Yeni teknik ile mikrosensör fiyatları 100 kat ucuzlayabilir

Yorumlar

2014 yılında 12 milyar dolarlık iş hacmine ulaşan MEMS sektörünün, birkaç cihaz tarafından finanse edildiği belirtiliyor. Bu cihazlardan en önemlileri, akıllı telefonlarda ekranın yönünü belirlemek için kullanılan ivme-ölçerler, hava yastığı sensörleri, inkjet yazıcılarda kullanılan mikro sensörler olarak gösteriliyor.

MEMS üretimi için milyar dolarlık karmaşık yarı iletken üretim tesislerine ihtiyaç duyuluyor iken başlangıç maliyet yatırımlarının çok yüksek olması ve pazarın başlangıç sermayesine göre dar kalması, teknolojinin gelişiminde ağırlığa neden olarak gösteriliyor.

MIT’ de yapılan araştırmalar doğrultusunda yayınlanan iki makale, bu durumun değişime yönelik umut vadettiğini ortaya koyuyor. Birinci makalede, geliştirilen masa üstü cihazı ile gaz sensörü üretiminin başarıldığı anlaşılıyor. Üretimi yapılan gaz sensörlerinin, ticari amaçlı kullanılan ve geleneksel karmaşık tesislerde üretilenler ile benzer performans sergilediği ifade ediliyor.

Diğer makalede ise araştırmacılar, MEMS imalatı yapılan masa üstü cihazın merkezi bileşeninin yüksek kaliteli 3-D yazıcı ile üretilebildiğini gösteriyor. Yayınlanan araştırmalardan yola çıkılarak, yeni üretim tekniği sayesinde en çok kullanılan MEMS olan gaz sensörlerinin maliyetlerinin %99 oranında düşeceği vurgulanıyor.

Yeni teknik sayesinde geleneksel MEMS üretimi harcamalarının devre dışı bırakılması, maliyetleri düşürüyor ve daha az ısı ile imalatı gerçekleştiriyor. Bir chip imalatı için gerekli olan sıcaklık 1000 derecelere ulaşırken, bu teknik en yüksek 60 derece sıcaklıkta imalatı mümkün kılıyor. Geleneksel üretim sürecinde kirlenmeyi önlemek için tüm süreç boyunca vakuma ihtiyaç varken, bu yeni teknik ile başlanan üretim birkaç saat içinde bitiyor, bu da vakum ihtiyacının süresini kısaltıyor.

MIT Mikrosistemler Teknoloji Laboratuvarın’da görevli bilim adamı ve her iki makalenin de baş yazarı olan Luis Fernando Velásquez-García ve yardımcısı Antonie P. Taylor, yoğun emitör dizilerinin güçlü elektrik alanına maruz kalmasıyla mikroskobik sıvı akıntıları çıkartmasına dayalı bir üretim tekniği üzerine araştırmalar yürütüyor. Gaz sensörü imalatında da yürüttüğü bu araştırmalardan elde ettiği birikimlerden faydalanıyorlar. Teknikte “İçten Beslemeli Emitör” isimli ve içinden sıvının geçmesine olanak sağlayan silindirik tüp şeklindeki emitörlerden faydalanıyor.

Bu teknikte akışkan içerisinde Grafen oksit pulları içeriyor (2004 yılında keşfedilen karbon atomlarının tek düzlemde altıgen yapıda dizilmesiyle oluşan iki boyutlu, bir atom kalınlığında karbon allotropudur). Araştırmayı yürüten Velásquez-García ve Taylor geliştirdikleri emitörler ile sıvıyı önceden desenleri belli olan silikon alt tabaka üzerine püskürtüyorlar. Sıvı, tabaka üzerinde grafen oksit pullarından ince bir kaplama bırakarak hızlıca buharlaşıyor.

Kaplama çok ince olduğundan gaz moleküllerinin temasında ölçülebilir derecede direnç değişimi meydana getiriyor ve bu da teknolojiyi algılama boyutunda kullanılabilir kılıyor. Velásquez-García, kendi teknikleri ile imal edilen gaz sensörlerini, geleneksel yöntem ile üretilmiş yüzlerce dolar değerinde ki ticari muadilleriyle karşılaştırdıklarında aynı hassasiyette ve daha hızlı çalışan sensörleri birkaç sent ile ifade edilecek maliyetlere ürettiklerini belirtiyor.

Velásquez-Garcia ve Taylor, bu sensörleri üretmek için geleneksel üretim tekniği kullanılarak inşa edilmiş elektro sprey emitörleri kullandıklarını, ancak yüksek kaliteli 3-D yazıcı ile gaz sensörlerinin yapımında kullanılan emitörler ile aynı boyutta ve performansta plastik elektro sprey emitör üretmeyi başardıkları belirtiyorlar.

Velásquez-García, 3-D yazıcıların elektrosprey cihazları daha maliyet-etkin yapmanın yanı sıra farklı uygulamalar için de daha kolay özelleştirilebilen yapıya kavuşturduklarını belirtiyor. Masa üzeri üretim cihazlarını imal etmeye başlamadan önce hiç birşeyi net olarak bilmedilerini fakat bir haftanın bitimine kadar her biri bir öncekinden daha iyi 15 cihaz ürettiklerini söylüyor.

Araştırma ve sonuçları ile ilgili genel bir değerlendirmede bulunan Velásquez-García, tekniğin şuan için var olan her türlü MEMS’i daha ucuz yapmaya olanak sağlamadığını veya tamamen yeni cihazlar üretmediğini, ancak mevcut üretim tekniği ile bir arada kullanılabileceğini ve küçük pazarlarda maliyet-etkin çözümlerin üretimine katkıda bulunacağını ifade ediyor.

Üreticilerin birçok durumda yapılmak istenilen ile mevcut üretim teknikleri kullanılarak yapılabilecekler arasında seçim yapmak zorunda kaldiğını ve çok iyi performans gösteren az sayıda ki MEMS’in geniş pazarlara ulaştığını belirtiyor.

Tekniğin, biyolojik moleküller gibi yüksek sıcaklık içeren yarı iletken üretim tekniği ile uyumlu olmayan malzemelerin de MEMS üretiminde kullanımına izin verdiğini belirtiyor.

Wroclaw Teknoloji Üniversitesi Mikro Mühendislik Bölüm Başkanı Jan Dziuban, tekniğin gaz mikro sensörleri yapımında yeni bir yol açtığını ve teknik açıdan bakıldığında kitle üretimi için uygulanabileceğini belirtiyor. Konuyla ilgili umut verici sonuçların istatistiki olarak ispat edilmesi gerektiğini vurgulayan Dziuban, gelecek vadeden nano yapılı malzemelerden faydalanılarak imal edilmiş sensörler ile ilgili bilimsel araştırmaların önemli uluslararası dergilerde yayınlanmış olmasına rağmen güvenilir cihazların yapımında başarılı olamadıklarına çok defa şahit olduğunu yorumuna ekliyor.