Silizium verliert seinen spröden Ruf

Hochtemperatur-Umformen ermöglicht neue Anwendungen in der Mikrosystemtechnik

Silizium ist bei Zimmertemperatur sehr spröde. Deshalb lassen sich mikromechanische Strukturen hauptsächlich nur durch chemisches Herausätzen einzelner Bereiche aus dünnen Siliziumscheiben (Wafer) herstellen. Die so entstandenen Strukturen liegen vollständig innerhalb der ursprünglichen Wafer-Begrenzung. Um jedoch neue Anwendungen in der Mikrotechnik zu ermöglichen, machten sich Wissenschaftler der Fachgruppe Werkstoffe der Elektrotechnik/Elektronik an der TU Chemnitz eine besondere Eigenschaft des Siliziums zu Nutze. Das Halbleitermaterial lässt sich bei Temperaturen über 650 ºC sehr gut plastisch deformieren.

Durch gezieltes Biegen oder Dehnen von Teilstrukturen gelang es den Forschern um Prof. Dr. Joachim Frühauf und Dr. Eva Gärtner, völlig neuartige dreidimensionale Formen herzustellen. Diese Elemente ragen teilweise aus der ursprünglichen Wafer-Oberfläche heraus. Gemeinsam mit dem Zentrum für Mikrotechnologien der TU Chemnitz wurden beispielsweise Festkörpergelenke und Federführungen, winzige Gleitführungen, Mikrospiegel, wenige Millimeter große Greifer und Mikro-Montagesysteme gefertigt. Neben einer Technologievariante mit Ofenerwärmung wurde in Kooperation mit der Hochschule Mittweida (FH) auch das Biegen mittels Laserstrahl erfolgreich eingesetzt, wobei nur die zu biegenden Bereiche der hohen Temperatur ausgesetzt sind. Die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte Untersuchung der mechanischen Eigenschaften des Siliziums beweist, dass nach dem Hochtemperatur-Umformen eine unverändert hohe elastische Deformierbarkeit gegeben ist.

Vom 30. September bis 2. Oktober 2002 werden erstmals einige geätzte und plastisch umgeformte Silizium-Mikrostrukturen auf der MATERIALICA in München der Öffentlichkeit vorgestellt. Auf dem Gemeinschaftsstand Sachsen/Sachsen-Anhalt/Thüringen „Forschung für die Zukunft“ (Halle B1/Stand 204) zeigen die Wissenschaftler, welche neuen industriellen Anwendungen von der Mikromechanik bis hin zur Feinwerktechnik möglich sind.