Nano e-drive

Name:
"Nanoscopic electrostatic drive"
Elektrostatisch bimorph auslenkbare Mikroaktoren mit der für den Antrieb funktionsbestimmenden Dimension im nm-Bereich
 
Motivation:
Mikroaktoren finden sich in einer sehr großen Anzahl und Vielfalt von Anwendungen und Systemen wieder: Beispielsweise für die räumliche Ablenkung von Licht in Projektoren und Retina Scannern, in Bauelementen für Laserendoskope und der optischen Kohärenztomographie, für die optische Objektvermessung aber auch in Spektrometern für die Gas- oder Materialanalyse und für die Mikro- oder Nanopositionierung in mechatronischen Anwendungen. Die derzeit etablierten Antriebsmechanismen stoßen immer wieder an ihre physikalischen oder technischen Grenzen. Die Folge hieraus ist eine Verringerung der Leistungsfähigkeit der Zielanwendung aber auch die Behinderung innovativer Produktansätze.
 
Ansatz:
Am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme wurde ein Ansatz für eine völlig neue Klasse mikromechanischer Aktoren entwickelt und patentiert. Obwohl die Gesamtauslenkung dieser Mikroaktoren im µm-Bereich liegt, befindet sich die funktionsbestimmende Dimension eines elektrostatischen Antriebs im nm-Bereich. Hieraus resultiert, dass die neuartige Aktorklasse eine niedrige elektrische Antriebsspannung in Verbindung mit einem geringen Energieverbrauch und kurze Reaktionszeiten besitzt und gegenüber konkurrierenden Antriebsmechanismen stark überlegen ist. Mit dem neuen Prinzip können hochintegrierte und miniaturisierte Aktoren mit halbleiterkompatiblen Fertigungstechnologien hergestellt werden. Insgesamt wird erwartet, dass mithilfe der neuartigen Aktorklasse die Leistungsfähigkeit verschiedener Zielanwendungen aber auch komplett neue Produktansätze realisiert werden können.
 
Details:
Der neue Ansatz schafft die Möglichkeit den Pull-In-Effekt herkömmlicher elektrostatischer Aktoren zu umgehen bzw. in einen Bereich zu verschieben, welcher für den aktorischen Betrieb nicht mehr relevant ist. Die quasi-statischen Auslenkungen derartiger Aktoren können damit wesentlich größer sein, als der Elektrodenabstand es zulässt. Hieraus resultiert aber auch, dass elektrostatische Aktoren mit extrem geringen Elektrodenabständen gebaut werden können, was deren Effizienz gegenüber alternativen Antriebsprinzipien verbessert.
  
Ziel:
Das Hauptziel von Nano e-drive ist die Validierung der neuartigen Aktorklasse. Es soll der Nachweis erbracht werden, dass die Anforderungen verschiedenster Zielanwendungen durch die neuen elektrostatischen Aktoren erfüllt werden. Hierfür werden mikromechanische Teststrukturen angefertigt und Designregeln für energieeffiziente Niedervoltaktoren erarbeitet. Anwendungsmatrizen werden als Ergebnis der Evaluation erstellt. Daneben sollen die Vorteile und die Leistungsfähigkeit der neuen Aktorklasse mit einem Funktionsdemonstrator in Form eines quasistatischen Mikrokippspiegels verdeutlicht werden, welcher perspektivisch in laserbasierten Pico-Projektoren mit Full-HD-Auflösung verwendet werden kann.