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Mikrotechnologie und Halbleiterfertigung – Mikrosensoren und MEMS einordnen

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Mikrotechnologie und Halbleiterfertigung – Mikrosensoren und MEMS einordnen

Einleitung

Ausbildungskurs für Mikrotechnologinnen und Mikrotechnologen – Schwerpunkt Halbleitertechnik und Mikrosystemtechnik

Kurzbeschreibung: Mechanische Struktur und elektrische Auswertung.

Lernziel: Du erkennst MEMS-Bauteile, erklärst die Umwandlung mechanischer Bewegungen in elektrische Signale und ordnest Fertigung, Qualitätskontrolle und Arbeitsschutz ein.

Lernweg: Sechs kurze Lerneinheiten, ein betrieblicher Ausbildungsfall, Modellaufgaben, gestufte Hilfen und interaktive Übungen.

Zeitbedarf: ungefähr 60 bis 90 Minuten einschließlich der Aufgaben.

Sicherheitsregel: Alle Modellaufgaben erfolgen auf Papier oder digital. Keine chemischen Eigenversuche, keine Bearbeitung von Siliziumwafern und keine eigenständige Bedienung von Prozessanlagen. Reale chemische Prozesse dürfen ausschließlich in dafür geeigneten Betrieben mit Fachaufsicht, Unterweisung und freigegebenen Verfahren stattfinden.

Lerneinheit 1: Mikrosensoren und MEMS erkennen

Leitfrage: Was ist an einem Mikrosystem mechanisch, was elektronisch?

Ein MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) verbindet mikromechanische Strukturen mit elektrischen Funktionen. Ein Mikrosensor wandelt eine physikalische Messgröße in ein auswertbares Signal um.

Beispiele: Beschleunigungssensor, Drucksensor, Drehratensensor.

Ein rein elektronischer Schaltkreis benötigt dagegen keine bewegliche mikromechanische Messstruktur.

Bildstation: Ein MEMS-Beschleunigungssensor als elektronisches Bauteil. Welche Teile bleiben im Gehäuse verborgen?

Bildstation: Mikrotechnische Referenzstrukturen des NIST. Suche nach feinen Stegen und Strukturen zur geometrischen Prüfung.

Merksatz: MEMS beschreibt eine Technologie. Ein Mikrosensor beschreibt eine Messfunktion. Nicht jedes MEMS ist ein Sensor: Es gibt auch mikromechanische Aktoren.

Basis-Check: Ordne einen Beschleunigungssensor und einen rein elektronischen Speicherchip ein.

Feedback: Der Beschleunigungssensor kann ein MEMS sein, weil eine mikromechanische Struktur seine Messfunktion ermöglicht. Ein gewöhnlicher Speicherchip arbeitet elektronisch und ist deshalb nicht automatisch ein MEMS.

Lerneinheit 2: Vom Feder-Masse-System zum elektrischen Signal

Leitfrage: Wie erkennt ein Chip eine Beschleunigung?

Ein kapazitiver MEMS-Beschleunigungssensor besitzt eine bewegliche Trägheitsmasse, elastische Federstege und Elektroden.

Bei einer Beschleunigung wird die Masse relativ zum Gehäuse ausgelenkt. Die Geometrie zwischen Elektroden verändert sich. Dadurch ändert sich die elektrische Kapazität.

Bewegungsbild: Ein mikromechanischer Kammaktor in einer holografischen Messung. Er zeigt die Bewegung feiner Kammstrukturen, ist aber kein vollständiger Beschleunigungssensor.

Prinzipbild: Ein veränderlicher MEMS-Kondensator. Die Elektrodengeometrie beeinflusst die Kapazität.

Signalweg:

Beschleunigung → Auslenkung der Trägheitsmasse → Kapazitätsänderung → Auswerteschaltung → Messwert

In vielen Sensoren verwendet die Elektronik eine differentielle Kapazitätsmessung. Sie vergleicht zwei Kapazitäten, um kleine Veränderungen zu erkennen.

Fachvideo: Bosch Sensortec – Working principle of an accelerometer

Beobachtungsauftrag: Achte auf die Federstege, die bewegliche Masse und die Kammstrukturen.

Anwendungs-Check: Warum reicht die Bewegung der Masse allein noch nicht für einen digitalen Messwert?

