microelektromechanische

Microelektromechanische Systeme, kurz MEMS, sind miniaturisierte Geräte, die elektronische Schaltungen und mechanische Bauteile auf einem gemeinsamen Halbleiter-Substrat vereinen. Typische MEMS-Elemente umfassen Sensoren wie Druck, Beschleunigung, Druckdifferenz, Optoelektronik; und Aktuatoren wie Piezo-, elektrostatische- oder thermische Aktuatoren. Die Funktionsweise beruht auf der Interaktion zwischen elektrischen Signalen und mechanischer Bewegung, sodass mechanische Größen in elektrische Signale umgewandelt oder elektrische Signale genutzt werden können, um präzise Bewegungen oder Kräfte zu erzeugen.

Herstellung erfolgt überwiegend durch Mikrofertigungstechniken der Halbleiterindustrie, einschließlich Lithografie, Dünnfilmabscheidung, Dünn- und Tiefenätzung sowie Packaging-Verfahren. Typische Anwendungen umfassen Beschleunigungssensoren und Gyroskope in Mobilgeräten, Drucksensoren in Automobil- und Industrieanwendungen, medizinische Diagnostik, Lab-on-a-Chip, Opto- und Funkkomponenten wie RF-MEMS-Filter oder Resonatoren.

Vorteile von MEMS liegen in hoher Integrationsdichte, geringem Bauraum, niedrigen Energiekosten und hohen Stückzahlen, wodurch Kosten pro Einheit sinken. Herausforderungen betreffen Zuverlässigkeit unter Umweltbedingungen, Langzeitstabilität, Verpackung, Material- und Prozessvariationen sowie Kostensensitivität bei Produktion.

Die Entwicklung von microelektromechanischen Systemen hat sich seit den 1980er-Jahren beschleunigt und wird durch Fortschritte in Mikro- und Nanotechnologien, 3D-MEMS und integrierter Sensorik weiter vorangetrieben. Zukunftstrends umfassen flexibles MEMS, integrierte Systeme mit KI-Funktionen, sowie neue Materialien und Prozessorarchitekturen, die drahtlose und autonome Anwendungen ermöglichen.