5/26/2018 MEMS

1/19

MAKALAH KAPITA SELEKTA

MEMS (Micro-electromechanical systems)

Disusun Oleh :

Imamul Huda / 111.10.002

TEK!IK ELEKT"O I!STIT#T TEK!OLO$I I!DO!ESIA

SE"PO!$ 201%

KATA PE!$A!TA"

5/26/2018 MEMS

2/19

Puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT, karena dengan rahmat dan karunia-

Nya saya masih diberi kesempatan untuk menyelesaikan tugas Makalah Kapita Selekta ini.

Shalawat serta salam semga selalu ter!urah kepada nabi akhir "aman Muhammad SAW,

kepada keluarga, sahabat, dan mudah-mudahan sampai kepada kita sebagai umatnya yangtetap isti#mah menegakkan dienul islamhingga akhir "aman.

Makalah ini disusun agar pemba!a dapat memperluas ilmu tentang M$MS %Micro-

electromechanical systems&, yang saya sajikan berdasarkan hasil pengumpulan materi dari

beberapa sumber. Makalah ini di susun leh Saya dengan berbagai rintangan. 'aik itu yang

datang dari diri Saya maupun yang datang dari luar. Namun dengan penuh kesabaran dan

terutama pertlngan dari Allah SWT, akhirnya makalah ini dapat terselesaikan.

semga makalah yang saya susun dapat berman(aat bagi para mahasiswa, pelajar,

umum, khususnya pada diri saya sendiri, dan semua yang memba!a makalah ini, serta

mudah-mudahan juga dapat memberikan wawasan yang lebih luas kepada pemba!a.Walaupun makalah ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Saya mhn untuk saran dan

kritiknya. Terima kasih

Penulis Makalah

)mamul *uda

ii

5/26/2018 MEMS

3/19

DA&TA" P#STAKA

HALAMA! '#D#L .................................................................................................. i

KATA PE!$A!TA"............................................................................................... ii

DA&TA" ISI .............................................................................................................. iii

A I PE!DAH#L#A!.......................................................................................... +

+.+ atar 'elakang ........................................................................................... +

+. umusan Masalah ...................................................................................... +

+./ Tujuan ........................................................................................................

+.0. Kerangka Teri .........................................................................................

+.1. Sumber 2ata..............................................................................................

A II PEMAHASA!........................................................................................... /

.+ Pengertian M$MS ..................................................................................... /

. Klasi(ikasi M$MS ..................................................................................... 0

./ Prses 3abrikasi M$MS ............................................................................ 4

./. Photolithography .............................................................................4

./. Material-Material untukMicromachining ....................................... 5

././ Bulk Micromachining ......................................................................6

A. Wet $t!hing7 $tsa 'asah ............................................................ 6

'.Dry Etching7 $tsa Kering ........................................................... +8

./.0 Surface Micromachining .......................................................................... +8

./.1Fusion Bonding ........................................................................................ ++

./.4High-Aspect-atio Micromachining ................................................ +

A. )9A .......................................................................................... +

.0 Aplikasi M$MS ......................................................................................... +/

A III PE!#T#P ................................................................................................... +4

/.+ Kesimpulan ................................................................................................ +4

DA&TA" P#STAKA

iii

5/26/2018 MEMS

4/19

A I

PE!DAH#AL#A!

1.1 Laa* ela+an,Kebutuhan hidup manusia yang tiada batasnya akan selalu mendrng perkembangan

teknlgi untuk berpa!u mengimbanginya, maka dari itu manusia terus dituntut untuk dapat

membuat in:asi baru di bidang teknlgi. ;ntuk dapat memenuhi kebutuhan manusia di

bidang kesehatan, eknmi, ssial, dan militer, teknlgi elektrnika dewasa ini semakin

!epat berkembang, berbagai teknlgi baru terus dikembangkan untuk dapat men!iptakan

sistem yang memiliki (leksibilitas dan e(isiensi tinggi. Salah satu teknlgi elektrnika yang

kian berkembang pesat adalah teknlgi dengan priritas ukuran mikr sampai nan.

M$MS %Micro-electromechanical systems& adalah salah satu teknlgi mikr yang

terus berkembang. Sesuai dengan namanya,!Micro-electromechanical systems"yang berarti

sebuah sistem elektr-mekanik yang berukuran mikr, dimana teknlgi ini memiliki

struktur peralatan elektr-mekanik terdiri dari sensr mikr, aktuatr mikr, dan peraga

pendukung lainnya di dalam ukuran miniatur seukuran rangkaian keping terpadu %)

5/26/2018 MEMS

5/19

+. ;ntuk mengetahui apa yang dimaksud dengan teknlgi M$MS %Micro-

electromechanical systems&.

. ;ntuk mengetahui bagaimana prses pembuatan M$MS %Micro-electromechanical

systems&.

/. ;ntuk memberikan gambaran kepada pemba!a tentang teknlgi M$MS %Micro-

electromechanical systems&.

1.%. Ke*an,+a Te*i

Makalah ini memaparkan tantang apa yang dimaksud dengan teknlgi M$MS %Micro-

electromechanical systems", bagaimana prses pembuatan M$MS, man(aat teknlgi

M$MS bagi kehidupan manusia, dan perkembangan teknlgi M$MS yang ada saat ini.

1.. Sume* Daa

Sumber data yang saya gunakan bersal dari presentasi )bu )r. Tris 2ewi )ndraswati, MT,

buku, dan makalah yang saya dapat dari )nternet tentang M$MS.

2

5/26/2018 MEMS

6/19

A II

PEMAHASA!

2.1 Pen,e*ian MEMS

Micro-electromechanical systems %M$MS& adalah sebuah prses teknlgi yang digunakan

untuk membuat perangkat terintegrasi yang berukuran ke!il atau sistem yang

menggabungkan kmpnen mekanik dan listrik. Perangkat ini dibuat menggunakan sirkuit

terpadu %)

5/26/2018 MEMS

7/19

$ama* 1.Skematik kmpnen M$MS

Mikr-sensr mendeteksi perubahan lingkungan sistem dengan melakukan

pengukuran pada prses mekanik, termal, magnetik, kimia, atau in(rmasi elektrmagnetik

ataupun penmena-penmena yang terjadi, mikr-elektrnik memprses in(rmasi ini dan

sinyal memi!u sinyal pada mikr-aktuatr untuk bereaksi sehingga men!iptakan beberapa

bentuk perubahan lingkungan.

2.2 Klasii+asi MEMS

M$MS yang memiliki inisialisasi yang berbeda di beberapa daerah kemudian

diklasi(ikasikan menjadi / jenis. Seperti yang kita lihat pada gambar / yang

menggambarkan klasi(ikasi dari teknlgi Microsystems %MST&. Meskipun M$MS juga

disebut sebagai MST, intinya M$MS adalah sebuah prses teknlgi yang digunakan untuk

membuat alat-alat mekanis yang ke!il atau sebagai hasilnya ini semua merupakan bagian

dari MST.

$ama* 2.Klasi(ikasi dari Microsystems #echnology

Sistem Micro-optoelectromechanical%M@$MS& juga merupakan bagian dari MST

dan bersama-sama dengan M$MS membentuk teknlgi khusus menggunakan kmbinasi

miniatur ptik, elektrnik, dan mekanik. Kedua Microsystems tersebut menggabungkan

penggunaan sejumlah teknik pemrsesan mikrelektrnika untuk mendesain dan prses

(abrikasinya. Terdapat beberapa lapisan yang saling tumpang tindih dalam sebuah sirkuit

terintegrasi sehingga sangat sulit untuk dapat mengkategrikan M$MS dalam pengindraan

yang merupakan dari bagiannya ataupun MST. Pada intinya perbedaan nyata antara MST

4

5/26/2018 MEMS

8/19

dan M$MS adalah bahwa M$MS !enderung menggunakan prses semiknduktr untuk

membuat bagian mekanik. Sebaliknya, aplikasi MST menggunakan pengendapan bahan

silikn.

Transducer

#ransduseradalah perangkat yang mengubah salah satu bentuk sinyal atau energi ke dalam

bentuk lain. )stilah transduser dapat digunakan untuk memasukkan kedua sensr dan

aktuatr sehingga istilah ini paling umum dan banyak digunakan di M$MS.

Sensor

Sensr adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk mengukur atau mendapatkan

in(armasi dari lingkungan sekitarnya dan memberikan sinyal input listrik dalam

menanggapi parameter yang diukur. )n(rmasi yang didapatkan leh sensr telah

dikategrikan dalam hal jenis dmain energi tetap perangkat M$MS, umumnya dmain

memiliki beberapa lapisan yang meliputi =

Mechanical = angkat, tekanan, ke!epatan, per!epatan, dan psisi.

#hermal = suhu, entrpi, panas, dan aliran panas.

%hemical = kmpsisi, knsentrasi, dan laju reaksi.

adiant = intensitas gelmbang elektrmagnetik, (ase, panjang gelmbang, plarisasi

re(leksi, indeks bias, dan tranmitansi.

Magnetic & intensitas medan, kerapatan (luks, mmen magnetik, dan permebeilitas.

Electrical = teganagan, arus, muatan, resistansi, kapasitansi, dan plarisasi.

Actuator

Aktuatr adalah sebuah alat yang mengubah sinyal listrik menjadi suatu aksi. *al ini dapat

memi!u perangkat mekanik lainnya untuk melakukan beberapa (ungsi yang berguna bagi

sistem.

2.- P*ses &a*i+asi MEMS

5

5/26/2018 MEMS

9/19

Pada prses prduksi atau (abrikasinya M$MS diklasi(ikasikan menjadi tiga bagian penting,

yaitu 'ulk micromachining( surface micromachining and high-aspect-ratio micromachining

%*AM&, yang meliputi teknlgi seperti )9A %)ithographie( *al+anoformung(

A'formung&. 9ambar / menunjukkan kmpleksitas ptensi sistem M$MS dengan

penambahan lapisan struktural independen.

$ama* -.Perangkat kmpleksitas M$MS dengan lapisan struktural

2.-.1 Photolithography

Fotolitography adalah teknik (tgra(i untuk mentrans(er salinan pla inti, biasanya tata

letak sirkuit dalam aplikasi )< ke permukaan substrat dari beberapa bahan %wa(er silikn&.

Substrat ditutupi dengan lapisan tipis dari beberapa bahan, biasanya silikn diksida

%Si@&, dalam kasus wa(er silikn, dimana pla lubang akan terbentuk %9ambar 0&. apisan

tipis dari plimer rganik yang sensiti( terhadap radiasi ultra:ilet, kemudian diendapkan

pada lapisan ksida %phtresist&. Sebuah phtmask yang terdiri dari piring ka!a

%transparan& dilapisi dengan pla krnium %buram&, kemudian ditempatkan pada ktak

dengan permukaan dilapisi phtresist. Wa(er yang terkena radiasi ultra:ilet akan

mentrans(er pla pada mask ke dalam phtresist yang kemudian dikembangkan dengan

!ara yang sangat mirip dengan prses yang digunakan untuk mengembangkan (ilm (tgra(i,

radiasi ini menyebabkan reaksi kimia di daerah yang terkena phtresist yang memiliki dua

jenis psiti( dan negati. Phtresist psiti( diperkuat leh radiasi ;, sedangkan phtresist

negati( melemah. Pada pengembangannya, slusi untuk membilas atau menghilangkan

daerah yang terkena phtresist atau tidak akan meninggalkan sebuah pla yang terkelupas

dan dilapisi phtresist pada permukaan wa(er. *asilnya adalah pla pthresist baik psiti(

maupun negati(.

6

5/26/2018 MEMS

10/19

$ama* %.Phtresist dan silikn

pla diksida pada (tlitgra(i

Asam klrida digunakan untuk menghilangkan ksida yang tertinggal dari area yang

terkena phtresist. Sisa phtresist kemudin dibuang, biasaya dengan menggunakan asam

sul(at panas. Pla ksida yang terakhir adalah salah satu salinan psiti( atau negati( dari pla

phtmask dan ber(ungsi sebagai masker dalam langkah-langkah penglahan selanjutnya.

2.-.2 Mae*ial3Mae*ial unu+Micromachining

A. ahan3ahan Su*a

2alam prses pembuatannya M$MS menggunakan beberapa bahan dasar substrat, bahan

substrat yang paling umum untuk micromachiningadalah silikn, bahan ini telah banyak

digunakan dalam industri mikrelektrnika dan akan terus digunakan dalam industri karena

beberapa alasan =

+& ?umlahnya yang berlimpah, murah, dan dapat diprses untuk dimurnikan.

& Kemampuan silikn untuk disimpan dalam (ilm tipis sangat sesuai untuk M$MS

/& Kemampuannya yang baik dan reprduksi silikn menggunakan (tlitgra(i sangat

sempurna untuk digunakan pada M$MS yang memiliki tingkat presisi tinggi.

0& Sirkuit silikn mikrelektrnika yang telah dibuat %wa(er silikn berisi ratusan !hip

identik&

7

5/26/2018 MEMS

11/19

Selain silikn, Semiknduktr kristal lain seperti germanium %9e& dan gallium

arsenide %9aAs& digunakan juga sebagai bahan substrat pembuatan M$MS, dikarenakan

si(at keduanya yang sama dengan silikn, tapi yang perlu diperhataikan bahwa silikn

berbeda dengan semiknduktr lainnya, dimana silikn dapat segera terksidasi untuk

membentuk lapisan permukaan kimia inert dan islasi elektrik dari Si@ pada prses

penguapan.

