MEMSbasierten

MEMS-basierte Systeme (MEMS) sind mikroskopische elektromechanische Baueinheiten, die Sensorik, Aktuatorik und oft auch Elektronik auf einem Siliziumsubstrat integrieren. Durch Mikroverarbeitungstechniken wie Photolithografie, Bulk- und Surface-Micromachining sowie Dünnschichtabscheidung lassen sich komplexe Strukturen wie Cantileverbeine, Membranen, Brücken oder rotierende Lagerelemente in Serienproduktion herstellen. Typische Größenordnungen liegen im Mikrometerbereich.

Die Funktionsweise basiert darauf, dass mechanische Strukturen mit elektrischen Signalen interagieren. Sensoren wandeln physikalische Größen wie Beschleunigung, Druck oder Winkel in elektrische Signale um, während Aktuatoren elektrische Energie in Bewegung oder Kraft überführen. Typische Sensortypen sind kapazitive, piezoresistive oder optische Sensoren; Aktuatoren nutzen Elektrostatik, Piezoelektrik, Thermik oder magnetische Effekte.

Anwendungen finden sich in Mobilgeräten (Beschleunigungsmesser, Gyroskop), Automobil- und Industrieelektronik (Drucksensoren, Staudrucksensoren), medizinischen Geräten, RF-MEMS-Schaltern und Mikrofluidik-Systemen. MEMS ermöglichen zudem eine enge Integration mit CMOS-Schaltungen, wodurch kompakte, stromsparende Komplettsysteme möglich sind.

Vorteile liegen in der Miniaturisierung, geringen Energieanforderungen, hoher Integrationsdichte und der kosteneffizienten Serienfertigung. Herausforderungen umfassen die Verpackung, Zuverlässigkeit unter Umweltbelastungen, Langzeitstabilität sowie Kosten in frühen Entwicklungsphasen. Zukünftige Entwicklungen betreffen 3D-MEMS-Strukturen, biokompatible und flexible MEMS sowie die weitere Integration mit KI-Systemen zur autonomen Sensorik.