Oleh
Mohd Faizal Bin Aziz
Pada tahun 1959, seorang fizikawan terkenal dan juga penerima anugerah nobel bidang fizik telah menyampaikan satu ceramah yang terkenal berjudul ”There’s Plenty of Room at the Bottom”. Dalam syarahan tersebut, beliau memberi gambaran bahawa terdapat banyak unsur-unsur bersaiz molekul dan atom yang tidak dapat dilihat oleh mata kasar manusia yang dapat menjalankan suatu fungsi yang lengkap dalam suatu sistem. Beliau yang dimaksudkan adalah Richard P. Feynman, seorang ahli fizik yang begitu cemerlang di zamannya dan masih dikagumi sehingga kini tentang pengetahuan dan perwatakannya dalam menerangkan fenomena fizik yang berlaku dalam alam. Komuntiti sains dan teknologi menamakan Feynman sebagai pencetus perkembangan teknologi nano dan sesetengah daripada mereka menamakan beliau sebagai ”Bapa Teknologi Nano”.
Di dalam dunia mikroskopik, prinsip asas dalam fizik klasik tidak selalunya boleh diguna pakai terutamanya selepas perkembangan fizik moden dalam menerangkan fenomena-fenomena melibatkan zarah-zarah bersaiz nano dan juga mekanik kuantum yang dikembangkan oleh ahli fizik di awal kurun ke 19. Faktor-faktor asas lain dalam fizik seperti berat, halaju, inersia dan jisim haba semakin kurang mendapat perhatian di kalangan penyelidik tetapi mereka lebih menumpukan pemerhatian terhadap sifat-sifat permukaan sesuatu bahan termasuk kekuatan, pergerakan dan regangan permukaan yang lebih signifikan untuk dikaji. Selain itu, pergerakan-pergerakan dan perjalanan suatu sistem yang lebih kecil saiznya yang dikenali sebagai nanoteknologi lebih mendapat tumpuan penyelidik pada masa kini ditambah pula dengan perkembangan teknologi terdahulu yang hampir mencapai hadnya.
Cuba kita perhatikan sejenak, bagaimana seekor semut berupaya mengangkut beban yang lebih berat dan bersaiz lebih besar dari badannya dan bergerak dari satu tempat ke satu tempat lain berulangkali! Begitu juga serangga seperti labah-labah dan mikroorganisma lain yang berupaya bergerak merentasi permukaan air di sebuah kolam dan sebagainya. Sebenarnya masih banyak organisma bersaiz mikro dan nano yang terlepas dari pandangan mata kasar manusia yang melakukan pelbagai aktiviti mereka dengan teratur dan lebih bersistematik.
Kita sebagai manusia yang diberikan anugerah paling berharga oleh Pencipta berupa akal dan fikiran boleh mengambil manfaat di sebalik hidupan-hidupan seni ciptaan Tuhan itu tadi melalui teknologi MEMS. MEMS merupakan sistem mikro yang mempunyai elemen-elemen mekanikal yang dihasilkan di atas cip silikon menggunakan teknologi fabrikasi yang mirip digunakan dalam penghasilan litar bersepadu.
MicroElectroMechanical System atau singkatannya MEMS juga dirujuk sebagai struktur mekanikal mikro atau pun mesin mikro yang dikenali sebagai peranti-peranti yang diciptakan khusus untuk menjalankan sesuatu fungsi dengan julat saiz beberapa milimeter sehingga mikrometer. Peranti yang lebih kecil dari itu sehingga mencapai saiz nanometer dikenali sebagai NanoElectroMechanical Systems ( NEMS). MEMS dan NEMS berfungsi menggunakan asas pergerakan mekanikal dalam saiz yang kecil ibarat mesin-mesin kecil yang lain seperti turbin, kipas, roda, skru dan sebagainya. Pada masa sekarang, MEMS merujuk kepada teknologi pengecilan peranti tidak kira samada ia menggunakan teknologi berasaskan silikon ataupun kejuruteraan pemesinan.
Peranti MEMS sebenarnya membolehkan manusia menyelesaikan permasalahan yang melibatkan saiz sesuatu perkakasan. Sebagai contoh, kos komponen sensor dan aktuator dalam mesin dan sistem kawalan yang digunakan oleh industri dan kegunaan harian manusia adalah tinggi dan ianya juga bersaiz besar. Perkakasan berskala besar ini sukar untuk dipindahkan dari suatu tempat ke suatu tempat lain dengan cepat sekiranya diperlukan. Selain itu, proses menghasilkan komponen yang pintar seperti sensor dan aktuator untuk kegunaan mesin-mesin yang besar tadi adalah mahal dan sukar untuk dihasilkan dalam kuantiti yang banyak.
Sebaliknya, teknologi MEMS membolehkan kita menghasilkan sistem elektronik-mekanikal yang kompleks bersaiz kecil yang boleh dilaras, dialihkan kedudukannya, dikawal, bertindak seperti pam dan penapis serta boleh dihasilkan dengan kuantiti yang banyak menggunakan teknologi yang berasal dari teknologi pemprosesan semikonduktor. Ini membolehkan kos pengeluaran peranti MEMS seperti sensor dan aktuator itu tadi menjadi jauh lebih rendah dan ia dapat berfungsi dalam satu jangkamasa yang lama seperti komponen-komponen mikroelektronik lain yang mempunyai tahapkebolehpercayaan dan berkeupayaan tinggi
MEMS pada asasnya dihasilkan dari substrat silikon yang sama seperti yang digunakan dalam teknologi fabrikasi litar bersepadu dan transistor. Teknologi penghasilan MEMS kadangkala dikenali dengan nama pemesinan-mikro (micromachining).
