الأنظمة النانوية الكهروميكانيكية

📅 آخر تحديث: ١٠ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١٠ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
صورة لشريحة (بعد إزالة طبقة التمعدن/وصلات الدوائر المتكاملة) للشريحة الرقمية لمذبذب SiTime SiT8008، وهو مذبذب قابل للبرمجة يصل إلى دقة الكوارتز مع موثوقية عالية وحساسية منخفضة للتسارع. يتم دمج الترانزستورات النانوية والمكونات الميكانيكية النانوية (على شريحة منفصلة) في نفس غلاف الشريحة. [ 1 ]

تُعدّ الأنظمة النانوية الكهروميكانيكية ( NEMS ) فئةً من الأجهزة التي تدمج الوظائف الكهربائية والميكانيكية على المستوى النانوي . وتُمثّل هذه الأنظمة الخطوة المنطقية التالية في تصغير ما يُعرف بالأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS). تدمج NEMS عادةً إلكترونيات نانوية شبيهة بالترانزستور مع مُشغّلات أو مضخات أو محركات ميكانيكية، ما يُتيح لها تكوين مستشعرات فيزيائية وبيولوجية وكيميائية . ويُشتقّ الاسم من أبعاد الجهاز النموذجية التي تُقاس بالنانومتر ، ما يُؤدي إلى انخفاض الكتلة، وارتفاع ترددات الرنين الميكانيكي، وإمكانية حدوث تأثيرات ميكانيكية كمومية كبيرة مثل حركة النقطة الصفرية ، ونسبة عالية بين مساحة السطح والحجم، وهي نسبة مُفيدة لآليات الاستشعار السطحية. [ 2 ] تشمل تطبيقاتها مقاييس التسارع ومستشعرات الكشف عن المواد الكيميائية في الهواء.

تاريخ

خلفية

كما أشار ريتشارد فاينمان في محاضرته الشهيرة عام 1959 بعنوان " هناك متسع كبير في الأسفل "، توجد العديد من التطبيقات المحتملة للآلات بأحجام أصغر فأصغر؛ فمن خلال بناء الأجهزة والتحكم بها على نطاق أصغر، تستفيد جميع التقنيات. وتشمل الفوائد المتوقعة زيادة الكفاءة وتقليل الحجم، وانخفاض استهلاك الطاقة، وخفض تكاليف الإنتاج في الأنظمة الكهروميكانيكية. [ 2 ]

قام فروسش وديريك ببناء أول ترانزستورات تأثير المجال المصنوعة من ثاني أكسيد السيليكون في مختبرات بيل عام 1957. [ 3 ] وفي عام 1960، قام أتالا وكاهنغ في مختبرات بيل بتصنيع ترانزستور MOSFET بسماكة أكسيد بوابة تبلغ 100 نانومتر . [ 4 ] وفي عام 1962، قام أتالا وكاهنغ بتصنيع ترانزستور وصلة شبه موصلة من المعدن الأساسي النانوي (وصلة M-S) باستخدام أغشية رقيقة من الذهب (Au) بسماكة 10 نانومتر . [ 5 ] وفي عام 1987، قاد بيجان دافاري فريق بحث من شركة IBM قام بعرض أول ترانزستور MOSFET بسماكة أكسيد تبلغ 10 نانومتر. [ 6 ] وقد مكّنت ترانزستورات MOSFET متعددة البوابات من تصغير طول القناة إلى أقل من 20 نانومتر ، بدءًا من ترانزستور FinFET . [ 7 ] يعود أصل تقنية FinFET إلى أبحاث ديغ هيساموتو في مختبر هيتاشي المركزي للأبحاث عام 1989. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، قام فريق بقيادة هيساموتو وتشنمينغ هو من شركة TSMC بتصنيع أجهزة FinFET بطول قناة يصل إلى 17 نانومتر في عام 1998. [ 7 ]    

أنظمة إدارة الطاقة الكهربائية

في عام 2000، عرض باحثون في شركة IBM أول جهاز NEMS متكامل واسع النطاق للغاية (VLSI). وكانت فكرته الأساسية عبارة عن مصفوفة من رؤوس مجهر القوة الذرية (AFM) قادرة على تسخين/استشعار ركيزة قابلة للتشكيل لتعمل كجهاز ذاكرة ( ذاكرة Millipede ). [ 12 ] وقد وصف ستيفان دي هان أجهزة أخرى. [ 13 ] وفي عام 2007، أدرجت خارطة الطريق التقنية الدولية لأشباه الموصلات (ITRS) [ 14 ] ذاكرة NEMS كمدخل جديد في قسم أجهزة البحث الناشئة.

المجهر ذو القوة الذرية

يُعدّ استخدام رؤوس مجاهر القوة الذرية أحد التطبيقات الرئيسية لتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية (NEMS) . وتؤدي الحساسية العالية التي توفرها هذه التقنية إلى تصنيع مجسات أصغر حجمًا وأكثر كفاءة للكشف عن الإجهادات والاهتزازات والقوى على المستوى الذري، بالإضافة إلى الإشارات الكيميائية. [ 15 ] وتعتمد رؤوس مجاهر القوة الذرية وغيرها من تقنيات الكشف على المستوى النانوي اعتمادًا كبيرًا على تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية.

أساليب التصغير

يمكن إيجاد نهجين متكاملين لتصنيع الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية، وهما نهج من الأعلى إلى الأسفل ونهج من الأسفل إلى الأعلى.

تعتمد طريقة التصنيع من الأعلى إلى الأسفل على أساليب التصنيع الدقيق التقليدية ، مثل الطباعة الضوئية ، والطباعة الحجرية بشعاع الإلكترون ، والمعالجات الحرارية، لإنتاج الأجهزة. ورغم محدودية هذه الطريقة بسبب دقة هذه الأساليب، إلا أنها تتيح درجة عالية من التحكم في الهياكل الناتجة. وبهذه الطريقة، تُصنع أجهزة مثل الأسلاك النانوية ، والقضبان النانوية، والهياكل النانوية المنقوشة من أغشية معدنية رقيقة أو طبقات أشباه موصلات محفورة . وفي طرق التصنيع من الأعلى إلى الأسفل، يؤدي زيادة نسبة مساحة السطح إلى الحجم إلى تعزيز تفاعلية المواد النانوية. [ 16 ]

على النقيض من ذلك، تستخدم مناهج البناء من الأسفل إلى الأعلى الخصائص الكيميائية للجزيئات المفردة لتحفيز مكونات الجزيئات المفردة على التنظيم الذاتي أو التجميع الذاتي في شكل مفيد، أو تعتمد على التجميع الموضعي. وتستفيد هذه المناهج من مفاهيم التجميع الذاتي الجزيئي و/أو التعرف الجزيئي . وهذا يسمح بتصنيع هياكل أصغر بكثير، وإن كان ذلك غالبًا على حساب محدودية التحكم في عملية التصنيع. علاوة على ذلك، فبينما تُزال بعض المواد المتبقية من الهيكل الأصلي في منهج البناء من الأعلى إلى الأسفل، تُزال أو تُهدر كميات ضئيلة من المواد في منهج البناء من الأسفل إلى الأعلى. [ 16 ]

يمكن أيضاً استخدام مزيج من هذه الأساليب، حيث يتم دمج الجزيئات النانوية في إطار عمل تنازلي. ومن الأمثلة على ذلك المحرك النانوي المصنوع من أنابيب الكربون النانوية .

