MEMS - teknologi i grenseland

Vi snakker ikke om ikke om et nytt begrep. Her i Norge startet det egentlig allerede i kjølvannet av at Olaf Stavik bygget den første transistoren på Sentralinstitutt for industriell forskning på 60-tallet.

Siden den gang er det etablert en rekke norske industribedrifter basert på MEMS-teknologi, og det drives fortsatt utstrakt forskning på feltet i Norge i dag, blant annet ved Sintef, Universitetet i Oslo og NTNU.

Annet innhold

Begrepet har derfor naturlig nok et annet innhold enn for 30 – 40 år siden. Lys har også sneket seg inn som et ekstra element i MEMS-teknologien. MOEMS, hvor O-en står for optisk, har også etter hvert blitt et kjent begrep.

Den klassiske løsningen er en piezoresistiv bærebjelke påmontert en gitt masse. Når denne utsettes for en kraft endrer motstanden seg. Denne motstandsendringen kan for eksempel brukes til måling av akselerasjon.

Dette prinsippet benyttes eksempelvis for akselerometere i airbag-systemer i biler hvor elektronikken er integrert i samme enhet. Det har gitt langt billigere, mer kompakte og ikke minst mer pålitelige airbag-systemer enn tidligere.

Infineon Sensonor har stått sentralt i utviklingen av denne teknologien. De benytter også MEMS i sine dekktrykksmålere som produseres i milliontall i Vestfold.

Nøyaktig høydemåler

Et tidligere datterselskap av Sensonor, Memscap AS, sitter i førersetet for EU-prosjektet Hastac (High Stability Altimeter System for Air Data). Dette skal gi bedre autopilotsystemer ved hjelp av ny teknologi i trykksensorer for høydemåling.

De første prototypene er levert for testflyvning, og etter planen skal systemet monteres om bord i fly i ordinær trafikk fra 2009. Prosjektet skal også videreføres i EU-systemet der sensorteknologien skal videreutvikles til også å kunne benyttes i flymotorer og for kabintrykk.

Styrer lyset

Sintef bruker teknologi utviklet for å lage datamaskiner til å styre og sortere lys. For å få til dette lager man mønstre bestående av millioner av linjer som er noen hundre nanometer brede.

Mønstrene plukker ut de bølgelengdene (fargene) man er interessert i å analysere og sender dem i bestemte retninger. Mønstrene ligger oppå bevegelige MEMS-strukturer slik at man kan velge hvilket lys man vil se på.

Dette brukes til alt fra å sortere plast i gjenvinningsstasjoner til å analysere luftkvaliteten i en romstasjon.

Ved Sintef snur man også om på rekkefølgen: Ved å la en vekt eller en lydbølge dytte på en mekanisk struktur, kan man få store endringer i lyset som sendes ut fra strukturen. Kombinert med en lysdetektor eller kamera brukes dette til å lage følsomme mikrofoner og vekter.

Klassisk akselerometer

I et klassisk MEMS piezoreistivt akselerometer får vibrasjoner massen i midten til å svinge. Dette bøyer bjelken massen er festet med. Når bjelkene bøyer seg blir det indusert en mekanisk spenning (strekk) i dem.

Dette fører til en endring i den elektriske motstanden i bittesmå elektriske motstander som er implantert i toppen av bjelkene. Motstandsendringen leses ut som et elektrisk signal ved hjelp av en målebro. Glasset over og under silisiumbrikken beskytter mot omgivelsene.

Dette akselerometeret er designet for å måle vibrasjoner på roterende maskineri, spesielt for trådløs overvåking offshore. Dette er et samarbeidsprosjekt mellom ABB, SKF, Sintef, StatoilHydro og BP.

Hører gassen

En besnærende MEMS-anvendelse er gassdeteksjon ved hjelp av lyd. Slike gassensorer har en membran som er dekket med et piezoelektrisk materiale (PZT) som virker som en høyttaler og en membran som virker som mikrofon.

Sensoren brukes til å bestemme lydhastigheten i gass noe som igjen kan benyttes for å bestemme innholdet av CO2 eller andre gasser.

Sensoren er tatt frem i et samarbeid mellom Hök Instruments i Sverige, Infineon Sensonor og Sintef.

Ser blodårene innvendig

Med såkalte kapasitive mikromaskinerte ultrasoniske transducere, CMUT, er det mulig å ”se” tilstanden inne i våre blodårer.

De skal brukes til å ta ultralyd bilder for å se om utposninger på blodårene (plakk) er farlige eller ikke.