Nanusens löst MEMS-Problem Beschleunigungs-Sensoren ohne Haftreibung

So sieht die Feder eines MEMS-Beschleunigungssensors bei viertausendfacher Vergrößerung im Elektronenmikroskop aus.
So sieht die Feder eines MEMS-Beschleunigungssensors bei viertausendfacher Vergrößerung im Elektronenmikroskop aus.

Die Haftreibung kann nach einem heftigen Stoß MEMS-Beschleunigungs-Sensoren zum Verhängnis werden. Das spanische Unternehmen Nanusens hat nun eine Möglichkeit gefunden, das Problem zu lösen.

In einem MEMS-Beschleunigungssensor befindet sich eine Prüfmasse, die an einer Feder befestigt ist. Wenn eine Beschleunigung auf den Sensor wirkt, bewirkt sie eine Bewegung der Masse. Gleichzeitig dient die Masse als eine Elektrode eines Kondensators, die zweite Elektrode ist fest. Die Bewegung der Masse führt also zu einer Kapazitätsänderung, die gemessen werden kann.

Eines der größten Probleme für MEMS-Beschleunigungssensoren ist die Haftreibung: Bei einer großen Beschleunigung, beispielsweise durch einen Schock oder eine Kollision, bewegt sich die Prüfmasse außerhalb ihres normalen Bereichs. Dabei berührt sie die Oberfläche des umgebenden Substrats. Durch die Haftreibung »klebt« sie an der Oberfläche fest, der Sensor hört auf zu funktionieren.

Anziehende Kräfte auf der mikroskopischen Ebene

Die Haftreibung in MEMS wird durch anziehende Kräfte verursacht, die auf der mikroskopischen Ebene auftauchen. Beispiele sind van-der-Waals- und Casimir-Kräfte. Diese Kräfte hängen von der Fläche ab, sind aber von der Masse unabhängig.

Das »Festkleben« kann vermieden werden, indem man stärkere Federn nutzt. Dadurch wird jedoch die Empfindlichkeit des Sensors reduziert. Durch die Verwendung einer größeren Masse kann die Empfindlichkeit des Sensors wieder erhöht werden. Eine größere Masse resultiert aber auch in einer größeren Oberfläche der Masse und also auch in einer größeren Haftreibung.