. Additive Film dan Material

'erbagai aditi( (ilm dan beberapa material lainnya juga digunakan untuk perangkat M$MS.

'ukan hanya sebatas substrat, material pembangun M$MS juga terbuat dari bahan-bahan

knduktr, semiknduktr, dan islatr seperti =

B Silikn kristal tunggal, plikristalin dan amr(

B Senyawa silikn %S)CND, Si@, Si< dll&

B gam dan senyawa lgam %Au,

5/26/2018 MEMS

12/19

yang akan terukir. Tingkat etsa dapat memperlambat dan dalam beberapa kasus %misalnya,

dalam saluran dalam dan sempit& mereka dapat berhenti karena di(usi (aktr pembatas.

Namun, e(ek ini dapat diminimalkan dengan agitasi etsa, sehingga didapatkan struktur yang

hampir sempurna dengan permukaan bulat %9ambar 1.a&

$ama* . %a& adalah etsa

)strpik dan %b& agitasi, dan etsa anistrpik basah %+88& dan %++8& silikn untuk gambar

%!& dan %d&.

% ry Etching/ Esa Ke*in,

Prses pengetsaan kering ini bergantung dengan (ase uap atau metde etsa berbasis plasma

menggunakan gas atau uap sesuai reakti( pada suhu tinggi. 'entuk yang paling umum untuk

M$MS adalah reacti+e ion etching%)$& yang meman(aatkan kekuatan energi tambahan

dalam bentuk (rekuensi radi %3& untuk mendrng reaksi kimia. )n energik yang

diper!epat melintasi bahan yang akan dietsa dimana dalam (ase plasma dilakukan

penyediaan energi tambahan yang diperlukan untuk prses reaksi, akibatnya etsa dapat

terjadi pada temperatur yang lebih rendah %+18F - 18 F < atau pada suhu kamar&

dibandingkan biasanya diperlukan suhu di atas +888F

5/26/2018 MEMS

13/19

$ama* .2eep ea!ti:e )n $t!hing %2)$&

2.-.% Sur!ace Micromachining

Surface Micromachiningmerupakan prses penglahan di atas substrat, yang digunakan

sebagai lapisan dasar untuk membangun lapisan-lapisan lainnya. Prses ini dimulai pada

tahun +658-an dan merupakan teknlgi prduksi M$MS terbaru. Material ditambahkan ke

substrat dalam bentuk lapisan (ilm tipis pada permukaan substrat %wa(er silikn&. apisan ini

merupakan salah satu lapisan struktural atau bertindak sebagai spacer %pengatur jarak&,

kemudian dihapus, kemudian lapisan ini disebut lapisan krban. @leh karena itu prses

biasanya melibatkan (ilm dari dua bahan yang berbeda, yaitu bahan struktural dimana

struktur berdiri bebas dibuat %silikn plikristalin atau plysili!n, silikn nitrida, dan

aluminium& dan bahan kurban, yang disimpan di daerah terbuka atau berada bebas di atas

struktur mekanik.

apisan (ilm tipis kemudian akan disimpan dan dilakukan prses etsa kering se!ara

berurutan dengan bahan karbn yang akan dilakuakn prses etsa basah untuk

menghilangkan struktur akhirnya. Setiap lapisan tambahan akan sisertai dengan peningkatan

kmpleksitas dan prses (abrikasi yang semakin sulit. Permukaan yang telah melalui prses

micromachining dapat dilihat pada gambar 4.

$ama* 4Permukaan micromachiningdari balk kantile:er

2.-. Fusion Bonding

Agar didapatkan struktru M$MS yang lebih kmpleks dan lebih besar, wa(er silikn

yang telah melalui prses micromachining dapat ditambahkan dengan bahan lain dengan

prses yang dikenal sebagai fusion 'onding %ikatan (usi&. Teknik ini memungkinkan untuk

men!iptakan struktur terintegrasi yang berlapis-lapis dan bergantung pada pen!iptaan atm

10

5/26/2018 MEMS

14/19

antara setiap lapisan, baik se!ara langsung %dengan pemanasan dan tekanan utuk ikatan ka!a

wa(er& atau melalui (ilm tipis silikn diksida. Seperti yang kita lihat pada gambar G, dimana

kmpsit yang dihasilkan memiliki tegangan sisa yang sangat rendah akibat dari ke(isisen

pen!!kan ekspansi termal dari seiap lapisan.