مواد

متآصلات الكربون

تعتمد العديد من المواد الشائعة الاستخدام في تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية (NEMS) على الكربون ، وتحديدًا الماس [ 17 ] [ 18 ] ، وأنابيب الكربون النانوية ، والجرافين . ويعود ذلك أساسًا إلى الخصائص المفيدة للمواد الكربونية التي تلبي احتياجات هذه التقنية بشكل مباشر. فالخصائص الميكانيكية للكربون (مثل معامل يونغ العالي ) أساسية لاستقرار الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية، بينما تسمح الموصلية المعدنية وشبه الموصلة للمواد الكربونية لها بالعمل كترانزستورات .

يتميز كل من الجرافين والماس بمعامل يونغ عالٍ، وكثافة منخفضة، واحتكاك منخفض، وتبديد ميكانيكي منخفض للغاية، [ 17 ] ومساحة سطح كبيرة. [ 19 ] [ 20 ] يسمح الاحتكاك المنخفض لأنابيب الكربون النانوية بتصنيع محامل عديمة الاحتكاك عمليًا، مما شكل حافزًا كبيرًا نحو التطبيقات العملية لأنابيب الكربون النانوية كعناصر أساسية في الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية، مثل المحركات النانوية والمفاتيح والمذبذبات عالية التردد. [ 20 ] تسمح القوة الفيزيائية لأنابيب الكربون النانوية والجرافين للمواد الكربونية بتحمل متطلبات إجهاد أعلى، في حين أن المواد الشائعة عادةً ما تفشل، مما يدعم استخدامها كمواد رئيسية في تطوير تكنولوجيا الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية. [ 21 ]

إلى جانب المزايا الميكانيكية للمواد الكربونية، تسمح الخصائص الكهربائية لأنابيب الكربون النانوية والجرافين باستخدامها في العديد من المكونات الكهربائية للأنظمة الكهروميكانيكية النانوية (NEMS). وقد طُوّرت ترانزستورات نانوية لكل من أنابيب الكربون النانوية [ 22 ] والجرافين [ 23 ] . تُعد الترانزستورات من اللبنات الأساسية لجميع الأجهزة الإلكترونية، لذا فإن تطوير ترانزستورات فعّالة وقابلة للاستخدام يجعل أنابيب الكربون النانوية والجرافين عنصرين بالغَي الأهمية في الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية.

تُصنع الرنانات النانوية الميكانيكية غالبًا من الجرافين. ومع تصغير حجم هذه الرنانات، يميل عامل الجودة عمومًا إلى الانخفاض عكسيًا مع نسبة مساحة السطح إلى الحجم. [ 24 ] ومع ذلك، ورغم هذا التحدي، فقد ثبت تجريبيًا إمكانية الوصول إلى عامل جودة يصل إلى 2400. [ 25 ]   يصف عامل الجودة نقاء نغمة اهتزازات الرنان. علاوة على ذلك، تشير التوقعات النظرية إلى أن تثبيت أغشية الجرافين من جميع الجوانب يُحسّن من قيم عامل الجودة. كما يمكن أن تعمل الرنانات النانوية الميكانيكية المصنوعة من الجرافين كمستشعرات للكتلة، [ 26 ] والقوة، [ 27 ] والموقع . [ 28 ]

أنابيب الكربون النانوية المعدنية

تم حساب هياكل النطاقات باستخدام تقريب الربط المحكم لـ (6,0) CNT ( متعرج ، معدني)، (10,2) CNT (شبه موصل) و (10,10) CNT (كرسي بذراعين، معدني)

الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) هي أشكال متآصلة للكربون ذات بنية نانوية أسطوانية. يمكن اعتبارها غرافين ملفوف . عند لفها بزوايا محددة ومنفصلة (" كيرالية ")، فإن الجمع بين زاوية اللف ونصف القطر يحدد ما إذا كان الأنبوب النانوي يحتوي على فجوة طاقة (شبه موصل) أو لا يحتوي على فجوة طاقة (معدني).

تم اقتراح استخدام أنابيب الكربون النانوية المعدنية في الوصلات النانوإلكترونية نظرًا لقدرتها على نقل كثافات تيار عالية. [ 21 ] تُعد هذه الخاصية مفيدة لأن الأسلاك المستخدمة لنقل التيار تُشكل لبنة أساسية أخرى في أي نظام كهربائي. وقد وجدت أنابيب الكربون النانوية استخدامًا واسعًا في الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية (NEMS) لدرجة أنه تم اكتشاف طرق لربط أنابيب الكربون النانوية المعلقة بهياكل نانوية أخرى. [ 29 ] يسمح هذا لأنابيب الكربون النانوية بتشكيل أنظمة نانوإلكترونية معقدة. ولأن المنتجات القائمة على الكربون قابلة للتحكم بدقة وتعمل كوصلات بينية وترانزستورات، فإنها تُعد مادة أساسية في المكونات الكهربائية للأنظمة الكهروميكانيكية النانوية.

مفاتيح NEMS القائمة على أنابيب الكربون النانوية

من أبرز عيوب مفاتيح MEMS مقارنةً بمفاتيح NEMS محدودية سرعة التبديل في نطاق الميكروثانية، مما يعيق الأداء في التطبيقات عالية السرعة. ويمكن التغلب على قيود سرعة التبديل وجهد التشغيل بتصغير حجم الأجهزة من مقياس الميكرومتر إلى مقياس النانومتر. [ 30 ] وقد كشفت مقارنة معايير الأداء بين مفاتيح NEMS القائمة على أنابيب الكربون النانوية (CNT) ونظيرتها CMOS أن مفاتيح NEMS القائمة على أنابيب الكربون النانوية حافظت على أدائها مع مستويات استهلاك طاقة أقل، وكان تيار التسريب تحت العتبة فيها أصغر بعدة مراتب من مثيله في مفاتيح CMOS. [ 31 ] وتجري دراسة مفاتيح NEMS القائمة على أنابيب الكربون النانوية ذات الهياكل المثبتة من الطرفين كحلول محتملة لتطبيقات الذاكرة غير المتطايرة ذات البوابة العائمة. [ 32 ]

الصعوبات

على الرغم من الخصائص المفيدة لأنابيب الكربون النانوية والجرافين في تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية (NEMS)، إلا أن كلا المنتجين يواجهان عدة عقبات أمام تطبيقهما. إحدى المشكلات الرئيسية هي استجابة الكربون للبيئات المحيطة. إذ تُظهر أنابيب الكربون النانوية تغيرًا كبيرًا في خصائصها الإلكترونية عند تعرضها للأكسجين . [ 33 ] وبالمثل، يجب دراسة التغيرات الأخرى في الخصائص الإلكترونية والميكانيكية للمواد الكربونية دراسةً وافية قبل تطبيقها، لا سيما بسبب مساحة سطحها الكبيرة التي تتفاعل بسهولة مع البيئة المحيطة. كما وُجد أن لأنابيب الكربون النانوية موصلية متفاوتة، فهي إما معدنية أو شبه موصلة تبعًا لشكلها الحلزوني أثناء المعالجة. [ 34 ] لهذا السبب، يجب معالجة الأنابيب النانوية معالجةً خاصة أثناء التصنيع لضمان حصول جميع الأنابيب على الموصلية المناسبة. يتميز الجرافين أيضًا بخصائص توصيل كهربائي معقدة مقارنةً بأشباه الموصلات التقليدية، لأنه يفتقر إلى فجوة نطاق الطاقة ، مما يُغير بشكل جذري جميع قواعد حركة الإلكترونات عبر الأجهزة المصنوعة من الجرافين. [ 23 ] وهذا يعني أن التصميمات التقليدية للأجهزة الإلكترونية من المحتمل ألا تنجح، ويجب تصميم هياكل جديدة تمامًا لهذه الأجهزة الإلكترونية الجديدة.

