Проблема миниатюризации электромеханических систем (МЭМС) становится ключевой в сфере высоких технологий. Наиболее критичным узлом таких систем являются актуаторы (исполнительные двигатели). В [1,2] показана возможность снижения их размерности с сантиметрового до миллиметрового уровня примерно 1мм за счет повышения числа полюсов и частоты преобразования с помощью интегральных схем (ИС) для управления. Литература [3–7] иллюстрирует динамику развития ИС от приборов до интеллектуальных модулей на основе кремния и карбида кремния. Следующий переход связан с переходом от микроэлектроники к нанофотонике на основе световых волн [8,9]. Библиография [10,11] детально описывает состав МЭМС-устройств и нано-устройств (НЭМС) с размерностью порядка 0,1мм при использовании в основном углеродных нанотрубок (УНТ). Обширная библиография [12–19] посвящена устройствам МЭМС и НЭМС.
Цель статьи состоит в анализе материалов, технологии и конструкций составных элементов МЭМС-устройств с целью последующего перехода на НЭМС и реализации оптических компьютерных сетей.
По-видимому, МЭМС-устройства впервые появились в интегральных схемах (ИС) в виде устройств, связанных с развитием интегральной электроники. Первые прототипы ИС были изготовлены в конце 1958 года. Примерно в это же время были изготовлены тензодатчики на основе кремния, в которых механические напряжения вызывали изменение сопротивления вследствие пьезорезистивного эффекта. Промышленный выпуск таких датчиков был налажен только в 1974 году. К 1982 году термин «микрообработка» начал использоваться для описания процессов изготовления механических подсистем (диафрагм и микробалок). В 1986 году в одном из отчетов министерства обороны США было впервые предложен термин «микроэлектромеханические системы» (МЭМС), ставший в дальнейшем описанием различных интегральных устройств и технологий их производства.
Технология изготовления МЭМСустройств начиналась в начале 1960-х годов при производстве кремниевых транзисторов и других полупроводниковых приборов, где использовалось лишь изотропное травление кремния. При изотропном травлении материал удалялся с подложки при помощи химических реакций с одинаковой скоростью травления во всех направлениях. В конце 1960-х годов научились производить влажное анизотропное травление, которое отличалось от изотропного тем, что скорость травления материала зависела от кристаллографической ориентации кристалла кремния. Это дало возможность получения на подложке таких структур, как V-образные и U-образные канавки, пирамиды и т. д. Анизотропное травление является важной операцией при производстве МЭМС-устройств, поскольку с ее помощью можно получать объемные структуры.