D ie dritte Auflage des mittlerweile zum Standardwerk gereiften Lehrbuchs trägt den rasanten Entwicklungen in diesem interdisziplinären Gebiet umfassend Rechnung. Insbesondere die Kapitel Siliziumtechnik, Materialien und Alternative Technologien wurden stark erweitert. Außerdem sind neue Anwendungsaspekte hinzugekommen. Somit schlägt dieses Lehrbuch weiterhin in einzigartiger Weise den Bogen von den Grundlagen der Mikrosystemtechnik bis hin zu den aktuellen Anwendungen in einer Vielzahl von High-Tech Entwicklungen.
Häufig gestellte Fragen
Ja, du kannst dein Abo jederzeit über den Tab Abo in deinen Kontoeinstellungen auf der Perlego-Website kündigen. Dein Abo bleibt bis zum Ende deines aktuellen Abrechnungszeitraums aktiv. Erfahre, wie du dein Abo kündigen kannst.
Derzeit stehen all unsere auf mobile Endgeräte reagierenden ePub-Bücher zum Download über die App zur Verfügung. Die meisten unserer PDFs stehen ebenfalls zum Download bereit; wir arbeiten daran, auch die übrigen PDFs zum Download anzubieten, bei denen dies aktuell noch nicht möglich ist. Weitere Informationen hier.
Perlego bietet zwei Pläne an: Elementar and Erweitert
Elementar ist ideal für Lernende und Interessierte, die gerne eine Vielzahl von Themen erkunden. Greife auf die Elementar-Bibliothek mit über 800.000 professionellen Titeln und Bestsellern aus den Bereichen Wirtschaft, Persönlichkeitsentwicklung und Geisteswissenschaften zu. Mit unbegrenzter Lesezeit und Standard-Vorlesefunktion.
Erweitert: Perfekt für Fortgeschrittene Studenten und Akademiker, die uneingeschränkten Zugriff benötigen. Schalte über 1,4 Mio. Bücher in Hunderten von Fachgebieten frei. Der Erweitert-Plan enthält außerdem fortgeschrittene Funktionen wie Premium Read Aloud und Research Assistant.
Beide Pläne können monatlich, alle 4 Monate oder jährlich abgerechnet werden.
Wir sind ein Online-Abodienst für Lehrbücher, bei dem du für weniger als den Preis eines einzelnen Buches pro Monat Zugang zu einer ganzen Online-Bibliothek erhältst. Mit über 1 Million Büchern zu über 1.000 verschiedenen Themen haben wir bestimmt alles, was du brauchst! Weitere Informationen hier.
Achte auf das Symbol zum Vorlesen in deinem nächsten Buch, um zu sehen, ob du es dir auch anhören kannst. Bei diesem Tool wird dir Text laut vorgelesen, wobei der Text beim Vorlesen auch grafisch hervorgehoben wird. Du kannst das Vorlesen jederzeit anhalten, beschleunigen und verlangsamen. Weitere Informationen hier.
Ja! Du kannst die Perlego-App sowohl auf iOS- als auch auf Android-Geräten verwenden, um jederzeit und überall zu lesen – sogar offline. Perfekt für den Weg zur Arbeit oder wenn du unterwegs bist. Bitte beachte, dass wir keine Geräte unterstützen können, die mit iOS 13 oder Android 7 oder früheren Versionen laufen. Lerne mehr über die Nutzung der App.
Ja, du hast Zugang zu Mikrosystemtechnik für Ingenieure von Wolfgang Menz,Oliver Paul, Jürgen Mohr im PDF- und/oder ePub-Format sowie zu anderen beliebten Büchern aus Technik & Maschinenbau & Mikroelektronik. Aus unserem Katalog stehen dir über 1 Million Bücher zur Verfügung.
Mit der Mikrosystemtechnik verlässt der Mensch die ihm gewohnten Dimensionen des „Begreifbaren“ und begibt sich auf ein Gebiet, das nicht mehr seinen natürlichen Sinnesempfindungen entspricht. Er muss lernen, mit diesen neuen Möglichkeiten zu arbeiten, wohl seine Erfahrungen einzubringen, aber der neuen Technologie nicht unbedacht aufzuzwingen. Diese Entwicklung setzte bereits mit der Mikroelektronik ein, nur ist die Elektronik von sich aus schon für den normalen Menschen „abstrakt“, und der Konflikt mit der persönlichen Erfahrung entstand erst bei der Auseinandersetzung mit mechanischen Mikrostrukturen.
Die Mikrosystemtechnik ist heutzutage in aller Munde. Leider trägt diese Tatsache nicht zur Versachlichung bei, sondern hat im Gegenteil zur Folge, dass die Begriffe häufig unklar erscheinen und Missverständnisse nicht ausbleiben. Zunächst soll der grundsätzliche Unterschied zwischen Mikrostrukturtechnik und Mikrosystemtechnik näher erläutert werden, obwohl eigentlich schon die Wortwahl Verwechslungen ausschließen sollte.
Die Mikrostrukturtechnik ist das Werkzeug, mit dem die geometrischen Strukturen eines Körpers, dessen Dimensionen im Mikrometerbereich liegen, erzeugt werden. In einigen Fällen erstreckt sich der Körper nur in einer Dimension im Bereich weniger Mikrometer, während die beiden anderen gar im Millimeterbereich liegen, in anderen Fällen bewegt man sich schon im „Submikrometerbereich“. Wesentlich sind weniger die aktuellen Dimensionen als die Technologie, die von der Mikroelektronik abgeleitet ist und das Potential beinhaltet, in den Mikrometerbereich zu gehen. Wenn schon die „Mikrotechnik“ schwierig zu definieren ist, so ergeben sich bei der „Nanotechnik“ noch mehr Definitionsnöte. Sicherlich wäre es falsch, von Nanotechnik zu reden, wenn man eine Struktur darstellt, deren Dimensionen Bruchteile von Mikrometern ausmachen. Auch hier ist wieder von der Technologie auszugehen, die es ermöglicht, Nanostrukturen herzustellen oder zu vermessen. Diese Technologie hat wieder ganz andere Wurzeln und es wäre falsch, anzunehmen, dass die eine Technologie kontinuierlich in die andere überginge.
Mit Hilfe der Mikrostrukturtechnik besteht also die Möglichkeit, Mikrokörper oder Mikrokomponenten zu erzeugen. Tatsache ist, dass in den meisten Fällen, wenn von Mikrosystemtechnik gesprochen wird, in Wirklichkeit Mikrostrukturtechnik gemeint ist. Mikrosystemtechnik bedeutet dann konsequenterweise die Verknüpfung von Komponenten zu einem System. Ein Beispiel aus der Mikroelektronik soll dies verdeutlichen: Die intelligente Verknüpfung von Hunderten oder Tausenden von „dummen“ Transistoren führt zum Mikrosystem, dem Mikroprozessor, der erst die Leistungsfähigkeit der Mikroelektronik ausmacht.
In diesem Buch sollen also zunächst die Grundlagen der Mikrostrukturtechnik behandelt werden, bevor in weiteren Kapiteln die Mikrosysteme und die dazu notwendigen technologischen Voraussetzungen diskutiert werden.
Eine grundsätzliche Frage zur Mikrosystemtechnik soll an den Anfang des Buches gestellt werden:
Aus welchem Grund wurde die Mikrosystemtechnik entwickelt?
Zur Beantwortung dieser Frage ist es notwendig, sich mit der Entwicklung der Mikroelektronik während der letzten fünf Jahrzehnte auseinanderzusetzen. Was ist während dieser Zeit geschehen? Vor der Mikroelektronik gab es konventionelle elektrische und elektronische Bauelemente, wie Widerstände, Kondensatoren, Elektronenröhren. Diese Komponenten wurden zu Schaltkreisen zusammengefügt, geprüft und durch Veränderung der Komponentenparameter abgeglichen, bis die Schaltung die geforderte Spezifikation erfüllte. Dadurch wurde jede Schaltung zu einer Art Unikat. Durch die Größe der individuellen Bauelemente war die Packungsdichte begrenzt und die Funktionsdichte einer elektronischen Schaltung war es ebenfalls.
Mit der Mikroelektronik trat ein einschneidender Wandel in der Elektronik ein. Bauteile wurden nicht mehr mechanisch hergestellt und gefügt, sondern durch Photolithographie auf das Werkstück, den Siliziumwafer, optisch übertragen und vervielfacht. Bemerkenswert ist die Tatsache, dass durch die optische Abbildung nur zweidimensionale Strukturen übertragen werden können. Zunächst sieht das wie ein schwerwiegender Nachteil für die Technologie aus, weil wir es gewohnt sind, dreidimensional zu konzipieren, zu entwerfen und zu fertigen. Da die optischen Abbildungen uns aber die Möglichkeit bieten, zum einen Strukturen zu übertragen, deren Strukturdetails im Wesentlichen nur durch die Wellenlänge des Lichtes limitiert sind, zum anderen wegen der Verschleißfreiheit der optischen Abbildungen mit extrem hoher Wiederholgenauigkeit zu arbeiten und wegen der Parallelität der optischen Übertragung außerdem sehr hohe Informationsflüsse zu erreichen, wird dieser Nachteil durch die technologischen Vorteile bei weitem aufgewogen.
Im Laufe der letzten Jahrzehnte der Entwicklung der Mikroelektronik konnten so die Dimensionen der Bauelemente um Zehnerpotenzen verringert werden. Heute befindet man sich mit den kritischen Dimensionen weit im Submikrometerbereich. Da im Fertigungsprozess in einem „Batch“, also mit einer Charge von Wafern, auf denen sich jeweils viele Millionen von Transistoren befinden, viele integrierte Schaltungen parallel hergestellt werden, konnte man die Herstellkosten wegen der Erhöhung der Packungsdichte um mehrere Zehnerpotenzen senken. Ein wichtiges Qualitätsmerkmal einer Schaltung, wie sie etwa für einen Rechner gebraucht wird, ist die Schaltgeschwindigkeit. Durch die Verkürzung der internen Leitungswege konnte auch dieser Parameter um viele Größenordnungen verbessert und damit die Qualität eines integrierten Schaltkreises erhöht werden.
Heutzutage beherrscht die Mikroelektronik unser Leben. Alle technischen Bereiche wurden wesentlich durch die Mikroelektronik bereichert, zum Teil überhaupt erst möglich gemacht. Für die Entwicklung unserer Zivilisation zur „Informationsgesellschaft“ hat die Mikroelektronik die Voraussetzungen geschaffen. Diese Einflüsse lassen sich schwerlich in Zahlen fassen. Für die technologische Entwicklung der Mikroelektronik soll ein kleines Gedankenexperiment dienen: Definiert man etwa einen Bewertungsfaktor, der aus dem Produkt „Qualitätsverbesserung“ und „Kostenreduzierung“ über eine gewisse Zeitspanne, etwa vier Jahrzehnte, gebildet wird, so wäre dieser Faktor in der Mikroelektronik etwa 10000000. Nun nehme man zum Vergleich irgendeine andere Technologie, etwa die Stahlgewinnung oder den Fahrzeugbau, so kann man den gewaltigen Unterschied zu dieser Entwicklung ermessen.
Die Frage lag nun auf der Hand, wenn die Mikroelektronik derartige Erfolge zu verzeichnen hat, kann man diese Entwicklung nicht auch auf anderen, nichtelektronischen Bereichen nachvollziehen und ähnliche technologische Schübe erwarten? Kann man die Entwicklungskonzepte, die Prozesse, die Materialien nicht auch auf mechanische, optische, fluidische oder chemische und biochemische Verhältnisse übertragen? Diese Fragestellung schließlich hat zur Mikrosystemtechnik geführt. Es lässt sich also konstatieren:
Die Mikrosystemtechnik kann als die konsequente Weiterentwicklung der Mikroelektronik auf nichtelektronische Gebiete angesehen werden.
Die Mikrosystemtechnik baut also auf dem gewaltigen technologischen und theoretischen Erfahrungsschatz der Mikroelektronik, die diese in mehreren Jahrzehnten mit hohem Aufwand erarbeitet hat, auf. Viele Technologien, die uns heute eine Selbstverständlichkeit sind, wurden mit hohem finanziellen und personellen Aufwand von der wirtschaftlich blühenden Mikroelektronik entwickelt. An hervorragender Stelle steht hier die Photolithographie, von der an zahlreichen Stellen in diesem Buch noch die Rede sein wird. Aber auch die Dünnschichttechnik, die Oberflächenanalyse und die Simulation sind Bereiche, die entscheidende Impulse aus der Mikroelektronik gewonnen haben.
Um auf diesen Erfahrungen eine neue Technologie aufbauen zu können, ist es zunächst nötig, die grundlegende „Philosophie“ der Mikroelektronik zu ergründen, oder, um es mit einfachen Worten zu sagen, die „Erfolgsrezepte“ der Mikroelektronik zu definieren, um sie, entsprechend modifiziert, auch für andere Technologien nutzbar zu machen.
Dazu lassen sich aus der Vielzahl von Verfahren und Denkansätzen drei Schwerpunkte herausschälen, die im Folgenden näher erläutert werden sollen.
Der Entwurf eines integrierten Schaltkreises geschieht ausschließlich auf dem Rechner. Das traditionelle Vorgehen, sich durch Versuch, Abprüfung und Wiederholung (trial and error) iterativ an eine optimale Lösung heranzuarbeiten, lässt sich wirtschaftlich in der Mikroelektronik nicht mehr vertreten. Diese Entwicklungsstufe muss durch aufwendige Entwurfs- und Simulationsverfahren bereits auf dem Rechner geleistet werden. In der Tat wird eine Schaltung (zumindest eine digitale Schaltung) nach der Entwurf- und Optimierungsphase auf dem Rechner bereits beim ersten Fertigungslauf die vorbestimmten Parameter erfüllen, wenn es sich um einen etablierten Prozess handelt. Nur in wenigen Fällen bedarf es eines zweiten Fertigungsdurchlaufes, um das Produkt zu optimieren. Die Simulationsprogramme sind mit großem Aufwand in vielen Tausenden von Personen-Jahren entwickelt worden. Bemerkenswert und neu ist hierbei auch, dass Erkenntnisse der theoretischen Physik, die Quantenmechanik, unmittelbar in die Produktgestaltung einfließen. Nirgendwo sonst kommen naturwissenschaftliche Grundlagenforschung und Fertigungsgestaltung in so engen Kontakt wie in der Mikroelektronik. Ein Begriff, der diesen Zustand beispielhaft beschreibt, ist das „band gap engineering“, ein Vorgang also, bei dem sich Erkenntnisse der theoretischen Festkörperphysik und ingenieurmäßiges Fertigungswissen unmittelbar berühren.
Man kann also als ersten Schwerpunkt der Mikroelektronik den Entwurf, die Simulation und die Optimierung eines Produktes auf dem Rechner benennen.
Ein weiterer Schwerpunkt betrifft die Realisierung der auf dem Rechner ermittelten Struktur auf dem Werkstück. Die Übertragung der geometrischen Daten geschieht hier auf optischem Wege. Die Vorteile dabei sind: Die Übertragung ist verschleißfrei und unterliegt dadurch keiner Abnutzung. Durch die Abbildung lassen sich die Strukturen in einem Maße verkleinern, das nur durch die Wellenlänge des verwendeten Lichtes und durch Fehler des übertragenden optischen Systems begrenzt ist.
Diese optische Übertragung oder „Photolithographie“ (das Wort ist angelehnt an eine alte Drucktechnik, bei der ein glatt geschliffener Stein (griech.:
entsprechend geätzt wird, so dass er an bestimmten Teilen Druckfarbe annimmt, an anderen diese abstößt) hat wohl den größten technologischen Einfluss auf die Mikroelektronik, wenn man einmal von der Herstellung des Grundmaterials, dem Silizium-Einkristall, absieht.
Durch die Verkleinerung der Strukturen bis in den Submikrometerbereich lässt sich die Packungsdichte von Komponenten, die pro Flächeneinheit auf dem Werkstück unterzubringen sind, gegenüber konventionellen Techniken der Übertragung um viele Größenordnungen erhöhen. Dadurch ist es erklärlich, dass trotz steigender Prozesskosten die Kosten für das Einzelelement ständig gesenkt werden konnten. Gelingt es, durch Verbesserung der Photolithographie die linearen Dimensionen zu halbieren, kann man auf dem Substrat viermal so viele Strukturen herstellen und parallel prozessieren. Selbst wenn sich die Aufwendungen für die Photolithographie dabei um den Faktor drei erhöhen, hat man unter dem Strich für die Fertigung einen Gewinn erzielt. Neben diesem Kostenvorteil bringt die Miniaturisierung aber auch einen wesentlichen Qualitätsvorteil. Integrierte Schaltungen werden im Allgemeinen an ihrer Funktionsdichte und ihrer Schaltgeschwindigkeit gemessen. Durch die Miniaturisierung werden die elektrischen Wege innerhalb der Schaltung entsprechend verkürzt, was sich unmittelbar auf die Geschwindigkeit der Signalverarbeitung auswirkt. Eine einfache Rechnung zeigt, dass bereits die freie Lichtgeschwindigkeit 0,3 mm pro Pikosekunde beträgt. Die Laufwege pro Pikosekunde eines Signals auf einer mit Kapazitäten und Induktivitäten behafteten Leitung sind aber noch wesentlich kürzer und kommen in die geometrischen Dimensionen der Schaltung selbst.
Die optische Abbildung bedeutet eine parallele Informationsübertragung. Mit einem hochwertigen Objektiv, wie es in der Lithographie verwendet wird, lassen sich Strukturen mit Minimalabmessungen von 0,13 μm über ein Feld von 1 cm2 übertragen, das entspricht einem parallelen Fluss von 5·109 Pixel. Der Vorgang der Übertragung ist dabei natürlich unabhängig davon, welche Muster übertragen werden. Eine komplexe Struktur benötigt keinen höheren Aufwand als eine einfache, solange man die Minimalabmessungen einer gegebenen Technologie nicht unterschreitet. Gelingt es also, durch geschickten Entwurf Strukturen ineinander zu verschachteln, hat man damit Packungsdichte ohne zusätzlichen technologischen Aufwand gewonnen.
Eine Einschränkung bildet die optische Übertragung zunächst in ihrer Zweidimensionalität. Da die Abbildung stets eine begrenzte Tiefenschärfe aufweist, sind alle übertragenen Muster zweidimensional. Eine mikroelektronische Schaltung mag sich mehrere Millimeter oder gar Zentimeter lateral – also in x- und y-Richtung – ausdehnen, in z-Richtung, d. h. in die Tiefe, erstreckt sie sich nur selten über 10 μm hinaus. Man kann also mit gutem Recht behaupten, dass die gesamte Mikroelektronik quasizweidimensional ist. Sicherlich kann man mit weiteren Verfahren erreichen, dass eine Schaltung aus mehreren Ebenen übereinander aufgebaut ist, das ändert aber nichts an der Tatsache, dass die Strukturen im Prinzip nur zweidimensional übertragen werden. Das ist eigentlich verwunderlich, verzichtet man doch hier gegenüber der konventionellen Elektronik auf 1/3 der Gestaltungsmöglichkeiten. Dennoch hat die optische Übertragung der Strukturen derartige Vorteile, dass dieser Nachteil um ein Vielfaches kompensiert werden kann. Die eindrucksvolle Überlegenheit der Mikroelektronik sei hier Beweis genug.
Der zweite Schwerpunkt der Mikroelektronik ist daher zweifelsfrei die Anwendung der Photolithographie.
