Nanoelectromechanical 시스템 (NEMS) - 소개, 응용 및 Nanoelectromechanical 시스템의 도전

Burhanuddin Y. Majlis 교수Ille C. GebeshuberMicroengineering의 학회 교수 및 Nanoelectronics (IMEN), Universiti Kebangsaan 말레이지아; 적용 물리학의 학회, 기술의 비엔나 대학Tribology를 위한 적성의 오스트리아 센터, 위너 소시지 Neustadt.
대응 저자: gebeshuber@iap.tuwien.ac.at

NanoElectroMechanical 시스템에는 (NEMS) 100 nm 그 이하 중요한 구조상 성분이 있습니다. 이것은 MicroElectroMechancial 시스템 (MEMS)와 중요한 구조상 성분이 마이크로미터 길이 가늠자에 있는 곳에, 그(것)들을 구별합니다. , NEMS 결합 더 작은 질량은 양 비율에 더 높은 표면과 MEMS에 비교해 그러므로 고주파 공명기 및 ultrasensitive 센서에 대하여 응용을 위해 가장 흥미롭습니다.

원자 군대 현미경 검사법: 원자 군대 현미경 검사법은 스캐닝 탐사기 현미경 검사법의 모형입니다. 유연한 외팔보의 위에 거치된 예리한 끝은 표면에 검사된 점방식이고, 지세와 같은 각종 지상 매개변수 및 점성과 탄성을 지니는 속성은 기록될 수 있습니다. 끝의 날카로움은 현미경의 해결책에 기여합니다; 그러므로, 거치된 끝에 그들의 작은 직경 그리고 높은 종횡비를 가진 탄소 nanotubes는 특정 응용을 위해 이용됩니다.

탄소 nanotubes: 탄소 nanotubes는 1nm와 50nm 사이 직경과 더불어 탄소로, 만든 분자 관, 과 각종 길이입니다. 단 하나 벽으로 막힌 탄소 nanotubes, 두 배 벽 탄소 nanotubes 및 multiwall 탄소가 nanotubes 있습니다. 탄소 nanotubes는 AFM 끝의, nanocomposites에서, 그리고 nanotechnological 응용에 있는 철사로 functionalization를 위해 예를 들면 이용될 수 있습니다.

Graphene: Graphene 장은 구조물 벌집 같이 제복을 가진 흑연의 층입니다. 그(것)들은 강하고 안정되어 있는, 우수한 전기 전하 운반체입니다.

MEMS: MEMS는 MicroElectroMechanical 시스템을 뜻합니다. 지금, 워드 MEMS는 그것이 microfabrication 기술을 사용하여 일어나고 실리콘 기판에 통합 인 인공 기계적인 성분, 센서, 액추에이터를 및 전자공학을 표시합니다. 점차적으로, 워드 MEMS는 실리콘 기술 또는 전통적인 정밀도 기술설계에, 화학 기계 근거를 두는 소형화된 장치를 위해 사용됩니다.

Nanoelectronics: Nanoelectronics는 개별적인 원자 및 분자의 궁극적인 한계로 소형화를 더 확장합니다. 그 같은 소규모에, 장치의 10억은 단 하나 nanoelectronical 시스템으로 통합 일 수 있었습니다. Nanoelectronics는 수시로 nanoelectronical 함수 원소를 위한 존재하는 후보자가 전통적인 트랜지스터와 현저하게 다르기 때문에 혼란을 일으키는 기술이라고 여겨집니다.

Nanofabrication: Nanofabrication는 1-100 nm의 범위 안에 그들의 차원 중 적어도 하나를 가진 물자, 물리 구조 또는 장치의 제작을 나타납니다. 각종 nanofabricated 장치는 그들의 거시 카운터파트와 명확하게 그(것)들을 구별하는 기능적인 속성, 현상을 및 행동을 과시합니다.

