Gran inventor de MEMS

¿1975, Kurt? Kurt Petersen era un investigador joven y brillante en ese momento. Acababa de doctorarse en ingeniería eléctrica en el MIT y trabajaba en el Centro de Investigación Almaden de IBM en California. Es miembro del Grupo de Investigación en Óptica del Centro. Sin embargo, a menudo se aburría. Un día, mientras deambulaba por un gran complejo, notó una gran mancha negra en las baldosas de linóleo de un pasillo anodino. Fue esta mancha la que cambió su vida y la de toda la industria.

Decidido a encontrar el origen de la mancha (y estaba libre), Peterson caminó hacia el laboratorio más cercano. Finalmente, descubrió que la mancha había sido causada por tinta derramada. Este es un laboratorio que desarrolla boquillas para impresoras de inyección de tinta. Durante el proceso de desarrollo, es necesario perforar agujeros en el material de silicona.

¿Perforar agujeros en material de silicona? Peterson nunca había oído hablar de él, pero recordaba haber visto un anuncio de un microacelerador basado en silicio. De repente, una escena más grande surgió en su mente: la gente está fabricando piezas micromecánicas, que tienen sólo unas pocas micras de tamaño y están hechas de silicio. Hoy en día llamamos a estos dispositivos MEMS. Peterson también quiere hacer MEMS.

Así que se labró una nueva carrera profesional: se especializó en tecnología MEMS, incluido el equipo que ahora se utiliza para escanear todo el correo estadounidense en busca de ántrax, y fundó una empresa MEMS. Es por esta contribución que Peterson recibió la Medalla de Honor IEEE 2019.

Poco después de descubrir la mancha de tinta, Peterson comenzó a leer todo lo que pudo encontrar sobre el uso de materiales de silicio para crear dispositivos micromecánicos, incluidas varias publicaciones y revistas como IEEE Transactions on Electronic Devices y Applied Physics Letters y Journal of the Electrochemical. Sociedad. En aquel momento no existía un nombre específico para este tipo de dispositivos y había muy pocos productos MEMS en el mercado. Descubrió que "muchas personas en todo el mundo han construido diferentes dispositivos mecánicos a partir de silicio, pero aún no han formado una comunidad. La mayoría de las personas que trabajan en dichos dispositivos no conocían a nadie". "

Peterson se dispuso entonces a construir su primer dispositivo. Mirando el cabezal de una impresora de inyección de tinta bajo un microscopio, dijo: "Si hay un defecto, puedo verlo de inmediato. Bajo el microscopio se encuentran pequeñas columnas individuales y muy delgadas de gel de sílice. Pensé que tal vez estas pequeñas estructuras mecánicas podrían moverse. Podrían encender una luz y yo podría hacer un atenuador. "Su proceso de desarrollo es similar al proceso de fabricación de MEMS actual. Primero, se coloca una capa de dióxido de silicio sobre la capa de sacrificio de silicio epitaxial y luego se graba la capa de sacrificio. Al final, solo quedan los voladizos de dióxido de silicio, con una fina capa sobre metal.

Le llevó tres meses fabricar varios microrreguladores, cada uno de unos 100 micrones de largo y 0,5 micrones de grosor. Los llevó a un laboratorio de microscopio electrónico de IBM, donde se realizó un experimento. El técnico lo ayudó a instalar los cables y luego conectó los dispositivos y los observó funcionar.

“Ella estaba fascinada. "Dijo que nunca había visto un dispositivo funcionando bajo un microscopio", recuerda Peterson. ”

Más tarde, Peterson pasó otros cinco años utilizando materiales de silicio para construir tantos dispositivos micromecánicos como fuera posible, incluidos aceleradores e interruptores electrónicos. Dejó el grupo de investigación óptica y entró en un laboratorio especialmente personalizado, que sólo puede albergar. él y un pasante.

Basado en un estudio en profundidad de la literatura y su propio trabajo, Peterson escribió un informe interno sobre tecnologías emergentes que pueden ser valiosos para IBM." Dijo que IBM no lo es. interesado en cabezales de lectura y escritura para unidades de disco ópticas y mecánicas, o boquillas más complejas para impresoras de inyección de tinta.

