Mikromaschinen aus Diamant herausgeätzt

Diamantmaschinen reibungsresistenter als Polysiliziumgeräte

Albuquerque/New Mexico (pte004/18.03.2000/10:45)

In den Sandia National Laboratories in Albuquerque sind Mikromaschinen entwickelt worden, die aus amorphen Diamant-Oberflächen herausgeätzt wurden, dem härtesten Material nach kristallinem Diamant. Konstruiert wurde ein kammförmiger Antrieb, dessen feine Zähne sich vor und zurück bewegen, wenn ein elektrischer Strom oszilliert. Mikromaschinen sind jedoch Maschinen, die der Reibung unterliegen. Diamant ist reibungsresistenter als Polysilizium.

In der Literatur wird geschätzt, dass Diamant 10.000 mal länger hält als Polysilizium in den entsprechenden Anwendungen. Das Material ist chemisch verträglich und kompatibel mit Silizium. Es könnte eine weitere Station auf dem Weg sein eine Silizium-Mikromaschine herzustellen, aber mit einer Diamantschicht für zusätzliche Festigkeit und Haltbarkeit. Es könnte eines Tages Polysilizium völlig ersetzen.

Diamant gibt es in zwei Modifikationen: kristallin und amorph. Bei Sandia wurde amorpher Diamant benutzt, die härteste Substanz nach kristallinem Diamant. Die Verwendung von kristallinem Diamant ist gegenwärtig unpraktisch da zur Synthese viel höhere Temperaturen nötig sind und die Oberflächenrauhigkeit die den Einsatz bei einer Mikromaschine ausschließen.

Amorpher Diamant war auch ungeeignet, da die großen inneren Spannungen (einige hundert Atmosphären) es unmöglich machten freistehende Scheiben oder dicke Beschichtungen auf Substrate herzustellen. Das Problem wurde durch Tempern gelöst.

Diamant reduziert auch die Haftreibung verglichen mit Silizium und Haftreibung kann Bauteile nutzlos machen. Der neue Antrieb besteht aus zwei Diamantkämmen auf einer flachen Oberfläche mit gegenüberliegenden Zähnen. Der eine Kamm ist fest, der andere bewegt sich frei innerhalb der Grenzen einer Feder. Ein Diamantstab ist am Rücken des beweglichen Kamms befestigt. Wenn am Kamm eine elektrische Spannung von positiv nach negativ schwingt, ziehen sich die Zähne abwechseln an und stoßen sich ab, was den Kamm vor und zurück bewegt.

Gegenwärtig benötigt man zur Herstellung des Prototypen drei Stunden um den Diamant über gepulste Laserablation abzuscheiden. Durch Tempern werden dann in wenigen Minuten die inneren Spannungen abgebaut. Informationen: John Sullivan, Email: jpsulli@sandia.gov und Tom Friedmann, Sandia National Laboratories, Email: tafried@sandia.gov (stpnews) (Ende)