UNIVERSITATEA TEHNICĂ “Gheorghe Asachi“ din Iași

FACULTATEA DE ELECTRONICĂ

TELECOMUNICAŢII ŞI TEHNOLOGIA INFORMAŢIEI

PROIECT MICROSISTEME ELECTROMECANICE

Aplicaţii la limita dintre micro- şi nano-tehnologii. Tendinţe şi orientări în micro- şi nano-tehnologiile de viitor

Student:

COZMA ELENA-ISABELA

Grupa: 56RC

MEMS. Introducere

MEMS = Micro Electro Mechanical Systems - în SUA; MST = Microsystems technology, în Europa; Micromachines, în Japonia

MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) sunt dispozitive în tehnologii noi, implicând componente mecanice şi electrice, cu posibilitatea de a interacţiona cu mediul înconjurător. MEMS sunt microsenzori şi microactuatori, integraţi pe acelaşi cip cu circuite electronice complexe (pentru amplificare, transmisie, cuplare, alimentare, etc.). Tehnologia de bază a acestor dispozitive este tehnologia pe siliciu (de obicei CMOS), la care se adaugă depuneri de straturi pentru interacţiunea cu mediul înconjurător şi corodări controlate pentru crearea unor profile în materialul de bază ce se pot deplasa comandate de un semnal. Datorită aplicaţiilor în domenii foarte variate şi a utilizării dedicate, se utilizează materiale foarte variate. Practic, există o tehnologie pentru fiecare clasă de dispozitive MEMS. S-a început realizarea acestor dispozitive odată cu caracterizarea polisiliciului din punct de vedere mecanic. Au fost utilizate apoi materiale din ce în ce mai variate, cu proprietăţi mecanice specifice.

Există foarte multe tehnologii de realizare a MEMS-urilor, acestea nefiind dispozitive standard. Prezentăm o tehnologie de realizare prin corodări succesive pe siliciu a unei structuri de tip cantilever, care se poate mişca la unul din capete, reprezentat schematic în figură:

Principiile de măsură ale senzorilor MEMS

Măsurătorile în sistem MEMS pot fi de trei tipuri: -

-măsurători optice

-măsurarea capacităţii formate din structurile care se pot deplasa (iar capacitatea rezultată variază)

-măsurători în care există două structuri alternative interdigitate cuplate, unul folosit ca senzor şi altul folosit ca actuator

Exemple de aplicaţii MEMS

-Pompe pentru capetele de printare

-Accelorometre pentru activarea air-bagurilor

-Senzori de presiune

-Senzori chimici, utilizaţi mai ales în medicină.

-Displayuri electronice, bazate pe arii de micro-oglinzi

-Sisteme de achiziţie de date, bazate pe microscoape STM (Scanning Tunneling Microscopes)

-Senzorii pentru controlul aerodinamic sunt plasaţi pe aripile avioanelor. Senzorii detectează acceleraţia şi direcţia avioanelor

-Relee MEMS de radio-frecvenţă, sunt incluse în sistemele sateliţilor

-Senzori şi transmiţători MEMS incluse în sisteme de geo-locaţie

Senzori MEMS pentru aplicaţii industriale

Dezvoltatorii de aplicaţii mobile, la fel ca şi cei de aplicaţii pentru jocuri sau automotive, au fost primii care au aflat avantajele utilizării senzorilor MEMS. Aceşti senzori deschid o multitudine de opţiuni pentru aplicaţii în industrie, medicină şi sfera aparatelor electrocasnice.

Deosebit de atractive pentru multe aplicaţii sunt accelerometrele pe 3 axe. Cu un cost mult sub 1 Euro şi o multitudine de caracteristici, acestea oferă un raport excelent calitate – preţ. Printre produsele care se remarcă în prezent şi care conţin accelerometrele cu 3 axe MEMS se numără LIS3DH de la STMicroelectronics şi BMA250E de la Bosch Sensortec. Ambele sunt extrem de eficiente energetic, au dimensiuni reduse şi, prin urmare, sunt recomandate în special pentru aplicaţii în dispozitivele mobile. Datorită modului low power, consumul de energie al modelelor ST LIS3DH poate fi redus la numai 2μA, iar senzorul de la Bosch Sensortec are nevoie de mai puţin, de 5μA. Cu ajutorul funcţiei Wake-up on Motion (“trezire la mişcare”), consumul de energie pentru toate aplicaţiile este redus semnificativ şi durata de viaţă a bateriei

va creşte. Aplicaţia este setată iniţial în modul “sleep“, iar în momentul în care senzorul MEMS înregistrează o mişcare, aplicaţia este reluată (Gestionarea Inteligentă a Energiei).