Komponen mekanikal bersaiz mikro difabrikasi menggunakan kaedah pemesinan-mikro yang dapat memilih untuk membuang bahagian-bahagian tertentu pada wafer silikon atau menambah struktur-struktur lapisan baru seperti polisilikon dan filem nipis untuk membentuk pelbagai peranti mekanikal dan elektromekanikal.
Dalam teknologi MEMS kita tidak dapat lari daripada membicarakan tentang pemesinan-mikro-pukal ( bulk micromachining) yang mana hampir keseluruhan ketebalan wafer silikon akan dipunar manakala pemesinan-mikro-permukaan (surface micromachining) pula ialah lapisan nipis wafer silikon yang akan dipunarkan untuk menghasilkan struktur mekanikal yang bergerak.
Tiga proses asas dalam menghasilkan peranti MEMS ialah pemendapan filem nipis (deposition), cetakan foto (photolithography) dan punaran (etching). Pemendapan akan membentuk filem nipis sesuatu bahan yang diperlukan seperti Si3N4, SiO2 dan polisilikon ke atas permukaan substrat menggunakan proses electroplating, pemendapan secara fizikal atau kimia ( physical and chemical deposition) dan juga sputtering ( atom logam dipaksa keluar dari kekisi logam tulen menggunakan ion berhalaju tinggi yang terbentuk dari proses penguraian plasma dan akan termendap di permukaan substrat). Bahan yang dimendapkan boleh terdiri dari bahan polimer atau logam seperti emas, Ni, Al, Cr, Ti, WO3 dan juga Cu.
Cetakan foto (photolithography) menggunakan proses pemendapan dan punaran untuk memindahkan corak-corak sesuatu peranti yang akan dihasilkan ke atas substrat silikon. Substrat pada mulanya akan dilitupi dengan suatu bahan yang sensitif cahaya (photoresist) dan kemudiannya akan diletakkan topeng foto (photomask) di permukaan bahan tersebut. Bahagian yang terdedah kepada cahaya seperti yang terdapat pada topeng foto tersebut akan hilang selepas didedahkan kepada cahaya UV menggunakan peralatan yang dikenali sebagai ”mask aligner”.
Kaedah punaran basah (wet etching) ialah satu cara untuk membuang bahagian-bahagian tertentu pada substrat dengan cara merendamkannya ke dalam bahan kimia seperti KOH, CsOH dan sebagainya mengikut keperluan bahan yang hendak dipunar. Punaran kering pula yang juga dikenali dengan Punaran Ion Teraktif (Reactive Ion Etching, RIE) merujuk kepada proses menyingkirkan bahagian tertentu substrat dan filem nipis menggunakan plasma yang dihasilkan melalui sumber kuasa frekuensi radio (RF) ke atas gas-gas tertentu di dalam kebuk bertekanan rendah.
Walaupun teknologi ini relatifnya masih baru, peranti MEMS didapati telah banyak mendominasi pasaran dan digunakan dalam banyak perkakasan seperti pencetak ink-jet, sensor tekanan yang dipasang untuk mengesan tekanan angin tayar kereta , mikrofon untuk peralatan telekomunikasi dan sensor mikro pengembangan beg udara untuk keselamatan. Selain itu, MEMS juga sinonim dengan aplikasi dalam telekomunikasi yang menggunakan susunan cermin-cermin mikro dalam kedudukan miring sebagai suis optik. Untuk menyelesaikan saiz dan berat perkakasan yang akan dibawa ke angkasa lepas, NASA menggunakan teknologi MEMS untuk menghasilkan gyroscope mikro, spektrometer jisim dan juga peralatan-peralatan lain. Terkini, MEMS digunakan dalam sensor kawalan pergerakan yang digunakan dalam sistem permainan video ”Nintendo Wii’. Selain itu, kemajuan teknologi MEMS kini membolehkan jarum mikro dihasilkan yang digunakan dalam bidang perubatan dan biologi. Teknologi ini dikenali sebagai BioMEMS
Pembangunan teknologi MEMS yang berkembang pesat di akhir-akhir ini merupakan satu lagi limpahan teknologi hasil evolusi perkembangan penyelidikan bidang semikonduktor. Pada masa kini, teknologi MEMS yang sedang berkembang maju merupakan gabungan multidisplin pelbagai bidang-bidang lain seperti fizik, kejuruteraan, kimia, elektronik dan biologi. Dengan perkembangan teknologi MEMS ini, kerjasama penyelidikan dan pihak industri memainkan peranan utama dalam menentukan halatuju dan kejayaan ciptaan-ciptaan baru perkakasan elektronik di pasaran. Pertambahan produk dan ciptaan baru teknologi ini akan memanfaatkan pengguna dengan kos harga yang lebih murah serta memberi faedah untuk kemajuan hidup manusia.
Tersiar di Dewan Kosmik, DBP Jun 2007
Leave a Reply: