Was ist Mikrofabrikation?
Mikrofabrikation und Mikrobearbeitung sind Begriffe, die die Technologien und Prozesse beschreiben, die zur Herstellung mikroskopischer Strukturen oder Bauelemente verwendet werden. Diese Strukturen können von der Breite eines menschlichen Haares bis zu einer Größe kleiner als eine einzelne menschliche Zelle reichen. Die Fähigkeit, so kleine Geräte zu bauen, hat den technologischen Fortschritt in den Bereichen Computer, Unterhaltungselektronik, grüne Energietechnologie und vielen anderen Bereichen vorangetrieben. Die Mikrofabrikationstechniken variieren stark in Abhängigkeit von der zu bauenden Vorrichtung.
Im Bereich der Mikrofabrikation werden Größen in Mikrometern gemessen. Ein Mikrometer, häufig als Mikrometer bezeichnet, ist ein Tausendstel Millimeter. Es gibt 25.400 Mikron in einem Zoll. Die Nanotechnologie ist ein ähnliches Gebiet, befasst sich jedoch mit noch kleineren Bauteilen.
Die Verwendung mikrofabrizierter Teile wurde von der Halbleiterindustrie als Vorreiter erachtet. Die Erfindungen des Transistors und der integrierten Schaltung in den 1940er und 1950er Jahren führten zu einem Miniaturisierungstrend in der Elektronik. Mit der Verbesserung der Mikrofabrikationstechniken wurden kleinere und komplexere integrierte Schaltkreise gebaut, die den Bau leistungsfähiger Mikrochips ermöglichten.
Immer mehr Branchen setzen auf Mikrofabrikation. Winzige Maschinen, die als mikroelektromechanische Systeme bekannt sind, sind in vielen Geräten zu finden, einschließlich Smartphones und Auto-Airbagsensoren. Brennstoffzellen und Solarzellen verwenden ebenfalls mikrofabrizierte Teile. Mikrofabrikationstechniken und -technologien wurden in Forschungsanwendungen auf Gebieten von der Mikrobiologie bis zur Teilchenphysik verwendet.
Die in einem Mikrofabrikationsprozess verwendeten Techniken hängen von der Branche und dem gewünschten Ergebnis ab. Bei den meisten Techniken handelt es sich um Top-Down-Ansätze, dh sie beginnen mit einer größeren Komponente, z. B. einem Siliziumwafer, und werden von dieser entfernt, bis die endgültige Struktur erstellt ist. Beispiele für Top-Down-Techniken, die auf mikroskopischer Ebene verwendet werden, umfassen Schneiden, Polieren und Ätzen.
Die Bottom-up-Fertigung auf diesem Gebiet ist ein weitgehend experimentelles Gebiet. Beim Bottom-up-Ansatz werden kleinere Elemente wie Atome oder Moleküle verwendet, um ein größeres System oder Gerät zu erstellen. Bottom-up-Techniken werden in Anwendungen eingesetzt, die biologische Strukturen oder Funktionen nachahmen sollen.
Viele der in der Mikrofabrikation verwendeten Techniken stammen aus anderen Disziplinen. Die Bereiche Fotografie, Optik und Physik haben zur Mikrotechnik beigetragen. Einige traditionelle Herstellungstechniken wie das Spritzgießen wurden miniaturisiert und in der Mikrofabrikation eingesetzt.
Unabhängig von der verwendeten Technik ist die Herstellung auf mikroskopischer Ebene mit einzigartigen Herausforderungen verbunden. Die geringe Größe bedeutet, dass ein einzelnes Staubstück ein Gerät unbrauchbar machen kann. Mikrofabrikationslabore sind Räume, in denen Partikel wie Staub und Mikroben in der Luft kontrolliert werden. Arbeiter müssen in diesen Räumen Schutzkleidung tragen, um eine Kontamination der mikroskopisch kleinen Teile zu verhindern.