Feedback: Die mechanische Bewegung muss elektrisch erfasst und anschließend aufbereitet werden. Die Auswerteschaltung übernimmt beispielsweise Verstärkung, Filterung und Analog-Digital-Wandlung.

Fachquelle: Bosch Mobility – Funktionsweise eines Beschleunigungssensors.

Lerneinheit 3: Drucksensoren und ihre Membranen

Leitfrage: Was bewegt sich in einem MEMS-Drucksensor?

Druck kann eine dünne Membran verformen. Die Verformung lässt sich elektrisch erfassen.

Kapazitives Prinzip: Die Membranbewegung verändert den Abstand zwischen Elektroden und damit die Kapazität.

Modellbild: Kapazitiver MEMS-Drucksensor mit verformbarer Membran.

Piezoresistives Prinzip: Die mechanische Spannung verändert den Widerstand geeigneter Widerstandsstrukturen.

Modellbild: Piezoresistive Druckmessung an einer Membran.

Sensorprinzip	Mechanische Wirkung	Elektrische Messgröße
Kapazitiver Beschleunigungssensor	Auslenkung einer Trägheitsmasse	Kapazitätsänderung
Kapazitiver Drucksensor	Verformung einer Membran	Kapazitätsänderung
Piezoresistiver Drucksensor	Dehnung beziehungsweise Spannung in einer Membran	Widerstandsänderung

Transfer-Check: Zwei Drucksensoren besitzen ähnliche Membranen, aber verschiedene elektrische Ausgangsstufen. Müssen beide dasselbe Messprinzip verwenden?

Feedback: Nein. Die mechanische Eingangsgröße kann gleich sein, während die elektrische Umwandlung kapazitiv oder piezoresistiv erfolgt.

Lerneinheit 4: MEMS im Halbleiterprozess herstellen

Leitfrage: Wie entstehen mikromechanische Strukturen auf einem Wafer?

In der Halbleitertechnik werden dünne Schichten hergestellt, strukturiert und geprüft. MEMS benötigen zusätzlich geeignete dreidimensionale Mikrostrukturen, beispielsweise freigestellte Stege, Massen oder Membranen.

Berufsbild: Siliziumwafer als Ausgangsträger.

Anlagenbild: Schleuderbeschichter für gleichmäßige Fotolackschichten.

Geprüftes Prozessschema: Fotolithografie und Trockenätzen, vereinfacht und nicht maßstabsgetreu.

Prozesskette zur Einordnung:

Wafer → Schichtbildung → Fotolithografie → Strukturierung → Prüfung → weitere Prozessschritte → Vereinzelung und Aufbau

Die konkrete Reihenfolge und Anzahl der Prozessschritte hängt vom Produkt und Fertigungsverfahren ab. Die Abbildung ist keine Arbeitsanweisung.

Prinzipskizze: Aufbau und Strukturierung mikrotechnischer Schichten. Die Darstellung zeigt nur ausgewählte Herstellungsschritte.

Praxisbild: Gefertigte mikromechanische Scannerstrukturen auf einem Wafer; ein Beispiel für MEMS-Aktoren.

Prozessvideo: Bosch Global – The Semiconductor Production Process Explained Clearly

Vertiefung: Intel – From Sand to Silicon

Medienauftrag: Halte drei Prozessstationen fest. Markiere, welche davon hauptsächlich Schichten erzeugen, Muster übertragen oder Material strukturieren.

Feedback: Schichtbildung stellt Material bereit. Lithografie definiert ein Muster. Strukturierungsprozesse übertragen Muster in die betreffenden Materialbereiche. Für MEMS sind zusätzlich passende mechanische Freistellungen oder Hohlräume erforderlich.

Fachquelle: Fraunhofer EMFT – MEMS-Fertigung im Reinraum.

Lerneinheit 5: Reinraum, Gefahrstoffe, Staub und Entsorgung

Leitfrage: Warum genügt ein sauberer Arbeitsplatz nicht für sicheres Arbeiten?

Realer Reinraum-Arbeitsbereich bei der Fotolithografie.

Ein Reinraum dient der Kontrolle von Partikelbelastungen und weiteren Umgebungsbedingungen. Schon kleine Verunreinigungen können Strukturen und Fertigungsergebnisse beeinträchtigen.