مقياس تسارع نانوإلكتروميكانيكي

بفضل خصائصه الميكانيكية والإلكترونية، يُعدّ الجرافين مادةً مثاليةً للدمج في مقاييس التسارع الكهروميكانيكية النانوية، مثل أجهزة الاستشعار والمحركات الصغيرة لأنظمة مراقبة القلب وأنظمة التقاط الحركة المتنقلة. كما يُتيح سُمك الجرافين على المستوى الذري إمكانية تصغير مقاييس التسارع من الميكرومتر إلى النانومتر مع الحفاظ على مستويات الحساسية المطلوبة للنظام. [ 35 ]

من خلال تعليق كتلة سيليكونية مقاومة للضغط على شريط غرافين مزدوج الطبقات، يُمكن تصنيع محول طاقة نانوي زنبركي-كتلي ومقاوم للضغط يتمتع بقدرات محولات الطاقة المُنتجة حاليًا في مقاييس التسارع. توفر الكتلة الزنبركية دقةً أعلى، بينما تُحوّل خصائص مقاومة الضغط للغرافين الإجهاد الناتج عن التسارع إلى إشارات كهربائية لمقياس التسارع. يُشكّل شريط الغرافين المُعلّق في آنٍ واحد الزنبرك ومحول الطاقة المقاوم للضغط، مما يُحسّن من استغلال المساحة ويُعزّز أداء مقاييس التسارع النانوية الكهروميكانيكية. [ 36 ]

بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS)

تُعدّ الأعطال الناجمة عن الالتصاق والاحتكاك الشديدين مصدر قلق للعديد من الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية. تستخدم هذه الأنظمة السيليكون بكثرة نظرًا لتقنيات التصنيع الدقيق المعروفة جيدًا؛ إلا أن صلابته الذاتية غالبًا ما تعيق قدرة الأجهزة ذات الأجزاء المتحركة.

قارنت دراسة أجراها باحثون من جامعة ولاية أوهايو بين خصائص الالتصاق والاحتكاك لبلورة سيليكون أحادية الطبقة ذات طبقة أكسيد طبيعية، وطبقة طلاء من مادة PDMS. مادة PDMS هي مطاط سيليكوني يتميز بقابلية عالية للتعديل الميكانيكي، وخمول كيميائي، وثبات حراري، ونفاذية للغازات، وشفافية، وعدم تألق، وتوافق حيوي، وعدم سمية. [ 37 ] وبفضل خصائص البوليمرات، يمكن أن يتغير معامل يونغ لمادة PDMS بمقدار رتبتين عشريتين من خلال التحكم في درجة التشابك بين سلاسل البوليمر، مما يجعلها مادة مناسبة لتطبيقات الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية (NEMS) والتطبيقات البيولوجية. تستطيع مادة PDMS تشكيل غلاف محكم مع السيليكون، وبالتالي يسهل دمجها في تقنية NEMS، مما يُحسّن الخصائص الميكانيكية والكهربائية. بدأت البوليمرات مثل PDMS تكتسب اهتمامًا متزايدًا في مجال NEMS نظرًا لانخفاض تكلفة تصنيعها، وبساطة عملية إنتاجها، وكفاءتها من حيث الوقت. [ 37 ]

وُجد أن زمن الراحة يرتبط ارتباطًا مباشرًا بقوة الالتصاق، [ 38 ] كما أن زيادة الرطوبة النسبية تؤدي إلى زيادة قوى الالتصاق للبوليمرات المحبة للماء. وتؤكد قياسات زاوية التلامس وحسابات قوة لابلاس على طبيعة PDMS الكارهة للماء، وهو ما يتوافق مع استقلاليته المُثبتة تجريبيًا عن الرطوبة النسبية. كما أن قوى الالتصاق في PDMS مستقلة عن زمن الراحة، وقادرة على العمل بكفاءة في ظل ظروف رطوبة نسبية متغيرة، وتتميز بمعامل احتكاك أقل من معامل احتكاك السيليكون. وتُسهّل طبقات PDMS التخفيف من مشاكل السرعات العالية، مثل منع الانزلاق. وبالتالي، يظل الاحتكاك على أسطح التلامس منخفضًا حتى عند السرعات العالية. في الواقع، على المستوى الميكروي، يقل الاحتكاك مع زيادة السرعة. وقد أدت خاصية كراهية الماء وانخفاض معامل الاحتكاك في PDMS إلى إمكانية دمجه بشكل أكبر في تجارب NEMS التي تُجرى في ظل رطوبة نسبية متغيرة وسرعات انزلاق نسبية عالية. [ 39 ]

غشاء أنظمة نانوية كهروميكانيكية مقاومة للضغط مطلي بمادة PDMS

يُستخدم البولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS) بشكل متكرر في تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية (NEMS). على سبيل المثال، يمكن استخدام طلاء PDMS على غشاء للكشف عن بخار الكلوروفورم. [ 40 ]

ابتكر باحثون من جامعة سنغافورة الوطنية غشاءً نانوإلكتروميكانيكيًا مطليًا بمادة بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS) ومُدمجًا بأسلاك نانوية من السيليكون (SiNWs) للكشف عن بخار الكلوروفورم في درجة حرارة الغرفة. عند وجود بخار الكلوروفورم، يمتص غشاء PDMS الموجود على الغشاء الدقيق جزيئات البخار، مما يؤدي إلى تمدده وتشوهه. ترتبط الأسلاك النانوية من السيليكون المزروعة داخل الغشاء الدقيق بجسر ويتستون ، الذي يحوّل التشوه إلى جهد خرج كمي. إضافةً إلى ذلك، يتميز مستشعر الغشاء الدقيق بانخفاض تكلفة تصنيعه واستهلاكه للطاقة. كما يتمتع بإمكانات كبيرة للتوسع، وحجم صغير جدًا، وتوافق مع عملية تصنيع الدوائر المتكاملة CMOS . من خلال تغيير طبقة البوليمر الماصة للبخار، يمكن تطبيق طرق مماثلة قادرة نظريًا على الكشف عن أبخرة عضوية أخرى.

إضافةً إلى خصائصه الذاتية المذكورة في قسم المواد، يُمكن استخدام مادة PDMS لامتصاص الكلوروفورم، الذي ترتبط آثاره عادةً بتورم وتشوه الغشاء الدقيق؛ كما تم قياس أبخرة عضوية متنوعة في هذه الدراسة. مع ثبات جيد مع مرور الوقت والتغليف المناسب، يُمكن إبطاء معدل تحلل مادة PDMS استجابةً للحرارة والضوء والإشعاع. [ 41 ]

NEMS الهجين الحيوي

الريبوسوم هو آلة بيولوجية تستخدم ديناميكيات البروتين على نطاق النانو

يجمع مجال الأنظمة الحيوية الهجينة الناشئ بين العناصر البنيوية البيولوجية والاصطناعية لتطبيقات طبية حيوية أو روبوتية. تتكون العناصر المكونة للأنظمة الكهروميكانيكية النانوية الحيوية (BioNEMS) من مواد نانوية الحجم، مثل الحمض النووي والبروتينات أو الأجزاء الميكانيكية النانوية. ومن الأمثلة على ذلك سهولة تشكيل البوليمرات الثيول-إينية بتقنية النانو من الأعلى إلى الأسفل لإنشاء هياكل نانوية متشابكة ومتينة ميكانيكيًا، والتي يتم بعد ذلك تزويدها بالبروتينات. [ 42 ]

عمليات المحاكاة

لطالما شكلت المحاكاة الحاسوبية نظيراً هاماً للدراسات التجريبية لأجهزة NEMS. فمن خلال ميكانيكا الأوساط المتصلة وديناميكيات الجزيئات ، يمكن التنبؤ بسلوكيات مهمة لأجهزة NEMS عبر النمذجة الحاسوبية قبل إجراء التجارب. [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] إضافةً إلى ذلك، يُمكّن الجمع بين تقنيات الأوساط المتصلة وديناميكيات الجزيئات المهندسين من تحليل استقرار أجهزة NEMS بكفاءة دون الحاجة إلى شبكات فائقة الدقة أو عمليات محاكاة تستغرق وقتاً طويلاً. [ 43 ] وللمحاكاة مزايا أخرى أيضاً: فهي لا تتطلب الوقت والخبرة اللازمين لتصنيع أجهزة NEMS؛ ويمكنها التنبؤ بفعالية بالأدوار المترابطة لمختلف التأثيرات الكهروميكانيكية؛ كما يمكن إجراء الدراسات البارامترية بسهولة نسبية مقارنةً بالأساليب التجريبية. على سبيل المثال، تنبأت الدراسات الحاسوبية بتوزيعات الشحنة واستجابات "الانجذاب" الكهروميكانيكية لأجهزة NEMS. [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] يمكن أن يساعد استخدام عمليات المحاكاة للتنبؤ بالسلوك الميكانيكي والكهربائي لهذه الأجهزة في تحسين معايير تصميم أجهزة NEMS.

موثوقية ودورة حياة الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية

الموثوقية والتحديات

توفر الموثوقية مقياسًا كميًا لسلامة المكون وأدائه دون تعطل خلال عمر المنتج المحدد. يمكن أن تُعزى أعطال أجهزة NEMS إلى مصادر متنوعة، مثل العوامل الميكانيكية والكهربائية والكيميائية والحرارية. وقد تم تحديد تحديد آليات الأعطال، وتحسين الإنتاجية، وندرة المعلومات، ومشاكل قابلية التكرار كتحديات رئيسية لتحقيق مستويات أعلى من الموثوقية لأجهزة NEMS. وتنشأ هذه التحديات خلال مراحل التصنيع (مثل معالجة الرقاقات، والتغليف، والتجميع النهائي) ومراحل ما بعد التصنيع (مثل النقل، والخدمات اللوجستية، والاستخدام). [ 50 ]

التغليف

غالبًا ما تُشكّل تحديات التغليف ما بين 75% و95% من التكاليف الإجمالية لأنظمة MEMS وNEMS. ويُراعى في تصميم التغليف عوامل مثل تقطيع الرقاقات، وسُمك الجهاز، وتسلسل عملية الفصل النهائي، والتمدد الحراري، وعزل الإجهاد الميكانيكي، وتبديد الطاقة والحرارة، وتقليل الزحف، وعزل الوسائط، والطلاءات الواقية، وذلك لمواءمة تصميم مكونات MEMS أو NEMS. [ 51 ] وقد استُخدم تحليل الانفصال، وتحليل الحركة، واختبارات العمر الافتراضي لتقييم تقنيات التغليف على مستوى الرقاقة، مثل التغليف من الغطاء إلى الرقاقة، ومن رقاقة إلى أخرى، والتغليف بالأغشية الرقيقة. ويمكن لتقنيات التغليف على مستوى الرقاقة أن تُحسّن الموثوقية وتزيد الإنتاجية لكل من الأجهزة الدقيقة والنانوية. [ 52 ]

تصنيع

يُعدّ تقييم موثوقية الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية (NEMS) في المراحل المبكرة من عملية التصنيع أمرًا بالغ الأهمية لتحسين الإنتاجية. وتعتمد أشكال القوى السطحية، مثل قوى الالتصاق والقوى الكهروستاتيكية، بشكل كبير على تضاريس السطح وهندسة التلامس. ويؤدي التصنيع الانتقائي للأسطح ذات البنية النانوية إلى تقليل مساحة التلامس، مما يُحسّن أداء كلٍّ من الالتصاق والاحتكاك في الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية. [ 53 ] علاوة على ذلك، فإنّ تطبيق الأعمدة النانوية على الأسطح المُهندسة يزيد من خاصية كراهية الماء، مما يؤدي إلى تقليل كلٍّ من الالتصاق والاحتكاك. [ 54 ]

يمكن أيضًا التحكم في الالتصاق والاحتكاك من خلال تقنية النقش النانوي لضبط خشونة السطح بما يتناسب مع التطبيقات المناسبة لجهاز NEMS. استخدم باحثون من جامعة ولاية أوهايو مجهر القوة الذرية/الاحتكاكية (AFM/FFM) لدراسة تأثيرات النقش النانوي على كراهية الماء والالتصاق والاحتكاك في البوليمرات المحبة للماء ذات نوعين من النتوءات المنقوشة (نسبة عرض إلى ارتفاع منخفضة ونسبة عرض إلى ارتفاع عالية). ووجد الباحثون أن خشونة الأسطح المحبة للماء ترتبط عكسيًا بالأسطح الكارهة للماء، بينما ترتبط خشونة الأسطح الكارهة للماء طرديًا. [ 24 ]

نظراً لكبر نسبة مساحة سطحها إلى حجمها وحساسيتها، قد يُعيق الالتصاق والاحتكاك أداء وموثوقية أجهزة الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية (NEMS). تنشأ هذه المشكلات الاحتكاكية من التصغير الطبيعي لهذه الأدوات؛ ومع ذلك، يمكن تحسين النظام من خلال التحكم في المادة الهيكلية والأغشية السطحية ومواد التشحيم. بالمقارنة مع أغشية السيليكون غير المُطعّم أو أغشية السيليكون متعدد التبلور، تتميز أغشية كربيد السيليكون (SiC) بأقل احتكاك، مما يؤدي إلى زيادة مقاومة الخدش وتحسين الأداء عند درجات الحرارة العالية. تُظهر طبقات الكربون الشبيه بالماس (DLC) الصلبة احتكاكاً منخفضاً وصلابة عالية ومقاومة للتآكل، بالإضافة إلى مقاومة كيميائية وكهربائية. يمكن تحسين الخشونة، وهي عامل يقلل من التبلل ويزيد من كراهية الماء، عن طريق زيادة زاوية التلامس لتقليل التبلل والسماح بانخفاض الالتصاق والتفاعل بين الجهاز وبيئته. [ 55 ]