Peterson está decepcionado, pero también se dio cuenta de que dichos equipos no eran el negocio clave de IBM, por lo que revisó el informe. , eliminó la información patentada de IBM y la envió al IEEE Journal, que ocupó 50 páginas completas de la revista titulada "As a Mechanical Material". El artículo "Silicon" se convirtió en el artículo de portada de mayo de 1982 y estableció a MEMS como un material independiente. rama de la tecnología.

El artículo es muy completo y analiza las propiedades mecánicas de los materiales de circuitos integrados y los diversos métodos para grabar este material en las formas y estructuras correspondientes. "El artículo extrapola lo que puede ser posible en el futuro. , como el grabado profundo de iones reactivos (DRIE), que revolucionará el campo. "Incluso hoy en día, muchas personas me dicen que fue ese artículo lo que les hizo interesarse en MEMS", dijo. ”

“Todos leímos este artículo cuando estábamos en la escuela de posgrado. "Desempeñó un papel enorme en el campo MEMS", dijo Greg Kovach, ahora director de tecnología del Instituto Internacional de Investigación de Stanford en Menlo Park, California. Lo que logró fue más importante que crear el campo, lo adelantó. Para mí es un superhéroe. ”

Tan pronto como se publicó el artículo de IEEE Proceedings, Peterson fue invitado a hablar en conferencias en todo el mundo, y los investigadores vinieron a Almaden para visitar al autor.

"La gente que hace todo tipo de investigaciones locas se pone en contacto conmigo de una forma u otra, como los investigadores de crioenfriadores de microfluidos", dice. Pareció convertirse en el líder de la tecnología MEMS de la noche a la mañana.

Este campo ha ido desarrollándose de forma constante desde los años 80. Cuando se publicó el artículo de Peterson, había unas treinta o cuarenta personas en todo el mundo trabajando en esta tecnología. En 1990, estimó que había alrededor de 600 personas trabajando en esta tecnología. Ya se encuentran en el mercado sensores de presión para tensiómetros desechables y nuevos carburadores de control de combustible. Los aceleradores basados ​​en MEMS también se utilizan ya en la industria aeroespacial. El primer cabezal de impresión micromecánico para impresoras de inyección de tinta entra en producción en serie. En ese momento, aparecieron muchas empresas de nueva creación que estaban ansiosas por utilizar esta tecnología para desarrollarse. Peterson dijo que el campo fue nombrado oficialmente en un simposio de la Fundación Nacional de Ciencias de 1987.

Como era de esperar, varias empresas se pusieron en contacto con Peterson. Finalmente aceptó la invitación de conocer a Jim en 1982. Jim Knutti cofundó Transensory Devices, que desarrolla y fabrica dispositivos MEMS.

Recordó sentirse "nervioso" por renunciar a un trabajo estable de investigación en una empresa. Tiene dos hijos pequeños, por lo que la seguridad financiera es muy importante. Aproximadamente 654,38 millones de dólares en capital de riesgo provinieron en última instancia de inversores petroleros de fuera del estado, no de inversores de Silicon Valley. "Había algunas empresas emergentes en Silicon Valley en ese momento, pero no era nada parecido a esto. Era muy difícil recaudar dinero", dijo.

Más tarde, su equipo se trasladó a un laboratorio de 280 metros cuadrados en Fremont, California, y construyó algunos de sus propios equipos, incluido el equipo de unión de obleas para encapsular y proteger las obleas de silicio. Contrataron a grandes empresas para que les produjeran muestras, incluidos atenuadores fabricados por Peterson de IBM. Al mismo tiempo, comenzaron a desarrollar sus propios dispositivos MEMS.

“Mostramos muchos dispositivos”, dijo Peterson, “pero ninguno de ellos entró en producción. En un caso, un sensor de presión de neumáticos para camiones casi funcionó, pero el ejecutivo con el que estaban trabajando”. fallecido. . Petersen cree que fue precisamente debido a su falta de experiencia en fabricación que Knuth no logró comercializar su investigación.

La fabricación por contrato mantuvo a Transensory funcionando sin problemas, pero Peterson aún quería llevar su dispositivo MEMS al mercado. Decidió que era hora de lanzar una segunda empresa.