Durch die hohe Packungsdichte der Bauelemente auf dem Wafer unterliegen nun Millionen von Strukturelementen genau den gleichen Prozessbedingungen. Dadurch ist wiederum die Fertigungsstreuung sehr klein. Prozesse, die im Laufe der Entwicklung immer aufwendiger wurden, lassen sich durch das Herunterbrechen auf Millionen von Bauelemente auf einem Wafer kostenmäßig abfangen oder gar überkompensieren. Durch geringe Fertigungsstreuung und hohe Ausbeute lassen sich wiederum die Prozesse immer besser beschreiben und simulieren. Dadurch werden die Aussagen, die man mit den Software-Werkzeugen zum Entwurf der Schaltungen machen kann, besser und realistischer, so dass sich hier der Kreis wieder schließt.
Den dritten Schwerpunkt bilden also die Fertigungsverfahren, die gleichzeitig auf viele Wafer angewendet werden (Batch-Verfahren).
Was hat sich nun parallel zur Fertigungstechnologie grundsätzlich in der Entwicklungsphilosophie der Elektronik auf ihrem Wege zur Mikroelektronik verändert? An die Stelle der Vielfalt individueller Bauelemente sind wenige, standardisierte, eng tolerierte Baugruppen getreten, wobei allerdings durch Fokussierung der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten auf diese vergleichsweise wenigen Standardtypen die Leistungsmerkmale gegenüber konventionellen Grundschaltungen um Größenordnungen gesteigert werden konnten.
Durch geeignete, rechnergestützte Auswahl und Verknüpfung von Bausteinen aus Bibliotheken lassen sich diese Grundbausteine zu fast beliebig komplexen Schaltungen kombinieren. Durch Verbesserung der Design-Werkzeuge, ebenso wie durch ständige Erhöhung der Qualität der Bauelemente können heute Funktionen, die noch vor wenigen Jahren technisch nicht möglich waren, dargestellt werden. Als Beispiel seien nur die Personal Computer angeführt, die die Leistungsfähigkeit von Großrechnern der siebziger Jahre bereits um viele Größenordnungen übertreffen.
Die gleichen grundlegenden Konzepte der Mikroelektronik liegen nun auch der Mikrostrukturtechnik zugrunde. Wir haben hierbei den großen Vorteil, aus dem riesigen Technologievorrat der Mikroelektronik schöpfen zu können. Wenn auch einige Prozesse neu entwickelt werden mussten, kann doch im Wesentlichen auf den theoretischen und technologischen Grundlagen, die mit der Mikroelektronik erarbeitet wurden, aufgebaut werden.
Zusammenfassend kann man also für die Mikrostrukturtechnik fordern:
Die Mikrostrukturtechnik muss, um ähnlich erfolgreich wie die Mikroelektronik zu sein, dem Pfad folgen, der von dieser vorgezeichnet wurde.
Auch in der Mikrostrukturtechnik muss also die Entwicklungsphilosophie heißen:
Bereitstellung leistungsfähiger Software-Entwicklungswerkzeuge für Mikrokomponenten; Entwicklung, Simulation und Optimierung der Strukturen auf dem Rechner; Vermeidung unnötiger Prozessdurchläufe.
Übertragung der auf dem Rechner entwickelten Strukturen auf das Werkstück mittels Photolithographie; Nutzung der Möglichkeiten hoher Packungsdichte und Verkleinerung der Strukturen.
Fertigung im Nutzen mit engen Fertigungstoleranzen durch präzise Prozesssteuerung und Prozessüberwachung.
Entwicklung weniger, durchkonstruierter Grundstrukturen, die durch hohe Packungsdichte und Miniaturisierung kostengünstig auf dem gleichen Substrat vervielfältigt werden können und durch geeignete Verknüpfung zu einem „intelligenten“ System zusammengefügt werden können.
Natürlich führt das – ebenso wie seinerzeit in der Elektronik – zu einem völligen Umdenken in der Sensorik, der Aktorik, in der Feinwerktechnik und schließlich auch im Maschinenbau.
Wenn sich auch die Verfahren der Mikrostrukturtechnik aus guten Gründen eng an die der Mikroelektronik anlehnen, so waren doch einige Modifikationen nötig, die von der Mikroelektronik nicht geleistet werden konnten, um vor allem die dritte Dimension für die geometrischen Mikrokörper zu erschließen. Es mussten also Verfahren entwickelt werden, die trotz Nutzung der Photolithographie die Herstellung dreidimensionaler Körper ermöglichen. Das hat im Laufe der Jahre zu mehreren Varianten geführt, deren zwei wichtigste an dieser Stelle nur kurz skizziert werden sollen, da jede von ihnen ein ganzes Kapitel dieses Buches füllt.