Partikelschutz und Gesundheitsschutz sind unterschiedliche Aufgaben. Ein Reinraum ist nicht automatisch frei von chemischen, physikalischen oder mechanischen Gefahren.

Fachbild: Schematischer Unterschied zwischen isotroper und anisotroper Ätzung. Keine Prozessparameter oder Arbeitsanleitung.

Anlagenbild: Nasschemischer Ätzarbeitsplatz in einem Reinraum. Nicht zur praktischen Nachahmung geeignet.

Gefahrstoffe: Fotolacke, Lösemittel, bestimmte Ätzmedien und Prozessgase können erhebliche Gefährdungen verursachen. Art und Umfang sind stoff- und verfahrensabhängig. Maßgeblich sind betriebliche Gefährdungsbeurteilung, Sicherheitsdatenblätter, technische Schutzmaßnahmen und Betriebsanweisungen.

Staub: Bei mechanischer Bearbeitung, Bruch oder Wartung können Partikel entstehen. Für den Gesundheitsschutz sind unter anderem Material, Partikeleigenschaften und Exposition entscheidend. Keine eigenständige Staubentfernung durch Fegen, Ausblasen oder ungeprüftes Absaugen.

Entsorgung: Chemisch belastete Reststoffe, kontaminierte Betriebsmittel und andere gefährliche Abfälle gehören nicht in normale Abfallbehälter oder Abflüsse. Zuordnung, Kennzeichnung, Sammlung und Übergabe richten sich nach dem betrieblichen Entsorgungskonzept, den geltenden Regeln und den Stoffeigenschaften. Sicherheitsdatenblatt Abschnitt 13 liefert entsprechende Hinweise.

Betriebliche Grundregel: Bei unbekannten Stoffen, beschädigten Behältern, unerwarteten Partikelfreisetzungen oder Anlagenstörungen Arbeit nicht eigenständig fortsetzen, sondern sichern lassen, Abstand halten und die zuständige Fachperson informieren. Es gelten die betrieblichen Notfallregelungen.

Verbindliche Quellen für die Sicherheitsbeurteilung:

Gefahrstoffverordnung § 6: Gefährdungsbeurteilung.
Gefahrstoffverordnung § 14: Betriebsanweisung und Unterweisung.
TRGS 400: Gefährdungsbeurteilung.
TRGS 500: Schutzmaßnahmen.
TRGS 526: Laboratorien, soweit der Anwendungsbereich zutrifft.
TRGS 900: Arbeitsplatzgrenzwerte und Staubbeurteilung.
Umweltbundesamt: Gefährliche Abfälle.

Sicherheits-Check: Ein Wafer bricht an einer Prozessstation. Was hat Vorrang: schnelle Reinigung oder Meldung?

Feedback: Die Meldung und Sicherung nach Betriebsanweisung haben Vorrang. Unbekannte Rückstände und Partikel dürfen nicht ohne Gefährdungsbeurteilung und festgelegtes Verfahren behandelt werden.

Lerneinheit 6: Elektrische Auswertung und Qualitätsprüfung

Leitfrage: Wie wird aus einer winzigen Kapazitätsänderung ein nutzbarer Messwert?

In einem kapazitiven MEMS-Sensor erfasst die Auswerteschaltung kleine elektrische Änderungen. Ein ASIC kann Signale verstärken, filtern und digitalisieren. Digitale Schnittstellen ermöglichen anschließend die Weitergabe an eine Steuerung.

Signalmodell:

Mechanische Bewegung → Messkapazität → Analogauswertung → Digitalisierung → Schnittstelle

Bei einer Differenzmessung kann die Schaltung zwei Kapazitäten vergleichen.

Für unser vereinfachtes Modell gilt:

ΔC = C1 − C2

Die folgenden Werte sind frei gewählte Modelldaten, keine Daten eines realen Produkts und keine Kalibrierwerte.

Zustand	C1 in pF	C2 in pF	ΔC in pF
Referenz	1,00	1,00	0,00
Messpunkt A	1,03	0,97	+0,06
Messpunkt B	0,97	1,03	−0,06
Messpunkt C	1,02	0,98	+0,04

Merksatz: Eine Kapazitätsdifferenz beschreibt zunächst eine elektrische Messgröße. Ohne bekannte Sensorkennlinie, Achsdefinition und Kalibrierung lässt sich daraus kein belastbarer Beschleunigungswert berechnen.