1985, ¿Peterson y Jankovsky? ¿Janusz Blazek y José? Joseph Mallon cofundó NovaSensor con 5 millones de dólares en financiación inicial del gigante de servicios petroleros Schlumberger. Brezek anteriormente cofundó dos empresas para desarrollar sensores de presión MEMS. "Jankovsky y sus socios tenían experiencia en producción y fabricación", algo de lo que Transensory carecía, dijo Peterson.

Después de su fundación, NovaSensor comenzó a fabricar tres tipos de sensores de presión: uno para la industria aeroespacial, otro para la industria petrolera y un sensor de presión de alta temperatura que no estaba dirigido a un mercado específico. El último resultó ser el más exitoso, ya que se utilizaron sensores de presión incluso en los neumáticos del transbordador espacial. "Encontramos una manera de aislar la resistencia del sustrato usando tecnología MEMS. Unimos una oblea de silicio monocristalino a una oblea de óxido de silicio usando un diafragma sensor de presión, y luego grabamos la mayor parte del silicio superior, dejando solo la resistencia. ", dijo Peterson. Él cree que este sensor es el primer dispositivo aislante de cristal de silicio y ha sido ampliamente utilizado desde entonces.

En 1991, Lucas Industry Co., Ltd. adquirió NovaSensor, convirtiendo a Peterson en uno de los "millonarios de MEMS". Amfenol vende ahora la línea de productos de NovaSensor.

En los años siguientes, la participación de Peterson en las acciones siguió aumentando. Durante este tiempo, se centró en la unión por fusión, que requiere grabar dos obleas con patrones diferentes y luego unirlas. Este proceso puede crear dispositivos muy complejos, como giroscopios. En su tarjeta de visita ya aparece una fotografía de los primeros dispositivos fabricados con este proceso.

Cuando Peterson dejó NovaSensor en 1995, los sensores de presión MEMS ya se usaban ampliamente en muchos sistemas, incluidos equipos de buceo y sistemas de control HVAC, y los aceleradores MEMS apenas comenzaban a usarse en sistemas de detección de colisiones en bolsas de aire para automóviles.

Peterson dejó NovaSensor sin hacer ningún arreglo. ¿Lawrence? Allen, investigador del Laboratorio Nacional Livermore? Northrup le sugirió una vez que los dispositivos MEMS podrían acelerar enormemente la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), un método relativamente nuevo para copiar secuencias de ADN.

¿Bill, el amigo de la esposa de Peterson, que trabaja en el campo de la biotecnología? Bill McMillan afirmó las perspectivas de desarrollo de PCR. Luego, Peterson comenzó a redactar un plan para reducir el tamaño y el costo de la maquinaria de PCR, con el objetivo de crear un dispositivo portátil que los médicos pudieran usar en sus consultorios.

Él y MacMillan almorzaron en el Magnolia Café de Palo Alto. “Le di un esquema aproximado de mi idea y él comenzó a dibujar un plan de negocios en un mantel de papel”, dijo Peterson. Todavía tiene el mantel individual.

El artículo de Peterson de 1982 insinuaba la posibilidad de un grabado profundo con iones reactivos, que podría tallar agujeros y ranuras más profundos en materiales de silicio que los procesos tradicionales de producción de chips. Comenzó a aplicar un grabado profundo de iones reactivos a chips de microfluidos, administrando pequeñas cantidades de líquido en canales precisos.

"En ese momento, tuvimos la idea de que podíamos utilizar la tecnología MEMS y los microfluidos para calentar y enfriar muestras rápidamente y crear un dispositivo de PCR pequeño pero de respuesta rápida que los médicos pudieran utilizar en el diagnóstico de sus consultorios". Dijo Peterson.

En un esfuerzo por comercializar la tecnología, Peterson cofundó Cepheid en 1996 y la adquirió de Lawrence? El Laboratorio Nacional Livermore ha recibido una licencia de tecnología básica. En 1997, la empresa había recaudado 3,2 millones de dólares del Departamento de Defensa de Estados Unidos, que esperaba desarrollaría un detector de armas biológicas. El primer dispositivo desarrollado por Cepheid se llama Smart Cyclist, que utiliza una estructura MEMS para calentar y enfriar rápidamente unos pocos microlitros de líquido y utiliza sensores fluorescentes para monitorear el progreso de la reacción. No es un dispositivo portátil, pero eso no es un problema. Además, automatiza el proceso de PCR.

