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유형	센서기술

MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)

MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)는 ‘미세 전자 기계시스템’을 뜻하며, MEMS 센서는 초소형의 고감도 센서로 물리적, 화학적, 생물학적 감지를 통해 외부 환경에 대한 감시, 검출 및 모니터링을 위한 도구로 활용되고 있다. MEMS는 작게는 마이크로미터(μm)에서 크게는 밀리미터(mm) 정도의 크기를 가지는 전자기계 소자기술을 말한다. MEMS 기술을 이용해서 만들어지는 장치들은 크기가 매우 작기 때문에 일반적인 크기의 기기들과는 매우 다른 물리적 특성을 보인다. 예를 들면, 질량이나 관성 등의 중요성은 줄어드는 대신 표면장력이나 마찰력 등이 핵심 변수가 되는데, 이와 같은 특성을 이용해 전혀 새로운 용도의 제품들을 만들어 낼 수 있다.

하버드대학 마이크로로보틱스 연구실에서 멤스 기술을 응용해서 만든 초소형 비행로봇

멤스 제작 공정

이처럼 작은 기계를 제작하기 위해서는 반도체 공정기술을 응용해야 한다. 반도체 회로를 만드는 것과 유사한 과정을 거쳐 멤스 구조물을 제작한다. 기판 위에 진공상태에서 얇은 막을 입힌 뒤(증착) 레이저 광선을 이용해 원하는 모양의 구조를 새기고(리소그래피), 마지막으로 화학용액이나 가스 등을 이용해 불필요한 막을 제거하면(에칭) 미세 구조물을 얻을 수 있게 된다. 반도체가 평면적으로 미세 회로를 새기는 방식을 통해 만들어지는 데 비해 멤스는 구조물들을 3차원적으로 배열한다는 점에서 차이를 보이며, 실리콘, 고분자화합물(폴리머), 각종 금속 등 다양한 물질을 재료로 한다.

MEMS의 제작과정

실리콘 기판 위에 얇은 막을 형성한 후 빛을 쪼여 원하는 패턴을 형성

멤스 센서 관련 주요 기술

MEMS 센서 관련 주요 기술로 초소형화를 위한 기술, 다양한 요소를 하나의 센서로 통합 센싱하는 기술, 3D MEMS 기술 등이 요구된다.

최근 반도체 미세가공 기술의 발전에 따라 패턴의 크기가 수 nm에서 수십 nm 영역으로 진입했으며, 이러한 나노 기술을 기반으로 NEMS(Nano Electro-Mechanical System) 센서가 연구 · 개발되고 있다. 또한, NEMS 센서를 위한 나노 진동자의 진동 측정 기술, 3차원 나노구조 및 나노기 계 진동자 제작 기술, 고성능 센싱을 위한 기술 등도 함께 필요하다.

단결정 실리콘에 형성된 MEMS 장치들의 전자현미경 사진

멤스 센서의 적용분야

MEMS 기술을 이용하는 대표적인 센서는 가속도 센서로 스마트폰이나 스마트밴드처럼 제품의 움직임이나 움직임의 방향 정보를 이용하는 대부분의 스마트 디바이스에 이용되고 있다. 이 외에도 MEMS 기술은 다양한 분야에 활용될 수 있는데, 그 크기가 작아서 헬스케어 분야에 활용하기 위한 다양한 제품들이 개발되고 있다.

초소형 초정밀 압력 센서 by Omron corp

예를 들면, 스마트 콘택트렌즈에는 MEMS 기술을 이용한 센서가 포함되어 있어서, 렌즈 착용자의 당 수치를 실시간으로 관찰하는 데 이용될 수가 있다. 또한, 초소형 로봇을 제작하는 데도 활용되어 신체 내부의 건강 상태를 확인하는 데 이용되는 캡슐형 내시경 제작에도 이용될 수가 있다.