2. fejezet - A mikromechanika anyagai

A mikromechanikában használt fémes anyagok a következők: alumínium (Al), titán (Ti), króm (Cr), vas (Fe), kobalt (Co), nikkel (Ni), réz (Cu), cink (Zn), ezüst (Ag), platina (Pt), arany (Au), és az ólom (Pb). Az alkalmazott fémekre legtöbbször egy bizonyos alkalmazás kötődik hozzá. Ilyen például az alumínium, amelyet vezetékezésre, vagy optikai alkalmazásoknál tükrözésre használnak, vagy a króm, amely az optikai litográfiában a maszkok szinte kizárólagos anyaga. Ezeket a fémeket szinte alig lehet más fémmel helyettesíteni. A nemesfémeknél sokszor a korrózióállóságot használják fel, erre nagyon jó példa az arany alkalmazása. A mikrotechnikában alkalmazott fémes anyagokat a Táblázat 2.1 foglalja össze. A táblázatban a kristályszerkezetre vonatkozó rövidítések a következők: FCC — lapközepes köbös (Face Centered Cubic), HCP — hexagonális (Hexagonal Close Pocked), BCC — térközepes köbös (Body Centered Cubic).

Megjegyezzük, hogy a fémes anyagokat soha nem egykristályos, hanem polikristályos formában használják.

A mikroelektronikában természetes követelmény a félvezetők használata. Ezek között is kiemelkedő szerepe van a szilíciumnak. A szilíciumra kidolgozott félvezető technológia nélkül a világ messzemenően nem tartana ott, ahol ma tart, az egész számítástechnika és informatika körülbelül ott tartana, ahol a fejlődés valahol a múlt század utolsó negyedében tartott. Érdekes módon (ami más értelmezésben nem is annyira érdekes, mint inkább természetes) a szilíciumot a mikromechanikában is gyakran használjuk, nagyon sokszor nem azért, hogy villamos áramköröket hozzunk létre, hanem azért, hogy mikromechanikai struktúrákat valósítsunk meg. A mikrotechnikában használatos félvezetőket a Táblázat 2.2 foglalja össze.

Szilícium egykristály előállítása

Gyakran feltett kérdés, hogy miért éppen a szilícium a félvezető technika és a mikromechanika leghasználatosabb anyaga. Az első tranzisztorok ugyanis még germániumból készültek. A germánium is félvezető, ugyanúgy 4 vegyértékkel rendelkezik, mint a szilícium (polikristályos germániumot mutat a 2.1. ábra).

A félvezetők elméletéből ismert, hogy a diódák és tranzisztorok előállításához szükséges pn átmenetek létrehozása iparszerűen csak az egykristályos kristályszerkezet esetén lehetséges. Az egykristályos szerkezetet a kutatók germániumból időben előbb, és könnyebben tudták létrehozni, mint szilíciumból. Hozzá kell tenni, hogy a jó villamos tulajdonságok eléréséhez megfelelő tisztaság is szükséges, sokáig ezt a feltételt szilícium esetén nem sikerült teljesíteni. A germánium és szilícium, annak ellenére, hogy mindkettő négy vegyértékű félvezető, egy nagyon lényeges tekintetben azonban merőben különbözik egymástól. A germániumnak van egy olyan tulajdonsága, hogy oxidja (GeO, ill GeO ₂ ) nem védi meg a felületet a további oxidációtól. A germánium-dioxid ugyanis oldódik a vízben, a levegőben pedig valamennyi nedvesség mindig van. Annak érdekében, hogy a germániumból készült eszköz időt állóan megtartsa villamos tulajdonságait, a nedvességet az eszköz környezetéből ki kell küszöbölni. Ezért a germániumból készült eszközöket hermetikusan kell tokozni, azaz fém és/vagy üveg tokozást kell alkalmazni, műanyag tokozás nem lehetséges. A szilícium oxidja viszont, a szilícium-dioxid (SiO ₂ , kvarc) nagyon stabil anyag, kiváló szigetelő, a szilícium felületéhez kémiailag kötődik, ami azt jelenti, hogy a szilícium oxidja jól megvédi a kialakított struktúrát a környezeti hatásoktól. Ez a tény tette lehetővé, hogy a szilíciumból készült eszközöket műanyag tokozással lehessen forgalomba hozni (lásd a műanyag tokozású tranzisztorokat és integrált áramköröket), ami sokkal olcsóbb és termelékenyebb technológia, mint a hermetikus tokozás. A szilícium másik nagy előnye, hogy a szilícium olvadáspontja magasabb (1414 °C), mint a germániumé (938 °C), amelyből az is következik, hogy a szilíciumból készült eszközöknél az üzemi hőmérséklet is magasabb lehet, mint a germániumból készült eszközök esetében. Ez a tény különösen a teljesítmény elektronikai eszközöknél kerül előtérbe, és magyarázza azt, hogy a mai félvezető technológia szinte kizárólag szilícium alapanyagot használ. A mikromechanikát illetően is fontos ismerni a szilícium kristályszerkezetét. A szilícium kristályszerkezete alapvetően lapközepes, köbös kristályszerkezet, azonban az egyes kristályrácsok úgy kapcsolódnak egymáshoz, hogy a következő köbös, lapközepes kristály az előző kristály testátlójának egynegyedében helyezkedik el. Ez az egyik oka a monokristályos (egykristályos) szilícium rendkívüli anizotrópiájának, amelyet a mikromechanikai konstrukcióknál és technológiáknál alaposan ki is használnak. A mikromechanikában számos más anyag is használatos, (meg a jövőben lehet, hogy használatos lesz), azonban a szilícium sajátos tulajdonságaival kiemelkedik a többi közül. A szilíciumból ráadásul nagyon sok van, a Föld tömegének kb. 25% -a szilíciumból áll.