Dimensiunile carcaselor senzorilor de 3 × 3 × 1mm (LIS3DH) sau 2 × 2 × 0,95mm (BMA250E) sunt ideale pentru aplicaţiile în care spaţiul este esenţial. Ambele modele oferă valori exacte cu privire la intervalele programabile de măsurare de ± 2g, ± 4G, ± 8G şi ± 16G, cu o sensibilitate de la 1mg/unitate binară pentru LIS3DH sau 256LSB/g pentru BMA250E în intervalul de 2g. Senzorii au o rezoluţie digitală de 12-biţi sau 10-biţi, iar compensarea tipică 0g de-a lungul întregului ciclu de viaţă este de ± 40 mg la ST şi ± 80 mg la Bosch.

Multitudinea de caracteristici oferă nenumărate posibilităţi pentru aplicaţii.

Ambele accelerometre dispun de funcţia freefall detection (“detectarea căderii libere”), care este în prezent utilizată cu precădere în hard-drive-urile laptop-urilor astfel: capul de scriere şi cel de citire sunt aduse într-o poziţie sigură, de îndată ce senzorul înregistrează căderea liberă. Pe acest principiu, şi utilaje, cum ar fi ferăstrăul cu lanţ sau macaraua cu control de la distanţă, sunt aduse într-o stare de siguranţă la depistarea căderii libere, prin intermediul opririi de urgenţă. Datorită detectării celor mai mici mişcări şi vibraţii, cum ar fi schimbarea poziţiei,

accelerometrele sunt eficiente în protecţia împotriva actelor de vandalism sau furt, de exemplu din conductele de petrol, de gaze, automate sau obiecte de valoare.

Înregistrarea de vibraţii poate fi utilizată pentru a verifica funcţionarea corespunzătoare a utilajului şi pentru a declanşa oprirea de urgenţă în caz de funcţionare neconformă. Aplicaţiile HMI pot fi furnizate prin folosirea unor senzori cu caracteristici noi, îmbunătăţite. Cu ajutorul aşa-numitului display profile switching (“comutarea profilului ecranului”), alinierea imaginii în unităţile de comandă portabile poate fi adaptată, atunci când ecranul este rotit la 90° – similar cu aparate foto digitale. Funcţia flat detection permite, de exemplu, prin recunoaşterea poziţiei, oprirea sunetului (la smartphone) sau întreruperea unei aplicatii dacă există vibraţii. În multe aplicaţii, este posibil controlul accelerometrelor printr-o atingere sau o atingere dublă. Aceasta elimină necesitatea existenţei unui buton suplimentar şi astfel dă posibilitatea unui control simplificat. Atractive pentru aplicaţiile mobile de fitness sau pentru monitorizarea sănătăţii sunt şi funcţiile de pedometru şi monitorizarea activităţii, care pot fi realizate prin intermediul accelerometrelor cu 3 axe. Acestea înregistrează acţiunile de mişcare ale utilizatorilor şi, astfel, calculează distanţa parcursă şi numărul de calorii arse. În eventualitatea unei căderi, în timpul unei excaladări de exemplu, senzorul detectează căderea liberă şi, în cazul în care corpul nu se mişcă, acesta declanşează o un apel de urgenţă. Atât STMicroelectronics cât şi Bosch Sensortec, oferă instrumente software şi hardware pentru testări preliminare cu senzori MEMS, cu o interfaţă grafică uşor de utilizat. Astfel că dezvoltatorii pot crea şi testa intensiv diferite setări şi apoi le pot aplica direct. În acest scop, ambii producători pun la dispoziţie plăci de programare, interfaţa de programare pentru aplicaţii (API) şi unităţi drive de nivel scăzut.

O multitudine de tipuri de senzori

În plus faţă de accelerometre, pe piaţă este disponibilă o paletă largă de tipuri de senzori MEMS. Astfel, microfoanele MEMS combină calitatea ridicată a sunetului şi rezistenţa cu dimensiunile minime, pentru aplicaţii de recunoaştere şi comandă vocală.