تعتمد خصائص المواد على حجمها. لذا، يُصبح تحليل الخصائص الفريدة لأنظمة NEMS والمواد النانوية ذا أهمية متزايدة للحفاظ على موثوقية واستقرار أجهزة NEMS على المدى الطويل. [ 56 ] تُحدد بعض الخصائص الميكانيكية، مثل الصلابة ومعامل المرونة واختبارات الانحناء، للمواد النانوية باستخدام أداة قياس الصلابة النانوية على مادة خضعت لعمليات التصنيع. مع ذلك، لا تُراعي هذه القياسات كيفية عمل الجهاز في الصناعة تحت تأثير الإجهادات والانفعالات المطولة أو الدورية. يُعد هيكل ثيتا نموذجًا لأنظمة NEMS يتميز بخصائص ميكانيكية فريدة. يتكون هذا الهيكل من السيليكون، ويتمتع بقوة عالية، وقادر على تركيز الإجهادات على المستوى النانوي لقياس بعض الخصائص الميكانيكية للمواد. [ 57 ]

الإجهادات المتبقية

لزيادة موثوقية السلامة الهيكلية، تزداد أهمية توصيف كل من بنية المادة والإجهادات الداخلية على نطاقات طول مناسبة. [ 58 ] تشمل آثار الإجهادات المتبقية، على سبيل المثال لا الحصر، الكسر والتشوه والتقشر والتغيرات الهيكلية النانوية، والتي قد تؤدي إلى فشل التشغيل والتدهور المادي للجهاز. [ 59 ]

يمكن أن تؤثر الإجهادات المتبقية على الخصائص الكهربائية والبصرية. على سبيل المثال، في تطبيقات الخلايا الكهروضوئية والثنائيات الباعثة للضوء (LED) المختلفة، يمكن ضبط طاقة فجوة النطاق لأشباه الموصلات وفقًا لتأثيرات الإجهاد المتبقي. [ 60 ]

يمكن استخدام مجهر القوة الذرية (AFM) ومطيافية رامان لتوصيف توزيع الإجهادات المتبقية على الأغشية الرقيقة من حيث تصوير حجم القوة، والتضاريس، ومنحنيات القوة. [ 61 ] علاوة على ذلك، يمكن استخدام الإجهاد المتبقي لقياس درجة انصهار البنى النانوية باستخدام المسعر التفاضلي الماسح (DSC) وحيود الأشعة السينية المعتمد على درجة الحرارة (XRD). [ 60 ]

مستقبل

تشمل العقبات الرئيسية التي تحول دون التطبيق التجاري للعديد من أجهزة الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية (NEMS) انخفاض الإنتاجية وارتفاع تباين جودة الأجهزة. قبل إمكانية تطبيق هذه الأجهزة فعليًا، لا بد من ابتكار تكاملات فعّالة للمنتجات الكربونية. وقد تم مؤخرًا إثبات خطوة في هذا الاتجاه باستخدام الماس، حيث تم الوصول إلى مستوى معالجة يُضاهي مستوى السيليكون. [ 18 ] وينصب التركيز حاليًا على التحول من العمل التجريبي نحو التطبيقات العملية وهياكل الأجهزة التي ستُطبّق هذه الأجهزة المبتكرة وتستفيد منها. [ 20 ] ويتمثل التحدي التالي في فهم جميع خصائص هذه الأدوات الكربونية، واستخدام هذه الخصائص لإنتاج أنظمة كهروميكانيكية نانوية فعّالة ومتينة ذات معدلات فشل منخفضة. [ 49 ]

لقد كانت المواد القائمة على الكربون بمثابة مواد أساسية لاستخدام NEMS، وذلك بسبب خصائصها الميكانيكية والكهربائية الاستثنائية.

في الآونة الأخيرة، أظهرت الأسلاك النانوية المصنوعة من زجاج الكالكوجينيد أنها منصة رئيسية لتصميم أنظمة كهروميكانيكية نانوية قابلة للضبط، وذلك بفضل إمكانية التعديل النشط لمعامل يونغ. [ 62 ]

من المتوقع أن يصل حجم السوق العالمي لأنظمة النانو الكهروميكانيكية إلى 108.88 مليون دولار بحلول عام 2022. [ 63 ]

التطبيقات

ركائز نانوية كهروميكانيكية

طوّر باحثون من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ناتئًا قائمًا على تقنية النانو الكهروميكانيكية (NEMS) يتميز برنين ميكانيكي يصل إلى ترددات عالية جدًا (VHF). ويُسهّل دمج محولات الإزاحة الإلكترونية، القائمة على أغشية معدنية رقيقة مقاومة للضغط، قراءةً دقيقة وفعّالة للجهاز النانوي. كما تُمكّن معالجة سطح الجهاز بطبقة بوليمرية رقيقة ذات معامل توزيع عالٍ للمواد المستهدفة، الناتئات القائمة على تقنية NEMS من إجراء قياسات الامتزاز الكيميائي عند درجة حرارة الغرفة بدقة كتلة تقل عن أتوغرام واحد . وقد استُغلت إمكانيات أخرى للناتئات القائمة على تقنية NEMS في تطبيقات أجهزة الاستشعار، ومجسات المسح، والأجهزة التي تعمل بترددات عالية جدًا (100 ميجاهرتز). [ 64 ] 

