나노전기기계 시스템

섬네일|SiTime SiT8008 디지털 다이(금속화/IC 인터커넥트 제거 후)의 다이 샷. 프로그래밍 가능한 이 발진기는 높은 신뢰성과 낮은 g-감도로 석영 정밀도에 도달한다. 나노스케일 트랜지스터와 나노스케일 기계 부품(별도의 다이에 있음)이 동일한 칩 패키지에 통합되어 있다.

나노전기기계 시스템(Nanoelectromechanical systems, NEMS)은 나노스케일에서 전기적 및 기계적 기능을 통합한 장치 계열이다. NEMS는 소위 미세전기기계 시스템(MEMS) 장치에서 다음 논리적 소형화 단계이다. NEMS는 일반적으로 트랜지스터와 유사한 나노일렉트로닉스를 기계적 액추에이터, 펌프 또는 모터와 통합하며, 이를 통해 물리적, 생물학적 및 화학 센서를 형성할 수 있다. 이 이름은 나노미터 범위의 일반적인 장치 크기에서 유래하며, 이는 낮은 질량, 높은 기계적 공진 주파수, 영점 운동과 같은 잠재적으로 큰 양자역학적 효과, 그리고 표면 기반 감지 메커니즘에 유용한 높은 표면 대 부피 비율로 이어진다. 응용 분야에는 가속도계 및 공기 중 화학 물질 감지 센서가 포함된다.

 역사 
 배경 

리처드 파인만이 1959년 그의 유명한 강연 "바닥에는 풍부한 공간이 있다"에서 언급했듯이, 더 작고 작은 크기의 기계에는 많은 잠재적인 응용 분야가 있다. 더 작은 규모에서 장치를 만들고 제어함으로써 모든 기술이 이점을 얻는다. 예상되는 이점에는 전기기계 시스템에서 효율성 증대 및 크기 감소, 전력 소비 감소 및 생산 비용 절감이 포함된다.

최초의 이산화 규소 전계 효과 트랜지스터는 1957년 벨 연구소에서 프로쉬와 데릭에 의해 제작되었다. 1960년, 벨 연구소의 마틴 아탈라와 강대원은 게이트 산화물 두께가 100 nm인 MOSFET을 제작했다. 1962년, 아탈라와 강대원은 나노층 기반의 금속-반도체 접합 (M–S 접합) 트랜지스터를 제작했는데, 이 트랜지스터는 금 (Au) 박막을 10 nm 두께로 사용했다. 1987년, 비잔 다바리가 이끄는 IBM 연구팀은 10 nm 산화물 두께를 가진 최초의 MOSFET을 시연했다. 멀티게이트 MOSFET은 FinFET을 시작으로 20 nm 채널 길이 이하의 MOSFET 스케일링을 가능하게 했다. FinFET은 1989년 히타치 중앙 연구소의 디그 히사모토의 연구에서 유래한다. 캘리포니아 대학교 버클리에서는 히사모토와 TSMC의 천밍 후가 이끄는 그룹이 1998년에 17nm 채널 길이까지 FinFET 장치를 제작했다.

 NEMS 
2000년, IBM 연구원들은 최초의 초고밀도 집적 회로(VLSI) NEMS 장치를 시연했다. 이 장치는 메모리 장치(밀리피드 메모리)로 기능하기 위해 변형 가능한 기판을 가열/감지할 수 있는 AFM 팁 배열을 기반으로 한다. 스테판 드 한(Stefan de Haan)은 추가 장치들을 기술했다. 2007년, 국제 반도체 기술 로드맵(ITRS)는 신흥 연구 장치 섹션에 NEMS 메모리를 새로운 항목으로 포함시켰다.

 원자간력 현미경 
NEMS의 주요 응용 분야는 원자간력 현미경 팁이다. NEMS를 통해 달성되는 감도 증가는 스트레스, 진동, 원자 수준의 힘 및 화학 신호를 감지하는 더 작고 효율적인 센서로 이어진다. AFM 팁과 나노스케일에서의 다른 감지는 NEMS에 크게 의존한다.

 소형화 접근 방식 
NEMS 제작에는 상향식 접근 방식과 하향식 접근 방식이라는 두 가지 보완적인 접근 방식이 있다.

하향식 접근 방식은 전통적인 미세가공 방법, 즉 광학, 전자빔 리소그래피 및 열처리를 사용하여 장치를 제조한다. 이러한 방법의 해상도에 의해 제한되지만, 결과 구조에 대한 높은 제어도를 허용한다. 이러한 방식으로 나노와이어, 나노로드 및 패턴화된 나노구조가 금속 박막 또는 식각된 반도체 층에서 제작된다. 하향식 접근 방식의 경우, 표면적 대 부피 비율을 증가시키면 나노 물질의 반응성이 향상된다.

상향식 접근 방식은 이와 대조적으로 단일 분자의 화학적 특성을 이용하여 단일 분자 구성 요소가 스스로 조직화되거나 스스로 조립되어 유용한 형태를 이루도록 하거나 위치 조립에 의존한다. 이러한 접근 방식은 분자 자기조립 및 분자 인식의 개념을 활용한다. 이는 훨씬 더 작은 구조를 제작할 수 있게 하지만, 종종 제작 공정의 제어도가 제한되는 대가를 치른다. 또한, 하향식 접근 방식에서는 원래 구조에서 잔류 물질이 제거되는 반면, 상향식 접근 방식에서는 최소한의 물질이 제거되거나 낭비된다.

나노스케일 분자가 하향식 프레임워크에 통합되는 이러한 접근 방식의 조합도 사용될 수 있다. 그러한 예 중 하나는 탄소 나노튜브 나노모터이다.

 재료 

 탄소 동소체 
NEMS 기술에 일반적으로 사용되는 많은 재료는 탄소 기반, 특히 다이아몬드, 탄소 나노튜브 및 그래핀이었다. 이는 주로 NEMS의 요구를 직접적으로 충족시키는 탄소 기반 재료의 유용한 특성 때문이다. 탄소의 기계적 특성(예: 큰 영률)은 NEMS의 안정성에 필수적이며, 탄소 기반 재료의 금속성 및 반도체 전도성은 이들이 트랜지스터로 기능할 수 있게 한다.

그래핀과 다이아몬드 모두 높은 영률, 낮은 밀도, 낮은 마찰, 극히 낮은 기계적 소산, 및 넓은 표면적을 나타낸다. CNT의 낮은 마찰은 거의 마찰이 없는 베어링을 가능하게 하며, 따라서 나노모터, 개폐기 및 고주파 발진기와 같은 NEMS의 구성 요소로서 CNT의 실제 응용에 대한 큰 동기가 되었다. 탄소 나노튜브와 그래핀의 물리적 강도는 일반적인 재료가 파괴될 수 있는 더 높은 응력 요구 사항을 충족할 수 있도록 하여 NEMS 기술 개발의 주요 재료로서의 사용을 더욱 지지한다.

탄소 기반 재료의 기계적 이점과 함께, 탄소 나노튜브 및 그래핀의 전기적 특성은 NEMS의 많은 전기 부품에 사용될 수 있도록 한다. 나노트랜지스터는 탄소 나노튜브 및 그래핀 모두를 위해 개발되었다. 트랜지스터는 모든 전자 장치의 기본 구성 요소 중 하나이므로, 사용 가능한 트랜지스터를 효과적으로 개발함으로써 탄소 나노튜브와 그래핀은 NEMS에 매우 중요하다.

나노기계 공진기는 종종 그래핀으로 만들어진다. NEMS 공진기의 크기가 작아짐에 따라, 표면적 대 부피 비율에 반비례하여 품질 계수가 감소하는 일반적인 경향이 있다. 그러나 이러한 어려움에도 불구하고, 2400에 달하는 품질 계수를 달성하는 것이 실험적으로 입증되었다. 품질 계수는 공진기 진동의 음색 순도를 설명한다. 또한, 모든 측면에서 그래핀 막을 고정하면 품질 수가 증가할 것이라고 이론적으로 예측되었다. 그래핀 NEMS는 또한 질량, 힘, 및 위치 센서로도 기능할 수 있다.

 금속성 탄소 나노튜브 
섬네일|300px|탄소 나노튜브의 밀접 결합 근사를 이용해 계산된 띠구조. (6,0) CNT (지그재그, 금속성), (10,2) CNT (반도체성) 및 (10,10) CNT (암체어, 금속성)

탄소 나노튜브 (CNT)는 원통형 나노구조를 가진 탄소의 동소체이다. 이들은 말린 그래핀으로 간주될 수 있다. 특정하고 이산적인("카이랄") 각도로 말리면, 말린 각도와 반지름의 조합에 따라 나노튜브가 밴드갭을 갖는지(반도체성) 또는 밴드갭이 없는지(금속성) 결정된다.

금속성 탄소 나노튜브는 높은 전류 밀도를 전달할 수 있기 때문에 나노전자 상호연결용으로도 제안되었다. 이는 전류를 전달하는 전선이 모든 전기 시스템의 또 다른 기본 구성 요소이므로 유용한 특성이다. 탄소 나노튜브는 NEMS에서 매우 많이 사용되어, 매달린 탄소 나노튜브를 다른 나노구조에 연결하는 방법이 이미 발견되었다. 이를 통해 탄소 나노튜브는 복잡한 나노전자 시스템을 형성할 수 있다. 탄소 기반 제품은 적절하게 제어될 수 있고 상호연결 및 트랜지스터로 작용할 수 있기 때문에 NEMS의 전기 부품에서 근본적인 재료 역할을 한다.

 CNT 기반 NEMS 스위치 
MEMS 스위치에 비해 NEMS 스위치의 주요 단점은 MEMS의 마이크로초 범위 스위칭 속도 제한으로, 고속 응용 분야의 성능을 저해한다는 것이다. 스위칭 속도 및 작동 전압의 한계는 장치를 마이크로에서 나노미터 스케일로 축소함으로써 극복할 수 있다. 탄소 나노튜브(CNT) 기반 NEMS 스위치와 CMOS 스위치의 성능 매개변수 비교 결과, CNT 기반 NEMS 스위치는 더 낮은 에너지 소비 수준에서 성능을 유지했으며, CMOS 스위치보다 수백 배 더 작은 문턱 이하 누설 전류를 가졌다. 이중 클램핑 구조를 가진 CNT 기반 NEMS는 플로팅 게이트 비휘발성 메모리 응용 분야의 잠재적 솔루션으로 추가 연구되고 있다.

 어려움 
NEMS 기술에 유용한 탄소 나노튜브와 그래핀의 모든 특성에도 불구하고, 이들 제품 모두 구현에 몇 가지 장애물이 있다. 주요 문제 중 하나는 실제 환경에 대한 탄소의 반응이다. 탄소 나노튜브는 산소에 노출될 때 전자적 특성에 큰 변화를 보인다. 마찬가지로, 탄소 기반 재료의 전자적 및 기계적 속성에 대한 다른 변화는 특히 주변 환경과 쉽게 반응할 수 있는 높은 표면적 때문에 구현 전에 완전히 탐색되어야 한다. 탄소 나노튜브는 또한 처리 시 나선성에 따라 금속성 또는 반도체성으로 다양한 전도도를 갖는 것으로 밝혀졌다. 이 때문에 모든 나노튜브가 적절한 전도도를 갖도록 처리 시 특별한 처리를 해야 한다. 그래핀은 또한 에너지 밴드갭이 없고 본질적으로 전자가 그래핀 기반 장치를 통해 이동하는 방식에 대한 모든 규칙을 변경하기 때문에 전통적인 반도체에 비해 복잡한 전기 전도도 특성을 갖는다. 이는 전통적인 전자 장치 구성이 작동하지 않을 가능성이 높으며, 이러한 새로운 전자 장치에는 완전히 새로운 아키텍처가 설계되어야 함을 의미한다.