A szilícium mechanikai tulajdonságai

A gépészetben előforduló anyagok a mérnökök számára eléggé ismertek, mind a fémes, mind a nem fémes anyagok tekintetében. Ehhez képest a szilícium (és általában a félvezető anyagok) mint szerkezeti anyagok tulajdonságai kevéssé ismertek. Ezért kell foglalkozni a szilícium mechanikai tulajdonságaival. Ha közérthetően kellene fogalmazni, azt lehet mondani, hogy a szilícium mechanikai tulajdonságai a közismert anyagok közül leginkább az üveghez hasonlítanak. A mechanikai tulajdonságok tárgyalásánál azonban figyelembe kell venni, hogy a mikromechanikában a szilíciumot egykristályos állapotában használjuk fel. Ebben az állapotában viszont a szilícium a kristálytani irányoktól függő, jelentős anizotrópiát mutat.

A szilícium felfedezése Jöns Jakob Berzelius nevéhez fűződik (1823). A szilícium sűrűsége 2,33 g/cm³, tehát könnyű anyag, az alumíniumnál is könnyebb. Keménysége viszont a Mohs-féle keménységi skálán 6,5; tehát igen kemény anyag. A szilícium kb. 600 °C-ig az oxigénnel szilícium-dioxidot (SiO ₂ ) képez, 1400 °C környékén a nitrogénnel szilícium-nitridet (Si ₃ N ₄ ) alkot, mindkettő jó szigetelő, és jó dielektrikum is. Még magasabb kőmérsékleten, 2000 °C környékén a szilícium és a szén szilícium-karbidot (SiC) alkot. Az alábbi, Táblázat 2.3 a szilícium, a kvarc (szilícium-dioxid) és a nemesacél tulajdonságai kerülnek összehasonlításra. A húzószilárdságnál érdemes megjegyezni, hogy a szilíciumnak nincs folyáshatára, mint a legtöbb acélnak vagy fémes anyagnak. A szilícium tehát nem jelzi előre, hogy hamarosan elérjük a szakítószilárdságot, nem folyik meg, hanem egyszerűen csak eltörik. Más szavakkal kifejezve a szilícium képlékeny alakváltozást nem képes elviselni.

Természetes kvarckristályt (hegyikristály) mutat a 2.3. ábra. A kvarc hexagonális alakban kristályosodik.

