미세전자기계시스템 (Micro-Electromechanical Systems)
쉽게 풀면
MEMS는 아주 작은 기계 부품을 반도체 칩처럼 만드는 기술이라고 생각하면 됩니다. 사람 머리카락보다 얇은 크기의 스프링, 진동판, 미세 톱니바퀴 같은 구조물을 실리콘 위에 새겨서 만듭니다. 우리가 매일 쓰는 스마트폰의 가속도 센서나 자이로 센서가 대표적인 예입니다. 이렇게 작게 만들면 부피와 무게를 크게 줄이면서도 정밀한 기계적 동작을 구현할 수 있습니다.
왜 중요한가
초소형화와 대량생산이 가능해 센서, 액추에이터, 통신 소자 등 다양한 분야에서 핵심 부품으로 쓰이기 때문에 기계공학과 전자공학이 융합되는 대표적인 연구 주제입니다. 미세 구조 특유의 물리 현상(표면력, 미세 마찰 등)을 다루어야 해서 설계 이론 자체도 활발히 연구됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
초소형으로 만든 센서가 움직임을 더 민감하게 측정할 수 있었다는 뜻입니다.
반도체 공정으로 아주 작은 거울들을 만들어 빛을 조절하는 소자를 실험했다는 의미입니다.
조금 더 깊게 보면
MEMS 제작은 대체로 실리콘 웨이퍼 위에 박막을 증착하고 식각하는 반도체 공정을 응용하며, 표면 미세가공(surface micromachining)과 벌크 미세가공(bulk micromachining) 방식이 흔히 사용됩니다. 크기가 작아질수록 관성력보다 표면장력이나 정전기력 같은 표면 효과가 상대적으로 커지는 특성이 있어 이를 고려한 설계가 필요합니다. MEMS는 벌크 마이크로머시닝(기판을 깊게 식각)과 표면 마이크로머시닝(희생층을 증착·제거해 구조물을 뜨움)이라는 두 가지 제작 방식으로 크게 나뉘며, 가속도계·자이로스코프·마이크로거울 등이 대표적 응용입니다.
주의할 점
일반 기계 부품 설계 경험을 그대로 적용하기 어려우며, 미세 스케일 특유의 마찰, 점착(스틱션), 온도 민감성 등을 별도로 고려해야 합니다.
마이크로 스케일에서는 표면적 대 부피 비가 커져 정전기력이나 반데르발스력 같은 표면력이 중력보다 지배적으로 작용해 스틱션(고착) 문제가 흔히 발생합니다.