مراجع

  1. ↑ "SiTime SiT8008 - مذبذب MEMS  : لقطة رقاقة نهاية الأسبوع: ZeptoBars" .
  2. 1 2 هيوز، جيمس إي. الابن؛ فينترا، ماسيميليانو دي ؛ إيفوي، ستيفان (2004). مقدمة في علم وتكنولوجيا النانو (علم وتكنولوجيا البنية النانوية) . برلين: سبرينغر. ISBN 978-1-4020-7720-3.
  3. ↑ فروتش، سي جيه؛ ديريك، إل (1957). "حماية السطح والتغطية الانتقائية أثناء الانتشار في السيليكون" . مجلة الجمعية الكهروكيميائية . 104 (9): 547. doi : 10.1149/1.2428650 .
  4. ↑ سزي، سيمون م. (2002). أجهزة أشباه الموصلات: الفيزياء والتكنولوجيا (ملف PDF) (الطبعة الثانية ). وايلي . ص 4. ISBN   0-471-33372-7.
  5. ↑ باسا، أندريه أفيلينو (2010). "الفصل 13: ترانزستور ذو قاعدة نانوية معدنية" . دليل الفيزياء النانوية: الإلكترونيات النانوية والفوتونيات النانوية . مطبعة CRC . الصفحات 13-1 ، 13-4 . ISBN  978-1-4200-7551-9.
  6. ^ دافاري، بيجان. تينغ، تشونغ يو؛ اهن، كي Y.؛ باسافايا، س.؛ هو، تشاو كون؛ تور، يوان؛ وردمان، ماثيو ر. أبو الفتوح، O .؛ كروسين إلباوم، إل . جوشي، راجيف الخامس. بولكاري، مايكل ر. (1987). "MOSFET بوابة التنغستن Submicron مع أكسيد بوابة 10 نانومتر" . 1987 ندوة حول تقنية VLSI. ملخص الأوراق الفنية . ص 61 – 62. 
  7. 1 2 تسو-جاي كينغ، ليو (11 يونيو 2012). "FinFET: التاريخ، الأساسيات، والمستقبل" . جامعة كاليفورنيا، بيركلي . ندوة حول تقنية VLSI - دورة قصيرة . تم الاطلاع عليه في 9 يوليو 2019 .
  8. ↑ كولينج، جيه بي (2008). ترانزستورات FinFET وغيرها من الترانزستورات متعددة البوابات . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ص 11. ISBN  978-0-387-71751-7.
  9. ↑ هيساموتو، د.؛ كاجا، ت.؛ كاواموتو، ي.؛ تاكيدا، إ. (ديسمبر 1989). "ترانزستور قناة منخفضة الاستنزاف بالكامل (دلتا) - ترانزستور MOSFET رأسي فائق الرقة من نوع SOI". الملخص الفني الدولي لاجتماع أجهزة الإلكترونيات . الصفحات 833-836 . doi : 10.1109/IEDM.1989.74182 . S2CID 114072236 .  
  10. ↑ "الحائزون على جائزة أندرو إس. غروف من معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات" . جائزة أندرو إس. غروف من معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . مؤرشف من الأصل في 9 سبتمبر 2018. تم الاطلاع عليه في 4 يوليو 2019 .
  11. ↑ "الميزة الرائدة لتقنية البوابات الثلاثية في معالجات FPGA" (ملف PDF) . إنتل . 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يوليو 2019 .
  12. ↑ ديسبونت، م؛ بروجر، ج؛ دريكسلر، يو؛ دوريج، يو؛ هابيرل، و؛ لوتويتش، م؛ روثويزن، هـ؛ ستوتز، ر؛ ويدمر، ر. (2000). "شريحة VLSI-NEMS لتخزين بيانات AFM بالتوازي". أجهزة الاستشعار والمحركات أ: فيزيائية . 80 (2): 100-107 . Bibcode : 2000SeAcA..80..100D . doi : 10.1016/S0924-4247(99)00254-X .
  13. ↑ دي هان، س. (2006). "الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية - المنتجات الناشئة وتطبيقات الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية" . تصورات تكنولوجيا النانو . 2 (3): 267-275 . doi : 10.4024/N14HA06.ntp.02.03 . ISSN 1660-6795 . 
  14. ↑ الصفحة الرئيسية لـ ITRS مؤرشفة بتاريخ 28 ديسمبر 2015 على موقع Wayback Machine . Itrs.net. تم الاطلاع عليها بتاريخ 24 نوفمبر 2012.
  15. ↑ ماسيميليانو فينترا؛ ستيفان إيفوي؛ جيمس ر. هيفلين (30 يونيو 2004). مقدمة في علم وتكنولوجيا النانو . سبرينغر. ISBN 978-1-4020-7720-3تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 نوفمبر 2012 .
  16. 1 2 "الفرق بين النهج من أعلى إلى أسفل والنهج من أسفل إلى أعلى في تكنولوجيا النانو" . يوليو 2011.
  17. 1 2 تاو، واي؛ بوس، جيه إم؛ مورز، بي إيه؛ ديجين، سي إل (2014). "رنانات نانوية ميكانيكية من الماس أحادي البلورة بمعاملات جودة تتجاوز المليون". نيتشر كوميونيكيشنز . 5 3638. arXiv : 1212.1347 . Bibcode : 2014NatCo...5.3638T . doi : 10.1038/ncomms4638 . PMID 24710311. S2CID 20377068 .  
  18. 1 2 تاو، يي؛ ديجين، كريستيان (2013). "تصنيع سهل لهياكل نانوية من الماس أحادي البلورة بنسبة أبعاد فائقة الارتفاع". مواد متقدمة . 25 (29): 3962-3967 . Bibcode : 2013AdM....25.3962T . doi : 10.1002/adma.201301343 . PMID 23798476. S2CID 5089294 .  
  19. ↑ بانش، جيه إس؛ فان دير زاند، إيه إم؛ فيربيردج، إس إس؛ فرانك، آي دبليو؛ تانينباوم، دي إم؛ باربيا، جيه إم؛ كريج هيد، إتش جي؛ ماكوين، بي إل (2007). "رنانات كهروميكانيكية من صفائح الجرافين". مجلة ساينس . 315 (5811): 490-493 . رمز Bibcode : 2007Sci...315..490B . doi : 10.1126/science.1136836 . PMID 17255506. S2CID 17754057 .  
  20. 1 2 3 كيس، أ.؛ زتل، أ. (2008). "الميكانيكا النانوية لأنابيب الكربون النانوية" (ملف PDF) . المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية أ . 366 (1870 ) : 1591-1611 . رمز Bibcode : 2008RSPTA.366.1591K . doi : 10.1098/rsta.2007.2174 . PMID 18192169. S2CID 10224625. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 27-09-2011.  
  21. 1 2 هيرمان، إس؛ إيكه، آر؛ شولز، إس؛ جيسنر، تي (2008). "التحكم في تكوين الجسيمات النانوية من أجل نمو محدد لأنابيب الكربون النانوية لتطبيقات التوصيل البيني". هندسة الإلكترونيات الدقيقة . 85 (10): 1979-1983 . doi : 10.1016/j.mee.2008.06.019 .
  22. ^ ديكر، سيس. تانس، ساندر J.؛ فيرشويرين، ألوين آر إم (1998). “ترانزستور درجة حرارة الغرفة يعتمد على أنبوب نانوي واحد من الكربون”. طبيعة . 393 (6680): 49– 52. بيب كود : 1998Natur.393...49T . دوى : 10.1038/29954 . S2CID 4403144 . 
  23. 1 2 ويسترفيلت، آر إم (2008). " الفيزياء التطبيقية: إلكترونيات النانو الجرافينية". مجلة ساينس . 320 (5874): 324-325 . doi : 10.1126/science.1156936 . PMID 18420920. S2CID 9585810 .  
