Mems, una tecnologia in espansione

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La tecnologia dei MEMS, dispositivi micro-elettromeccanici realizzati in silicio, è ormai ben affermata e avrà un notevole sviluppo nei prossimi anni. Questa almeno è l’opinione prevalente tra i produttori di semiconduttori e di componenti ottici. Recentemente diverse società operanti in questi due settori hanno provveduto a dotarsi del know how e delle tecnologie necessarie a realizzare MEMS, perlopiù attraverso l’acquisizione di piccole società specializzate. JDS Uniphase ha acquisito Cronos Integrated Microsystems; Corning ha comprato Intellisense; AMD si è accaparrata BCO Technologies; nel carniere di Cypress è finita invece Silicon Light Machines. Fairchild Semiconductors, dal canto suo, ha acquisito la licenza per produrre MEMS tramite il processo sviluppato dai Sandia National Laboratories.

L’importanza dei MEMS per il settore delle reti ottiche è divenuta evidente solo negli ultimi tempi e molti colossi dell’industria sono stati colti alla sprovvista. Il ricorso alle acquisizioni segnala l’intenzione di correre ai ripari rapidamente, evitando i tempi necessari per sviluppare un know how interno. Sebbene i MEMS siano costruiti con le normali tecnologie microelettroniche – e questo è uno dei loro principali vantaggi – nondimeno la loro realizzazione richiede competenze specialistiche che non appartengono all’arsenale dei produttori di semiconduttori o di fibre ottiche.
I MEMS non sono una novità: da anni vengono utilizzati nelle automobili come sensori per la pressione dei pneumatici o come accelerometri per comandare l’esplosione degli air bag. Altrettanto affermata è la presenza dei MEMS nel settore dei proiettori televisivi, grazie al famoso dispositivo a microspecchi realizzato da Texas Instruments. Queste applicazioni, tuttavia, non hanno caratteristiche tali da attrarre l’interesse generalizzato dei grandi produttori di semiconduttori: la sensoristica per il settore automotive impiega tecnologie ormai mature e il valore aggiunto non è particolarmente elevato; la proiezione televisiva, invece, ha le caratteristiche di una nicchia di mercato (benché molto rilevante). Le cose sono cambiate con l’introduzione dei MEMS nel mercato dei sistemi per reti ottiche, molto interessante quanto a profitti, volumi e importanza strategica. I MEMS consentono di manipolare la luce in modalità ottica, rendendo superflua la doppia trasduzione ottico-eletrico-ottico (OEO). Vengono quindi utilizzati per realizzare switch, attenuatori ottici variabili (VOA), filtri sintonizzabili, equalizzatori ottici, ecc.

Presto anche nei televisori domestici

Il dispositivo a microspecchi realizzato da Texas Instruments con le tecnologie MEMS potrebbe presto entrare nelle case di molte persone. “Attualmente la massima priorità di Texas Instruments consiste nell’allargare all’elettronica di consumo le applicazioni dei nostri dispositivi a specchi, finora utilizzati solo per realizzare proiettori televisivi professionali. I televisori domestici realizzati con i dispositivi TI saranno sistemi a retroproiezione di grandi dimensioni, ad esempio cinquanta pollici. Il primo di questi prodotti verrà presentato da LG al CeBIT di quest’anno” afferma David Monk, vicepresidente di Texas Instruments per l’Europa e responsabile per i prodotti DLP (Digital Light Processing). “Nel settore consumer i volumi in gioco sono dell’ordine dei milioni di pezzi e quindi è necessario poter contare su tecnologie che offrano un’ottima manufacturability. Noi utilizziamo un normale processo CMOS e produciamo MEMS da oltre vent’anni”.

Commutazione ottica

Le applicazioni dei MEMS nel campo delle reti ottiche sono generalmente ritenute le più promettenti. Gli analisti di KMI Research prevedono che il tasso di crescita annuale composto per sistemi di cross-connessioni ottici sarà del 75 per cento dal 2001 al 2005, mentre il prezzo per porta subirà una flessione annua del 32 per cento. Si prevede inoltre che le vendite di cross-connessioni ottiche raggiungano i 4,6 miliardi di dollari entro il 2005, grazie alla disponibilità di prodotti con un numero di porte più elevato, alla penetrazione nei piccoli uffici e alla crescita delle vendite in diverse aree geografiche.
In queste applicazioni i MEMS sono utilizzati essenzialmente come commutatori, allo scopo di creare collegamenti o di bloccare determinate componenti del segnale. Agli elettronici apparirà forse strano, ma in questi casi la soluzione meccanica è superiore alla soluzione elettronica. “La velocità di trasmissione delle reti a fibra ottica aumenta sempre più, ci stiamo avvicinando alla soglia dei 40 gigabit al secondo. A velocità così alte servirebbero sistemi elettronici molto complessi e sofisticati. Inoltre la commutazione ottica è indipendente dalla velocità di trasmissione – lo stesso switch può operare su segnali a qualunque velocità – e anche dal protocollo impiegato. Il processo di commutazione ottica, infine, è più veloce rispetto alla commutazione elettronica” spiega Steve Dye, senior manager per l’optoelettronica nell’area EMEA presso Agere. L’offerta di Agere nel campo dei MEMS si basa su tecnologie sviluppate dai Bell Labs prima della separazione da Lucent. Si tratta anche in questo caso di specchietti orientabili, ma la particolarità consiste nel fatto che la rotazione avviene su due assi anziché su uno soltanto. In questo modo è possibile realizzare sistemi di commutazione a tre dimensioni. In un sistema a due sole dimensioni i raggi di luce vengono manipolati su un unico piano, mentre in un sistema 3D i raggi si muovono all’interno di un volume.

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