatii si competitivitatii produselor romanesti, patrunderea pe piata cu produse noi (la partenerul industrial sau la alti agenti economici)
*Posibilitatea penetrarii in domenii noi, prin redirectionarea productiei (tehnologiilor) catre cerintele pietii interne si externe
* Participare la proiecte internationale din cadrul programului FP7, FP8 prin cercetari care vor contribui la imbunatairea calitatii vietii si a mediului.