Comparativ cu microfoanele electrice clasice convenţionale (ECM), modelele MEMS sunt mai fiabile şi rezistente şi au caracteristici mai bune pe curba de temperatură. În prezent, acestea sunt puţin mai scumpe decât microfoanele convenţionale, dar în curând vor ajunge la acelaşi preţ sau chiar mai ieftine. Acestea sunt potrivite nu numai pentru aplicaţiile HMI industriale, ci şi pentru sistemele de navigaţie, sistemele handsfree sau sistemele pentru conferinţe. STMicroelectronics oferă modele digitale (MP34DT/ DB01/MP45DT02) şi analogice (MP33AB01/B01H), cu un raport semnal-zgomot de până la 63dB, la un răspuns în frecvenţă foarte joasă. (20Hz până la 20kHz). Senzorii de viteză unghiulară contribuie la o mai mare securitate, ca de exemplu în cazul bormaşinilor. Aceştia depistează turaţia bormaşinii atunci când burghiul se blochează în beton şi asigură oprirea de urgenţă.

Senzorii de presiune barometrică MEMS măsoară presiunea aerului şi calculează valoarea înălţimii coloanei cu o precizie de 25cm. Astfel, senzorii de presiune deschid noi posibilităţi de aplicare pentru navigaţia în mediul interior, în parcările magazinelor sau în parcurile auto. Pot ajuta chiar şi în operaţiunile pompierilor şi poliţiei, salvând vieţi, prin afişarea locurilor din clădiri în care se găsesc persoane accidentate.

În sistemele de navigaţie, acestea oferă poziţia exactă a vehiculului pe străzi

cu mai multe benzi. Prin combinarea mai multor senzori, posibilităţile se extind aproape nelimitat. De exemplu, în cazul unei maşini de spălat: senzorii de presiune pot măsura nivelul, în timp ce accelerometrele detectează încărcarea şi senzorii optici verifică gradul de încălzire al apei, astfel încât programul de spălare/uscare să poată fi adaptat într-un mod optim.

Giroscoape cu MEMS

Giroscoapele sunt destinate să măsoare viteze de rotaţie sau orientarea faţă de o axă dată. Există giroscoape ce măsoară orientarea pe 2 sau 3 direcţii ortogonale. Există două tipuri de giroscoape: unele măsoară viteza, altele o integrare a acesteia. Primul tip are o singură direcţie de deplasare. Semnalul de ieşire este produs prin precesie şi poate fi o tensiune electrică, un curent electric sau poate comuta un releu. Există giroscoape ce se bazează pe efecte optice, o rază laser se oglindeşte pe structuri conectate la dispozitivul în mişcare (RLF– ring laser gyros). Prin “gimbal” se înţelege o structură care se poate roti continuu în jurul unei axe, dar care este fixată la un capăt. Când o masă se roteşte, efectul giroscopic produce o mişcare de precesie–mişcare ortogonală pe sensul de rotaţie, de-a lungul axei în jurul căreia s-a rotit, indicând unghiul de rotaţie. Axa de care e fixată se

conectează cu un sistem de resorturi sau tehnici MEMS. Tensiunile apărute în resort sunt proporţionale cu viteza de rotaţie. Un giroscop MEMS este cuplat la un circuit electronic care permite modularea semnalului electric cu o frecvenţă şi amplitudine proporţionale cu cele produse de forţa Coriolis. Acest semnal este apoi comparat cu un semnal de referinţă.

Comutatoare de frecvenţă înaltă

Comutatoarele de frecvenţă înaltă sunt în dezvoltare de mulţi ani, dar aplicaţiile comerciale apar recent. Problemele sunt legate de combinarea eficienţei, reproductibilităţii şi fiabilităţii. Sunt mult mai compacte, consumă putere mai mică şi asigură integritatea sistemului, în comparaţie cu comutatoarele / releele clasice.

Multiplexoare optice

La ora actuală, după studii de mulţi ani, au fost comercializate de firma Texas Instruments oglinzi pentru displayuri optice (DMD – Digital Micromirror Device). Firma Texas Instruments produce proiectoare video pentru televiziune.

