Modellierung gekoppelter Effekte in Mikrosystemen auf ...

1 Einleitung
Mikrosystemtechnik: ein Markt der Zukunft – Problematik des Entwurfsprozesses
Die rasante Entwicklung in der Mikroelektronik und der mittlerweile erreichte sehr hohe
Integrationsgrad und Qualitätsstandard prägen unser gesellschaftliches Leben in nahezu
allen Bereichen. Die Mikroelektronik stellt aber nur einen Teil des umfassenden Bereichs
der Mikrosystemtechnik (MST) dar, die neben der Mikroelektronik noch andere Mikrotechnologien
wie Mikrooptik und Mikromechanik umfaßt. Nach einer Definition der europäischen
Mikrosystemtechnik-Initiative NEXUS 1 [84] sind Mikrosysteme ” ... miniaturisierte,
multifunktionale, intelligente Systeme, die Sensoren, Aktoren und Signalverarbeitung
umfassen. Sie kombinieren elektrische, mechanische, optische, chemische und
biologische Funktionen. ... Die Mikrosystemtechnik (MST) beschreibt Methoden zum
Entwurf und zur Herstellung solcher Mikrosysteme“ [37].
Mikrosysteme benötigt man in immer stärkerem Maße, da aufgrund der zunehmenden
Miniaturisierung in fast allen Bereichen nicht nur Daten verarbeitet, sondern auch Signale
aus der Umwelt aufgenommen werden sollen, und die Systeme dann umgekehrt
wieder auf die Umwelt einwirken können müssen. Eine besondere Rolle kommt daher
der Mikromechanik zu, die den Entwurf und die Herstellung intelligenter Sensor- und
Aktorsysteme ermöglicht. Seit ihren Anfängen in den 70-er Jahren des 20. Jahrhunderts
mit der Entwicklung erster Druck- und Beschleunigungssensoren ist diese Technologie
weit vorangeschritten, und die Vielfalt und Anzahl der Produkte hat enorm zugenommen,
so daß ein Anstieg des Gesamtmarktvolumens von 14 Milliarden US-Dollar im Jahr
1996 auf 38 Milliarden US-Dollar im Jahr 2003 erwartet wird [153]. Wurden Mikrosysteme
1990 vor allem in Automobilanwendungen eingesetzt, so sind mittlerweile große
Anwendungsfelder in der IT-Branche und im medizinischen bzw. biomedizinischen Bereich
[153] hinzugekommen; in der Medizin etwa werden ehrgeizige Projekte wie die
Entwicklung von implantierbaren Überwachungs- [55] oder Dosiersystemen oder von
Retinaimplantaten [80] verfolgt. Daneben existieren Einsatzfelder im Bereich der Telekommunikation
oder der Umweltanalytik (z.B. [130, 155]). Ein umfangreicher Überblick
über das Spektrum der Anwendungen in der Mikrosystemtechnik wird in [121] gegeben,
wobei sich zahlreiche der dort aufgeführten Anwendungen wie beispielsweise Drucksensoren,
Airbagsensoren oder Piezoinjektoren für Direkteinspritzsysteme mittlerweile als
Massenprodukte auf dem Markt etabliert haben.
So heterogen die Anwendungen und Bauelemente in der Mikromechanik sind, so unterschiedlich
sind auch die eingesetzten Materialien und Herstellungsverfahren; dennoch
haben sich überwiegend die Materialien der Siliziumtechnologie als Werkstoffe durchge-
1 Network of Excellence in Multifunctional Microsystems