Fachquelle: Analog Devices – Sensorprinzip und Signalauswertung.

Ausbildungsfall: Sensorprüfung an einer Förderanlage

Betrieblicher Auftrag: Du befindest Dich in der Ausbildung und arbeitest an der Dokumentation einer MEMS-Sensorprüfung. Ein Beschleunigungssensor soll Schwingungen einer Förderanlage erkennen. Das Messsystem befindet sich auf einem freigegebenen Prüfstand; Du arbeitest ausschließlich mit den bereitgestellten Simulationsdaten.

Bei einem erneuten Referenzvergleich wird eine Kapazitätsdifferenz von +0,05 pF beobachtet, obwohl das Modell zuvor 0,00 pF zeigte.

Deine Aufgabe: Prüfe zunächst die Modellrechnung, erkläre die Signalkette und entscheide, welche Informationen für eine fachliche Fehlerdiagnose fehlen.

Basisaufgabe

Berechne die Differenz für Messpunkt A.

Musterfeedback: 1,03 pF minus 0,97 pF ergibt +0,06 pF. Wichtig ist die festgelegte Reihenfolge C1 minus C2.

Anwendungsaufgabe

Vergleiche A und B. Was bedeutet der Vorzeichenwechsel?

Musterfeedback: Die Differenzen sind betragsgleich, aber entgegengesetzt. Das passt im vereinfachten symmetrischen Modell zu entgegengesetzten mechanischen Auslenkungen. Die reale Beschleunigungsrichtung benötigt jedoch eine definierte Sensorachse.

Transferaufgabe

Bewerte die neue Referenzabweichung von +0,05 pF. Ist ein mechanischer Defekt bereits bewiesen?

Musterfeedback: Nein. Denkbar sind beispielsweise ein mechanischer Offset, Temperaturabhängigkeit oder ein Fehler der elektrischen Auswertung. Ein einzelner Messwert reicht nicht zur eindeutigen Diagnose. Ein freigegebenes Referenzverfahren und zusätzliche Messdaten sind erforderlich.

Gestufte Hilfen

Hilfe 1 – Orientierung

Ordne zuerst Eingangsgröße, bewegliche Struktur und elektrische Messgröße zu.

Hilfe 2 – Rechnung

Verwende ΔC = C1 − C2. Berechne das Vorzeichen getrennt vom Betrag.

Hilfe 3 – Fehlerdiagnose

Unterscheide eine echte mechanische Änderung von Einflüssen der Elektronik und den Umgebungsbedingungen. Formuliere eine begründete Prüfentscheidung, keine unbelegte Fehlerbehauptung.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Eigenschaft zeichnet ein MEMS aus? (Verbindung mikromechanischer und elektrischer Funktionen) (!Ausschließlich optische Datenspeicherung) (!Immer sichtbare bewegliche Zahnräder) (!Verzicht auf jede elektronische Auswertung)

Welche Struktur bewegt sich in einem kapazitiven MEMS-Beschleunigungssensor? (Trägheitsmasse) (!Gehäusebeschriftung) (!Digitale Schnittstelle) (!Fotomaske)

Welche Größe ändert sich bei kapazitiver Messung? (Elektrische Kapazität) (!Atommasse des Siliziums) (!Anzahl der Anschlussdrähte) (!Lichtgeschwindigkeit)

Was verformt sich bei einem typischen MEMS-Drucksensor? (Membran) (!Steckverbinder) (!Waferetikett) (!Softwareoberfläche)

Was ist kennzeichnend für ein piezoresistives Messprinzip? (Widerstandsänderung durch mechanische Beanspruchung) (!Datenübertragung durch Funk) (!Messung ausschließlich durch Licht) (!Energiegewinnung aus Batterien)

Welche Aufgabe hat die Fotolithografie? (Übertragung von Mustern auf eine lichtempfindliche Schicht) (!Messung der Förderbandgeschwindigkeit) (!Endgültige Entsorgung aller Prozessabfälle) (!Einbau einer Batterie in den Sensor)

Wozu dient eine Auswerteschaltung im MEMS-Sensor? (Aufbereitung und mögliche Digitalisierung des Messsignals) (!Erzeugung des Siliziumkristalls) (!Ersatz aller mechanischen Strukturen) (!Mechanisches Zerteilen des Wafers)