Szilícium hordozók gyártása

Akár mikroelektronikai eszközről, akár mikromechanikai eszközről van szó, a kiindulási anyag legtöbbször egykristályos szilícium. Egykristályt természetesen csak megfelelő tisztaságú anyag esetén lehet előállítani, hiszen az idegen atom jelenléte kristályhibát eredményezhet. A gyártási folyamat a következő fázisokból áll:

1. lépés: A kiindulási anyag legtöbbször viszonylag nagy tisztaságú kvarc (SiO₂), amelyet elektromos ívkemencében, szén elektródák segítségével, 1900 °C-on olvasztanak meg. A redukció:

A megolvadt szilícium a kemence alján gyűlik össze. Ez a metallurgiai tisztaságú (max. 98%) polikristályos szilícium. Ez a tisztaság egykristály előállítására még alkalmatlan, ezért az anyagot tovább kell tisztítani.

2. lépés: A metallurgiai tisztaságú szilíciumból sósav segítségével triklór-szilánt állítanak elő, majd ezt frakcionált desztillálással tovább tisztítják, kb. 300 °C-on. A reakció:

A folyamat után a Si tisztasága már megfelelő, kevesebb. mint 10^-9 idegen atom esik egy Si atomra.

3. lépés: A triklór-szilán redukciója hidrogénnel, kb. 1000 °C-on. A reakció:

A keletkezett Si por alakú, amelyet rudakká olvasztanak (a Si olvadáspontja 1414 °C). Az eredmény poliszilícium rúd, egy ilyen poliszilícium rudat mutat a 2.4. ábra. Ezután következik az egykristály előállítása.

Az egykristályos szilícium előállításához két technológia alakult ki: a Czochralski-féle kristályhúzási módszer és a zónás olvasztás módszere.

A két módszernek vannak közös elemei, például az, hogy a kristályosodási orientációt egy ú. n. oltókristály segítségével kell meghatározni. Az oltókristály tulajdonképpen egy kisebb méretű egykristály, amelyet megfelelően pozícionálnak. Ez a pozícionálás fogja meghatározni az egész rúd kristálytani orientációját, tehát hogy a kristályosodási folyamat során a Si atomok hogyan fognak egymáshoz képest elhelyezkedni. Az egykristály előállítási technológiák másik közös jellemzője, hogy a kristályosodáshoz nyugodt, rezgésmentes környezet, és megfelelő idő szükséges. A harmadik közös elem, hogy mind a két egykristályt előállító módszernél a rúd hossza mentén változik a szennyező atomok koncentrációja. A folyamat vége felé haladva a maradék anyagban a szennyezés feldúsul, így a rúd vége felé az anyag már nem olyan tiszta. Hogy az egykristály előállításának folyamata jobban érthető legyen, célszerű áttekinteni a kristályképződés fázisait.

a.) A nukleációs fázis : A hordozó egyre alacsonyabb energetikai állapotba kerül (csökken a belső energiája, "hűl"). Az energetikailag legoptimálisabb (legalacsonyabb energiájú) pontokon megkezdődik a csíraképződés. Ez alapjában egy diffúziós folyamat. (Az atomok a számukra termodinamikailag kedvezőbb helyre "áramlanak".) A folyamat során ezek a diffúziós utak egyre csökkennek, folytatódik az atomok lerakódása és szigetszerű képződmények jönnek létre.

b.), c.) és d.) A hídnövekedési fázis: ebben a fázisban ezek a szigetek összenőnek. Kialakulnak a kristálynövekedés szempontjából energetikailag kedvezőbb irányok, amelyekben a növekedés intenzívebb. Az eredmény egy összefüggő réteg lesz.

e.) A rétegnövekedési fázis: ebben a fázisban a növekedés z irányban (a szubsztrát felületére merőlegesen) folytatódik. Amennyiben a továbbiakban a réteg belső energiája (hőmérséklete) ezt lehetővé teszi, megindul a kristálymag-határok mozgása. Ezek a réteg külső részei felé vándorolnak, és amennyiben a feltételek ehhez adottak, létrejön egy egykristályos szerkezet.

