MEMS TEKNOLOGI
Nama
: Ivan Safutra Muis
NRP
: 111100031
Program Studi
: Teknik Elektro
Mata kuliah
: Kapita Selekta
Peminatan
: Teknik Tenaga Listrik
Semester
: Genap
Tahun Akademik : 2013/2014
1
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, yang telah memberikan izin dan kekuatan kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini dengan judul ’’ Mems Teknologi” tepat pada waktunya. Tugas ini ditujukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Kapita Selekta. Tidak lupa kami sampaikan terimakasih kepada dosen
yang telah membantu dan membimbing kami dalam
mengerjakan makalah ini. Kami juga mengucapkan terimakasih kepada teman-teman mahasiswa yang juga sudah memberi kontribusi baik langsung maupun tidak langsung dalam pembuatan
makalah ini. Kami menyadari bahwa makalah ini masih banyak kekurangan dan kelemahannya, baik dalam isi maupun sistematikanya. Hal ini disebabkan oleh keterbatasan pengetahuan dan wawasan kami. Oleh sebab itu, kami sangat mengharapkan kritik dan saran untuk menyempurnakan makalah ini. Akhirnya, kami mengharapkan semoga makalah ini dapat memberikan manfaat, khususnya bagi penulis dan umumnya bagi pembaca.
2
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada tahun 1960, para ilmuwan mencari tahu bagaimana cara menyusun sejumlah besar transistor dalam satu buah chip. Chip ini kemudian dapat dibuat dalam sirkuit microelectronic yang secara dramatis dapat meningkatkan performa, fungsi, kemampuan, dan juga mengurangi biaya serta meningkatkan volume produksi. Teknologi ini banyak memicu pengembangan dalam revolusi informasi. Yang terbaru, ilmuwan telah mengetahui bahwa tidak hanya alat elektronik, namun juga alat mekanis, bisa diminiaturisasi dan diberi tanda fabrikasi, memberikan harapan kepada dunia mekanika seperti yang telah diberikan teknologi sirkuit terintegrasi kepada dunia elektronik. Sementara elektronik menyediakan otak untuk produk dan sistem terbaru, alat mikromekanik dapat menyediakan sensor dan aktuator mata dan telinga, tangan dan kaki. Micro-Electro-Mechanical Systems, atau MEMS, adalah teknologi yang dalam bentuk yang paling umum yang dapat didefinisikan sebagai elemen miniatur mekanik dan elektro-mekanis (yaitu, perangkat dan struktur) yang dibuat dengan menggunakan teknik microfabrication. Dimensi fisik kritis perangkat MEMS dapat bervariasi dari di bawah satu mikron pada ujung bawah dari spektrum dimensi, semua jalan ke beberapa milimeter. Demikian juga, jenis perangkat MEMS dapat bervariasi dari struktur yang relatif sederhana tidak memiliki elemen bergerak, sistem elektromekanis untuk sangat kompleks dengan beberapa elemen bergerak di bawah kendali mikroelektronika terpadu. Salah satu kriteria utama MEMS adalah bahwa setidaknya ada beberapa elemen yang memiliki semacam fungsi mekanis atau tidaknya unsur-unsur bisa bergerak. Istilah yang digunakan untuk mendefinisikan MEMS bervariasi di berbagai belahan dunia. Di Amerika Serikat mereka sebagian besar disebut MEMS.
3
1.2
Rumusan Masalah
Ada beberapa masalah yang akan dibahas pada makalah ini yaitu meliputi :
1.3
Apa yang dimaksud dengan MEMS (mikrosistem) ?
Apa jenis-jenis dari perangkat MEMS ?
Bagaimana tahapan-tahapan pembuatan MEMS ?
Apa saja aplikasi dari perangkat MEMS ?
Tujuan Penulisan
Makalah ini ditulis untuk membahas lebih lanjut mengenai MEMS, yang meliputi prinsip kerja, desain konfigurasi, tahapan fabrikasi, dan yang terakhir, makalah ini juga akan membahas aplikasi MEMS dalam berbagai bidang, yaitu bidang industri, otomotif, dan juga kesehatan, dimana aplikasi pada bidang kesehatan banyak menarik perhatian banyak pihak.
4
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Pengertian Mems Micro-Electro-Mechanical Systems, atau MEMS, adalah teknologi yang dalam bentuk yang paling umum yang dapat didefinisikan sebagai elemen miniatur mekanik dan elektro-mekanis (yaitu, perangkat dan struktur) yang dibuat dengan menggunakan teknik microfabrication. Dimensi fisik kritis perangkat MEMS dapat
bervariasi dari di bawah satu mikron pada ujung bawah dari spektrum dimensi, semua jalan ke beberapa milimeter. Demikian juga, jenis perangkat MEMS dapat bervariasi dari struktur yang relatif sederhana tidak memiliki elemen bergerak, sistem elektromekanis untuk sangat kompleks dengan beberapa elemen bergerak di bawah kendali mikroelektronika terpadu. Salah satu kriteria utama MEMS adalah bahwa setidaknya ada beberapa elemen yang memiliki semacam fungsi mekanis atau tidaknya unsur-unsur bisa bergerak. Istilah yang digunakan untuk mendefinisikan MEMS bervariasi di berbagai belahan dunia. Di Amerika Serikat mereka sebagian besar disebut MEMS.