Was lässt sich aus einer Kapazitätsdifferenz ohne Kalibrierung bestimmen? (Die Differenz der beiden gemessenen Kapazitäten) (!Immer die exakte Beschleunigung) (!Sicher die Ursache jedes Sensorfehlers) (!Stets die Temperatur des gesamten Geräts)

Welche Aussage zu Reinräumen ist richtig? (Sie kontrollieren unter anderem Partikelbelastungen) (!Sie beseitigen automatisch alle chemischen Gefahren) (!Sie ersetzen jede Unterweisung) (!Sie erlauben ungeschützte Gefahrstoffversuche)

Wie gehst Du mit unbekannten Rückständen an einer Prozessstation um? (Arbeit nach Vorgabe unterbrechen und zuständige Fachperson informieren) (!Rückstände in den Ausguss geben) (!Stoffe selbstständig miteinander mischen) (!Partikel ohne Freigabe mit Druckluft entfernen)

Memory

Ordne jeweils den Begriff seiner Funktion zu.

Trägheitsmasse	Bewegliches Element bei Beschleunigung
Federsteg	Elastische Aufhängung
Kammelektrode	Kapazitive Erfassung einer Verschiebung
Membran	Verformbares Element bei Druck
Piezowiderstand	Dehnungsabhängiger Widerstand
Fotomaske	Vorlage für die Musterübertragung
ASIC	Anwendungsspezifische Auswerteschaltung
Reinraum	Kontrollierte partikelarme Umgebung

Drag and Drop

Ordne die Messgrößen und Prozessfunktionen zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Trägheitsmasse	Beschleunigung
Druckmembran	Druck
ASIC	Signalauswertung
Fotomaske	Belichtungsmuster
Reinraum	Partikelkontrolle

Kreuzworträtsel

Wafer	Wie heißt die dünne Substratscheibe der Halbleiterfertigung?
Feder	Welches elastische Element hält die bewegliche Trägheitsmasse?
Membran	Welches Bauteil verformt sich bei einem typischen Mikrodrucksensor?
ASIC	Wie heißt die Abkürzung für eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung?
Reinraum	Wie heißt der kontrollierte Fertigungsbereich mit geringer Partikelbelastung?
Fotomaske	Welches Hilfsmittel trägt das zu übertragende Lithografiemuster?

LearningApps

Externe Suchergebnisse zum Thema; prüfe die fachliche Richtigkeit einzelner Angebote vor ihrer Verwendung.

Lückentext

Ein mikroelektromechanisches System wird mit

abgekürzt.

Ein Beschleunigungssensor erfasst eine mechanische Messgröße mithilfe einer beweglichen

.

Die elastische Aufhängung besteht beispielsweise aus mikrostrukturierten

.

Bei der kapazitiven Erfassung verändert die Bewegung die elektrische

.

Der Vergleich zweier Kapazitäten wird als

bezeichnet.

Ein Drucksensor nutzt häufig eine verformbare

.

Bei piezoresistiven Sensoren ändert mechanische Beanspruchung den elektrischen

.

Eine wichtige Ausgangsscheibe der Halbleiterfertigung heißt

.

Die Übertragung feiner Muster mit lichtempfindlichen Schichten ist Aufgabe der

.

Material kann durch einen geeigneten

strukturiert werden.

Eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung heißt kurz

.

Bei digitalen Sensorausgängen wird das aufbereitete Signal häufig durch einen

umgesetzt.

Der kontrollierte Fertigungsbereich mit niedriger Partikelbelastung heißt

.

Vor Gefahrstofftätigkeiten ist eine geeignete

erforderlich.

Hinweise zur Entsorgung eines Stoffes findest Du unter anderem im

.

Ein unbekannter Gefahrstoffrückstand darf nicht ohne betriebliche

behandelt werden.

Offene Aufgaben

Bearbeitungshinweis: Alle Arbeiten erfolgen anhand freigegebener Bilder, Dokumente oder Simulationsdaten. Keine eigenständigen chemischen oder stauberzeugenden Versuche.

