Micro-acoustic membrane-based resonators for measurements in liquids

• Applicants: Professor Dr. Oliver Ambacher; Professor Dr. Leonhard Michael Reindl
• Subject Area: Microsystems ; Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering ; Mechanical Properties of Metallic Materials and their Microstructural Origins
• Term: from 2013 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 233800878

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

Im vorliegenden Projekt wurden piezoelektrische, elektro-akustische Sensoren entwickelt bei denen die Schwächen der etablierten Entwürfe durch ein neues Design eliminiert. Um die neuartigen Sensoren analytisch zu beschreiben wurde eine Modellierung entwickelt, deren Genauigkeit den Stand der Technik deutlich übertrifft und damit auch die Modellierung bei hohen Ausbreitungsgeschwindigkeiten ermöglicht. Anhand von hergestellten piezoelektrisch aktiven Bauelementen (Resonatoren und Verzögerungsleitungen) konnte der Funktionsnachweis des neuartigen Bauelement-Designs gezeigt werden. Insbesondere wurden folgende Theman bearbeitet: • Modellierung von akustischen Sensoren; • Entwicklung einer AlN Sputtertechnologie “stress-management”; • Analyse der strukturellen und piezoelektrischen AlN Materialeigenschaften; • Experimenteller Funktionsnachweis des neuartigen Sensordesigns. Die durchgeführten Untersuchungen bilden eine solide Grundlage für weitere anwendungsorientierte Arbeiten im Bereich akustischer Mikrosensoren. Zusätzlich dienen die grundlegenden Analysen sowie die Material- und Technologieentwicklung als Basis für piezoelektrische Resonatoren für zukünftige Arbeiten im Bereich Hochfrequenzfilter.

Publications

• “Entwurf und Modellierung eines mikroakustischen Sensors zur Analytik in Flüssigkeit“ (2015)
  Philip Katus
  (See online at https://dx.doi.org/10.6094/UNIFR/10868)
• “Tunable multisegment SixNy/AlN piezo lenses for wavefront correction”, In Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS), 2015 Transducers-2015 18th International Conference on (pp. 2045-2048). IEEE
  V. Zuerbig, D. Pätz, J. Fries, M. Bichra, W. Pletschen, K. Holc, M. Reusch, C. E. Nebel, S. Sinzinger, O. Ambacher, V. Lebedev
  (See online at https://doi.org/10.1109/TRANSDUCERS.2015.7181358)
• „Aluminium nitride membranes with embedded buried IDT electrodes for novel flexural plate wave devices” In Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS), 2015 Transducers-2015 18th International Conference on (pp. 1291-1294). IEEE
  M. Reusch, P. Katus, K. Holc, W. Pletschen, L. Kirste, V. Zuerbig, D. Iankov, L. Reindl, O. Ambacher and V. Lebedev
  (See online at https://doi.org/10.1109/TRANSDUCERS.2015.7181167)
• „Aluminiumnitrid Membranen mit vergrabenen IDT für neuartige Membranbiegeschwinger“ MikroSystemTechnik 2015 (2015)
  M. Reusch, P. Katus, C. Schilling, K. Holc, W. Pletschen, L. Kirste, O. Ambacher, L. Reindl und V. Lebedev
  
• Analysis and optimization of sputter deposited AlN-layers for flexural plate wave devices, J. Vac. Sci. Technol. B 34, 052001 (2016)
  Markus Reusch, Katarzyna Holc, Wilfried Pletschen, Lutz Kirste, Agne Žukauskaitė, Taro Yoshikawa, Dimitre Iankov, Oliver Ambacher and Vadim Lebedev
  (See online at https://doi.org/10.1116/1.4959580)
• “Enhanced actuation of nanocrystalline diamond microelectromechanical disk resonators with AlN layers”, Applied Physics Letters, 108, 171903 (2016)
  T. Yoshikawa, M. Reusch, K. Holc, D. Iankov, V. Zuerbig, A. Zukauskaite, Ch. Nebel, O. Ambacher and V. Lebedev
  (See online at https://doi.org/10.1063/1.4948343)