A Czochralski-féle kristálynövesztési módszer

A módszer vázlatát a 2.6. ábra mutatja. Lényege, hogy az olvadékból lassú forgatással és húzással állítják elő az egykristályos rudat. Az olvasztás legtöbbször rádiófrekvenciás indukciós tégelyben történik, amelynek anyaga grafit. Közben nem szabad a szilíciumnak szennyeződnie, vagy oxidálódnia, ezért a folyamatot vagy vákuumban, vagy védőgáz alatt kell elvégezni. A növesztéshez egykristályos oltókristályra van szükség, amelyet gondosan pozícionálni kell, mert ez fogja meghatározni a húzott kristály kristálytani orientációját.

A zónás olvasztás módszere

Az egykristályos szerkezet előállításának másik módszere a zónás olvasztás (Floating Zone, rövidítve FZ). Ennél a módszernél az eredetileg polikristályos rúdnak mindig csak egy kis zónáját olvasztják meg legtöbbször induktív úton. A megolvadt rész olyan vékony, hogy a két szilárd rúdvég közül nem folyik ki. Megfelelő időt hagyva az atomok átrendeződésének, a megolvadt zóna kis sebességgel továbbhalad a rúd mentén. A zónás olvasztás módszerét a 2.7. ábra mutatja.

Az egykristály előállítási technológiák eredménye egy egykristályos szerkezetű szilícium rúd, (maximális méretek: kb. 2 m hossz, és 30 cm átmérő), amelyhez hasonlót a 2.8. ábra mutat. Fontos megjegyezni, hogy a rudak átmérőjét nem cm-ben, hanem ma is collban mérik. Az átmérő ismerete azért fontos, mert a hordozó átmérőjének mérete alapvetően meghatározza a technológiai sorban szereplő berendezések méreteit (pl. termikus oxidálás, vagy CVD reaktorok). A szeletek átmérőjének tűrése általában + 0,4 mm. Kis szériás MEMS struktúrákhoz a 3”, 4”, esetleg 6” átmérőjű hordozókat használják, de a nagy sorozatú memória és mikroprocesszorokhoz a 8”, vagy a még ennél nagyobb átmérőjű hordozók alkalmazása is előfordul. Megfigyelhető az az általános tendencia, hogy egyre nagyobb átmérőjű hordozókat állítanak elő, amelynek elsősorban gazdaságossági okai vannak. Ekkor ugyanis egyszerre több végtermék készül el. Ugyanakkor azt is szem előtt kell tartani, ha esetleg selejt keletkezik, akkor a selejtes áramkörök darabszáma is értelemszerűen nagyobb lesz.

Az egykristály rúd előállítása után következik a rúd szeletekre darabolása. Ez nem egyszerű feladat, mert a szilícium kemény anyag, csak gyémánt szerszámmal munkálható meg. A folyamatot gyémánttárcsás darabolásnak nevezzük, amely tulajdonképpen egy forgácsolási művelet. A gyémánttárcsás vágásnál a vágásszélességet a minimumra kell választani, mert az elforgácsolt anyag veszendőbe megy. A vágótárcsák vastagsága kb. 0,1 mm, a kiforgácsolt vágásszélesség hozzávetőlegesen 125 μm, ami abszolút értékben kicsinek tűnik, de mivel a hordozó vastagság is kicsiny, ez a méret koránt sem elhanyagolható. Olyannyira nem, hogy szeleteléskor a drágán előállított szilícium egykristály rúd hasznos hosszának kb. 1/4-e veszendőbe megy.

A forgácsolt felület viszonylag durva, a szelet ebben a formában még mikrotechnikai műveletekre alkalmatlan. A szeletelés után következik a szelet csiszolása, majd polírozása, amelyek szintén forgácsolási műveleteknek tekinthetők. A szilícium szeleteket minimum optikai minőségűre kell felpolírozni, tehát egy hordozó akár tükörnek is használható. A hordozó mindkét oldalát polírozni szokás, mert vannak technológiák, amelyeknél a hordozó mindkét oldalát meg kell munkálni. Szigorúak a tűrések mind a kristályorientáció (kb. ± 0,1°), mind a síkbeliség (kb. 1 μm) és vastagság (kb. ± 5 μm) tekintetében is. A különböző átmérőjű, polírozott, orientált szilícium egykristály szeletek ma már a kereskedelmi termékek csoportjába tartoznak. Erre mutat példát a 2.9. ábra.