Leicht

Begriffskarte: Gestalte eine Karte mit den Begriffen Mechanik, Sensor und Elektronik. Feedback: Deine Darstellung ist überzeugend, wenn die gemeinsame Funktion erkennbar ist.
Feder-Masse-Skizze: Zeichne eine Masse mit Feder und festen Elektroden. Feedback: Die relativen Bewegungen müssen klar erkennbar sein, weil sie die Kapazitätsänderung erklären.
Bildvergleich: Vergleiche die beiden Drucksensorbilder und beschrifte die Membran. Feedback: Kennzeichne die unterschiedliche elektrische Messgröße.
Reinraumplakat: Erstelle drei sichere Verhaltensregeln auf Basis der bereitgestellten Quellen. Feedback: Trenne Partikelschutz und Gefahrstoffschutz.

Standard

Modellrechnung: Berechne für A, B und C die Kapazitätsdifferenzen. Feedback: Betrag und Vorzeichen müssen nachvollziehbar aus C1 minus C2 folgen.
Signalflussbild: Zeichne den Weg von der mechanischen Messgröße bis zum digitalen Ausgang. Feedback: Mechanische Erfassung und elektronische Auswertung müssen getrennt sichtbar sein.
Prozessposter: Ordne vier Fertigungsstationen einem möglichen MEMS-Prozess zu. Feedback: Unterscheide Musterübertragung und Materialstrukturierung; erkläre, dass reale Prozesse variieren.
Prüfprotokoll: Dokumentiere die Modellmessung der Förderanlage mit Messwert, Einheit, Rechnung und Beobachtung. Feedback: Eine Vermutung darf nicht als bestätigter Defekt erscheinen.

Schwer

Fehlerbaum: Entwickle einen Fehlerbaum zur neuen Referenzabweichung. Feedback: Berücksichtige mechanische, elektronische und temperaturbedingte Möglichkeiten, ohne eine Ursache zu erfinden.
Sensorentscheidung: Vergleiche für eine Drucküberwachung kapazitive und piezoresistive Auswertung. Feedback: Begründe die Auswahl anhand der Anforderungen und verfügbarer Daten, nicht anhand pauschaler Überlegenheitsbehauptungen.
Sicherheitsfallanalyse: Erstelle eine Entscheidungsvorlage zu unbekannten Rückständen im Reinraum. Feedback: Sichere Meldung, Betriebsanweisung und Fachaufsicht müssen Vorrang haben.
Erklärvideo-Konzept: Plane ein dreiminütiges Video über MEMS, ausschließlich mit eigenen Zeichnungen oder korrekt lizenzierten Medien. Feedback: Trenne überprüfte Fakten, Modellannahmen und Quellenangaben.

Lernkontrolle

Bearbeite die folgenden Transferaufgaben mit Begründung.

Systemverständnis: Erkläre, warum eine mikromechanische Struktur und ein ASIC unterschiedliche, aber zusammengehörige Funktionen erfüllen. Bewertung: Der kausale Signalweg muss nachvollziehbar sein.
Fehlerdiagnose: Entwickle zwei unterschiedliche Ursachenhypothesen für einen konstant verschobenen Messwert und jeweils eine sichere Prüfinformation. Bewertung: Hypothesen dürfen nicht als Befunde ausgegeben werden.
Prozessvergleich: Begründe, weshalb sich MEMS-Fertigung und die Fertigung rein elektronischer Chips überschneiden, aber nicht identisch sind. Bewertung: Mikromechanische Strukturierung muss angesprochen werden.
Messwertbeurteilung: Erkläre, weshalb die Modellkapazitäten noch keinen kalibrierten Beschleunigungswert ergeben. Bewertung: Sensorkennlinie und Achsbezug müssen berücksichtigt werden.
Sicherheitsentscheidung: Begründe das Vorgehen bei unbekannten Rückständen nach einer Prozessstörung. Bewertung: Betriebliche Zuständigkeit und Gefährdungsbeurteilung sind maßgeblich.
Entsorgungsentscheidung: Erläutere, warum gefährliche Prozessabfälle nicht allein nach ihrem Aussehen zugeordnet werden dürfen. Bewertung: Stoffeigenschaften, Dokumentation und betrieblicher Entsorgungsweg müssen einbezogen sein.

