MOEMS

מערכות מיקרו אופטו-אלקטרו-מכניות (MOEMS) הן מערכות הנדסיות ממוזערות בקנה מידה של מיקרונים בודדים, הקולטות ומעבדות אותות אופטיים.
מערכות אלו הם התקנים המשלבים פונקציות מכניות, אלקטרוניות ואופטיות על שבבים של מוליך למחצה (בעיקר צורן). התקנים אלו מיוצרים בדומה לייצורם של רכיבי מיקרואלקטרוניקה בתעשיית המוליכים למחצה המיוצרים בייצור המוני.

רקע היסטורי

במהלך 1991-1993, ד"ר מ 'אדוארד Motamedi מ- Rockwell International חלוץ, בתחום המערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות (MEMS) ובתחום המיקרו-אופטיקה, השתמש בראשי התיבות של MOEMS למערכות מיקרו אופטו-אלקטרו-מכניות מתוך מטרה להבחין בין MEMS, ו- MOEMS.
בשנת 1993, ד"ר Motamedi הציג באופן רשמי MOEMS בפעם הראשונה, כשילוב רב עצמה של MEMS ומיקרו אופטיקה בכנס SPIE של טכנולוגיה בסן דייגו.

רקע

מערכת מיקרו-אופטו-אלקטרו-מכניות (MOEMS) היא MEMS המשולב מיקרו אופטיקה. למעשה MOEMS הוא התקן או מערכת משובצי מערכות מיקרו מכניות, אופטיות, וחשמליות הפועלות באופן אינטגרטיבי (דבר זה לא נכון, ברוב המקרים, עבור MEMS האופטי שיכול לכלול אופטיקה בתפזורת)
התקני MOEMS הם בדרך כלל חיישנים אופטיים או מעבדי אותות אופטיים המיוצרים באמצעות טכנולוגיות ייצור סטנדרטיות של תעשיית המיקרואלקטרוניקה תוך שימוש בחומרים כגון צורן (סיליקון), דו תחמוצת הצורן, סיליקון ניטריד וגליום ארסניד.
רכיבי MOEMS הם מבנים תלת-ממדיים עם קורות תלויות או ממברנות חופשיות. באמצעות תנועותיהן ניתן לבצע מדידות פיזיקליות או פונקציות מכניות מגוונות. בנוסף, צמוד אליהן שבב עיבוד מיקרואלקטרוני מקובל (כמו ASIC). הרכיב המאוחד יכול להתמיר תנועה או גודל פיזיקלי מסוים לאות חשמלי, או בכיוון ההפוך-להתמיר אות חשמלי לתנועה. בדרך זו ניתן לקבל מערכת מורכבת שלמה, והשאיפה האולטימטיבית היא "מערכת על השבב" (system on a chip) הכולל אינטגרציה של פונקציות חישה, הנעה, חישוב, אופטיקה ותקשורת במיקרו-מערכת אחת. 
כדי לייצר רכיבים אלו פותחו מספר טכנולוגיות ייחודיות לייצור, וכן שיטות תכן ייחודיות. 
טכנולוגיות אלו צעירות הרבה יותר מטכנולוגיות המיקרואלקטרוניקה, ורובן הגיעו לבשלות רק לפני עשור ופחות.
כיום ניתן למצוא את רכיבי ה-MOEMS בטכנולוגיה כדוגמת תקשורת, טלפונים חכמים, סורקים, ג'יירוסקופים וכו'.

מיקרו-מראות

אחד מרכיבי MOEM השימושיים ביותר הוא מראת הבוכנה הממונעת אלקטרוסטטית. מכשיר זה מנצל את עקרון הייצור הפלאנרי של תעשיית המוליכים למחצה כדי ליצור מבני לוחות מקביליים. הלוח העליון של המבנה ניתן לציפוי במתכת כדי ליצור מראה. כאשר מתח חשמלי מופעל בין שני הלוחות, כוח משיכה אלקטרוסטטי המנוגד לכוח המכני של החומר ממנו עשויים הלוחות מתפתח בין הלוחות. בתהליך זה ניתן לשלוט על כיפוף המראה אשר בלוח העליון. הפאזה של האור הנכנס המאופנן על ידי הסטת הראי יכולה להישלט על ידי מתח המופעל בין שתי אלקטרודות. 
תפקודי המראה כוללים תיקון עיוותים אופטיים בעקבות טורבולנציות באטמוספירה או בחלל החופשי ומיושמים במערכות תקשורת אופטיות.

סריג אופטי

אורכי גל ארוכים יותר (אדום) עוברים יותר דיפרקציה (עקיפה) אך נשברים פחות מאשר אורכי גל קצרים יותר (סגול).
סריג אופטי הוא אלמנט אופטי נוסף שיכול להיות מיוצר בקלות במשטח פוליסיליקון 
.הסריג האופטי הוא רכיב המשמש לאפנון מחזורי של פאזה או משרעת של הגל הפוגע. מבנה הסריג גורם לתופעת העקיפה באורך גל בזווית מסוימת. הסריג מוזז בניצב למישור המצע כדי לשנות יחס הפאזה בין האור המוחזר מהסריג למצע. הסריג מתוכנן כך שיוכל לאפנן עצמה אופטית מסדרי העקיפה 0 ל +/- 1
התקן ה-MOEMS שולט באור על ידי תהליך העקיפה. בדרך כלל התקן כזה מורכב ממערך של קרניים מקבילות שבו מאפייני העקיפה תלויים בצורה, במרווח והמיקום של הקרניים. ההבדל בין סריג אשר ב- MOEMS וסריג סטנדרטי הוא שאלמנטי העקיפה (קרני האור) ניתנים לעירור בנפרד או כקבוצה. משמעות דבר היא שכל מאפייני סריג העקיפה -תלות באורך גל, יעילות זוויתית, ניתנים לכוונון כרצוננו.

עדשות פרנל

עדשת פרנל מורכבת ממערך של טבעות מעגליות polysilicon הגדלות בקוטר ובמרווח לכיוון המרכז. עדשת פרנל על מצע יכולה לשמש לרכז אור לייזר מדיודת לייזר. עקב השימוש בחומרים עם עובי שכבה אחיד, קשה לייצר עדשות בעלות עקמומיות: לעומת זאת, ניתן לייצר עדשות פרנל בקלות.
.
.
.