Was ist Mikrofabrikation?
Mikrofabrikation und Mikromaschinierung sind Begriffe, die die Technologien und Prozesse beschreiben, die zur Herstellung mikroskopischer Strukturen oder Geräte verwendet werden. Diese Strukturen können von der Breite eines menschlichen Haares bis zu kleiner als einer einzelnen menschlichen Zelle reichen. Die Fähigkeit, so kleine Geräte zu bauen, hat technologische Fortschritte in Computern, Unterhaltungselektronik, grüne Energietechnologie und vielen anderen Feldern ausgelöst. Die Mikrofabrikationstechniken variieren stark von der zu erstellenden Vorrichtung. Ein Mikrometer, das häufig als Mikron bezeichnet wird, ist ein Tausendstel Millimeter. Es gibt 25.400 Mikrometer in einem Zoll. Die Nanotechnologie ist ein ähnliches Feld, aber es handelt sich um noch kleinere Komponenten. Die Erfindungen des Transistors und des integrierten Schaltkreises in den 1940er und 1950er Jahren führten zu einem Miniaturisierungstrend in der Elektronik. Als Mikrofabrikation tecHNIQUEs verbesserte, kleinere und komplexere integrierte Schaltkreise wurden gebaut, sodass leistungsstarke Mikrochips gebaut werden können. Winzige Maschinen, die als mikroelektro-mechanische Systeme bekannt sind, finden Sie in vielen Geräten, einschließlich Smartphones und Auto-Airbag-Sensoren. Brennstoffzellen und Solarmodule verwenden auch mikrofabrische Teile. Mikrofabrikationstechniken und -technologien wurden in Forschungsanwendungen in Bereichen von der Mikrobiologie bis zur Teilchenphysik verwendet.
Die in einem Mikrofabrikationsprozess verwendeten Techniken hängen von der Branche und dem gewünschten Ergebnis ab. Die meisten Techniken sind Top-Down-Ansätze, was bedeutet, dass sie mit einer größeren Komponente wie einem Siliziumwafer beginnen und von ihm entfernt werden, bis die endgültige Struktur erstellt wird. Beispiele für Top-Down-Techniken, die auf mikroskopischer Ebene verwendet werden, sind Schneiden, Polieren und Ätzen.
Bottom-up-ManufacTuring in diesem Bereich ist ein weitgehend experimentelles Feld. Im Bottom-up-Ansatz werden kleinere Elemente wie Atome oder Moleküle verwendet, um ein größeres System oder ein größeres Gerät zu erstellen. Bottom-up-Techniken werden in Anwendungen verwendet, die biologische Strukturen oder Funktionen nachahmen.
Viele der bei der Mikrofabrikation verwendeten Techniken stammen aus anderen Disziplinen. Die Bereiche Fotografie, Optik und Physik haben zur Mikrotechnologie beigetragen. Einige herkömmliche Herstellungstechniken, wie z. B. Injektionsformteile, wurden miniaturisiert und für die Mikrofabrikation verwendet.
Unabhängig von der verwendeten Technik stellt die Herstellung auf mikroskopischer Ebene einzigartige Herausforderungen dar. Die geringe Größe bedeutet, dass ein einzelnes Staubstück ein Gerät unbrauchbar machen kann. Mikrofabrikationslabors sind Räume, die in der Luft befindliche Partikel wie Staub und Mikroben kontrollieren. Die Arbeiter müssen in diesen Räumen Schutzkleidung tragen, um eine Kontamination der erzeugten mikroskopischen Teile zu verhindern.