Egy viszonylag nagy átmérőjű, megmunkált szilícium szeletet (hordozót) mutat a 2.10. ábra.

A szilícium kristályszerkezete és orientációja

A mikrotechnikában nagy jelentősége van a szilícium egykristály anizotrópiájának. Más megfogalmazásban: az anizotrópia nélkül nem rendelkeznénk azokkal a mikroelektronikai eszközökkel (tranzisztorokkal), amelyekre ma az egész informatika épül. Az anizotrópia pedig a szilícium kristályszerkezetéből következik, ezért is fontos ennek ismerete. Ahogyan azt az előzőekben már említettük, a szilícium kristálytanilag köbös, lapközepes szerkezetű, tehát az atomok egy kocka minden csúcsában és a lapok közepén helyezkednek el. Ezek a képzeletbeli kockák azonban nem egymás mellett, alatt vagy fölött helyezkednek el, hanem egymásba épülve, úgy, hogy az egyik kockához képest a másik a testátló ¼-ével van eltolva. Ebből az elrendezésből következik az az úgynevezett tetraéderes kötés, amely minden 4. szilíciumatomra jellemző. Ezt mutatja be a 2.11. ábra.

Ennek ismeretében nem tűnhet meglepőnek a nagymértékű anizotrópia, hiszen az egész anyag monokristályos (egykristályos) szerkezetű, tehát elméletileg minden atom egy meghatározott helyen van, az anyagban nincsenek kristályhatárok. A reális, megvalósított monokristályos szilícium szerkezeti anyagoknál azonban mindig számolni kell azzal, hogy a kristályszerkezet nem teljesen hibamentes, Vagy azért, mert bizonyos atomok nincsenek a helyükön, vagy azért, mert nem tudunk teljesen szennyeződésmentes anyagot előállítani (néha nem is akarunk), így a kristályszerkezetbe beépülhetnek idegen atomok is. A kristályhibák keletkezéséhez természetesen a technológia tökéletlenségei is hozzájárulnak. A kristályhibákat diszlokációknak is nevezik (ezeknek több fajtája ismeretes, amelyekre azonban itt nem térünk ki). Az egykristályos szerkezet és az ebből következő anizotrópia miatt a kristálytani irányok ismerete fontos, ezeket a technológiai folyamatoknál mindig ismerni kell. Az irányok megadásához a krisztallográfiában ismert Miller-indexeket használják. Ezekkel jellemezve a kristálytani irányokat, a 2.12. ábra mutatja a legfontosabb kristálytani síkokat. Ezek közül legfontosabbak az 111, 110, és 100 kristálytani síkok.

A további felhasználás szempontjából rendkívül fontos, hogy a hordozón magán jelöljük az orientációt és a dotációt ( p vagy n típusú félvezetőről van-e szó), hiszen ez ránézésre nem lenne megállapítható. Ezért a szeletek szélén (amelyek úgyis kevéssé használhatók ki) lemunkálásokat hoznak létre: az egyik a „primary flat”, a második a „secondary flat”. Ezek egymáshoz viszonyított helyzete hordozza az orientációs és dotációs információkat, így szabad szemmel is megállapítható a szelet orientációja és vezetési típusa. Ezek a lemunkálások (lecsapások) fontos szerepet kapnak a technológia során is: ugyanis tájoló felületként használatosak. A szilícium szeletek identifikálására vonatkozó „primary” és „secondary flat”-ok elhelyezkedésére a 2.13. ábra ad néhány példát.

Az egykristályos szilícium mechanikai tulajdonságai közül olyanok, mint például a sűrűség, vagy a hővezetési képesség, nem függenek a kristálytani irányoktól. A szilícium sűrűsége 2,3 g/cm³, tehát még az alumíniumnál is könnyebb anyag. A hővezetési képessége (ez a mikroelektronikában nagyon fontos) 1,57 W/cm°K nem olyan jó, mint a fémeké (összehasonlításul: Al: 2,37 W/cm°K, réz: 4,01 W/cm°K). A hőkapacitása 695 J/kg°K, hőtágulási együtthatója 2,33·10^-6/°K. Az egykristályos szerkezetből adódó anizotrópia miatt azonban a szilárdság, rugalmassági modulusz függ a kristálytani orientációtól.