Există mai multe tipuri de sisteme DLP. Unele folosesc trei matrici DMD, câte una pentru fiecare culoare. Altele folosesc o singură matrice şi un filtru optic pentru obţinerea celor trei culori necesare ecranului televizorului. Oglinzile în tehnologia MEMS sunt foarte rapide, asigurând comutarea între culori cu o viteză care asigură continuitate din punct de vedere al ochiului uman. Avantajul utilizării sistemului DLP în comparaţie cu sistemele clasice (plasmă, LCD, fluxuri de electroni de înaltă rezoluţie) sunt legate de rezoluţie mai înaltă, raport ridicat între luminanţa ecranului şi puterea sursei de radiaţie. Realizarea matricilor optice în microtehnologii asigură productivitate ridicată şi cost scăzut. Matricile DMD sunt la începutul vânzării pe piaţă. Este de presupus că vor fi utilizate şi în alte displayuri, cum ar fi cele din telefoanele mobile.

Actuatori termici pe bază de MEMS

O mişcare mecanică datorată încălzirii neuniforme se obţine prin realizarea unei structuri ca în fig de mai jos. Dacă prin cele două braţe trece acelaşi curent, rezistenţa electrică a braţului mai îngust este mai mare, deci, pe baza legii lui Joule, căldura disipată este mai mare. De obicei se utilizează o latură îngustă între trei laturi mai late. Se obţine astfel o “amplificare termică”. Deoarece toate laturile se dilată proporţional cu temperatura lor, într-o structură MEMS compusă dintr-o latură îngustă şi trei laturi mai late se obţine o deplasare mecanică (latura îngustă se dilată mai mult şi împinge laturile mai late). Structura va fi un actuator (transformă energia electrică într-o energie mecanică). Structurile au ca material de bază un polimer, deoarece se pot fabrica polimeri cu coeficienţi de dilatare foarte diferiţi.

Termocuple

În microtehnologie este dificil de obţinut o structură din două materiale diferite în plan, dar se poate realiza acest lucru pe verticală. Se realizează o structură asemănătoare cu termocuplele macroscopice prin depunerea a două materiale cu coeficienţi de dilatare foarte diferiţi. Datorită dilatării diferite structura se îndoaie. Dacă stratul de dedesubt are coeficient de dilatare mai mare la încălzire structura se va îndoi înspre partea superioară. În acest fel se formează un actuator termic (dispozitivul transformă energia termică în energie mecanică, iar în cazul în care căldura rezultă prin efect Joule, prin trecerea unui curent electric prin cele două straturi sau dacă acestea sunt încălzite de o structură ce degajă căldură, rezultă un transformator electric – mecanic).

Microrezonatori

Sunt structuri ce înlocuiesc rezonatorii electrici din sistemele cu filtre electronice, utilizate în telecomunicaţii. De exemplu sunt utilizaţi în telefoane mobile, fiecare telefon având o frecvenţă de rezonanţă specifică. Ca la majoritatea semnalelor electrice, există o serie de frecvenţe care corespund semnalului, iar microrezonatorii sunt utilizaţi pentru a filtra semnalul pentru a reţine numai frecvenţa caracteristică. Semnalul electric este transformat într-un semnal mecanic, trecut prin filtrul cu rezonatori micromecanici, apoi transformat din nou în semnal electric. Sistemele cu rezonatoare includ atât stimulatori electrici cât şi electrozi de măsură. Aceste structuri sunt în curs de cercetare. În fig. de mai jos se prezintă o microfotografie a unei structuri rezonante. Semnalul electric este un semnal variabil, de obicei sinusoidal. Amplitudinea de vibraţie depinde de cât de apropiate sunt frecvenţa semnalului electric de frecvenţa proprie de oscilaţie a structurii mecanice. La ieşire se obţine o tensiune electrică proporţională cu mărimea deplasării mecanice. Fiind o structură în coincidenţă, orice frecvenţă diferită de cea proprie de oscilaţie este eliminată. Microfotografia prezintă microrezonatori vibrând în domeniul zecilor de MHz, frecvenţe ce se consideră un domeniu intermediar de frecvenţe (frecvenţe mici faţă de cele din domeniul telecomunicaţiilor). Pentru a obţine astfel de frecvenţe distanţa dintre partea mobilă şi cea fixă este de ordinul 50 nm.

