Большинство микроэлектромеханических систем (microelectromechanical system, MEMS), которые широко используются сейчас в различных типах датчиков, применяемых в автомобилях, реактивных двигателях, промышленном оборудовании, бытовых устройствах и электронных приборах, изготовлено из кремния, из-за чего они работают хорошо в диапазоне средних температур окружающей среды.
Небольшое отклонение от номинальной температуры или небольшое количество тепла, поступившего извне, является причиной того, что параметры таких датчиков, в том числе и их точность, очень сильно “плывут”, а в некоторых случаях датчики полностью теряют свою работоспособность.
Исследователи из университета имени Джона Хопкинса уже работают достаточно долгое время над решением описанной выше проблемы.
И одним из предлагаемых решений является использование нового сверхпрочного металлического сплава, что позволит датчикам на основе MEMS-систем постоянно находиться в диапазоне их рабочих параметров и удовлетворять высоким требованиям существующих и появляющихся технологий.
Одним из направлений, в котором работает исследовательская группа Кевина Хемкера (Kevin Hemker), является изготовление эффективных MEMS-систем из более сложных материалов, нежели кремний, что, по мнению исследователей, позволит датчикам быть более стойкими по отношению к резким колебаниям некоторых факторов окружающей среды, выдерживать значительные механические напряжения и электрические нагрузки.
Основой одного из новых материалов для MEMS-систем стал самый обычный никель, очищенный до высокой степени. Для того, чтобы уменьшить температурный коэффициент расширения этого металла, который в чистом виде имеет достаточно высокое значение, в него были введены добавки молибдена и вольфрама в определенных пропорциях.
Высокая прочность нового сплава определяется четко упорядоченной атомарной структурой его кристаллической решетки. И еще одним положительным преимуществом является высокая и стабильная электропроводность, следующая из полностью металлической природы сплава.
Из такого никель-молибден-вольфрамового сплава были изготовлены тончайшие пленки, толщиной в 29 микрон в среднем. Испытания таких пленок показали, что такой сплав имеет прочность, в три раза превосходящую прочность специальной легированной стали.
При этом новый сплав сохраняет эту прочность и другие параметры при воздействии высокого давления и температуры.
Другими словами, компоненты MEMS-систем, изготовленные из нового сплава, смогут работать в достаточно широком диапазоне условий окружающей среды.