Gambar 1 Wafer silikon adalah contoh dari bentuk mikroteknologi
5
Sistem mikro elektromekanikal atau MEMS ( Micro Electro Mechanical System), pertama kali disebut pada tahun 1980 untuk menjelaskan sistem mekanikal terbaru dan canggih pada chip, seperti motor mikroelektrik, resonator, roda gigi, dan sebagainya. Saat ini, istilah MEMS digunakan untuk merujuk pada alat mokroskopik dengan fungsi mekanikal yang bisa diproduksi secara masal (seperti contoh, susunanroda gigi mikroskopik yang dipasang pada mikrochip dikatakan sebagai MEMS, namun generator laser mini tidak). Di Eropa, istilah
MST
(Micro
System
tehnology)
lebih
sering
digunakan,
dan
di Jepang MEMS disebut dengan "micromachine". Perbedaan istilah-istilah tersebut sangatlah kecil. Dalam bentuk yang paling umum, MEMS terdiri dari mechanical microstructure, microsensors, microactuators, dan microelectronics, yang semuanya terintegrasi pada silikon chip yang sama, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2 berikut.
Gambar 2 skematik dari komponen MEMS
6
2.2
Komponen Mems Microsensor mendeteksi perubahan sistem atau lingkungan dengan pengukuran
mekanik, termal, magnetik, kimia, informasi elektromagnetik atau fenomena. Contoh jenis jenis microsensor :
Sensor mekanik
Sensor suhu
Sensor radiasi
Sensor magnetik
Micrelectronics bertugas untuk memproses informasi dan memberikan sinyal, dan memindahkan mikro untuk bekerja sama dengan satu sama lain dan untuk melakukan tugas yang diberikan. Contoh jenis – jenis Micrelectronics :
Driver circuits
Signal Condition
Signal Processing
Signal Transmission
Control system
microactuator untuk bereaksi dan memberikan beberapa bentuk perubahan lingkungan seteleh mendapatkan sinyal dari microelectronics. Contoh jenis – jenis Microactuator :
Actuators Electrostatic
Actuators Magnetic
Actuators Piezoelectric
Actuators Hydraulic
Actuators Suhu
mechanical microstructure komponen dari MEMS yang bertugas mengontrol atau penggeraknya. . Contoh jenis – jenis mechanical microstructure :
Micromirror
Microvalve
7
2.3
Microfluidic Elemen mekanik lainnya
Fitur Sistem Mikro
Miniaturisasi sangat penting
Multiplisitas adalah kunci untuk sukses microsystem
Microelectronics yang dibutuhkan untuk memindahkan mikro untuk bekerja sama dengan satu sama lain dan untuk melakukan tugas yang diberikan.
Gambar 3. Fitur dalam sistem mikro
8
2.4
Cara lain jika melihat MEMS - menghubungkan domain ilmu yang berbeda
Gambar 4. Aspek lain dari MEMS
Gambar 5. Sifat Alami Multi dari Teknik Microsystems
9
BAB III
PEMBAHASAN
Pada pembahasan ini, akan dijelaskan bagaimana macam – macam tahapan pembuatan perangkat MEMS, cara kerja dari MEMS serta MEMS serta aplikasi dari MEMS tersebut.
3.1 Macam – macam proses tahapan untuk pembuatan perangkat MEMS Dalam pembuatan perangkat MEMS dapat dilakukan dengan berbagai macam cara yaitu :
Micromachining
Bulk micromachining
Surface micromachining
Wafer bonding
LIGA
Micromolding
3.2 Tahapan-tahapan pembuatan MEMS Tahapan proses pembuatan MEMS disini akan dijelaskan pada proses Bulk micromachining, • Surface micromachining, wafer bonding, LIGA, micromolding.
Micromolding
.
10
Gambar 6. Sensor tekanan Bulk Micromachined
Surface Micromachining
MEMS yang dibuat menggunakan film didepositkan pada wafer seperti CMOS A. Lapisan structural memiliki sifat mekanik, listrik, dan suhu yang didinginkan. B. Lapisan sacrificial mendukung lapisan structural sampai tergores seperti pada gambar 8 berikut
Gambar 8. Perangkat yang tergores MEMS
11
C. Lapisan bahan structural dan sacrificial yang disimpan dan berpola seperti pada gambar 9 berikut :
Gambar 8. Surface Micromachining .
Bulk surface micromolding A. Dry Etching B. Wet etching C. Yaitu proses menghilangkan substrat itu sendiri.
