Systèmes nanoélectromécaniques - Nanoelectromechanical systems
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Les systèmes nanoélectromécaniques ( NEMS ) sont une classe de dispositifs intégrant des fonctionnalités électriques et mécaniques à l' échelle nanométrique . Les NEMS constituent la prochaine étape logique de miniaturisation des systèmes dits microélectromécaniques , ou dispositifs MEMS. Les NEMS intègrent généralement de la nanoélectronique de type transistor avec des actionneurs mécaniques, des pompes ou des moteurs, et peuvent ainsi former des capteurs physiques, biologiques et chimiques . Le nom dérive des dimensions typiques de l'appareil de l' ordre du nanomètre , conduisant à une faible masse, des fréquences de résonance mécanique élevées, des effets de mécanique quantique potentiellement importants tels que le mouvement du point zéro et un rapport surface/volume élevé utile pour les mécanismes de détection basés sur la surface. Les applications incluent les accéléromètres et les capteurs pour détecter les substances chimiques dans l'air.
Histoire
Fond
Comme l'a noté Richard Feynman dans son célèbre discours en 1959, " Il y a beaucoup de place en bas ", il existe de nombreuses applications potentielles de machines de plus en plus petites ; en construisant et en contrôlant des appareils à plus petite échelle, tous les avantages technologiques. Les avantages attendus comprennent une plus grande efficacité et une taille réduite, une diminution de la consommation d'énergie et des coûts de production inférieurs dans les systèmes électromécaniques.
En 1960, Mohamed M. Atalla et Dawon Kahng à Bell Labs fabriqués le premier MOSFET avec un oxyde de grille d' épaisseur de 100 nm . En 1962, Atalla et Kahng fabriqué une nanocouche -base jonction métal-semiconducteur (jonction M-S) transistor celle utilisée or (Au) Les films minces d'une épaisseur de 10 nm . En 1987, Bijan Davari a dirigé une équipe de recherche IBM qui a démontré le premier MOSFET avec une épaisseur d'oxyde de 10 nm. Les MOSFET multiportes ont permis une mise à l' échelle inférieure à 20 nm de longueur de canal, en commençant par le FinFET . Les FinFET provient de la recherche de digh Hisamoto au Laboratoire Central de Recherche Hitachi en 1989. À l' université de Berkeley , un groupe dirigé par Hisamoto et TSMC de Chenming Hu appareils fabriqués FinFET jusqu'à 17 nm la longueur du canal en 1998.
NEMS
En 2000, le premier dispositif NEMS d' intégration à très grande échelle (VLSI) a été démontré par des chercheurs d'IBM. Son principe était un réseau de pointes AFM qui peuvent chauffer/détecter un substrat déformable afin de fonctionner comme un dispositif de mémoire. D'autres dispositifs ont été décrits par Stefan de Haan. En 2007, la feuille de route technique internationale pour les semi-conducteurs (ITRS) contient la mémoire NEMS comme nouvelle entrée pour la section Dispositifs de recherche émergents.
Microscopie à force atomique
Une application clé de NEMS est les pointes de microscope à force atomique . La sensibilité accrue obtenue par NEMS conduit à des capteurs plus petits et plus efficaces pour détecter les contraintes, les vibrations, les forces au niveau atomique et les signaux chimiques. Les pointes AFM et autres détections à l'échelle nanométrique reposent fortement sur le NEMS.
Approches de la miniaturisation
Deux approches complémentaires à la fabrication de NEMS peuvent être trouvées. L' approche descendante utilise les méthodes traditionnelles de microfabrication, c'est-à-dire optique , lithographie par faisceau d'électrons et traitements thermiques, pour fabriquer des dispositifs. Tout en étant limité par la résolution de ces méthodes, il permet un grand contrôle sur les structures résultantes. De cette manière, des dispositifs tels que des nanofils , des nanotiges et des nanostructures à motifs sont fabriqués à partir de films minces métalliques ou de couches semi-conductrices gravées . Pour les approches descendantes, l'augmentation du rapport surface/volume améliore la réactivité des nanomatériaux.