 나노전기기계 가속도계 
그래핀의 기계적 및 전자적 특성은 NEMS 가속도계, 예를 들어 심장 모니터링 시스템 및 모바일 동작 캡처를 위한 소형 센서 및 액추에이터에 통합하는 데 유리하게 작용했다. 그래핀의 원자 규모 두께는 가속도계가 마이크로 스케일에서 나노 스케일로 축소되면서 시스템에 필요한 감도 수준을 유지할 수 있는 경로를 제공한다.

실리콘 시험 질량을 이중층 그래핀 리본에 매달아, 현재 생산되는 가속도계의 변환기 기능을 갖춘 나노스케일 스프링-질량 및 압저항 변환기를 만들 수 있다. 스프링 질량은 더 높은 정확도를 제공하며, 그래핀의 압저항 특성은 가속으로 인한 변형을 가속도계의 전기 신호로 변환한다. 매달린 그래핀 리본은 동시에 스프링과 압저항 변환기를 형성하여 NEMS 가속도계의 성능을 향상시키면서 공간을 효율적으로 활용한다.

 폴리다이메틸실록세인 (PDMS) 
높은 접착력과 마찰로 인한 고장은 많은 NEMS에서 우려 사항이다. NEMS는 잘 특성화된 미세가공 기술 때문에 실리콘을 자주 활용하지만, 본질적인 강성은 움직이는 부품을 가진 장치의 기능을 종종 방해한다.

오하이오 주립 연구원들이 수행한 연구는 PDMS 코팅된 단결정 실리콘의 접착 및 마찰 매개변수를 비교했다. PDMS는 기계적으로 조절 가능하며, 화학적으로 불활성이고, 열적으로 안정하며, 기체에 투과성이 있고, 투명하며, 비형광성이고, 생체 적합성이 있으며, 무독성인 실리콘 엘라스토머이다. 폴리머에 본질적인 특성으로, PDMS의 영률은 폴리머 사슬의 가교 정도를 조작하여 두 자릿수 범위에서 변할 수 있으므로 NEMS 및 생물학적 응용 분야에서 실행 가능한 재료가 된다. PDMS는 실리콘과 밀착될 수 있으므로 NEMS 기술에 쉽게 통합되어 기계적 및 전기적 특성을 모두 최적화할 수 있다. PDMS와 같은 폴리머는 비교적 저렴하고, 단순하며, 시간 효율적인 프로토타이핑 및 제조 덕분에 NEMS에서 주목받기 시작하고 있다.

휴지 시간은 접착력과 직접적인 상관관계가 있는 것으로 특성화되었으며, 상대 습도가 증가하면 친수성 폴리머의 접착력이 증가한다. 접촉각 측정 및 라플라스 힘 계산은 PDMS의 소수성 특성을 지지하며, 이는 예상대로 실험적으로 검증된 상대 습도와의 독립성과 일치한다. PDMS의 접착력은 휴지 시간과도 독립적이며, 다양한 상대 습도 조건에서 다용도로 수행할 수 있고, 실리콘보다 낮은 마찰 계수를 갖는다. PDMS 코팅은 슬라이딩 방지와 같은 고속 문제를 완화하는 데 도움이 된다. 따라서 접촉 표면의 마찰은 상당히 높은 속도에서도 낮게 유지된다. 실제로 미세 규모에서는 마찰이 속도 증가에 따라 감소한다. PDMS의 소수성과 낮은 마찰 계수는 다양한 상대 습도 및 높은 상대 슬라이딩 속도에서 수행되는 NEMS 실험에 더 통합될 가능성을 불러일으켰다.