1. Wet etching Prosesnya membutuhkan wadah dengan larutan cauran yang akan melarutkan materi seperti pada gambar 10 berikut
12
Gambar 9. Perbedaan isotrophic Etching dengan Anisotropic Etching 2. Dry etching
Reactive ion Etching
Reactive ion Etching
Vapour phase etching
Yaitu Uap tahap etching Ion dipercepat dan bereaksi pada permukaan
Gambar 10. Dry Etching
LIGA ( Litography Galvanoformung Electroplating Abformung) (Injection Molding) A. Digunakan untuk membuat aspek rasio yang sangat tinggi dan digunakan untuk pembuatan volume tinggi. B. Aspek ratio tinggi litoghraphy adalah kunci untuk LIGA
Gambar 11. LIGA
13
Micro molding
Digunakan untuk mentransfer bentuk mikroskopis yang dibuat sebelumnya melalui produksi massa dan digunakan berbagai bahan termasuk Si.
Gambar 12 micro molding
3.3 Prinsip kerja MEMS
Gambar 13 MEMS Pressure sensor
14
Gambar 14 MEMS Pressure sensor
Pada gambar diatas ditunjukkan beberapa contoh dari bulk micro-machined piezoresistive pressure sensor . Resistor bisa didifusikan pada membrane atau dideposisi diatas membrane dengan lapisan isolasi intermediate (biasanya SiO2). Membrane di etching dari belakang wafer biasanya memiliki ketebalan puluhan micrometer. Etching berdasarkan waktu memiliki beberapa kelebihan yaitu membrane tidak membutuhkan doping boron. Bagaimanapun juga kemampuan untuk memproduksi dengan ketebalan membrane rendah. Etching dengan melibatkan boron memberikan control yang baik terhadap pengendalian ketebalan membrane, bagaimanapun tingkat doping yang tinggi melarang penggunaan difusi strain ganges. Maka dari itu electrochemical etching sering menggunakan membran dopingan yang lebih ringan. Karena membrane di etching dari belakang wafer yang sangat memungkinkan dengan standar proses IC fabrikasi. Contoh dari sensor, dengan menggunakan on chip elektronik dikembangkan oleh toyota, mereka mengkombinasikan piezoresistif pressure sensor dengan sebuah rangkaian elektronik bipolar untuk menghasilkan kompensasi temperature dan untuk mengubah tegangan keluaran ke dalam sebuah frekuensi yang mana lebih mudah dikoneksikan dengan r angkaian elektronika. Gambar diatas yang berada pada posisi tengah menunjukkan penampang skematik yang terakhir, dimana sebuah penguat operasional NMOS terintegrasi dengan sensor untuk amplifikasi dan kompensasi suhu sinyal strain ganges. Diusulkan dikombinasi dengan proses CMS standar. Dalam hal ini sirkuit CMS diwujudkan dalam tipe-N lapisan eptaxial seperti ditunjukkan pada gambar diatas. MEMS bekerja berdasarkan prinsip mekanik, melengkungnya diafragma yang terbuat dari lembaran silikon yang tipis (membrane) yang bersinggungan dengan tekanan gas atau udara. 15
3.4 Aplikasi dari perangkat MEMS a. Automotive Pada mobil digunakan beberapa jenis pressure sensor , yang memiliki prinsip kerja yang sama, yang berfungsi memonitoring tekanan. b. Medical Teknologi dibutuhkan untuk membuat sensor tekanan yang digunakan untuk kepentingan medis yang membutuhkan keahlian dalam membuat alat yang memiliki akurasi pada tekanan rendah. c. Industri Pada industry teknologi yang digunakan adalah sebagai switches, barometer pressure sensor, dan smart road d. Militer Pada
kegiatan
militer
teknologi
yang
accelerometers, micro propulsion systems.
16
digunakan
adalah
GPS,
gyroscope,
BAB IV
KESIMPULAN
MEMS atau Sistem Mikro Elektro Mekanikal adalah teknologi terbaru yang yang dalam bentuk yang paling umum yang dapat didefinisikan sebagai elemen miniatur mekanik dan elektro-mekanis (yaitu, perangkat dan struktur) yang dibuat dengan menggunakan teknik microfabrication. Kompoen-komponen MEMS (Micro Electro Mechanical System) terdiri dari Microsensors, MicroActuators, MicroElectronics , dan Microstructures. Tahapan-tahapan dari pembuatan MEMS adalah Bulk Micromachining, Surface Micromachining, Wafer, LIGA , dan Micro Molding. Aplikasi dari MEMS adalah penggunaan dalam bidang industry, otomotif, medical,militer, sampai telepon seluler. Contoh – contohnya produk menggunakan MEMS adalah Accelerometer, Gyroskop, Micro Propulsion system,
17
BAB V
DAFTAR PUSTAKA
1. “What is MEMS technology”, https://www.mems-exchange.org/MEMS/what-is.html 2. “Mikroteknologi”, http://id.wikipedia.org/wiki/Mikroteknologi 3.
Verdavathi S , “Fabrication of MEMS Pressure Sensor for Lab Course E3-222 ”, 2011 ,
18
19