Les approches ascendantes, en revanche, utilisent les propriétés chimiques de molécules uniques pour amener les composants d'une molécule unique à s'auto-organiser ou à s'auto-assembler en une conformation utile, ou s'appuyer sur un assemblage positionnel. Ces approches utilisent les concepts d' auto-assemblage moléculaire et/ou de reconnaissance moléculaire . Cela permet la fabrication de structures beaucoup plus petites, bien que souvent au prix d'un contrôle limité du processus de fabrication. De plus, bien qu'il y ait des résidus de matériaux retirés de la structure d'origine pour l'approche descendante, un minimum de matériaux est retiré ou gaspillé pour l'approche ascendante.
Une combinaison de ces approches peut également être utilisée, dans laquelle des molécules à l'échelle nanométrique sont intégrées dans un cadre descendant. Le nanomoteur à nanotubes de carbone en est un exemple .
Matériaux
Allotropes de carbone
De nombreux matériaux couramment utilisés pour la technologie NEMS sont à base de carbone , en particulier le diamant , les nanotubes de carbone et le graphène . Ceci est principalement dû aux propriétés utiles des matériaux à base de carbone qui répondent directement aux besoins des NEMS. Les propriétés mécaniques du carbone (telles que le grand module de Young ) sont fondamentales pour la stabilité des NEMS tandis que les conductivités métalliques et semi- conductrices des matériaux à base de carbone leur permettent de fonctionner comme des transistors .
Le graphène et le diamant présentent tous deux un module de Young élevé, une faible densité, un faible frottement, une dissipation mécanique extrêmement faible et une grande surface. Le faible frottement des CNT, permet des roulements pratiquement sans frottement et a donc été une énorme motivation pour les applications pratiques des CNT en tant qu'éléments constitutifs des NEMS, tels que les nanomoteurs , les commutateurs et les oscillateurs à haute fréquence. La résistance physique des nanotubes de carbone et du graphène permet aux matériaux à base de carbone de répondre à des exigences de contraintes plus élevées, alors que les matériaux courants échoueraient normalement et ainsi soutenir davantage leur utilisation en tant que matériaux majeurs dans le développement technologique des NEMS.
Outre les avantages mécaniques des matériaux à base de carbone, les propriétés électriques des nanotubes de carbone et du graphène lui permettent d'être utilisé dans de nombreux composants électriques de NEMS. Des nanotransistors ont été développés pour les nanotubes de carbone ainsi que pour le graphène. Les transistors sont l'un des éléments de base de tous les appareils électroniques. Par conséquent, en développant efficacement des transistors utilisables, les nanotubes de carbone et le graphène sont tous deux très cruciaux pour les NEMS.
Les résonateurs nanomécaniques sont souvent constitués de graphène. Au fur et à mesure que la taille des résonateurs NEMS est réduite, il existe une tendance générale à une diminution du facteur de qualité en proportion inverse du rapport surface / volume. Cependant, malgré ce défi, il a été prouvé expérimentalement qu'il atteignait un facteur de qualité aussi élevé que 2400. Le facteur de qualité décrit la pureté du son des vibrations du résonateur. De plus, il a été théoriquement prédit que le serrage des membranes de graphène de tous les côtés permet d'augmenter les nombres de qualité. Le graphène NEMS peut également fonctionner comme des capteurs de masse, de force et de position.
Nanotubes de carbone métalliques
Les nanotubes de carbone (CNT) sont des allotropes de carbone avec une nanostructure cylindrique. Ils peuvent être considérés comme un graphène enroulé . Lorsqu'il est enroulé à des angles spécifiques et discrets (" chiraux "), et la combinaison de l'angle de roulement et du rayon décide si le nanotube a une bande interdite (semi-conducteur) ou pas de bande interdite (métallique).
Des nanotubes de carbone métalliques ont également été proposés pour les interconnexions nanoélectroniques car ils peuvent véhiculer des densités de courant élevées. C'est une propriété utile car les fils pour transférer le courant sont un autre élément de base de tout système électrique. Les nanotubes de carbone ont spécifiquement trouvé tellement d'utilisation dans les NEMS que des méthodes ont déjà été découvertes pour connecter des nanotubes de carbone en suspension à d'autres nanostructures. Cela permet aux nanotubes de carbone de former des systèmes nanoélectriques complexes. Parce que les produits à base de carbone peuvent être correctement contrôlés et agir comme des interconnexions ainsi que des transistors, ils servent de matériau fondamental dans les composants électriques des NEMS.
