Mikrofabrikation und Mikrobearbeitung sind Begriffe, die die Technologien und Prozesse beschreiben, die bei der Herstellung mikroskopischer Strukturen oder Geräte verwendet werden. Diese Strukturen können in der Größe von der Breite eines menschlichen Haares bis hin zu kleiner als eine einzelne menschliche Zelle reichen. Die Fähigkeit, so kleine Geräte zu bauen, hat den technologischen Fortschritt in den Bereichen Computer, Unterhaltungselektronik, grüne Energietechnologie und viele andere Bereiche vorangetrieben. Mikrofabrikationstechniken variieren stark in Abhängigkeit von dem zu bauenden Gerät.
Im Bereich der Mikrofabrikation werden Größen in Mikrometern gemessen. Ein Mikrometer, häufig auch als Mikrometer bezeichnet, ist ein Tausendstel Millimeter. Es gibt 25,400 Mikrometer in einem Zoll. Die Nanotechnologie ist ein ähnliches Feld, beschäftigt sich jedoch mit noch kleineren Komponenten.
Die Verwendung von mikrogefertigten Teilen wurde von der Halbleiterindustrie Pionierarbeit geleistet. Die Erfindungen des Transistors und der integrierten Schaltung in den 1940er und 1950er Jahren führten zu einem Miniaturisierungstrend in der Elektronik. Als sich die Mikrofabrikationstechniken verbesserten, wurden kleinere und komplexere integrierte Schaltkreise gebaut, die den Bau leistungsfähiger Mikrochips ermöglichten.
Immer mehr Branchen setzen auf Mikrofabrikation. Winzige Maschinen, die als mikroelektromechanische Systeme bekannt sind, finden sich in vielen Geräten, darunter Smartphones und Auto-Airbag-Sensoren. Brennstoffzellen und Sonnenkollektoren verwenden auch mikrogefertigte Teile. Mikrofabrikationstechniken und -technologien wurden in Forschungsanwendungen in Bereichen von der Mikrobiologie bis zur Teilchenphysik eingesetzt.
Die in einem Mikrofabrikationsprozess verwendeten Techniken hängen von der Branche und dem gewünschten Ergebnis ab. Die meisten Techniken sind Top-Down-Ansätze, das heißt, sie beginnen mit einem größeren Bauteil, beispielsweise einem Siliziumwafer, und entfernen es, bis die endgültige Struktur entsteht. Beispiele für Top-Down-Techniken, die auf mikroskopischer Ebene verwendet werden, umfassen Schneiden, Polieren und Ätzen.
Die Bottom-up-Fertigung in diesem Bereich ist ein weitgehend experimentelles Feld. Beim Bottom-up-Ansatz werden kleinere Elemente wie Atome oder Moleküle verwendet, um ein größeres System oder Gerät zu erstellen. Bottom-up-Techniken werden in Anwendungen verwendet, die biologische Strukturen oder Funktionen nachahmen sollen.
Viele der Techniken der Mikrofabrikation sind anderen Disziplinen entlehnt. Die Bereiche Fotografie, Optik und Physik haben zur Mikrotechnik beigetragen. Einige traditionelle Herstellungstechniken, wie das Spritzgießen, wurden miniaturisiert und in der Mikrofabrikation verwendet.
Unabhängig von der verwendeten Technik stellt die Fertigung auf mikroskopischer Ebene einzigartige Herausforderungen. Die geringe Größe bedeutet, dass ein einziges Stück Staub ein Gerät unbrauchbar machen kann. Mikrofabrikationslabore sind Räume, die entwickelt wurden, um luftgetragene Partikel wie Staub und Mikroben zu kontrollieren. Arbeiter müssen innerhalb dieser Räume Schutzkleidung tragen, um eine Kontamination der entstehenden mikroskopischen Teile zu verhindern.