Mikro- und nanoelektromechanische Systeme (MEMS/NEMS) sind ein aktives Forschungsgebiet, das gleich durch zwei Entwicklungen stark vorangetrieben wird. Zum einen finden sich MEMS/NEMS-Bauteile von Mikrophonen über Beschleunigungssensoren bis hin zu RF-Filtern in immer mehr Geräten unseres täglichen Lebens, zum anderen werden mikro- und nanomechanische Systeme in der Grundlagenforschung in so diversen Feldern wie der Bioanalytik oder der Quantenoptik vermehrt eingesetzt. Dabei kommt dem Bauelement-Design durch die enormen Fortschritte in der Fertigungstechnolgie eine immer entscheidendere Rolle zu. Um diese Entwicklung zu verstehen und zu gestalten, vermittelt diese Lehrveranstaltung die nötigen theoretischen, mathematischen und numerischen Grundlagen.

Das Design von MEMS/NEMS-Bauelementen ist ein hochgradig interdisziplinäres Gebiet, das sich in den Inhalten der Lehrveranstaltung widerspiegelt. Ausgehend von einer Einführung in die Kontinuumsmechanik und die Piezoelektrizität untersuchen wir fortgeschrittene Aspekte der vielfältigen Mechanik grundlegender elastischer Körper wie Membranen und Balken. Dabei behalten wir auch mögliche Anwendungen im Blick, in dem wir die Interaktionen eines Körpers mit seiner Umgebung betrachten. Diesen Interaktionen können ganz unterschiedliche physikalische Theorien aus der z.B. Fluidmechanik, Thermodynamik oder Elektrodynamik zu Grunde liegen. Ein wichtiger, erster Schritt hin zum qualitativen Verständnis von MEMS/NEMS-Bauteilen ist deren Darstellung mittels einfacher diskreter Modelle, deren wichtigste Vertreter wir besprechen. Für quantitative Vorhersagen sind jedoch oft numerische Methoden notwendig, von denen die Finite-Elemente-Methode (FEM) wohl die bekannteste ist. Wir behandeln die Grundlagen des FEM-Ansatzes und diskutieren dessen Einsatzfelder und Limitationen. Zum Abschluss betrachten wir einige Beispiele wie Druck- und Viskositätssensoren.

Präsentation der Lehrveranstaltung:

Montag, 1. Oktober 2018, 13.00 s.t., Hörsaal EI 4 (Reithoffer HS)