NEMS: NEMS는 NanoElectroMechanical 시스템을 뜻합니다. NEMS는 개별적인 원자 및 분자의 궁극적인 한계로 소형화를 더 확장합니다. NEMS는 1과 100 nm 사이 길이 가늠자에 기능 단위를 가진 인공 장치입니다. 몇몇 NEMS는 나노미터 가늠자 분대의 운동에 근거를 둡니다.

NEMS 응용은 느끼고는, 전시, 휴대용 발전, 에너지 가을걷이, 약 납품 및 화상 진찰에서 상상됩니다1. NEMS를 위한 보기는 nanoresonators와2,3 nanoaccelerometers 의4통합 peizoresistive 탐지 장치 구성하고 있습니다5. 이미 가지고 있는 응용은 연구 시제품이 원자 군대 현미경 검사법 (원자 군대 현미경 검사법 외팔보의 끝에 거치되는 예를들면, 단 하나 벽으로 막힌 탄소 nanotubes)를 위한 ultrasharp 끝, 불휘발성 NEMS 기억 장치, NEMS 센서, 6탄소 nanotube nanotubes를 가진 단 하나7전자 트랜지스터, 8,9nanoelectrometers, 릴레이 및 스위치, 10PH 센서11, 단백질 농도 검출기, 등등12,13구성하고 있던 대로14시장을 도달하거나 유효합니다15.

NEMS는 (예를들면 화학 각자 집합 방법, CVD 방법, 가열판 기술), nanolithography 방법을 가진 포괄적인 (예를들면 금속 박막 또는 에칭 덕분에, 스캐닝 탐사기 공구 또는 생성되는 식각된 반도체 층) 생성한 상향식일 수 있습니다 또는 분자가 포괄적인 기구로 통합 인 결합된 방법을 통해. 탄소16(graphene, 탄소 nanotubes)는 현재 NEMS에서 이용된 중요한 물자입니다.

NEMS에 있는 현재 도전은 금속 semiconducting 탄소 nanotubes 뿐 아니라 stiction와 윤활 문제점17 의 맞추어진 생산을 염려합니다18. 한 분자 윤활유 필름은 연구의 인기있는 화제입니다19.

Bioinspiration: 생물학에 대등한 MEMS와 NEMS 기술에서는 - - 기능 및 구조상 속성의 광범위를 제공하는 기본 물자의 한정된 수는 사용됩니다. 접근의 복합성은 기본 물자의 감소하는 수로 (에서 생물학에서 뿐 아니라 기술설계) 증가합니다. Biomimetics 의 생물학에서 설계에 i.e, 기술 이전은, 두 필드 전부에 있는 물자 제한 때문에 MEMS 발달에서 특히 유망합니다. 20

규조류는21 nanoscale에 상대 운동에 있는 이동 부분이 있는 단 하나 celled 유기체에는입니다. 그(것)들은 나오는 NEMS 기술을 고무시킬 수 있는 높 잠재력 생물 체계입니다: EllerbeckiaEunotia sudetica Bacillaria paxillifer 및 종과 같은 규조류에는 경첩이 있고 날조한 제 2 구조물에서 3D 구조물을 장악한20세포 분열이 방법에 관한 우수한 보기 인 후에 몇몇에 연동 장치는 100개 나노미터 가늠자, 규조류 Corethron pennatumCorethron criophilum 이 종의 세포의 마이크로미터 lengthscale 이하에 및 전개에 제동자 정지 기계장치를 전시합니다20. 이들이 지금도 면담의 토픽이더라도, 봄과 micropumps 조차 Rutilaria 규조류 Rutilaria grevilleana 및 philipinnarum에서 마이크로 그리고22,23nanoscale에, 예를들면 실현될지도 모릅니다.

