Piezoelektrische mikro-elektromechanische Systemkomponenten und Sensorsysteme in Langasit für Hochtemperaturanwendungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Holger Fritze; Professor Dr. Bertram Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5412778

Mikro-elektromechanische Systeme basieren überwiegend auf Silizium und sind folglich nur im Raumtemperaturbereich einsetzbar. Darüber hinaus ist für viele Anwendungen die Implementation von piezoelektrischen Systemkomponenten zur Realisierung aktorischer bzw. sensorischer Funktionen erforderlich. Konventionelle piezoelektrische Materialien wie Lithiumniobat und Quarz schränken die Einsatztemperatur auf 450°C ein. Langasit (La3Ga5Sio14) ein neues hochtemperaturtaugliches piezoelektrisches Material, ermöglicht dagegen völlig neue Funktionsprinzipien für mikro-elektromechanische Systeme. So könnten Hochtemperatur-Mikropumpen, Dosiersysteme und Sensorarrays hergestellt und beispielsweise im Bereich der Hochtemperaturgassensorik eingesetzt werden. Das Vorhaben hat daher zum Ziel, mikro-elektromechanische Systemkomponenten auf der Basis von Langasit für Einsatztemperaturen bis zu 900°C zu entwickeln. Die Funktion eines Arrays von Biegeschwingern soll am Ende des ersten Projektabschnittes demonstriert werden. Weiterhin ist die Realisierbarkeit von aktiven elektronischen Komponenten wie Vakuumdioden zu bewerten, so dass diese Elemente ggf. im zweiten Projektabschnitt implementiert werden können. An der TU-Clausthal ist innerhalb der AG Sensorik die Erarbeitung der erforderlichen materialwissenschaftlichen Grundlagen vorgesehen. Dabei stehen geeignete Dotierungen für Ätzstopps, die Untersuchung von Bondreaktionen und die Charakterisierung der Mikrostrukturen im Vordergrund. Am Lehrstuhl Mikrosystemtechnik der Universität Magdeburg sollen Entwurf und Realisierung der piezoelektrischen Strukturen erfolgen. Zur Untersuchung des Ätzverhaltens von Langasit sind beispielsweise Teststrukturen zu entwerfen und fluorhaltige Ätzmedien zu erproben. Weiterhin müssen Bond- und Wafertransferprozesse entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1157: Integrierte elektrokeramische Funktionsstrukturen