Commutateurs NEMS basés sur CNT
Un inconvénient majeur des commutateurs MEMS par rapport aux commutateurs NEMS est la vitesse de commutation limitée de la plage de microsecondes des MEMS, ce qui entrave les performances pour les applications à grande vitesse. Les limitations de la vitesse de commutation et de la tension d'actionnement peuvent être surmontées en réduisant les dispositifs de l'échelle micro à l'échelle nanométrique. Une comparaison des paramètres de performance entre les commutateurs NEMS à base de nanotubes de carbone (CNT) et son homologue CMOS a révélé que les commutateurs NEMS à base de CNT conservaient des performances à des niveaux de consommation d'énergie inférieurs et présentaient un courant de fuite inférieur au seuil de plusieurs ordres de grandeur inférieur à celui des commutateurs CMOS. . Les NEMS à base de CNT avec des structures à double serrage sont en cours d'étude en tant que solutions potentielles pour les applications de mémoire non volatile à grille flottante.
Des difficultés
Malgré toutes les propriétés utiles des nanotubes de carbone et du graphène pour la technologie NEMS, ces deux produits sont confrontés à plusieurs obstacles à leur mise en œuvre. L'un des principaux problèmes est la réponse du carbone aux environnements réels. Les nanotubes de carbone présentent un grand changement dans les propriétés électroniques lorsqu'ils sont exposés à l' oxygène . De même, d'autres modifications des attributs électroniques et mécaniques des matériaux à base de carbone doivent être pleinement explorées avant leur mise en œuvre, notamment en raison de leur grande surface spécifique qui peut facilement réagir avec les environnements environnants. Les nanotubes de carbone se sont également avérés avoir des conductivités variables, étant soit métalliques, soit semi-conducteurs en fonction de leur hélicité lors de leur traitement. Pour cette raison, un traitement spécial doit être donné aux nanotubes pendant le traitement pour s'assurer que tous les nanotubes ont des conductivités appropriées. Le graphène a également des propriétés de conductivité électrique compliquées par rapport aux semi-conducteurs traditionnels, car il n'a pas de bande interdite énergétique et modifie essentiellement toutes les règles relatives à la façon dont les électrons se déplacent dans un dispositif à base de graphène. Cela signifie que les constructions traditionnelles d'appareils électroniques ne fonctionneront probablement pas et que des architectures complètement nouvelles doivent être conçues pour ces nouveaux appareils électroniques.
Accéléromètre nanoélectromécanique
Les propriétés mécaniques et électroniques du graphène l'ont rendu favorable à l'intégration dans les accéléromètres NEMS, tels que les petits capteurs et actionneurs pour les systèmes de surveillance cardiaque et la capture de mouvement mobile. L'épaisseur à l'échelle atomique du graphène permet aux accéléromètres d'être réduits de l'échelle micro à l'échelle nanométrique tout en conservant les niveaux de sensibilité requis du système.
En suspendant une masse étalon en silicium sur un ruban de graphène à double couche, un transducteur à masse-ressort et piézorésistif à l'échelle nanométrique peut être fabriqué avec la capacité des transducteurs actuellement produits dans les accéléromètres. La masse du ressort offre une plus grande précision et les propriétés piézorésistives du graphène convertissent la contrainte de l'accélération en signaux électriques pour l'accéléromètre. Le ruban de graphène suspendu forme simultanément le ressort et le transducteur piézorésistif, optimisant ainsi l'utilisation de l'espace tout en améliorant les performances des accéléromètres NEMS.
Polydiméthylsiloxane (PDMS)
Les défaillances résultant d'une adhérence et d'une friction élevées sont une préoccupation pour de nombreux NEMS. Les NEMS utilisent fréquemment du silicium en raison de techniques de micro-usinage bien caractérisées ; cependant, sa rigidité intrinsèque entrave souvent la capacité des dispositifs avec des pièces mobiles.
Une étude menée par des chercheurs de l'Ohio State a comparé les paramètres d'adhérence et de frottement d'un silicium monocristallin avec une couche d'oxyde natif contre un revêtement PDMS. Le PDMS est un élastomère de silicone hautement accordable mécaniquement, chimiquement inerte, thermiquement stable, perméable aux gaz, transparent, non fluorescent, biocompatible et non toxique. Inhérent aux polymères, le module de Young du PDMS peut varier sur deux ordres de grandeur en manipulant l'étendue de la réticulation des chaînes polymères, ce qui en fait un matériau viable dans les applications NEMS et biologiques. Le PDMS peut former un joint étanche avec le silicium et ainsi être facilement intégré dans la technologie NEMS, optimisant à la fois les propriétés mécaniques et électriques. Les polymères comme le PDMS commencent à attirer l'attention dans les NEMS en raison de leur prototypage et de leur fabrication relativement peu coûteux, simplifiés et rapides.
