Kurz erklärt: MEMS

12.01.2021

MEMS sind klein, intelligent und aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Man findet sie in Smartphones, Kameras, Festplatten, Airbags, ESP (Fahrzeugstabilisierung) oder in Herzschrittmachern. Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme, dafür steht die Abkürzung MEMS, verbinden die Halbleitertechnik mit der Miniaturmechanik und bestehen sowohl aus einem elektronischen als auch aus einem mechanischen Element. Ihre Größe ist winzig. Sie bewegt sich im Mikrometer-, also im Millionstel-Meter-Bereich. Die mikroelektronischen Bauelemente reagieren auf kleinste Änderungen und wandeln mechanische, magnetische oder chemische Veränderungen in elektrische Impulse um. Ihr geringer Energieverbrauch prädestiniert sie für den Einsatz in autonomen Systemen.

Miniaturisierte, intelligente Helfer

Üblicherweise sind in einem MEMS einer oder mehrere Sensoren, Aktoren und eine mikroelektronische Schaltung auf einem Chip kombiniert. MEMS ermitteln je nach Einsatzgebiet unterschiedliche physikalische Größen, etwa Beschleunigung, Temperatur, Druck, aber auch Licht und Gas. Sie erfassen ebenfalls horizontale oder vertikale Zustände und sorgen beispielsweise in Smartphones oder Tablets dafür, dass der Bildschirminhalt beim Drehen des Gerätes entsprechend folgt.

Klassische MEMS werden in der Regel auf und um Siliziumwafer gebaut. Silizium lässt sich sehr gut in feinsten Strukturen verarbeiten. Den entscheidenden Durchbruch der MEMS Sensorik gelang Bosch in den 1990er Jahren mit dem Ionentiefenätzprozess (DRIE), mit dem sich kammartige Strukturen mit im höchsten Maß senkrechten Wänden in Silizium ätzen lassen. Das machte die Sensoren kleiner, leistungsfähiger und preiswerter, der Einsatz in einer Vielzahl elektrischer Geräte war somit möglich. Mittlerweile werden jährlich – hauptsächlich für die Märkte Automotive, Consumer Industrie und IoT – mehrere Milliarden MEMS produziert.

Dem Fraunhofer ILT in Aachen ist es übrigens gelungen, einen Mini-Lautsprecher von der Größe eines Cent-Stücks zu entwickeln, der sich mit Hilfe additiver Fertigungsverfahren als Teil eines Piezo-MEMS herstellen lässt. Mehr dazu [...]

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