  24. 1 2 بارتون، ر. أ.؛ باربيا، ج.؛ كريغ هيد، هـ. ج. (2011). "تصنيع وأداء أنظمة الجرافين النانوية الكهروميكانيكية" (ملف PDF) . مجلة علوم وتكنولوجيا الفراغ ب . 29 (5): 050801. رمز Bibcode : 2011JVSTB..29e0801B . doi : 10.1116/1.3623419 . S2CID 20385091 . 
  25. ↑ بارتون، ر. أ.؛ إيليك، ب.؛ فان دير زاند، أ. م.؛ ويتني، و. س.؛ ماكوين، ب. ل.؛ باربيا، ج. م.؛ كريغ هيد، هـ. ج. (2011). "عامل جودة عالٍ يعتمد على الحجم في مصفوفة من الرنانات الميكانيكية المصنوعة من الجرافين" (ملف PDF) . رسائل نانو . 11 (3): 1232-1236 . Bibcode : 2011NanoL..11.1232B . doi : 10.1021/nl1042227 . PMID: 21294522. S2CID : 996449 .  
  26. ↑ إكينجي، ك. ل.؛ هوانغ، ش. م. هـ.؛ روكس، م. ل. (2004). "الكشف النانوي الكهروميكانيكي فائق الحساسية عن الكتلة". رسائل الفيزياء التطبيقية . 84 (22): 4469-4471 . arXiv : cond-mat/0402528 . Bibcode : 2004ApPhL..84.4469E . doi : 10.1063/1.1755417 .
  27. ↑ مامين، هـ. ج.؛ روجار، د. (2001). "الكشف عن القوة دون الأتونيوتن عند درجات حرارة الميلي كلفن". رسائل الفيزياء التطبيقية . 79 (20): 3358-3360 . Bibcode : 2001ApPhL..79.3358M . doi : 10.1063/1.1418256 .
  28. ↑ لاهاي، دكتور في الطب؛ بو، أو.؛ ​​كاماروتا، ب.؛ شواب، ك.س. (2004). "الاقتراب من الحد الكمي لرنان نانوميكانيكي" ( ملف PDF) . مجلة ساينس . 304 (5667): 74-77 . رمز Bibcode : 2004Sci...304...74L . doi : 10.1126/science.1094419 . PMID 15064412. S2CID 262262236 .  
  29. ↑ باورديك، س.؛ ليندن، أ.؛ ستامبفر، س.؛ هيلبلينغ، ت.؛ هيرولد، س. (2006). "التوصيل المباشر لأنابيب الكربون النانوية للتكامل في الأنظمة النانوية الكهروميكانيكية" . مجلة علوم وتكنولوجيا الفراغ ب . 24 (6): 3144. رمز Bibcode : 2006JVSTB..24.3144B . doi : 10.1116/1.2388965 . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23-03-2012.
  30. ↑ هوانغ، إكس إم إتش؛ زرمان، سي إيه؛ مهرجاني، إم؛ روكس، إم إل (2003). "حركة الأجهزة النانوية عند ترددات الميكروويف". مجلة نيتشر . 421 (6922): 496. doi : 10.1038/421496a . PMID 12556880 . 
  31. ↑ يوسف، م.ي.أ.؛ لوندغرين، ب.؛ غافانيني، ف.؛ إينوكسون، ب.؛ بنغتسون، س. (2008). "اعتبارات CMOS في المفاتيح النانوية الكهروميكانيكية القائمة على أنابيب الكربون النانوية". تقنية النانو . 19 (28) 285204. Bibcode : 2008Nanot..19B5204Y . doi : 10.1088/0957-4484/19/28/285204 . PMID 21828728. S2CID 2228946 .  
  32. ↑ روكيس، ت.؛ كيم، ك.؛ جوزليفيتش، إ.؛ تسينغ، جي واي؛ تشيونغ، سي إل؛ ليبر، سي إم (2000). "ذاكرة وصول عشوائي غير متطايرة قائمة على أنابيب الكربون النانوية للحوسبة الجزيئية" . مجلة ساينس . 289 (5476): 94-97 . رمز Bibcode : 2000Sci...289...94R . doi : 10.1126/science.289.5476.94 . PMID 10884232 . 
  33. ↑ كولينز، بي جي؛ برادلي، ك؛ إيشيغامي، م؛ زيتل، أ (2000). "حساسية شديدة للأكسجين للخواص الإلكترونية لأنابيب الكربون النانوية". مجلة ساينس . 287 (5459): 1801-1804 . رمز Bibcode : 2000Sci...287.1801C . doi : 10.1126/science.287.5459.1801 . PMID 10710305 . 
  34. ↑ إيبسن، تي دبليو؛ ليزيك، إتش جيه؛ هيورا، إتش؛ بينيت، جيه دبليو؛ غايمي، إتش إف؛ ثيو، تي. (1996). "التوصيل الكهربائي لأنابيب الكربون النانوية المفردة". مجلة نيتشر . 382 (6586): 54-56 . رمز Bibcode : 1996Natur.382...54E . doi : 10.1038/382054a0 . S2CID 4332194 . 
  35. ↑ غرولمز، م. (سبتمبر 2019). "مقياس تسارع من الجرافين على المستوى النانوي" . أخبار العلوم المتقدمة.
  36. ↑ فان، إكس.؛ فيشر، إيه سي؛ فورسبيرغ، إف.؛ ليم، إم سي؛ نيكلاوس، إف.؛ أوستلينغ، إم.؛ روديغارد، إتش.؛ شرودر، إس.؛ سميث، إيه دي؛ فاغنر، إس. (سبتمبر 2019). "شرائط الغرافين ذات الكتل المعلقة كمحولات طاقة في مقاييس التسارع النانوية الكهروميكانيكية فائقة الصغر". مجلة نيتشر للإلكترونيات . 2 (9): 394-404 . arXiv : 2003.07115 . doi : 10.1038/s41928-019-0287-1 .
  37. 1 2 ماكدونالد، جيه سي؛ وايتسايدز، جي إم (2002). "بولي (ثنائي ميثيل سيلوكسان) كمادة لتصنيع الأجهزة الميكروفلويدية". حسابات البحوث الكيميائية . 35 (7): 491-9 . doi : 10.1021/ar010110q . PMID 12118988. S2CID 41310254 .  
  38. ↑ بهوشان، ب. (2013). مبادئ وتطبيقات علم الاحتكاك ( الطبعة الثانية). وايلي. ISBN  978-1-118-40301-3.
  39. ↑ تامبي، ن.س.؛ بهوشان، ب. (2005). "الخصائص الميكروية/النانوية لـ PDMS وPMMA المستخدمة في تطبيقات BioMEMS/NEMS". المجهرية الفائقة . 105 ( 1-4 ): 238-247 . doi : 10.1016/j.ultramic.2005.06.050 .
  40. ↑ غو، هـ.؛ لو، ل.؛ تشين، ش.؛ لي، س. (2012). "غشاء NEMS مقاوم للضغط مطلي بـ PDMS للكشف عن بخار الكلوروفورم" . رسائل أجهزة الإلكترونيات IEEE . 33 (7): 1078-1080 . Bibcode : 2012IEDL...33.1078G . doi : 10.1109/LED.2012.2195152 . S2CID 40641941 . 
  41. ↑ شودري، أ.ن.؛ بيلينغهام، ن.س. (2001). "توصيف وتدهور الأكسدة لمطاط بولي (ثنائي ميثيل سيلوكسان) المفلكن في درجة حرارة الغرفة". تدهور البوليمر واستقراره . 73 (3): 505-510 . doi : 10.1016/S0141-3910(01)00139-2 .
  42. ↑ شفاغ، رضا؛ فاستيسون، الكسندر. قوه ويجين. فان دير ويجنجارت، ووتر؛ هارالدسون ، تومي (2018). "البنية النانوية للشعاع الإلكتروني والوظيفة الحيوية للنقر المباشر لمقاومة الثيول-إيني" . ايه سي اس نانو . 12 (10): 9940–9946 . بيب كود : 2018ACSNa..12.9940Z . دوى : 10.1021/acsnano.8b03709 . بميد 30212184 . S2CID 52271550 .  
  43. 1 2 ديكينيس، مارك؛ تانغ، تشي؛ ألورو، إن آر (2004). "التحليل الساكن والديناميكي للمفاتيح القائمة على أنابيب الكربون النانوية" (ملف PDF) . مجلة هندسة المواد والتكنولوجيا . 126 (3): 230. doi : 10.1115/1.1751180 . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 18-12-2012.
  44. ↑ كي، تشانغ هونغ؛ إسبينوزا، هوراسيو د. (2005). "التحليل العددي لأجهزة NEMS القائمة على الأنابيب النانوية - الجزء الأول: توزيع الشحنة الكهروستاتيكية على الأنابيب النانوية متعددة الجدران" (ملف PDF) . مجلة الميكانيكا التطبيقية . 72 (5): 721. Bibcode : 2005JAM....72..721K . doi : 10.1115/1.1985434 . مؤرشف من الأصل بتاريخ 13 يوليو 2011.