전망

NEMS의 미래 응용은 예상하기 단단합니다. 경제적으로 가장 흥미로울 시제품 NEMS는 제품화되게 단단한 그들입니다. 생물학과 나노 과학을 결합하는 응용은 가장 유망한 그들인 것을 보입니다24. Nanoresonators에는 무선 통신 기술을 위한 직접 결과가 있을 것입니다.

nanomotors의 가능한 응용은 바이오칩 센서를 위한 nanofluidic 펌프일지도 모릅니다. 버클리 대학에서 알렉스 Zettl에 따르면, 캘리포니아, 미국, 나오는 NEMS는 경로 지금 stiction에 대한 중요한 문제가 있는 비발한 MicroElectroMechanical 시스템 (MEMS)에는을 위한 쪽 또한; NEMS와 MEMS에서 통합 체계에는 (코어 분대로 NEMS를 가진 MEMS 센서와 같은) 높은 관련성의 통합적인 분대로, 세포 생물학에 있는 자연 시스템에 비교해, 조정합니다 마이크로 객체를, 있습니다 각종 nanoparts가 일지도 모릅니다.

Twente, 네덜란드의 대학의 변형기 과학 그리고 기술의 부 덕분에 현 작업은 확실하게 3차원 nanostructures의 건축에, 집중됩니다. 적용 분야는 아직 완전히 탐구되지 않습니다 그러나 3D nanoconfined 객체 및 자가 구성 nanoparticles에 있는 세포 덫치기에 첫번째 연구 결과는 진행 중에 입니다. 3D 조각에 있는 최근 연구 결과는 향상된 시험 (smarticles) 및 궁극적으로 예리한 탐사기 끝을 위한 코너 석판인쇄술에 있습니다25. 이 연구는 흥미로운 나오는 MEMS에 지도할지도 모릅니다.