Die Silizium-Mikromechanik folgt in jeder Beziehung sehr eng der Mikroelektronik. Es werden nicht nur sehr ähnliche Herstellungsprozesse übernommen, auch der Silizium-Einkristall ist hier wie dort das Grundmaterial für die Mikrostruktur. Als maßgeblicher Entwickler dieses Verfahrens ist hier K. E. Petersen, damals Mitarbeiter von IBM, zu nennen, der bereits Anfang der 1980er Jahre darüber eine grundlegende Veröffentlichung geschrieben hat: „Silicon as Mechanical Material“ [Pete82]. Zur Erschließung der dritten Dimension wurde ein anisotropes Ätzverfahren entwickelt, mit dem man subtraktiv den Einkristall bearbeiten kann, um zur gewünschten Form zu kommen. Spezielle Ätzlösungen tragen das Material des Einkristalls anisotrop, also entsprechend der Kristallmorphologie, ab. Durch so genannte Resistmasken werden Teile der Siliziumoberfläche dem Ätzmittel ausgesetzt, um so zur gewünschten Geometrie zu kommen. Außerdem können in den Kristall künstliche Schichten eingebracht werden, die als zusätzliche Ätzstoppschichten dienen. An dieser Ebene bleibt der Ätzvorgang stehen. Durch Anwendung geeigneter Ätzmasken, Ätzstoppschichten und den Einsatz von isotropen und anisotropen Ätzlösungen können fast beliebige dreidimensionale Strukturen aus der Siliziumscheibe herausgearbeitet werden. Diese bilden dann die Basiselemente für Sensoren, Aktoren oder sonstige Komponenten (Abb. 1.1-1). Der besondere Vorteil der Silizium-Mikromechanik liegt in der Möglichkeit, durch Kombination von Ätzverfahren und den üblichen Prozessen der Mikroelektronik auf dem gleichen Substrat sowohl Mikrostrukturkörper (z. B. Sensorelemente) als auch passende elektronische Auswerteschaltungen unterzubringen [Heub89].
Abb. 1.1-1 Beispiel einer dreidimensionalen Mikrostruktur in Silizium. Bei dem gezeigten Objekt handelt es sich um ein Array von CMOS-compatiblen thermoelektrischen Infrarot-Detektoren (siehe Kap. 7).
Abb. 1.1-2 Mikrostruktur in LIGA-Technik, die als mechanischer Filter verwendet werden kann. Die „Schlüsselweite“ der Löcher beträgt 80 μm, die Wandstärke ist 8 μm bei einer Strukturhöhe von ca. 200 μm. Zum Größenvergleich dient ein menschliches Haar (siehe Kap. 8).
Das zweite wichtige Strukturierungsverfahren stellt das so genannte LIGA-Verfahren dar, das im Kernforschungszentrum Karlsruhe (heute Forschungszentrum Karlsruhe) unter der Leitung von Erwin Becker am Institut für Kernverfahrenstechnik (heute Institut für Mikrostrukturtechnik) und von Wolfgang Ehrfeld als maßgeblichem Wissenschaftler zu Beginn der achtziger Jahre entwickelt wurde, um damit Komponenten zur Isotopentrennung von Uranhexafluorid UF6 herstellen zu können [Beck86].
Die Abb. 1.1-2 zeigt eine Anordnung identischer geometrischer Formen, die als mechanischer Filter verwendet werden kann. Dieser Mikrokörper wurde im LIGA-Verfahren hergestellt, einem Strukturierungsverfahren, das auf den Grundproze...
Inhaltsverzeichnis
Cover
Series
Title
Copyright
Vorwort
1: Allgemeine Einführung in die Mikrostrukturtechnik
2: Parallelen zur Mikroelektronik
3: Physikalische und chemische Grundlagen der Mikrotechnik