  45. ↑ كي، تشانغ هونغ؛ إسبينوزا، هوراسيو د.؛ بونيو، نيكولا (2005). "التحليل العددي لأجهزة NEMS القائمة على الأنابيب النانوية - الجزء الثاني: دور الحركة المحدودة، والتمدد، وتركيزات الشحنة" (ملف PDF) . مجلة الميكانيكا التطبيقية . 72 (5): 726. Bibcode : 2005JAM....72..726K . doi : 10.1115/1.1985435 .
  46. ↑ غارسيا، جيه سي؛ جوستو، جيه إف (2014). "أسلاك نانوية سيليكونية فائقة الرقة ملتوية: جهاز نانوي كهروميكانيكي محتمل قائم على الالتواء". يوروفيز. ليت . 108 (3) 36006. arXiv : 1411.0375 . Bibcode : 2014EL....10836006G . doi : 10.1209/0295-5075/108/36006 . S2CID 118792981 . 
  47. ↑ كيبلينسكي، ب.؛ ناياك، س.؛ زابول، ب.؛ أجايا، ب. (2002). "توزيع الشحنة واستقرار أنابيب الكربون النانوية المشحونة". رسائل المراجعة الفيزيائية . 89 (25) 255503. رمز Bibcode : 2002PhRvL..89y5503K . doi : 10.1103/PhysRevLett.89.255503 . PMID 12484896 . 
  48. ↑ كي، سي؛ إسبينوزا، إتش دي (2006). "التوصيف الكهروميكانيكي لجهاز NEMS ثنائي الاستقرار باستخدام المجهر الإلكتروني في الموقع". سمول . 2 (12): 1484-1489 . Bibcode : 2006Small...2.1484K . doi : 10.1002/smll.200600271 . PMID 17193010 . 
  49. 1 2 لوه، أو؛ وي، إكس؛ كي، سي؛ سوليفان، جيه؛ إسبينوزا، إتش دي (2011). "أجهزة نانوية كهروميكانيكية متينة قائمة على أنابيب الكربون النانوية: فهم أنماط الفشل الشائعة والقضاء عليها باستخدام مواد أقطاب كهربائية بديلة". سمول . 7 (1): 79-86 . doi : 10.1002/smll.201001166 . PMID 21104780 . 
  50. ↑ عرب، أ.؛ فينغ، كيو. (2014). "بحوث الموثوقية في الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة والنانوية: مراجعة". المجلة الدولية لتكنولوجيا التصنيع المتقدمة . 74 ( 9-12 ): 1679-1690 . doi : 10.1007/s00170-014-6095-x . S2CID 253682814 . 
  51. ↑ كرون، دبليو سي (2008). "مقدمة موجزة عن الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة والأنظمة الكهروميكانيكية النانوية" . في شارب، دبليو إن (محرر). دليل سبرينغر للميكانيكا الصلبة التجريبية . سبرينغر. ص 203-228 . ISBN  978-0-387-26883-5.
  52. ↑ بيترز، ب. (2005). "تغليف الأنظمة الدقيقة/النانوية على مستوى الرقاقة". المؤتمر الخامس لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات حول تقنية النانو . معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات. ص 130-133 . doi : 10.1109/NANO.2005.1500710 . ISBN  0-7803-9199-3.
  53. ↑ زو، م.؛ كاي، ل.؛ وانغ، هـ.؛ يانغ، د.؛ ويروبيك، ت. (2005). "دراسات الالتصاق والاحتكاك لسطح ذي نسيج دقيق/نانوي انتقائي مُنتَج بواسطة التبلور بمساعدة الأشعة فوق البنفسجية للسيليكون غير المتبلور". رسائل علم الاحتكاك . 20 (1): 43-52 . doi : 10.1007/s11249-005-7791-3 . S2CID 135754653 . 
  54. ↑ فاولر، ج.؛ مون، هـ.؛ كيم، سي ج. (2002). "تحسين الخلط باستخدام تقنية الموائع الدقيقة القائمة على القطرات". ملخص فني. المؤتمر الدولي الخامس عشر لأنظمة MEMS 2002 التابع لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات. الصفحات 97-100 . doi : 10.1109/MEMSYS.2002.984099 . ISBN  0-7803-7185-2.
  55. ↑ بهوشان، ب. (مارس 2007). "علم الاحتكاك النانوي والميكانيكا النانوية لمواد وأجهزة MEMS/NEMS وBioMEMS/BioNEMS". هندسة الإلكترونيات الدقيقة . 84 (3): 387-412 . doi : 10.1016/j.mee.2006.10.059 .
  56. ↑ بايك، سي دبليو؛ بهوشان، بي؛ كيم، واي كيه؛ لي، إكس؛ تاكاشيما، كيه (أكتوبر-نوفمبر 2003). "الخصائص الميكانيكية للهياكل الميكروية/النانوية لتطبيقات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة/النانوية باستخدام تقنيات النانوية". المجهرية الفائقة . 97 ( 1-4 ): 481-494 . doi : 10.1016/S0304-3991(03)00077-9 . PMID 12801705 . 
  57. ↑ أوزبورن، دبليو إيه، ماكلين، إم، سميث، دي تي، جيربيج، واي. (نوفمبر 2017). قياسات ومعايير قوة النانو. المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا. تم الاسترجاع من https://www.nist.gov
  58. ↑ سالفاتي، إي. (2017). تقييم الإجهاد المتبقي ونمذجته على مستوى الميكرون (أطروحة دكتوراه). جامعة أكسفورد.
  59. ↑ فان سبينجن، دبليو إم (2003). "موثوقية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة من منظور آليات الفشل". موثوقية الإلكترونيات الدقيقة . 43 (7): 1049-1060 . Bibcode : 2003MiRe...43.1049M . doi : 10.1016/S0026-2714(03)00119-7 .
  60. 1 2 هوانغ، إكس جيه (2008). أبحاث تقنية النانو: هياكل نانوية جديدة، وأنابيب نانوية، وألياف نانوية . نوفا ساينس. ISBN 978-1-60021-902-3.
  61. ↑ غوبتا، س.؛ ويليامز، أ.أ.؛ باتيل، ر.ج.؛ هاينن، ك. (2006). "خرائط توزيع الإجهاد المتبقي، والقوة بين الجزيئية، وخصائص الاحتكاك لأغشية الماس لتطبيقات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة والنانوية (M/NEMS)" (ملف PDF) . مجلة أبحاث المواد . 21 (12): 3037-46 . Bibcode : 2006JMatR..21.3037G . doi : 10.1557/jmr.2006.0372 . S2CID 136894526 . 
  62. ↑ علي، أوتكو إمري؛ مودي، غاوراف؛ أغاروال، ريتيش؛ بهاسكاران، هاريش (18 مارس 2022). "تعديل الخصائص النانوية الميكانيكية في الوقت الحقيقي كإطار عمل لأنظمة نانوية ميكانيكية قابلة للضبط" . مجلة نيتشر كوميونيكيشنز . 13 (1): 1464. رمز Bibcode : 2022NatCo..13.1464A . doi : 10.1038/ s41467-022-29117-7 . ISSN 2041-1723 . PMC 8933423. PMID 35304454 .   
  63. ↑ "توقعات السوق العالمية لأنظمة النانو الكهروميكانيكية" . 24-10-2012.
  64. ↑ لي، م.؛ تانغ، هـ. إكس.؛ روكس، م. ل. (2007). "نوابض فائقة الحساسية قائمة على تقنية NEMS للاستشعار، والمجسات الممسوحة ضوئيًا، وتطبيقات الترددات العالية جدًا". مجلة Nature Nanotechnology . 2 (2): 114-120 . Bibcode : 2007NatNa...2..114L . doi : 10.1038/nnano.2006.208 . PMID 18654230 .