 PDMS 코팅 압저항 나노전기기계 시스템 다이어프램 
PDMS는 NEMS 기술에서 자주 사용된다. 예를 들어, 다이어프램에 PDMS 코팅은 클로로포름 증기 감지에 사용될 수 있다.

싱가포르 국립 대학의 연구원들은 상온에서 클로로포름 증기를 감지하기 위해 실리콘 나노와이어(SiNW)가 내장된 폴리다이메틸실록세인(PDMS) 코팅 나노전기기계 시스템 다이어프램을 발명했다. 클로로포름 증기가 존재하면 마이크로 다이어프램의 PDMS 필름이 증기 분자를 흡수하여 팽창하고, 이는 마이크로 다이어프램의 변형으로 이어진다. 마이크로 다이어프램 내에 심어진 SiNW는 휘트스톤 브리지로 연결되어 변형을 정량적 출력 전압으로 변환한다. 또한 이 마이크로 다이어프램 센서는 저전력 소비로 저비용 처리를 시연한다. 확장성, 초소형 설치 공간 및 CMOS-IC 공정 호환성에 큰 잠재력을 가지고 있다. 증기 흡수 폴리머 층을 변경함으로써 이론적으로 다른 유기 증기를 감지할 수 있는 유사한 방법을 적용할 수 있다.

재료 섹션에서 논의된 PDMS의 고유한 특성 외에도, PDMS는 클로로포름을 흡수하는 데 사용될 수 있으며, 그 효과는 일반적으로 마이크로 다이어프램의 팽창 및 변형과 관련이 있다. 이 연구에서는 다양한 유기 증기도 측정되었다. 우수한 노화 안정성과 적절한 포장으로, 열, 빛 및 방사선에 대한 PDMS의 분해 속도를 늦출 수 있다.

 바이오하이브리드 NEMS 

섬네일|300px|left| 리보솜은 나노스케일에서 단백질 역학을 활용하는 생체기계이다
바이오-하이브리드 시스템의 신흥 분야는 생의학 또는 로봇 응용 분야를 위해 생물학적 및 합성 구조 요소를 결합한다. 바이오-나노전기기계 시스템(BioNEMS)의 구성 요소는 DNA, 단백질 또는 나노구조 기계 부품과 같은 나노스케일 크기이다. 예로는 티올-엔 폴리머를 용이하게 상향식 나노구조화하여 교차 결합되고 기계적으로 견고한 나노구조를 생성한 다음 단백질로 기능화하는 것이 포함된다.

 시뮬레이션 
컴퓨터 시뮬레이션은 NEMS 장치에 대한 실험 연구의 중요한 부분이었다. 연속체 역학 및 분자동역학(MD)을 통해 실험에 착수하기 전에 전산 모델링을 통해 NEMS 장치의 중요한 동작을 예측할 수 있다. 또한, 연속체 및 MD 기술을 결합하면 엔지니어는 초미세 메시 및 시간 소모적인 시뮬레이션에 의존하지 않고도 NEMS 장치의 안정성을 효율적으로 분석할 수 있다. 시뮬레이션에는 다른 장점도 있다. NEMS 장치 제작과 관련된 시간과 전문 지식이 필요하지 않다. 다양한 전기기계적 효과의 상호 관련 역할을 효과적으로 예측할 수 있다. 실험적 접근 방식에 비해 매개변수 연구를 상당히 쉽게 수행할 수 있다. 예를 들어, 전산 연구는 NEMS 장치의 전하 분포 및 "풀인" 전기기계적 반응을 예측했다. 시뮬레이션을 사용하여 이러한 장치의 기계적 및 전기적 동작을 예측하면 NEMS 장치 설계 매개변수를 최적화하는 데 도움이 될 수 있다.