Structurile MEMS devin de o complexitate deosebită, mai ales în structuri de volum (3D), aşa cum se vede în fig.:

Senzori pe bază de MEMS utilizaţi în biochimie

În medicină, în tehnologia alimentelor şi în studiul mediului înconjurător sunt necesari senzori de dimensiuni mici, portabili şi care să aibă sensibilitate ridicată la anumite substanţe specifice celulelor animale şi vegetale, dar şi altor substanţe care pot fi dăunătoare corpului uman. Cercetările în acest domeniu sunt în plină dezvoltare, în paralel cu descoperirea a unor substanţe noi (sau descoperite

în prezent) care au influenţe asupra mediului înconjurător şi asupranmetabolismului. Măsurătorile clasice implică analize lungi şi scumpe (tehnici cromatografice, microscopie). Structurile de tip MEMS permit realizarea de senzori miniaturizaţi, cu viteze ridicate de răspuns şi posibilitatea de a fi conectaţi la circuite electronice care simplifică măsurătorile. Ceea ce trebuie optimizat la aceşti senzori este sensibilitatea şi selectivitatea la anumite substanţe.

Senzorii MEMS utilizaţi pentru detectarea substanţelor chimice sau biologice sunt formaţi dintr-un detector MEMS şi un circuit integrat în tehnologia CMOS. Detectorul MEMS are un strat traducător care interacţionează cu substanţa chimică printr-un fenomen de adsorbţie, transfer de sarcini, reacţie chimică, etc. şi un sistem care detectează acest fenomen prin variaţia masei, volumului, proprietăţilor optice, etc. Fenomenele enumerate trebuie să fie reversibile şi să poată fi traduse într –un semnal electric (variaţia frecvenţei, amplitudinea curentului sau tensiunii electrice sau a rezistenţei). Stratul traductor folosit este de tip organic sau anorganic, de exemplu SnO2 pentru detectarea gazelor reducătoare ca hidrogen, monoxid de carbon, oxizi de azot. Straturi de ZrO2 sunt utilizate pentru detectarea oxigenului, oxid de azot, amoniac. Straturile organice ca polisiloxan, poliuretan, polianilina sunt utilizate pentru monitorizarea hidrocarburilor, compuşi halogenaţi şi alţi compuşi volatili organici.

Senzori chemo-mecanici

Sistemul de detecţie se bazează pe acumularea substanţei de detectatpe stratul senzitiv. Există şi senzori bazaţi în majoritate pe caracteristicile polimerilor de a-şi modifica parametrii mecanici în contact cu substanţa de detectat (modulul de elasticitate, densitatea, vâscozitatea). Variaţia masei poate fi apoi monitorizată prin măsurători statice ale stresului mecanic sau prin măsurarea frecvenţei de rezonanţă a unei structuri care poate vibra (specific pentru MEMS). În această structură se transformă mişcarea membranei de siliciu în variaţia unei capacităţi electrice. Un alt tip de dispozitiv este senzorul FPW (Flexural-Plate-Wave). Acestaneste o structură interdigitală de tip MEMS, realizată pe siliciu al cărui element vibrator este o membrană de grosime foarte mică (2…3micrometri).Stratul senzitiv este depus pe această structură, care este un strat foarte subţire (corodat) de siliciu. O astfel de structură permite obţinerea unor unde de frecvenţă joasă

(3…10 MHz). Viteza undei depinde de grosimea membranei, deci este sensibilă la orice depunere suplimentară de substanţă.

Etapele tehnologice de realizare a dispozitivului sunt:

1)depunerea aluminiului şi a nitrurii de siliciului (prin tehnologia LPCVD –Liquid Phase Chemical Vacuum Deposition)

2)corodarea siliciului la partea sa inferioară pentru obţinerea unui strat subţire ce poate vibra

3)depunerea oxidului de zinc (strat piezoelectric, ce transformă stresul mecanic în tensiune electrică)

4)depunerea aluminiului pentru contacte

5)depunerea stratului adsorbant (traducător) prin tehnologia sol-gel.

Structurile prezentate au avantajul de a fi realizate pe siliciu, pe care se pot obţine matrici de astfel de dispozitive sau combinate cu alţi senzori, de asemenea se realizează şi circuitul de condiţionare şi amplificare a semnalului dat de senzor.