Az értékek között ugyan nagyságrendi különbség nincsen, de adott esetben mégis szükséges tekintettel lenni a különbségekre. A szilícium kemény anyag, a Mohs-féle keménységi skálán a 7-es fokozatba tartozik. Ennek olyan mechanikai megmunkálások esetén van jelentősége, mint például a vágás, csiszolás, polírozás. A Mohs-féle keménységi skálát, amelyet elsősorban ásványok keménységére dolgoztak ki, a következő ábrán (2.14. ábra) mutatjuk be.

A táblázatból látható, hogy a szilícium mechanikai megmunkálásához elsősorban a gyémántot tartalmazó szerszámok alkalmasak. A szeletek csiszolásához gyakran alkalmazzák még a korundot (Al ₂ O ₃ ) is.

Kerámiáknak nevezzük azokat a fémes és nemfémes elemeket tartalmazó szervetlen anyagokat, amelyek kémiai kötésben vannak egymással. Ilyenek például az alumíniumoxid (Al ₂ O ₃ ), a sók, például a konyhasó (NaCl), a kalciumfluorid (CaF ₂ ), és a kerámia félvezetők, mint például az yttrium-bárium-rézoxid (YBa ₂ Cu ₃ O ₇ ).

A legtöbb keramikus anyag (legyen akár kristályos akár nem kristályos, mint például az üveg), nagy keménységgel és meleg szilárdsággal rendelkezik, de nem található meg náluk a fémekre jellemző képlékeny alakváltozás, tehát a kerámiák szilárdsági határuk elérése felett egyszerűen eltörnek. Az utóbbi években kifejlesztettek keramikus anyagokat gépészeti alkalmazásokra, amelyek könnyűek, szilárdak, jól ellenállnak a hőmérsékletnek és a kopásnak, csökkentik a súrlódást, és emellett jó szigetelők. Ezek az új anyagok fontosak lehetnek a jövőben a gépészetben is, jó példa erre a NASA űrsiklókon alkalmazott kerámia lapkákból álló védőpajzs, amely a légkörbe való visszaérkezéskor védi meg az űrsikló fémes alkatrészeit az elégéstől. A mikrotechnikában alkalmazott kerámiákat és alkalmazási területeit a Táblázat 2.4 foglalja össze.

A polimerek (műanyagok) szerves anyagok (szenet tartalmaznak), amelyek hosszú molekulaláncokat vagy hálókat alkotnak. Ilyenek például az epoxi gyanták, poliészterek, nylonok és szilikon elasztomerek. A polimerek szilárdsága és rugalmassága széles határok között mozog, ezek a tulajdonságok nagymértékben függenek az anyag atom és molekula szerkezetétől. A polimerek általában rossz elektromos vezetők, következésképpen vannak közöttük olyan anyagok, amelyeket kifejezetten szigetelési célokra, és/vagy dielektrikumként használnak. A polimerek a hosszú térbeli molekulaláncos szerkezetük miatt általában nem kristályos anyagok. Az utóbbi években kutatások folynak a monokristályos (részlegesen monokristályos) polimerek kifejlesztésére, ezek fontos anyagok lehetnek a jövőben. A mikrotechnikában alkalmazott polimer anyagokat a Táblázat 2.5 foglalja össze.

A MEMS-ekben felhasznált anyagok közül az utolsó csoportot a kompozitok alkotják. A kompozitok az előzőekben tárgyalt anyagok, tehát a fémek, félvezetők, kerámiák és polimerek kombinációjaként jönnek létre, nem feltétlenül csak két anyagtípus felhasználásával. A legtöbb kompozit anyagnál a kötőanyagba valamilyen töltőanyagot juttatnak be a tulajdonságok megváltoztatásának céljából. A kompozitokra jellemző, hogy az alkotórészek nem oldódnak egymásban, és az eredő fizikai tulajdonságok eltérnek bármelyik komponens fizikai tulajdonságaitól.

