Was sind MEMS?
MEMS steht für Micro Electro-Mechanical Systems ( mikroelektromechanische Systeme) und bezeichnet funktionale Maschinensysteme mit Bauteilen, die in Mikrometern gemessen werden. MEMS wird oft als Sprungbrett zwischen konventioneller makroskaliger Maschinerie und futuristischer Nanomaschine angesehen. MEMS-Vorläufer gibt es schon seit einiger Zeit in Form von Mikroelektronik, aber diese Systeme sind rein elektronisch und können nur eine Reihe von elektrischen Impulsen verarbeiten oder ausgeben. Moderne MEMS-Herstellungstechniken basieren jedoch größtenteils auf der gleichen Technologie, die zur Herstellung integrierter Schaltkreise verwendet wird, d. H. Filmabscheidungstechniken, die Photolithographie verwenden.
Die Herstellung von MEMS wird von Ingenieuren und Technologen größtenteils nicht als Selbstzweck betrachtet, sondern als ein weiterer willkommener Fortschritt für unsere Fähigkeit, ein breiteres Spektrum physikalischer Strukturen zu synthetisieren, die für nützliche Aufgaben entwickelt wurden. In Verbindung mit MEMS wird am häufigsten die Idee eines "Lab-on-a-Chip" erwähnt, eines Geräts, das winzige Proben einer Chemikalie verarbeitet und nützliche Ergebnisse liefert. Dies könnte sich auf dem Gebiet der medizinischen Diagnose als ziemlich revolutionär erweisen, da die Laboranalyse zusätzliche Kosten für die medizinische Versorgung, Verzögerungen bei der Diagnose und umständlichen Papierkram mit sich bringt.
MEMS werden auf zwei Arten hergestellt: entweder durch Oberflächenmikrobearbeitung, bei der aufeinanderfolgende Materialschichten auf einer Oberfläche abgeschieden und dann in Form geätzt werden, oder durch Massenmikrobearbeitung, bei der das Substrat selbst geätzt wird, um ein Endprodukt herzustellen. Oberflächen-Mikrobearbeitung ist am verbreitetsten, da sie auf den Fortschritten integrierter Schaltkreise aufbaut. Die Abscheidungstechniken, die für MEMS einzigartig sind, hinterlassen manchmal "Opferschichten", Materialschichten, die am Ende des Herstellungsprozesses aufgelöst und weggewaschen werden sollen und eine verbleibende Struktur hinterlassen. Dieser Prozess ermöglicht es einem MEMS-Gerät, eine komplexe Struktur in drei Dimensionen aufzuweisen. Verschiedene mikroskalige Zahnräder, Pumpen, Sensoren, Rohre und Aktuatoren wurden hergestellt und einige von ihnen sind bereits in alltägliche kommerzielle Produkte integriert.
Beispiele für die heutige Verwendung von MEMS sind Tintenstrahldrucker, Beschleunigungsmesser in Kraftfahrzeugen, Drucksensoren, hochpräzise Optiken, Mikrofluidik, Überwachung einzelner Neuronen, Steuerungssysteme und Mikroskopie. Derzeit gibt es kein produktives mikroskaliges Maschinensystem in der Größenordnung von produktiven makroskaligen Montagelinien, aber es scheint, dass die Erfindung einer solchen Vorrichtung nur eine Frage der Zeit ist. Die Aussicht auf eine Herstellung mit MEMS ist aufregend, da Arrays solcher Systeme, die tangential arbeiten, wesentlich produktiver sein könnten als makroskalige Systeme, die das gleiche Volumen einnehmen und die gleiche Energiemenge verbrauchen. Eine herausragende Einschränkung wäre jedoch, dass makroskalige Produkte, die mit mikroskaligen Maschinensystemen hergestellt werden, hauptsächlich aus vorgefertigten mikroskaligen Bausteinen bestehen müssen.