 NEMS의 신뢰성과 수명 주기 

 신뢰성과 과제 
신뢰성은 지정된 제품 수명 동안 고장 없이 구성 요소의 무결성과 성능을 정량적으로 측정하는 척도이다. NEMS 장치의 고장은 기계적, 전기적, 화학적, 열적 요인과 같은 다양한 원인에 기인할 수 있다. 고장 메커니즘 식별, 수율 향상, 정보 부족 및 재현성 문제는 NEMS 장치의 더 높은 신뢰성 수준을 달성하는 데 주요 과제로 확인되었다. 이러한 과제는 제조 단계(예: 웨이퍼 처리, 패키징, 최종 조립)와 제조 후 단계(예: 운송, 물류, 사용) 모두에서 발생한다.

 패키징 
패키징 문제는 MEMS 및 NEMS 전체 비용의 75–95%를 차지하는 경우가 많다. 웨이퍼 다이싱, 장치 두께, 최종 방출 순서, 열팽창, 기계적 응력 격리, 전력 및 열 소산, 크리프 최소화, 매체 격리, 보호 코팅과 같은 요인이 MEMS 또는 NEMS 구성 요소의 설계와 일치하도록 패키징 설계에 고려된다. 박리 분석, 운동 분석 및 수명 테스트는 웨이퍼 수준 캡슐화 기술(예: 캡-투-웨이퍼, 웨이퍼-투-웨이퍼 및 박막 캡슐화)을 평가하는 데 사용되었다. 웨이퍼 수준 캡슐화 기술은 마이크로 및 나노 장치 모두에서 신뢰성을 향상시키고 수율을 높일 수 있다.

 제조 
NEMS의 제조 공정 초기 단계에서 신뢰성을 평가하는 것은 수율 개선에 필수적이다. 접착력 및 정전기력과 같은 표면 힘의 형태는 표면 지형 및 접촉 기하학에 크게 의존한다. 나노 질감 표면의 선택적 제조는 접촉 면적을 줄여 NEMS의 접착 및 마찰 성능을 모두 향상시킨다. 또한, 엔지니어링된 표면에 나노포스트를 구현하면 소수성을 증가시켜 접착력과 마찰력을 모두 줄인다.

접착력과 마찰력은 NEMS 장치의 적절한 응용을 위해 표면 거칠기를 조절하기 위한 나노패터닝으로도 조작할 수 있다. 오하이오 주립 대학교의 연구원들은 원자/마찰력 현미경(AFM/FFM)을 사용하여 두 가지 유형의 패턴화된 요철(낮은 종횡비 및 높은 종횡비)을 가진 친수성 폴리머에 대한 나노패터닝이 소수성, 접착력 및 마찰에 미치는 영향을 조사했다. 친수성 표면과 소수성 표면의 거칠기는 각각 반비례 및 정비례 관계를 갖는 것으로 밝혀졌다.

큰 표면적 대 부피 비율과 감도 때문에 접착력과 마찰력은 NEMS 장치의 성능과 신뢰성을 저해할 수 있다. 이러한 마찰학적 문제는 이러한 도구의 자연적인 축소로 인해 발생하지만, 구조 재료, 표면 필름 및 윤활유의 조작을 통해 시스템을 최적화할 수 있다. 비도핑 Si 또는 폴리실리콘 필름과 비교하여 SiC 필름은 가장 낮은 마찰 출력을 가지므로 스크래치 저항성이 향상되고 고온에서 기능성이 향상된다. 단단한 다이아몬드 유사 탄소(DLC) 코팅은 낮은 마찰, 높은 경도 및 내마모성 외에도 화학적 및 전기적 저항성을 나타낸다. 습윤을 줄이고 소수성을 높이는 요인인 거칠기는 접촉각을 높여 습윤을 줄이고 장치의 낮은 접착력 및 환경과의 상호작용을 허용함으로써 최적화될 수 있다.

