Was ist Mikrofabrikation?

Mikrofabrikation und Mikromachinierung 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 Bereichen ausgelöst.Mikrofabrizierungstechniken variieren stark je nach aufgebautem Gerät.

Im Bereich der Mikrofabrikation werden die Größen in Mikrometern gemessen.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 Verwendung von mikrofabrischen Teilen wurde von der Halbleiterindustrie Pionierarbeit erstellt.Die Erfindungen des Transistors und des integrierten Schaltkreises in den 1940er und 1950er Jahren führten zu einem Miniaturisierungstrend in der Elektronik.Da sich Mikrofabrikationstechniken verbesserten, wurden kleinere und komplexere integrierte Schaltkreise gebaut, sodass leistungsstarke Mikrochips gebaut werden können.

Eine zunehmende Anzahl von Branchen beruht auf Mikrofabrikationen.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.Mikrofabrizierungstechniken 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-Herstellung 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, mit denen biologische Strukturen oder Funktionen nachahmen sollen.

Viele der bei der Mikrofabrikation verwendeten Techniken werden aus anderen Disziplinen entlehnt.Die Bereiche Fotografie, Optik und Physik haben zur Mikrotechnologie beigetragen.Einige herkömmliche Herstellungstechniken, wie z. B. Injektionsform, wurden miniaturisiert und für die Mikrofabrikation verwendet.

Unabhängig von der verwendeten Technik stellt die Herstellung auf mikroskopischer Ebene einzigartige Herausforderungen auf.Die geringe Größe bedeutet, dass ein einzelnes Staubstück ein Gerät unbrauchbar machen kann.Mikrofabrikationslabors sind Räume, mit denen Partikel in der Luft wie Staub und Mikroben kontrolliert werden können.Die Arbeiter müssen in diesen Räumen Schutzkleidung tragen, um eine Kontamination der hergestellten mikroskopischen Teile zu verhindern.