Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme
PMUTs (piezoelectric micromachined ultrasonic transducer) sind Mikrosysteme mit piezoelektrischen Elementen die ihre Umgebung mittels akustischer Signale wahrnehmen. Diese sind kleiner und damit hochauflösender und besser integrierbar als herkömmliche Bulk-Wandler, die heute beispielsweise in der medizinischen Bildgebung genutzt werden. Dadurch können zukünftig medizintechnische, endoskopische in-vivo Anwendungen (im Körper) oder Ultraschallradarsysteme für die Mobilität der Zukunft und intelligente industrielle Maschinen entwickelt werden.
Die PMUTs werden durch eine elektrische Spannung ausgelenkt und bringen ein Gas oder eine Flüssigkeit in Schwingung. Dieses akustische Signal wird von einer zu untersuchenden Struktur reflektiert. Die Reflexion des akustischen Signals trifft wiederum auf den PMUT. Die Mikromechanik auf dem PMUT wird in Schwingungen versetzt und die piezoelektrische Schicht erzeugt ein Sensorsignal. Aus dem Laufzeitunterschied von Anregung des PMUT und Messung des reflektierten Signals wird die Entfernung zu einem Objekt ermittelt.
Das Signal der Ultraschallwandler ist im Gegensatz zu Bulk-Wandlern direktional und kann fokussiert werden. Die Anordnung in Arrays ist fast in beliebiger Form möglich, wodurch die PMUTs flexibel auf kundenspezifische Anfragen angepasst werden können. Die Arbeitsfrequenzen liegen typischerweise zwischen 100 kHz und 10 MHz. In Flüssigkeiten sind Anregespannungen im Niedervoltbereich zur Anregung und konventionelle Verstärker zur Auswertung des Sensorsignals ausreichend. Weiterer Vorteil der mikrotechnologischen Produktion ist der kleine Bauraum. Durch den Einsatz von AlN als Wandlermaterial verzichtet das Fraunhofer ENAS auf bleihaltige Wandlermaterialien.