Le temps de repos a été caractérisé comme étant directement corrélé à la force d'adhérence, et l'augmentation de l'humidité relative entraîne une augmentation des forces d'adhérence pour les polymères hydrophiles. Les mesures d'angle de contact et les calculs de force de Laplace soutiennent la caractérisation de la nature hydrophobe du PDMS, ce qui correspond vraisemblablement à son indépendance vérifiée expérimentalement par rapport à l'humidité relative. Les forces adhésives du PDMS sont également indépendantes du temps de repos, capables de fonctionner de manière polyvalente dans des conditions d'humidité relative variables et possèdent un coefficient de friction inférieur à celui du silicium. Les revêtements PDMS facilitent l'atténuation des problèmes de vitesse élevée, tels que la prévention du glissement. Ainsi, le frottement au niveau des surfaces de contact reste faible même à des vitesses considérablement élevées. En fait, à l'échelle microscopique, le frottement diminue avec l'augmentation de la vitesse. L'hydrophobie et le faible coefficient de frottement du PDMS ont donné lieu à son potentiel d'être davantage incorporé dans les expériences NEMS qui sont menées à des humidités relatives variables et à des vitesses de glissement relatives élevées.
Diaphragme de systèmes nanoélectromécaniques piézorésistifs revêtus de PDMS
Le PDMS est fréquemment utilisé dans la technologie NEMS. Par exemple, le revêtement PDMS sur un diaphragme peut être utilisé pour la détection de vapeur de chloroforme.
Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour ont inventé un diaphragme de système nanoélectromécanique recouvert de polydiméthylsiloxane (PDMS) intégré à des nanofils de silicium (SiNW) pour détecter la vapeur de chloroforme à température ambiante. En présence de vapeur de chloroforme, le film de PDMS sur le micro-diaphragme absorbe les molécules de vapeur et par conséquent s'agrandit, entraînant une déformation du micro-diaphragme. Les SiNW implantés dans le micro-diaphragme sont liés dans un pont de Wheatstone, qui traduit la déformation en une tension de sortie quantitative. De plus, le capteur à micro-diaphragme démontre également un traitement à faible coût avec une faible consommation d'énergie. Il possède un grand potentiel d'évolutivité, d'empreinte ultra-compacte et de compatibilité avec les processus CMOS-IC. En changeant la couche de polymère absorbant la vapeur, des méthodes similaires peuvent être appliquées qui devraient théoriquement être capables de détecter d'autres vapeurs organiques.
En plus de ses propriétés inhérentes discutées dans la section Matériaux, le PDMS peut être utilisé pour absorber le chloroforme, dont les effets sont généralement associés au gonflement et à la déformation du micro-diaphragme ; diverses vapeurs organiques ont également été mesurées dans cette étude. Avec une bonne stabilité au vieillissement et un emballage approprié, le taux de dégradation du PDMS en réponse à la chaleur, à la lumière et au rayonnement peut être ralenti.
NEMS biohybride
Le domaine émergent des systèmes bio-hybrides combine des éléments structuraux biologiques et synthétiques pour des applications biomédicales ou robotiques. Les éléments constitutifs des systèmes bio-nanoélectromécaniques (BioNEMS) sont de taille nanométrique, par exemple de l'ADN, des protéines ou des pièces mécaniques nanostructurées. Les exemples incluent la nanostructuration descendante facile des polymères de thiol-ène pour créer des nanostructures réticulées et mécaniquement robustes qui sont ensuite fonctionnalisées avec des protéines.