A kerámiák, polimerek és kompozitok legtöbbje a MEMS technológiákban passzív szerepet játszik, mint például a struktúra hordozása vagy védelme, de vannak olyan kompozitok is, amelyek a mikroszenzoroknál és a MEMS-eknél aktív szerepet töltenek be, ezeket a szakirodalom intelligens anyagoknak (smart materials) nevezi.

A mikrotechnikában használatos technológiákat nem lehet akárhol, akármilyen környezetben létrehozni, mert elsősorban a kis méretek miatt védeni kell a struktúrát a mindennapi környezetből adódó szennyeződések ellen. Ezek közül is elsősorban a levegőben szálló por ellen kell védekezni, mert a porszemek méretei általában nagyobbak, mint a struktúra jellemző méretei. Első példának a következő ábrán (2.15. ábra) bemutatunk egy mikromechanikai fogaskereket, amelyet éppen egy hangya a szájszervével fog meg.

Második példaként a következő ábrán (2.16. ábra) egy mikromechanikai struktúra látható, előtérben egy légy fejével.

A harmadik példa a közismert számítástechnikai merevlemezes tároló (Winchester) méretbeli viszonyait mutatja (2.17. ábra). Az író-olvasófej kb. 20…40 nm (0,02…0,04 μm) távolságban, légpárnán repül a mágnesezhető réteg felett. Ha a fej hozzáér a mágnesezhető réteghez, a Winchester általában tönkremegy, használhatatlanná válik. (Akinek már „elszállt” a Winchestere, az tudja, hogy ennek milyen következményei vannak.) Az ábrán látni lehet egy koromszemcsének, egy átlagos méretű porszemnek, és egy hajszálnak a méreteit. Ezek után világos, hogy a Winchesterek miért vannak pormentesen lezárva, és az is belátható, hogy a Winchesterek gyártásakor és szerelésekor elengedhetetlenül fontos a pormentes (pontosabban fogalmazva a minél tisztább) környezet.

A tökéletesen pormentes (részecskementes, teljesen tiszta) környezet megvalósítása műszakilag lehetetlen, de törekedni lehet a minél tisztább terek létrehozása. Ez persze nagy anyagi ráfordításokat igényel, ezért a tiszta tereket minősíteni kell, ennek következtében különböző tisztasági fokozatok léteznek. A tiszta tereket aszerint minősítik, hogy egy köbláb térfogatban hány darab részecske található, és ezeknek mekkorák a jellemző méretei. Ezt a 2.18. ábra mutatja be.

A 2.19. ábra a méretskálán a különböző eszközök (baktériumok, atomok, stb.) jellemző méreteit mutatja.

(Zárójelben jegyezzük meg, hogy az ábrán szereplő fullerének az elemi szén XX. század végén felfedezett és előállított mesterséges módosulatai. A fullerének meghatározott páros számú (60, 72, 84) szénatomból álló „szénmolekulák”. A leggyakoribb fullerén molekula 60 szénatomot tartalmaz. A fulleréneket 1985-ben fedezte fel Harold Kroto (University of Sussex), Robert Curl és Richard Smalley (Rice University), amelyért 1996-ban kémiai Nobel díjat kaptak.)

Fentiekből természetesen következik, hogy az ilyen terekben az egyik legnagyobb szennyező forrás maga az ember. A szennyező hatás csökkentése érdekében ilyenkor a dolgozóknak speciális védőfelszerelést kell viselniük, hasonlóan ahhoz, ami a következő ábrán (2.20. ábra) látható.

A tiszta terek előállítása műszakilag annál egyszerűbb, mennél tisztább az a környezet, amelyet tovább kell tisztítani. Ez az oka annak, hogy a mikrotechnikákkal foglalkozó ipari létesítmények és kutató intézetek legtöbbször nem a szennyezett levegőjű városokban, hanem vidéki környezetben, nem ritkán erdős-hegyes vidékeken találhatók. Vannak olyan technológiák is, ilyen például az egykristály növesztés, amelynél fontos a rezgésmentes környezet is. A rezgésmentes környezet szintén nem a városokra jellemző (pl. közlekedési zajok), így eggyel több érv szól amellett, hogy a mikrotechnikai technológiákat ne városi, hanem ritkán lakott, tiszta levegőjű magashegyi környezetbe telepítsék.