Lernnachweis

Erstelle eine Ausbildungsmappe mit folgenden Nachweisen:

Strukturverständnis: Eine beschriftete MEMS-Skizze mit beweglicher Struktur und Elektroden.
Messprinzip: Eine korrekte Modellrechnung und ein vollständiger Signalweg.
Fertigung: Ein fachlich begründetes Prozessschema, das vereinfachte und reale Abläufe unterscheidet.
Fehleranalyse: Zwei plausible Hypothesen mit einer begründeten Prüfentscheidung.
Arbeitsschutz: Eine sichere Entscheidung zu Gefahrstoffen, Staub und Entsorgung.

Bewertungsraster: Je Kriterium 0 Punkte bei fehlendem Nachweis, 1 Punkt bei teilweise korrektem Nachweis, 2 Punkte bei fachlich korrektem und begründetem Nachweis. Maximal 10 Punkte.

Bestanden als Lernnachweis: Mindestens 7 Punkte und eine sichere Entscheidung beim Arbeitsschutzkriterium.

OERs zum Thema

Weiterführender Wikipedia-Artikel:

Weitere Fachartikel: Mikrotechnik, Mikrosystem (Technik), Halbleitertechnik, Fotolithografie (Halbleitertechnik), Beschleunigungssensor, Drucksensor, Mikrosystemtechnik.

Geprüfte technische Quellen

Bosch Sensortec: MEMS-Aufbau, mechanische und elektronische Funktionen.
Bosch Mobility: Feder-Masse-System und kapazitive Auswertung.
Analog Devices: Beschleunigungssensor und elektrische Signalkette.
Fraunhofer EMFT: Fertigungstechnik.
Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin: Geltende Technische Regeln für Gefahrstoffe.
Umweltbundesamt: Gefährliche Abfälle.

Medien- und Lizenznachweise

Wikimedia Commons: Die folgenden tatsächlich vorhandenen Dateien wurden auf ihre Beschreibungen und Lizenzangaben geprüft. Die jeweiligen Dateiseiten enthalten die vollständigen Lizenzbedingungen. Bilder sind an den passenden Lernstationen eingebunden.

ADXL345B: Nl21vs7an, CC BY-SA 4.0.
NIST-Referenzstrukturen: NIST, gemeinfreies US-Regierungswerk.
Kammaktor: Jejmule, CC BY-SA 4.0.
MEMS-Kondensator: Elcap, CC0 1.0.
Kapazitiver Drucksensor: MichaelFrey, CC BY-SA 4.0.
Piezoresistiver Drucksensor: MichaelFrey, CC BY-SA 4.0.
Siliziumwafer: 2x910, CC BY-SA 4.0.
Schleuderbeschichter: Alison Chaiken, CC BY-SA 3.0 und weitere wählbare Lizenzen.
Fotolithografie-Schema: Cmglee und Cepheiden, CC BY-SA 3.0.
MEMS-Fertigungsschritte: Philipp Sªsse, CC BY-SA 4.0.
MEMS-Scannerwafer: Positiveimpact und Cepheiden, CC BY-SA 3.0.
Fotolithografie-Reinraum: O. Usher / UCL MAPS, CC BY 2.0.
Ätzprinzipien: Ahmadi Sahar, CC BY-SA 4.0.
Nasschemischer Prozessarbeitsplatz: Kristian Mølhave, CC BY 2.5.

Lizenzhinweis: Die jeweiligen Creative-Commons-Lizenzen und ihre Anforderungen zur Namensnennung und gegebenenfalls Weitergabe unter gleichen Bedingungen sind zu beachten. Die Bilder wurden hier nicht verändert. Bei weiterer Bearbeitung müssen die jeweiligen Lizenzbedingungen erneut berücksichtigt werden.

Videos: Die drei eingebetteten Filme stammen aus veröffentlichten YouTube-Angeboten von Bosch Sensortec, Bosch Global und Intel. Ihre Einbettung ist ein Verweis auf externe Inhalte und stellt keine Freigabe zur eigenen Weiterverbreitung oder Bearbeitung dar. Der Lehrgang behauptet keine offene Lizenz dieser Videos. Verfügbarkeit und Einbettungsmöglichkeiten können sich ändern.

Didaktischer Hinweis: Die Hersteller-Videos zur Halbleiterfertigung erläutern allgemeine Fertigungsprinzipien. Nicht alle gezeigten Fertigungsdetails sind spezifisch für MEMS. Die Modellwerte und Fallaufgaben sind eigens für den Kurs erstellt.