$ama* 5Pembentukan rngga tertutup menggunakan ikatan (usi

2.-.4"igh-Aspect-#atio Micromachining

High-Aspect-atio Micromachining %*AM& adalah prses yang melibatkan

micromachining sebagai langkah awal yang diikuti dengan pen!etakan injeksi atau

embssing dan, jika diperlukan, dengan electroforminguntuk meniru mikr di lgam dari

bagian yang ingin dibentuk. )ni adalah salah satu teknlgi yang paling menarik untuk

mereplikasi mikr pada rasi kinerja tinggi dan termasuk teknik yang dikenal sebagai )9A.

LI$A

)9A merupakan prses penting dan metde replikasi untuk aspek-rasi tinggi struktur

mikr. Teknik ini menggunakan C-ray radiasisynchrotronuntuk mengeksps akrilik tebal

menlak dari PMMA bawah masker litgra( %lihat gambar 5 di bawah&. 2aerah yang terkena

C-ray se!ara kimiawi akan terlarut dan area dimana bahan akan dihapus, lgam elektr yang

terbentuk, sehingga mende(inisikan bahwa prses mlding telah berhasil. )9A mampu

men!iptakan mikr yang sangat halus hingga +888 Hm.

11

5/26/2018 MEMS

15/19

$ama* 6Prses )9A

2.% A7li+asi MEMS

2ewasa ini teknlgi M$MS sudah banyak diaplikasikan dan sudah beredar di pasaran

dengan penerapannya di berbagai bidang, sebagai berikut =

Tael 1. Aplikasi M$MS

Aumi8e Ele9*ni9s Medi9al mmuni9ains Deen9e

)nternal

na:igatin

sensrs

2isk dri:eheads

'ld pressuresensr

3ibre-pti!

netwrk

!mpnents

Munitinsguidan!e

Air

!nditining

!mpressr

sensr

)nkjet printer

heads

Mus!le

stimulatrs I

drug deli:ery

systems

3 elays,

swit!hes and

(iltersSur:eillan!e

'rake (r!e

sensrs I

suspensin

!ntrl

a!!elermeters

Prje!tin

s!reen

tele:isins

)mplanted

pressure sensrs

Prje!tin displays

in prtable

!mmuni!atins

de:i!es and

instrumentatin

Arming

systems

3uel le:el and

:apur pressure

sensrs

$arth#uake

sensrsPrstheti!s

ltage !ntrlled

s!illatrs %

5/26/2018 MEMS

16/19

aliran, mi!rn""les dan mi!r:al:es untuk diprduksi. Pengaplikasin 'iM$MS dapat kita

lihat pada gambar 6.

$ama* .Aplikasi 'iM$MS

& M@$MS

M@$MS merupakan teknlgi M$MS yang mun!ul untuk mengtasi masalah skala jaringan,

sehingga dapat men!iptakan lalu lintas data yang besar dengan berlandaskan teknlgi

in(rmasi. Aplikasi M@$MS dapat kita lihat pada gambar +8.

$ama* 10.Apliksi M@$MS

/& 3 M$MS

3 M$MS adalah salah satu bagian yang paling !epat berkembang dalam teknlgi M$MS

kmersial. M$MS 3 diran!ang khusus untuk elektrnik dalam pnsel dan aplikasi

kmunikasi nirkabel lainnya seperti radar, sistem satelit glbal psitining %9PS& dan antena

steerable. M$MS telah memiliki kinerja, keandalan dan (ungsi perangkat ini akan meningkat

saat prduser menurunkan ukuran dan memberikan harga yang rendah. 9ambar ++ Aplikasi

3 M$MS.

13

5/26/2018 MEMS

17/19

$ama* 11.Aplikasi 3 M$MS

14

5/26/2018 MEMS

18/19

A III

PE!#T#P

-.1 Kesim7ulan

'erdasarkan hasil pembahasan yang telah dipaparkan pada makalah ini, maka kita

dapat mengetahui Micro-electromechanical systems %M$MS& adalah sebuah prses

teknlgi yang digunakan untuk membuat perangkat terintegrasi yang berukuran ke!il atau

sistem yang menggabungkan kmpnen mekanik dan listrik. Perangkat ini dibuat

menggunakan sirkuit terpadu %)

5/26/2018 MEMS

19/19

DA&TA" P#STAKA

+. Microsensors, Muller, .S., *we, .T., Senturia, S.2., Smith, .., and White, .M.L$ds., )$$$ Press, New Drk, ND, +66+.

. Micromechanics and MEMS& %lassic and Seminal Paper to //0, Trimmer, W.S., )$$$

Press, New Drk, ND, +66G.

16