El segundo producto de Cepheid es GeneXpert, diseñado para simplificar aún más la PCR. Puede extraer automáticamente ADN de muestras biológicas y luego agregar los reactivos necesarios para la detección.

La empresa salió a bolsa en el año 2000, cuando estalló la burbuja tecnológica. Antes de que el mercado se contrajera, "éramos una de las últimas empresas en tener una oferta pública inicial exitosa", dijo Peterson.

A través de una oferta pública de acciones, la empresa obtuvo fondos suficientes y el equipo puso en producción Smart Cyclist. A finales del verano de 2001, la empresa había entregado 80 unidades. Después de que se fabricara el primer prototipo en febrero de 2001, el trabajo de investigación y desarrollo de GeneXpert continúa paso a paso.

Más tarde se produjeron ataques terroristas con ántrax en Estados Unidos. A finales de septiembre y octubre de 2001, se enviaron cartas que contenían esporas de ántrax a los medios de comunicación estadounidenses y a miembros del Senado de los Estados Unidos, lo que finalmente resultó en más de 20 infecciones y cinco muertes.

En aquel momento, Cepheid había demostrado que su tecnología podía detectar rápidamente la bacteria del ántrax y se hizo famosa de la noche a la mañana. "Hicimos pruebas de PCR en vivo en Good Morning America y CNN con el Dr. Sanjay Gupta", recordó Peterson.

El Servicio Postal de Estados Unidos está preocupado por futuros ataques biológicos a través de cartas, por lo que invita a todas las empresas que dominan la tecnología de biosensores a exhibir sus productos. El dispositivo de Cepheid pasó la prueba en 2006 54 38+0 654 38+2 meses. "Funciona muy bien", dijo Peterson.

Después de meses de pruebas adicionales, la empresa se asoció con Northrop Grumman para desarrollar un biosensor de PCR que se puede conectar fácilmente a máquinas clasificadoras de correo. El producto fue lanzado al mercado en 2003. Hoy en día, todo el correo en los Estados Unidos todavía debe ser examinado para detectar ántrax mediante máquinas Cepheid, dijo Peterson. Actualmente, los sistemas de la empresa se utilizan principalmente para el diagnóstico médico de estreptococos, norovirus, gripe, clamidia y otras enfermedades relacionadas. La compañía ya vende más de 20 pruebas aprobadas por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. para máquinas Cepheid.

En 2003, Peterson estaba listo para comenzar un nuevo capítulo en su carrera. Esta vez, quería desarrollar un resonador de silicio que pudiera producir una frecuencia constante y usarse para sincronizar con precisión. "Hice algunos de los primeros resonadores MEMS cuando estaba en IBM, pero no eran ideales. No eran tan buenos como los osciladores de cristal de cuarzo", dijo.

¿Tom? ¿Tom Kenny y Marcus? ¿Marcus Lutz y Aarón? Tres investigadores, Aaron Partridge,3 han ideado un plan mejor. "Hicieron los resonadores de silicio monocristalino, que es el material más perfecto del mundo", dijo Peterson. "Cuando los materiales policristalinos se someten a tensión, crean pequeños desplazamientos en los límites de los granos, aunque sea uno solo". o se desplazan dos átomos, las propiedades mecánicas cambiarán. "El silicio monocristalino no cambia con el tiempo, pero su frecuencia de resonancia cambia con la temperatura. Por lo tanto, la dificultad es cómo resolver su dependencia de la temperatura.

Peterson, Kenny, Lu Pattridge y Joe Brown (un colega de Peterson en IBM, que había trabajado con él en Transensory y NovaSensor) volvió a cenar en el Magnolia Café y redactó un plan de negocios sobre un mantel de papel. Robert Bosch GmbH posee parte de la propiedad intelectual principal, por lo que, además de atraer inversores, Peterson también. Tuve que convencer a los ejecutivos de Bosch en Alemania para que licenciaran la tecnología.

"En Stuttgart, yo y su junta directiva. Hubo una gran reunión. Él dijo: "Les dije: 'Eso es todo'. Ya lo he hecho. Soy dueño de una empresa cuyo equipo analiza todo el correo en los Estados Unidos en busca de ántrax. "Su junta directiva no sólo aprobó la licencia de la tecnología, sino que también hizo una importante inversión en nuestra empresa".