Elemente de nanotehnologie

Secolul XXI se confruntă cu transformări de anvergură atît în ştiinţele naturii cît şi la nivel social, economic, uman. Societatea tinde spre informatizare şi globalizare a schimburilor comerciale datorită dezvoltării şi integrării pe verticală respectiv pe orizon- tală a proceselor de producţie avansate ce înglobează ultimele inovaţii ale ştiinţei şi teh- nologiei. Ca orice transformare impactul asupra mediului, dezvoltării sociale, sănătăţii, dezvoltării demografice respectiv a necesarului de energie este considerabil. Asistăm la transformări şi crize de neimaginat altădată: reducerea considerabilă a combustibililor fosili, noi tipuri de boli, epidemii care altădată erau necunoscute, transformări ale naturii datorită încălzirii glo-bale, creşterea accelerată a stresului, modificări drastice în mediu datorită noxelor şi deşeurilor, dispariţii de specii naturale etc.

Cum acţionăm să prevenim? Cum monitorizăm aceste fenomene? Ce soluţii avem pentru surse noi de energie şi combustibili ecologici? Cum reintegrăm deşeurile? Cum prevenim bolile sau le vindecăm pe acelea incurabile?

Ce soluţii ne oferă ştiinţele şi tehnologiile actuale sau cele de viitor? Un răspuns categoric nu exisă iar lucrurile trebuiesc privite în

dinamica dezvoltării societăţii care este o societate de consum adică lucrurile bune astăzi devin neutilizabile mîine datorită apariţiei altora mai performante.

Un răspuns actual este dezvoltarea şi implementarea nanotehnologiilor la orice scală de dezvoltare a societăţii în curs de globalizare.

Nanotehnologia este germinată de rezultatele ştiinţelor interdisciplinare din secolul XX şi a noilor instrumente de investigare la scală nanometrică a materiei. Ea a generat ulterior o largă intermixare a ştiinţelor altădată considerate fundamentale şi a

propulsat noi domenii de cercetare de neimaginat cu cîteva decenii în urmă. În sens restrictiv este ştiinţa materialelor a căror proprietăţi depind de dimensiune şi cuprinde:

• Nanoştiinţele: fenomenele şi legile fundamentale ale fizicii, chimiei, biolo- giei aplicate la scală nanometrică.

• Nanoinginerie: manipularea moleculelor pentru a construi noi tipuri de materiale; instrumentele şi metodele prin care sunt proiectate şi realizate dispozitive la scală nanometrică, asamblarea lor în produse de larg consum şi pentru noi cercetări avansate.

Nanotehnologia, “tehnologia fabricaţiei secolului 21”, cuprinde ingineria de înaltă precizie, direcţia principală în aplicaţiile biomedicale din arii ca terapia genetică, tran- sportul dirijat de medicamente, noi tipuri de medicamente, tehnici de sinteză la scală na- nometrică sau mai concis arta manipulării atomilor individuali şi a moleculelor pentru a construi structuri cu proprietăţi dirijate.

Nanotehnologia reprezintă abilitatea de a construi obiecte prin asamblarea de atomi în secvenţe de timp bine precizate. A construi structuri pornind de la atomi şi molecule este necesar inventarea de dispozitive de asamblare la scală nanometrică. Rolul lor este de a asambla atomii şi moleculele în miliarde de configuraţii specifice unei structuri nano- metrice. Capacitatea ansamblurilor de a se autoreplica este una din cerinţele de bază a in- strumentelor nanometrice. Fiecare nanoinstrument va trebui să opereze în mod propriu şi să fie programabil.

Materialele sintetizate a căror dimensiuni caracteristice se situează între 1nm şi 100 nm au proprietăţi dependente de dimensiune. Aceasta prezintă un interes ştiinţific deosebit. Cu cît dimensiunea unui material se reduce cu atît fenomenele cuantice sunt mai pronunţate iar defectele sunt mai puţin importante ca în procesele de sinterizare ca exemplu.

Interesele industriale sunt enorme: depăşirea limitărilor din litografie pentru tehnologia semiconductorilor, cererea de control la nivel molecular, simplificarea pro- ceselor, durificarea suprafeţelor, aplicaţii fotonice, controlul permeabilităţii, biocompa- tibilitate pentru a enumera cîteva din ele