Simulation
Les simulations informatiques ont longtemps été des contreparties importantes aux études expérimentales des dispositifs NEMS. Grâce à la mécanique du continu et à la dynamique moléculaire (MD), les comportements importants des dispositifs NEMS peuvent être prédits via la modélisation informatique avant de s'engager dans des expériences. De plus, la combinaison des techniques de continuum et de MD permet aux ingénieurs d'analyser efficacement la stabilité des dispositifs NEMS sans avoir recours à des maillages ultra-fins et à des simulations chronophages. Les simulations présentent également d'autres avantages : elles ne nécessitent pas le temps et l'expertise associés à la fabrication de dispositifs NEMS ; ils peuvent prédire efficacement les rôles interdépendants de divers effets électromécaniques ; et les études paramétriques peuvent être menées assez facilement par rapport aux approches expérimentales. Par exemple, des études informatiques ont prédit les distributions de charge et les réponses électromécaniques « de tirage » des dispositifs NEMS. L'utilisation de simulations pour prédire le comportement mécanique et électrique de ces dispositifs peut aider à optimiser les paramètres de conception des dispositifs NEMS.
Fiabilité et cycle de vie du NEMS
Fiabilité et défis
La fiabilité fournit une mesure quantitative de l'intégrité et des performances du composant sans défaillance pendant une durée de vie spécifiée du produit. La défaillance des dispositifs NEMS peut être attribuée à diverses sources, telles que des facteurs mécaniques, électriques, chimiques et thermiques. L'identification des mécanismes de défaillance, l'amélioration du rendement, la rareté des informations et les problèmes de reproductibilité ont été identifiés comme des défis majeurs pour atteindre des niveaux de fiabilité plus élevés pour les dispositifs NEMS. De tels défis surviennent à la fois pendant les étapes de fabrication (c'est-à-dire le traitement des plaquettes, l'emballage, l'assemblage final) et les étapes de post-fabrication (c'est-à-dire le transport, la logistique, l'utilisation).
Emballage
Les problèmes d'emballage représentent souvent 75 à 95 % des coûts globaux des MEMS et des NEMS. Les facteurs de découpe des tranches, l'épaisseur du dispositif, la séquence de libération finale, la dilatation thermique, l'isolation des contraintes mécaniques, la dissipation de puissance et de chaleur, la minimisation du fluage, l'isolation du support et les revêtements protecteurs sont pris en compte par la conception de l'emballage pour s'aligner sur la conception du composant MEMS ou NEMS . L'analyse de délaminage, l'analyse de mouvement et les tests de durée de vie ont été utilisés pour évaluer les techniques d'encapsulation au niveau des tranches, telles que l'encapsulation bouchon à tranche, tranche à tranche et couche mince. Les techniques d'encapsulation au niveau de la plaquette peuvent conduire à une fiabilité améliorée et à un rendement accru pour les micro et les nanodispositifs.
Fabrication
L'évaluation de la fiabilité du NEMS dans les premières étapes du processus de fabrication est essentielle pour l'amélioration du rendement. Les formes de forces de surface, telles que l'adhérence et les forces électrostatiques, dépendent largement de la topographie de la surface et de la géométrie de contact. La fabrication sélective de surfaces nano-texturées réduit la zone de contact, améliorant à la fois les performances d'adhérence et de friction pour les NEMS. De plus, la mise en œuvre de nanopost sur des surfaces artificielles augmente l'hydrophobie, entraînant une réduction à la fois de l'adhérence et de la friction.
L'adhérence et le frottement peuvent également être manipulés par nanomotif pour ajuster la rugosité de surface pour les applications appropriées du dispositif NEMS. Des chercheurs de l'Ohio State University ont utilisé la microscopie atomique/à force de friction (AFM/FFM) pour examiner les effets des nanomotifs sur l'hydrophobie, l'adhérence et la friction des polymères hydrophiles avec deux types d'aspérités à motifs (faible rapport d'aspect et rapport d'aspect élevé). La rugosité sur les surfaces hydrophiles par rapport aux surfaces hydrophobes s'avère avoir des relations inversement corrélées et directement corrélées respectivement.
En raison de son rapport surface/volume élevé et de sa sensibilité, l'adhérence et la friction peuvent nuire aux performances et à la fiabilité des dispositifs NEMS. Ces problèmes tribologiques découlent de la réduction d'échelle naturelle de ces outils ; cependant, le système peut être optimisé grâce à la manipulation du matériau structurel, des films de surface et du lubrifiant. Par rapport aux films Si ou polysilicium non dopés, les films SiC possèdent le rendement de friction le plus faible, ce qui se traduit par une résistance aux rayures accrue et une fonctionnalité améliorée à haute température. Les revêtements en carbone dur de type diamant (DLC) présentent un faible frottement, une dureté et une résistance à l'usure élevées, en plus des résistances chimiques et électriques. La rugosité, un facteur qui réduit le mouillage et augmente l'hydrophobie, peut être optimisée en augmentant l'angle de contact pour réduire le mouillage et permettre une faible adhérence et interaction du dispositif avec son environnement.