참고

1. Cimalla V., Niebelschütz F., Tonisch K., Foerster Ch 마이크로 컴퓨터와 Nanosystems - EMRS를 위한 응용, 기능적인 물자, 센서 및 액추에이터 B를 느끼기를 위한., Brueckner K., Cimalla I., T., 프리드리히, Pezoldt J., Stephan R., Hein M. 및 Ambacher O. Nanoelectromechanical 장치: 화학제품 126(1) 2007년, 24-34 의 doi: 10.1016/j.snb.2006.10.049
2. LaHaye M.D., Buu O., Camarota B. 및 Schwab K.C. Approaching nanomechanical 공명기의 양 한계, 과학 304(5667) 2004년, 74-77 의 doi: 10.1126/science.1094419
3. Peng H.B., Chang C.W., S Aloni., 주판 배열, Phys에 있는 죄진 탄소 nanotubes로 이루어져 있는 Yuzvinsky T.D.와 Zettl A. Microwave 전기 기계 공명기. 목사 B 76(3) 2007년, 035405 (5p)
4. Fennimore A.m, Yuzvinsky T.D., 한 W. - Q., 탄소 nanotubes, 성격 424 2003년, 408-410 의 doi에 근거를 두는 Fuhrer M.S., Cumings J. 및 Zettl A. Rotational 액추에이터: 10.1038/nature01823
5. , 검사된 탐사기 및 초단파 응용 느끼기를 위한 Li M., 강한 냄새 H.X. 및 Roukes M.L. 매우 과민한 NEMS 기지를 둔 외팔보 의 성격 Nanotech. 2 2006년, 114-120 의 doi: 10.1038/nnano.2006.208
6. 단 하나 벽 탄소 nanotube 기술, 나노 과학 15 2004년, S76-S78를 사용하는 분자 표면의 낱단 J.S., Rhodin T.N. 및 McEuen P.L. 몸의 접촉이 없 AFM 화상 진찰
7. Tsuchiya Y., Takai K., Momo N., Nagami T., Mizuta H. 및 Oda S. Nanoelectromechanical 비휘발성 기억 장치 장치 통합 nanocrystalline Si 점, J. Appl. Phys. 100(9) 2006년, 094306
8. Besteman K., 이 J.O., Wiertz F.G.M., Heering H.A.와 Dekker C. 단 하나 분자 바이오 센서, Nano 편지로 효소 입히는 탄소 nanotubes 3(6) 2003년, 727-730
9. 생물학과 화학 종, 과학 293 2001년 1289-1292년의 매우 민감한과 선택 탐지를 위한 Cui Y., 위 Q., 공원 H. 및 Lieber C.M. Nanowire nanosensors
10. Postma H.W.Ch., 실내 온도, 과학 293(5527) 2001년, 76 - 79 의 doi에 Teepen T., Yao Z., Grifoni M. 및 Dekker C. Carbon nanotube 단 하나 전자 트랜지스터: 10.1126/science.1061797
11. Cleland A.N.와 Roukes M.L.는 기계적인 electrometry, 성격 392 1998년, 160를 Nanostructure 기지를 두었습니다
12. Kinaret J.M., Nord T. 및 Viefers S.A nanorelay, Appl 탄소 nanotube 기지를 두었습니다. Phys. Lett. 82(8) 2003년 1287-1289년
13. Kaul A.B., Wong E.W. 의 Epp L.and 사냥 B.D.는 고주파 응용, Nano Lett를 위해, 전기 기계 탄소 nanotube 전환합니다. 6(5) 2006년, 942-947
14. 첸 Y., 왕 X., Erramilli S., Mohantya P. 및 Kalinowski A.는 현지 문 통제, Appl를 가진 nanoelectronic 마당 효과 PH 센서를 실리콘 기지를 두었습니다. Phys. Lett. 89 2006년, 223512
15. 보상된 진지변환 감시 전극을 가진 액추에이터, J. Microelectromechanical Systems을 짜내는 nanogap를 사용하는 이 W.C., Cho Y.H. 및 Pisano A. Nanomechanical 단백질 농도 검출기 16(4) 2007년, 802-808
16. Mahalik N.P. Micromanufacturing & 나노 과학 의 Springer 2006년
17. Ebbesen T.W., Lezec H.J., Hiura H., Bennett J.W., Ghaemi H.F. 및 개별적인 탄소 nanotubes의 Thio T. 전기 전도도, 성격 382 1996년, Pp. 54 - 56. doi: 10.1038/382054a0
18. Bhushan B. Nanotribology와 Nanomechanics: 소개, 간행해 Springer, 2008년
19. Tomala A., Werner W.S.M., Gebeshuber I.C., Doerr N. 및 ethanolamine 올리고머의 한 분자 윤활유 필름의 Stoeri H. Tribochemistry, Trib. Int. 42(10) 2009년 1513-1518년 의 doi: 10.1016/j.triboint.2009.06.004
20. Gebeshuber I.C., Stachelberger H., Ganji B.A., Fu D.C., Yunas J. 및 Majlis B.Y. Exploring 소설 3D MEMS 의 전진을 위한 biomimetics의 innovational 잠재력. 매트. Res. 74 2009년, 265-268 의 doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.74.265
21. 둥근 F.E., Crawford R.M. 및 만 D.G. 규조류: 속의 생물학 그리고 형태학, 케임브리지 대학 출판, 케임브리지, UK 1990년
22. Crawford R.M.와 Sims P.A. 초기 규조류 화석 기록, 신성 Hedwigia Beiheft 133 2007년, 171-186에 의해 입증되는 사슬 대형의 몇몇 원리
23. 식민 규조류 사슬의 Srajer J., Majlis B.Y. 및 Gebeshuber I.C. Microfluidic 시뮬레이션은 진동하는 운동, Acta 말파리 유충을 제시합니다. 크로아티아 말. 68 (2) 2009년, 431-441
24. Madou M.J. MEMS에서 생물 MEMS와 생물 NEMS에: 제조 기술과 응용 의 CRC 압박 2010년
25. 코너 석판인쇄술을 사용하는 Berenschot E., Tas N.R., 젠센 H.V. 및 Elwenspoek M. 3D-Nanomachining. 제 3 Nano/마이크로 컴퓨터 설계되다 분자 시스템, NEMS 2008년 의 예술에 IEEE 국제 회의. 아니오 4484432, 729-732

, 저작권 AZoNano.com Ille C. Gebeshuber (Universiti Kebangsaan 말레이지아) 교수

Date Added: Dec 13, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:23

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