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 1 мм 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 0,1 мм 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 МЭМС-устройств 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.