재료 특성은 크기에 따라 달라진다. 따라서 NEMS 및 나노 스케일 재료의 고유한 특성을 분석하는 것은 NEMS 장치의 신뢰성과 장기적인 안정성을 유지하는 데 점점 더 중요해진다. 나노 재료의 경도, 탄성 계수 및 굽힘 테스트와 같은 일부 기계적 특성은 가공 공정을 거친 재료에 나노 인덴터를 사용하여 결정된다. 그러나 이러한 측정은 장치가 산업에서 장기간 또는 주기적인 응력 및 변형 하에서 어떻게 작동할지 고려하지 않는다. 세타 구조는 독특한 기계적 특성을 나타내는 NEMS 모델이다. Si로 구성된 이 구조는 높은 강도를 가지며 나노 스케일에서 응력을 집중시켜 재료의 특정 기계적 특성을 측정할 수 있다.

 잔류 응력 
구조적 무결성의 신뢰성을 높이려면 재료 구조와 고유 응력의 특성화를 적절한 길이 스케일에서 수행하는 것이 점점 더 중요해진다. 잔류 응력의 영향에는 골절, 변형, 박리 및 나노 크기 구조 변화가 포함되지만 이에 국한되지 않으며, 이는 작동 실패 및 장치의 물리적 열화를 초래할 수 있다.

잔류 응력은 전기적 및 광학적 특성에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 다양한 광전지 및 발광 다이오드(LED) 응용 분야에서 반도체의 밴드갭 에너지는 잔류 응력의 영향에 따라 조정될 수 있다.

원자간력 현미경(AFM) 및 라만 분광법을 사용하여 힘 볼륨 이미징, 지형 및 힘 곡선 측면에서 박막의 잔류 응력 분포를 특성화할 수 있다. 또한, 잔류 응력은 시차 주사 열량계(DSC) 및 온도 의존성 X선 회절(XRD)을 사용하여 나노 구조의 녹는점을 측정하는 데 사용될 수 있다.

 미래 
현재 많은 NEMS 장치의 상업적 적용을 막고 있는 주요 장애물에는 낮은 수율과 높은 장치 품질 변동성이 포함된다. NEMS 장치를 실제로 구현하기 전에 탄소 기반 제품의 합리적인 통합이 이루어져야 한다. 최근 이 방향으로의 한 단계는 다이아몬드에서 시연되었으며, 실리콘과 비슷한 수준의 처리 수준을 달성했다. 초점은 현재 실험 작업에서 이러한 새로운 장치를 구현하고 이점을 얻을 실용적인 응용 및 장치 구조로 이동하고 있다. 극복해야 할 다음 과제는 이러한 탄소 기반 도구의 모든 특성을 이해하고 이러한 특성을 사용하여 낮은 고장률로 효율적이고 내구성 있는 NEMS를 만드는 것이다.

탄소 기반 재료는 뛰어난 기계적 및 전기적 특성 때문에 NEMS 사용을 위한 주요 재료로 사용되었다.

최근, 칼코게나이드 유리의 나노와이어는 영률의 능동 변조가 가능하여 조절 가능한 NEMS를 설계하는 핵심 플랫폼으로 밝혀졌다.

NEMS의 세계 시장은 2022년까지 1억 888만 달러에 이를 것으로 전망된다.

 응용 분야 
 나노전기기계 계전기
 나노전기기계 시스템 질량 분석기

 나노전기기계 기반 외팔보 
캘리포니아 공과대학교의 연구원들은 매우 높은 주파수(VHF)까지 기계적 공진을 갖는 NEM 기반 외팔보를 개발했다. 압저항 박막 금속 필름을 기반으로 한 전자식 변위 변환기가 통합되어 명확하고 효율적인 나노 장치 판독을 가능하게 한다. 대상 종에 대한 높은 분배 계수를 가진 얇은 폴리머 코팅을 사용하여 장치 표면을 기능화하면 NEMS 기반 외팔보가 아토그램 미만의 질량 분해능으로 상온에서 화학흡착 측정을 제공할 수 있다. NEMS 기반 외팔보의 추가 기능은 센서, 스캐닝 프로브 및 매우 높은 주파수(100 MHz)에서 작동하는 장치 응용 분야에 활용되었다.

 각주 

분류:응용과학
분류:나노일렉트로닉스