MEMSGeräten

MEMS-Geräte (micro-electro-mechanical systems) sind miniaturisierte Systeme, die mechanische Bauteile mit elektronischen Schaltungen auf mikrometergroßer Skala integrieren. Sie werden überwiegend durch batch-fertigungstechniken der Halbleiterindustrie hergestellt und ermöglichen Sensorik, Aktorik und Funktionsintegration in einem einzigen Chip oder Modul.

Aufbau und Herstellung erfolgen typischerweise durch mikrostrukturierte Fertigungsverfahren wie Fotolithografie, Ätzen, Abscheidung und Strukturbildung. Techniken umfassen Bulk-Mikromachining (Bulk-MEMS) und Oberflächenmikromachining (Surface-Micromachining), häufig auf Siliziumbasis, teils mit Silizium-on-Insulator (SOI). Die Verpackung ist kritisch, oft hermetische Gehäuse oder System-in-Package, um Umweltfaktoren, Feuchtigkeit und Partikel zu kontrollieren.

MEMS umfassen eine Bandbreite von Sensoren und Aktoren. Typische Sensoren nutzen kapazitive, piezoresistive, resonante, magnetische oder thermische Prinzipien; Aktoren können elektrostatisch, piezoelektrisch, elektromagnetisch oder thermisch betrieben werden. Typische Strukturen sind Cantilever-, Brücken- oder Membranbauteile; optische MEMS verwenden Mikrospiegelarrays oder ähnliche Strukturen. Anwendungen finden sich in Konsumelektronik (Beschleunigungssensoren, Gyroskope, MEMS-Mikrofone), Automobiltechnik (Drucksensoren, Barosensoren, Bremssysteme), Telekommunikation (RF-MEMS) und der Biomedizin (Lab-on-a-Chip, Mikrofluidik, implantierbare Sensoren).

Vorteile und Herausforderungen liegen in kleinem Platzbedarf, geringem Energieverbrauch und der Möglichkeit großserienfertiger Herstellung, jedoch bestehen Zuverlässigkeits- und Langzeitstabilitätsfragen, Stiction-Effekte, Umgebungsabhängigkeiten sowie Kosten der Verpackung. Zukünftige Entwicklungen zielen auf stärkere CMOS-Integration, 3D-MEMS-Architekturen und neue Materialien, um Leistungsdichte und Funktionalität zu erhöhen.