SiTime es una nueva empresa, fundada en febrero de 2004, con el objetivo de aportar miles de millones de dólares a La industria del cronometraje pasó del material estacional al silicio. Los primeros resonadores de la empresa se entregaron en 2007.

Hoy en día, los osciladores MEMS de la empresa se utilizan ampliamente en sistemas de cronometraje para dispositivos móviles y otros instrumentos electrónicos.

En 2008, cuando a SiTime le iba bien, MacMillan, uno de los socios de Peterson en Cepheid, se acercó a él con otra idea empresarial: desarrollar un monitor continuo de glucosa implantable. "La gente ha estado trabajando en esto durante 30 años y nadie lo ha logrado", dijo Peterson. Una vez que el sensor se implanta en el cuerpo, "el cuerpo utilizará colágeno para aislarlo, evitando en última instancia que el azúcar en la sangre llegue al sensor", explica.

¿Entonces Macmillan y la investigadora de la Universidad de Duke, Natalie? Natalie Nisski colaboró ​​para encontrar una solución: utilizar hidrogeles estructurados para evitar reacciones de cuerpos extraños y medir la concentración de glucosa en sangre mediante lecturas de fluorescencia. Peterson utilizó sus conocimientos previos de óptica para ayudar a desarrollar el producto y pasó un año en la startup Profusa. La empresa cuenta ahora con unos 30 empleados y una capitalización de 654.380 millones de dólares.

Peterson dijo que dirigir la empresa será su último trabajo a tiempo completo. "Simplemente no quería seguir ocupándome de los aspectos del día a día de la empresa. Empecé a invertir en ángeles, lo cual fue más divertido".

No pudo resistir la tentación de construir otro equipo. Dos estudiantes de Berkeley desarrollaron tecnología de resonador MEMS, pero les ha costado comercializarla. A los dos estudiantes se unieron Peterson y K.G. Ganapathi. Posteriormente, la empresa pasó a llamarse Verreon y Peterson se desempeñó como director de tecnología de la empresa, ayudando a coordinar la venta de la empresa a Qualcomm en 2010.

Esta es la tercera vez que Peterson se desempeña como director de tecnología o en un puesto similar. De todas sus startups, sólo se ha desempeñado como director ejecutivo de SiTime. "Cuando yo estaba en NovaSensor, los otros dos querían ser presidente." ¿Roger, el asesor de marketing de la empresa? Roger Grace dijo: "A Kurt no le importaba, era el director de tecnología. No era una persona moralista".

"En el campo MEMS, la gente elogiaba a Kurt. Era amable y reflexivo. y servicial", dijo Grace, "Hay muchas personas inteligentes, pero él es único. Es muy humilde. Te sentirás a gusto con él".

Ganapathi también está de acuerdo: "Es difícil encontrar a alguien. Tan exitoso y amado por todos como Kurt. Actualmente, Peterson ha regresado al negocio de las inversiones ángeles, invirtiendo en empresas MEMS, dispositivos médicos y biotecnología. Dijo que ha invertido en unas 70 empresas y que casi la mitad de ellas han tenido éxito, con un retorno de la inversión del 350%, un récord excelente dado que un estudio reciente demostró que, en general, invertir en una amplia gama de perspectivas a largo plazo El retorno de la inversión para los inversores ángeles es del 250%.

"Parece tener un poder misterioso para detectar productos prometedores. Se necesitan 3 o 15 años para que un producto tenga éxito, pero tiene un agudo sentido del olfato en este sentido", dijo Ganapati.

En 2012, Peterson se unió a Silicon Valley Angel Investment Group, una organización a la que solo se puede acceder mediante invitación y que cuenta con unos 200 inversores. Se reúnen periódicamente para aprender y compartir información. Ahora es el jefe de la división de hardware de la organización. También es director de dos empresas y asesora a decenas de otras. Atiende varias consultas todos los días y realiza llamadas telefónicas a empresas de Canadá y la costa este de Estados Unidos.

Peterson cumple este año 71 años, pero no tiene planes de jubilarse. “Los empresarios son enérgicos, enérgicos y ambiciosos, y es un placer tratar con ellos”, dijo.

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