MAC
Microsistema avanzado basado en microconsolas elaboradas a traves de metodos MEMS –MAC.2008-2011
Nr. Contrato 72-212 / 01.10.2008
Coordinador
Instituto Nacional para la Investigacion y Desarrollo de la Microtecnologia IMT Bucarest Rumania
Socios
Instituto Nacional para la Investigacion y Desarrollo de las Ciencias Biologicas INCDSB Rumania
Instituto Nacional para la Investigacion y Desarrollo de la Ingenieria Electronica INCDIE-ICPECA Rumania
Instituto Nacional para la Investigacion y Desarrollo de la Fisica del Laser, Plasma y Radiacion INCDFLPR Rumania
Universidad Tecnica de Cluj-Napoca Rumania
Sitex 45 Rumania
Proyecto
Los microsensores jugaran un rol importante en la economia del futuro debido a su pequeña dimension, costes de fabricacion bajos y versatilidad. En general estas aplicaciones incluyen: flujo caliente, presion, sensores quimicos y biosensores. Los microsensores usan efectos multifisicos para producir la reaccion deseada o un efecto de translacion. Es un trabajo interdisciplinar e incluye diferentes especialidades y dominios: flujo de fluidos, electronica, piezoelectricidad, quimica y electroquimica.
La integracion de diferentes fenomenos fisicos en una estructura unica representa un reto. No a lo que se refiere a la eleccion de la solucion constructiva sino mas bien a la integracion, a la eleccion de la interfaz para utilizarla en analisis rapidos de gran precision.
El objetivo del proyecto es desarrollar microsistemas microelectromecanicos MEMS, conforme a las directrices de investigacion: Tecnologia y productos mecanicos de alta precision y sistemas mecatronicos.
Tematica de investigacion 7.3.11 del Programa de Parteneriado PNCDI2
Los microsistemas tendran como elemento constitutivo una estructura 3D de microconsola, obtenida gracias a tecnicas especificas de microprocesamiento.
El objetivo principal es obtener muestras de producto nuevo, innovativo, basado en materiales avanzados y versatiles, siguiendo el desarrollo de aplicaciones en el campo micromecanico, en el instrumental, en la deteccion de gases e incluso en el campo biomedico. Este trabajo sera realizado con la colaboracion cientifica entre institutos nacionales de investigacion, una universidad y un agente economico. La promocion de una tematica puntera a nivel europeo e internacional contribuira, abordando una investigacion compleja, a la mejora de la competitividad de los socios, al desarrollo de unos procesos, servicios y productos innovativos con un elevado grado de funcionalidad en el campo de los sistemas MEMS.
Las estructuras microcantilever (microconsola) pueden ser obtenidas utilizando procesos litograficos microelectronicos, combinados con tecnicas de microprocesamiento. En este caso para realizar las partes moviles 3D se utilizan deposiciones de laminas delgadas, corrosion anisotropica o isotropica del silicio y el proceso de wafer-bonding. El material mas utilizado es el silicio pero, para obtener microcantilevers son necesarios otros materiales como SiO2, Si3N4, Al, SiC, polimeros, etc.
Las microconsolas se obtendran mediante tres tecnicas diferentes: corrosion del silicio por orientacion cristalografica de la superficie (front side etching), procesamiento de la superficie (surface micromachining) y procesamiento de volumen (bulk micromachining). Se utilizaran laminas de Si y laminas de tipo SOI.
La estructura del cantilever sera basicamente de silicio, pero tambien se investigaran otros materiales como pueden ser los polimeros. Como estrato de observacion se utilizaran estratos piezoelectricos, materiales biologicos o diferentes materiales sensitivos.
Se realizaran cantilevers uniformes y biformes (2 estratos de materiales con coeficiente de expansion termica diferentes, para ello se efectuaran analisis de copulacion termomecanica). Las aplicaciones utilizaran las propiedades de los cantilevers para reaccionar a los cambios de fuerza o masa. Se detectaran las modificaciones de frecuencia de resonancia o modificaciones mecanicas como puede ser la curvatura de la microconsola debido al estres compresivo o a la tension inducida por la presencia de un estrato sensitivo, que reacciona a un estimulo quimico, o que, siguiendo la funcionalidad bio, puede detectar moleculas, microorganismos o ADN.
