MEMS попутал

MEMS попутал

Андрей Фаткуллин

Выпускник Калифорнийского университета в Беркли Марк Новоролски (Mark Noworolski) разработал микросхему преобразователя напряжения DC-DC (постоянное - постоянное), не требующую для своей работы дополнительных внешних элементов.

Создание устройства стало основной частью работы Новоролски для получения докторской степени. Параметры прототипа не объявлены, но известны расчетные значения КПД - 87% и удельной мощности - 0,5 Вт/кв. см.

Автор открытия провел шесть лет в изысканиях, прежде чем к нему пришла удача. За свое достижение Новоролски получил приз в 50 тыс. долларов как победитель конкурса, проведенного компанией Merrill Lynch. Хотя подобным чипом преобразователя по заказу военных три года занималась американская фирма TMS Technologies, сообщений о выпуске таких микросхем пока не поступало.

Обычно для нормального функционирования чипов-преобразователей напряжения требуются относительно громоздкие внешние индуктивные и емкостные элементы. Если надобность в них отпадет, это приведет к еще большей миниатюризации и увеличению надежности портативных компьютеров и мобильных телефонов.

Электрическую емкость и индуктивность Новоролски заменил на внутричиповый эвивалент с причудливым названием "емкостно-приводной вертикально перемещаемый поликремниевый микромеханический прибор" (в оригинале - capacitively driven vertically motional polysilicon micromechanical device, см. wind.eecs. berkeley.edu/~jmn; прибор изображен на фото). Это структура из арсенала MEMS (MicroElectroMechanical Systems, или микроэлектромеханических систем), который удивительно быстро пополняется.

Направление микроэлектроники, называемое MEMS, имеет в русском языке много эквивалентов - механотроника, микротехника, микромеханика, микроэлектромеханика, микроприборостроение, микротроника. Главное в этой технологической ветке, грозящей стать магистральной после 2000 года, - это причудливое смешение механических и электрических полупроводниковых структур. Чтобы MEMS было удобнее разрабатывать, исследователи создали специальные системы проектирования, в которых можно моделировать свойства и механической, и электрической частей системы.

Электромеханические гибриды в последние годы громко заявили о себе. Например, уже упомянутая компания TMS Technologies разрабатывает ROM емкостью 10 Гбайт, которая должна быть размещена на стандартной карте PCMCIA. Если проект увенчается успехом, то это означает, что удалось добиться в двадцать раз большей плотности размещения информации, чем на CD-ROM. В перспективе с помощью новой технологии может довести плотность записи до 10 Тбайт/кв. см.

В MEMS возможно строить матрицы микромагнитов для двунаправленных перемещений. Кроме традиционного кремния, в MEMS применяют и экзотику типа карбида кремния (SiC) из-за его высокой теплопроводности, химической инертности, прочности и износостойкости. Год назад специалисты фирм SRI International и Du Pont освоили низкотемпературный процесс формирования SiC на кремниевых подложках.

Рынок MEMS дает ежегодный прирост на 50 процентов. Согласно маркетинговым исследованиям ассоциации Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI) только в США ожидается увеличение рынка с нынешних 1,93 млрд. долларов до 9,74 млрд. долларов в 2000 году. Наиболее перспективен рынок датчиков давления. Следующие возможные фавориты - устройства регулировки и управления потоками (микрофлюидика), оптические переключатели и запоминающие устройства большой емкости.

Что может помешать прогрессу механотроники? Только экономические соображения. Если MEMS будут изготавливать штучно с помощью рентгена и лазеров, то неизбежно высокая цена заставит многие компании подождать с созданием миниатюрных систем на их основе. Но если технология изготовления усовершенствуется, внедрение MEMS в полупроводниковое оборудование может революционизировать микроэлектронную технологию. Возникнет эффект катализатора. Cейчас подобное действие положительной обратной связи мы наблюдаем на примере совершенствования компьютеров, без которых немыслим все более усложняющийся процесс проектирования микросхем.