Nanoelektromechanisches System
Ein nanoelektromechanisches System (englisch nanoelectromechanical system, kurz NEMS) ist ein miniaturisiertes Gerät, Baugruppe oder Bauteil, dessen Komponenten Abmessungen im Nanometerbereich haben. Damit stellt es die logische weitere Miniaturisierung eines Mikrosystems bzw. eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) dar, wobei die Grenzen fließend sind, sich per ISO-Norm jedoch im Bereich von 1 bis 100 nm bewegen[1]. Typischerweise verbinden sie transistorähnliche Nanoelektronik mit mechanischen Aktoren, Pumpen und Motoren.
Überblick
Durch ihre geringe Größe und die damit einhergehenden besonderen chemischen und physikalischen Eigenschaften wird erwartet, dass die NEMS in den nächsten Jahren einen hohen Einfluss auf weite Teile der Technik haben werden. Das Bauen und Betreiben von Geräten in solch kleinen Dimensionen kann deren Effizienz erhöhen und die Größe, Kosten und den Energieverbrauch verringern.
Relevanz für die Rasterkraftmikroskopie
Eine Schlüsselrolle kommt NEMS bei der Rasterkraftmikroskopie zu. Die erhöhte Empfindlichkeit, die durch NEMS erreicht werden kann, führt zu verbesserten Sensoren. Diese können Spannungen, Vibrationen, Kräfte und chemische Signale auf atomarem Niveau besser detektieren.
Ansätze zur Miniaturisierung
Es existieren grundsätzlich zwei Methoden, mit denen Strukturen im Nanometerbereich erzeugt werden können. Die Top-down-Methode nutzt die klassische Mikrofabrikation (z. B. optische und Elektronenstrahllithografie). Dabei liegen die Grenzen innerhalb der Auflösung dieser Methoden, bei andererseits einem hohen Maß an Kontrolle über die entstehenden Strukturen. Typischerweise entstehen die Strukturen aus metallischen Dünnschichten oder geätzten Halbleiterschichten.
Im Gegensatz dazu werden bei der Bottom-up-Strategie die chemischen Eigenschaften einzelner Moleküle genutzt, die sich dann beispielsweise selbstständig anordnen, vgl. selbstorganisierende Monoschicht. Dies erlaubt wesentlich kleinere Strukturen, allerdings auf Kosten der Kontrolle über die tatsächlich entstehenden Strukturen.
Einzelnachweise
- DIN SPEC 1121; DIN ISO/TS 27687:2010-02: Nanotechnologien – Terminologie und Begriffe für Nanoobjekte – Nanopartikel, Nanofaser und Nanoplättchen (ISO/TS 27687:2008); Deutsche Fassung CEN ISO/TS 27687:2009.