Despues de elegir la configuracion optima para las aplicaciones deseadas se realizara una simulacion con el programa dedicado a simulaciones micromecanicas COVENTORWARE, que se encuentra en la dotacion del consorcio. Se realizaran tambien investigaciones, caracterizaciones de materiales bio y piezoelectricos y procesos tecnologicos para la fabricacion.
Objetivos
* Desarrollar unos microsistemas microelectromecanicos MEMS, que tendran como elemento constitutivo una estructura 3D de microconsola, obtenida con tecnicas especificas de procesamiento.
* Realizar microconsolas uniformes y biformes para:
1. Aplicaciones que utilizaran las propiedades de la microconsola para reaccionar a los cambios de fuerza y masa.
2. Detectar modificaciones de la frecuencia de resonancia o modificaciones mecanicas como pueden ser la curvatura de la microconsola debido al estres compresivo o a la tension inducida, o por la presencia de un estrato sensitivo, que reacciona a estimulos quimicos, o que, debido a su funcionalidad bio, puede detectar moleculas, microorganismos o ADN.
* Realizar sensores y actuadores mas sensibles, que puedan llevar a cabo muchas mas funciones.
Resultados finales del proyecto
* Los verificadores de microsistemas micromecanicos MEMS (basados en microconsolas) con aplicaciones en diferentes domenios como son el biomedico, monitorizacion del medio ambiente (deteccion de gas), produccion de energia, realizacion de nuevos productos, innovaciones basadas en materiales avanzados y versatiles. Novedades del proyecto y originalidad.
* Desarrollo de unos microsistemas de observacion y actuacion con una mayor sensibilidad, miniaturizacion, fiabilidad, con un alto grado de funcionalidad y flexibilidad, a traves de una seleccion y combinacion de materiales, soluciones originale de geometria de estructuras micromecanicas (microconsola), escogiendo configuraciones complejas, integradas, en las que las estructuras MEMS se encuentran en el mismo sustrato de silicio al lado de la parte de procesamiento electronico de las señales (materiales polimericos: PMMA, SU8, LOR; materiales piezoelectricos: PZT, nanoparticulas magneticas o materiales biologicos como los eritrocitos).
* Los microsensores y actuadores utilizan efectos multifisicos para producir el efecto de vision deseado o el efecto traductor, por eso el enfoque es interdisciplinar.
* El acoplamiento de diferentes fenomenos fisicos en una unica estructura, representa un reto, tanto en lo que se refiere a la eleccion de la solucion constructiva como para la integracion, la eleccion de la interfaz para utilizarla de ejemplo en analisis rapidos de gran precision.
* Un elemento novedoso y complejo lo constituye la inclusion y adaptacion en tecnologia de silicio de unos materiales y procesos tecnologicos nuevos no especificados (bio-chemo) que necesitan de experimentacion y soluciones innovativas par su compatibilidad.
* Las soluciones innovativas se refieren tambien a las diferentes configuraciones, por ejemplo se abordaran no tan solo las estructuras lineares simples sino tambien las de tipo "folded", donde seran necesarias microconsolas mas largas y mucho mas sensibles. Beneficiarios de los resultados y potencial de aplicacion en la economia.
* Los microsistemas basados en microconsolas obtenidas con tecnicas MEMS son son necesarias para una larga gama de aplicaciones: diagnostico medico, dispositivos de seguridad, procesos de control de calidad alimentaria (sensores bio-quimicos portatiles), analisis de aromas, monitorizacion del medio ambiente, conservacion de la energia. Los beneficiarios son de diferentes domenios economicos.
* La aplicacion de los resultados contribuira a la seguridad de los sistemas industriales, de los ciudadanos y a la mejora del medio con el qual se pueda comunicar e interaccionar, contribuyendo a la mejora de la calidad de vida.
* Gracias a la utilizacion de tecnologias nuevas y modernas (micro y nanotecnologias) se realizaran en el pais productos de tipo MEMS integrados, miniaturizados y con elevada sensibilidad.
* La diversificacion y la introduccion de unos procesos nuevos de fabricacion, determinaran la mejora de la calidad y la competitividad de los productos rumanos, introduciendo en el mercado productos nuevos (a socios industriales o a otros agentes economicos).
* Posibilidad de penetrar en nuevos campos, redireccionando la produccion (de tecnologia) hacia las demandas de los mercados internos y externos.
* Participar en proyectos internacionales en el marco del programa FP7, FP8, investigando campos que contribuiran a la mejora de la calidad de vida y del medio ambiente.
