MESYS

Name:
Fraunhofer-Projektgruppe Mesoskopische Aktoren und Systeme (MESYS) bei der BTU Cottbus-Senftenberg

Finanzierung:
Dieses Projekt wird finanziell vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur (MWFK) und der BTU Cottbus-Senftenberg unterstützt.

Motivation:
Mikroaktoren und -sensoren sind die Basis für miniaturisierte, intelligente und vernetzte Systeme. Kaum ein wachstumsstarker technischer Bereich kommt ohne Mikrosystemtechnik-Komponenten in Form von Sensoren oder Aktoren aus. Dabei stellen Mikroaktoren 38 % des gesamten MEMS-Marktvolumens. Einsatz finden die Aktoren u.a. in Mikrospiegeln für Projektoren und Displays, in Druckköpfen (Ink-Jet), Dünnfilm-akustischen-Resonatoren (FBARs), Hochfrequenzfiltern und Silizium-Taktgebern. Um den steigenden Anforderungen an die Leistung mikromechanischer Komponenten gerecht zu werden und die technische Basis für neue Anwendungen zu erweitern, ist eine weitere Miniaturisierung unerlässlich. Die Miniaturisierung als Teil einer technischen Evolution bedeutet auch, dass neue materielle Prinzipien für mikro- und nanomechanische Systeme notwendig werden. In der Projektgruppe MESYS wird seit 2012 eine völlig neue Art von leistungsfähigen elektrostatischen Biegeaktoren entwickelt und in verschiedenen Anwendungsbereichen erprobt.

Ansatz:
Mithilfe elektrostatischer Aktoren werden Platten oder Balken bewegt und zur Ablenkung von Lichtstrahlen, zur Bewegung von Flüssigkeiten oder zur Erzeugung von Ultraschall genutzt. Konträr zu konventionellen elektrostatischen Aktoren, die fundamentale Auslenkungen nur in Verbindung mit großen Aktor-Abmessungen und hohem Energieverbrauch erlauben, entwickeln die Forscher durch ein geeignetes Hebelprinzip eine neue Klasse elektrostatischer Biegeaktoren mit extrem kompaktem Design bei gleichzeitig großen Auslenkungen ohne Hysterese. Diese neuen Aktoren werden mit konventionellen Silizium-Herstellungsverfahren gefertigt, sind direkt in Halbleiterbauelemente und CMOS-Schaltkreise integrierbar und besitzen damit das Potential für eine kostengünstige Volumenfertigung.

Details:
Die Fraunhofer-Projektgruppe Mesoskopische Aktoren und Systeme (MESYS) gehört zum Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden, Sachsen, und konzentriert sich auf die Entwicklung von CMOS-kompatiblen Fertigungsprozessen, die Simulation und die Charakterisierung der neuartigen mesoskopischen Aktoren. Die Untersuchung der mesoskopischen Effekte ist ein zentrales Thema der Forschungsarbeit.

Ziel:
Neben der Entwicklung und einer neuartigen, leistungsstarken Aktorklasse für die Mikro- und Nanosystemtechnik sind die Integration ausgewählter Aktoren zur Realisierung innovativer Komponenten, Systeme und Anwendungen und die Validierung der Technologie weitere Ziele. Das Anwendungsspektrum reicht von der Optik, Messtechnik und Medizintechnik über die Biotechnologie bis hin zur Kommunikationstechnik. Anwendungen im Bereich der Optik sind beispielsweise hochpräzise Positionierantriebe von Mikrokippspiegeln oder Linsensystemen zur Laserstrahlauslenkung, in Pico-Projektoren, 3D-Endoskopen oder mikroskopischen Anwendungen. Auch als optische Schalter oder für die hochgenaue Positionierung von Lichtwellenleitern bieten sich die neuen Aktoren an. Neben der Optik ist eine Vielzahl weiterer Anwendungen im Fokus von MESYS: In der Medizintechnik als Mikropumpen und -ventile in Mikrofluidiksystemen oder implantierbaren Insulinpumpen oder auch als miniaturisierte Lautsprecher für Hörgeräte, Smartphones und Wearables, die im Gegensatz zu bestehenden mikromechanischen Lautsprechern Bässe sehr gut wiedergeben und gleichzeitig ein äußerst kompaktes Design bieten.

Projektdauer: 01.10.2012 - 30.09.2017

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