Nanotehnologia: este un domeniu multidisciplinar care aduce marile realizări şti- inţifice din Fizică, Chimie, Biologie, Matematică şi Ştiinţa materialelor spre aplicarea lor la a construi cu atomi şi molecule materiale la scală nanometrică cu inteligenţă artificială, structuri biocompatibile, surse de energie neconvenţionale, nanoroboţi pentru medicină, cipuri cu densitate mare a componentelor şi biomateriale auto-replicabile etc. Metoda de construcţie de jos în sus este astăzi cunoscută ca “building from bottom-up”. Este domeniul unde structurile biologice (ADN, proteine, oligomeri şi bio-oligomeri) sunt arhitecturate cu materiale sintetizate la scală nanometrică utilizînd tehnici combinte din fizică şi chimie (microscopia de forţe atomice, nanolitografia, fascicule mole-culare, nanoelectrochimie, sol-gel) cu cele din genetică; domeniul unde moleculele şi polimerii devin dispozitive electronice (electronica moleculară); domeniul unde proprietăţile materialelor sunt exploatate la extrem pentru tehnica spaţială; domeniul unde se dezvoltă întrega tehnologie a informaţiei. Ramurile Nanotehnologiei: nanofabricaţie, nanomecanică, nanorobotică, nano- compozite şi compozite nanostructurate, nanobiotehnologie, nanomedicină, electronică moleculară, MEMS, NEMS (sisteme micro/ nanoelectromecanice), microfluidică, medi- camente inteligente, textile inteligente, biosenzori, econanotehnologie.

Nanotehnologia a revigorat întreaga industrie electronică; astăzi dimensiunile unui tranzistor nu depăşeşte 180 nm într-un procesor

Aceste domenii de cercetare vor profita de combinarea eforturilor teoretice şi experimentale din electronica moleculară şi materialele inteligente supramoleculare.

Conexiunea dintre ramurile nanotehnologiei o constiuie Sistemele Micro şi Nano- electromecanice, discipline noi create o dată cu dezvoltările rapide din nano şi micro- litografie, microelectronică, stereolitografie.

Dispozitive MEMS, NEMS, bioMEMS sunt aplicate la structuri complexe inteligente care cu o decadă în urmă practic erau de domeniul science fiction. Domeniul este focalizat în prezent pe crearea de micro/nanosisteme în efortul de combatere a terorismului, aplicaţii în securitatea domestică (protecţia caselor,

terenurilor etc), secu- ritatea electronică, siguranţă în exploatare. Aspectele multidiscipinare sunt extem de complexe pentru

înţelegerea ingineriei acestor sisteme ce acoperă arii extem de largi: nanostructuri, nanoelectronică, micro- fluidică, senzori biochimici de înaltă rezoluţie, detecţia substanţelor chimice şi a agenţilor biologici nocivi, microsenzori pentru radioactivitate, senzori cu consum redus de putere, aplicaţii medicale, investigări noninvazive, biomimetică, secvenţierea rapidă a ADN-ului, transportul la ţintă a medicamentelor, polimeri electronici, nanooptică, tehnici analitice la nivel nanometric, nanoasamblare, nanointegrare, tehnologia informaţiei la scală nano- metrică, nanosisteme multifuncţionale, bionanointerfeţe.

Tehnologiile implicate în această ramură: microstereolitografie, microformări prin matriţare şi extrudare la dimensiuni submironice.

Produse şi servicii generate de nanotehnologie:

• Dispozitive chimice inteligente, compatibilitate pentru microsisteme; chimice, biocompatibilitate pentru bioMEMS;

• Senzori şi actuatori inteligenţi; • Microsisteme MEMS inteligente pentru microanalize; • Nanosisteme utilizate în transportul la ţintă a medicamentelor; • Electronica comunicaţiilor: microantene cu autocontrol,

reconfigurabile; tehnologia Bluetooth; RF-MEMS; • Laborator-pe un cip (lab on chip): compensare,

autocalibrare, transmisie de date; cipuri hibride; interfeţe auto-adaptabile;

• Materiale pentru electronic packaging; • Polimeri, biopolimeri autoasamblabili; • Sisteme CAD/CAM pentru structuri MEMS: modelare

electro-termo- mecanică, microfluidică; • Pentru medicină, farmacie, bioingieria dispozitivelor Lab-

on cip, biologie moleculară, inginerie genetică, proteomică, biomimetică: nanoboţi tran- sportori de medicamente reparatori de ţesuturi, nanoboţi cu proprietăţi de anticorpi, nanoboţi sanepizi.

• Tehnologie IT: dispozitive pe structuri CNT (nanotuburi de carbon), nanofotonică, pile sau celule de combustie nanometrice, dispozitive spintronice.

Practic este imposibil de a predicta implicaţiile nanotehnologiei dar simplu am putea considera că noile domenii ce apar se dezvoltă într-un ritm alert.