Les propriétés du matériau dépendent de la taille. Par conséquent, l'analyse des caractéristiques uniques des NEMS et des matériaux à l'échelle nanométrique devient de plus en plus importante pour conserver la fiabilité et la stabilité à long terme des dispositifs NEMS. Certaines propriétés mécaniques, telles que la dureté, le module d'élasticité et les tests de flexion, pour les nano-matériaux sont déterminées en utilisant un nano-pénétrateur sur un matériau qui a subi des processus de fabrication. Ces mesures, cependant, ne tiennent pas compte de la manière dont l'appareil fonctionnera dans l'industrie sous des contraintes et des déformations prolongées ou cycliques. La structure thêta est un modèle NEMS qui présente des propriétés mécaniques uniques. Composée de Si, la structure a une résistance élevée et est capable de concentrer des contraintes à l'échelle nanométrique pour mesurer certaines propriétés mécaniques des matériaux.
Des contraintes résiduelles
Pour augmenter la fiabilité de l'intégrité structurelle, la caractérisation de la structure du matériau et des contraintes intrinsèques à des échelles de longueur appropriées devient de plus en plus pertinente. Les effets des contraintes résiduelles comprennent, mais sans s'y limiter, la fracture, la déformation, le délaminage et les changements structurels de taille nanométrique, qui peuvent entraîner une défaillance du fonctionnement et une détérioration physique du dispositif.
Les contraintes résiduelles peuvent influencer les propriétés électriques et optiques. Par exemple, dans diverses applications photovoltaïques et diodes électroluminescentes (DEL), l'énergie de la bande interdite des semi-conducteurs peut être ajustée en conséquence par les effets de la contrainte résiduelle.
La microscopie à force atomique (AFM) et la spectroscopie Raman peuvent être utilisées pour caractériser la distribution des contraintes résiduelles sur les films minces en termes d'imagerie de volume de force, de topographie et de courbes de force. De plus, la contrainte résiduelle peut être utilisée pour mesurer la température de fusion des nanostructures en utilisant la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et la diffraction des rayons X dépendante de la température (XRD).
Futur
Les principaux obstacles empêchant actuellement l'application commerciale de nombreux appareils NEMS comprennent les faibles rendements et la variabilité élevée de la qualité des appareils. Avant que les dispositifs NEMS puissent être réellement mis en œuvre, des intégrations raisonnables de produits à base de carbone doivent être créées. Un pas récent dans cette direction a été démontré pour le diamant, atteignant un niveau de traitement comparable à celui du silicium. L'accent est actuellement déplacé des travaux expérimentaux vers des applications pratiques et des structures de dispositifs qui mettront en œuvre et tireront profit de ces nouveaux dispositifs. Le prochain défi à relever consiste à comprendre toutes les propriétés de ces outils à base de carbone et à utiliser ces propriétés pour créer des NEMS efficaces et durables avec de faibles taux d'échec.
Les matériaux à base de carbone ont servi de matériaux de choix pour l'utilisation des NEMS, en raison de leurs propriétés mécaniques et électriques exceptionnelles.
Le marché mondial des NEMS devrait atteindre 108,88 millions de dollars d'ici 2022.
Applications
Relais nanoélectromécanique
Spectromètre de masse pour systèmes nanoélectromécaniques
Cantilevers à base nanoélectromécanique
Des chercheurs du California Institute of Technology ont développé un cantilever basé sur NEM avec des résonances mécaniques jusqu'aux très hautes fréquences (VHF). L'incorporation de transducteurs de déplacement électroniques basés sur un film métallique mince piézorésistif facilite la lecture sans ambiguïté et efficace des nanodispositifs. La fonctionnalisation de la surface de l'appareil à l'aide d'un revêtement polymère mince avec un coefficient de partage élevé pour les espèces ciblées permet aux cantilevers basés sur NEMS de fournir des mesures de chimisorption à température ambiante avec une résolution en masse inférieure à un attogramme. D'autres capacités des cantilevers basés sur NEMS ont été exploitées pour les applications de capteurs, de sondes à balayage et de dispositifs fonctionnant à très haute fréquence (100 MHz).