DAGA 2023

Das Fraunhofer ISIT präsentiert auf der DAGA 2023 Technologien zu folgenden Schwerpunktthemen:

MEMS Lautsprecher

Das Fraunhofer ISIT entwickelt hochminiaturisierte mikroelektromechanische (MEMS) Lautsprechertechnologien für In-Ear-Anwendungen, wie z.B. True-Wireless-Stereo (TWS) Kopfhörer, Hearables und Hörgeräte. Das Konzept basiert auf piezoelektrisch angetriebenen Biegeschwingern, die mit Hilfe der Halbleitertechnologie hergestellt werden und somit eine hohe Miniaturisierung sowie eine kosteneffiziente Produktion in hohen Stückzahlen bieten. Die MEMS-Lautsprecher zeichnen sich durch außerordentlich hohe flächennormierte Schalldruckpegel (SPLs) von über 95 dB/mm² über den gesamten Wiedergabebereich aus. Durch Designvariation und die Integration mehrerer Lautsprecher auf einem Chip sind die SPLs nahezu beliebig skalierbar. Neben dem unübertroffenen Miniaturisierungspotenzial bieten unsere MEMS-Lautsprecher eine hohe Wiedergabetreue, eine hohe Bandbreite und einen geringen Energieverbrauch. Die laufende Forschung konzentriert sich auf weitere Miniaturisierung, Designverbesserungen und die Integration neuer Materialien, wie Aluminiumscandiumnitrid, um die Energieeffizienz, Schalldruckpegel, Dämpfung und Linearität weiter zu verbessern und einen vollständig CMOS-kompatiblen Prozess zu ermöglichen.

MEMS Ultraschallwandler

Das Fraunhofer ISIT entwickelt hochminiaturisierte piezoelektrische mikromechanische Ultraschallwandler (PMUTs), die sich für eine Vielzahl von technischen Anwendungen, wie z.B. Abstandsmessungen, Gestenerkennung, haptisches Feedback oder medizinische Bildgebung, eignen. Je nach Zielfrequenz und Anwendung basiert das Konzept auf Aktuatoren oder Membranen aus den piezoelektrischen Hochleistungsmaterialien AlN, AlScN und PZT, die sehr hohe Schalldruckpegel sowie Empfindlichkeiten ermöglichen. Auf diese Weise lassen sich effiziente Ultraschallwandler mit Mittenfrequenzen von wenigen kHz bis zu mehreren hundert MHz realisieren. Die Herstellung mit Hilfe der Halbleitertechnologie ermöglicht dabei sowohl eine hohe Miniaturisierung als auch eine kosteneffiziente Produktion in hohen Stückzahlen.

MEMS SAW-Sensoren

Basierend auf der Modulation von akustischen Oberflächenwellen (SAW) entwickelt das Fraunhofer ISIT eine Sensorplattform für die Messung unterschiedlicher physikalischer Phänomene und Größen. Das Grundprinzip besteht in der Verwendung je einer Elektrode zum Senden und Empfangen sowie einer zwischengelagerten funktionalen Schicht für die Modulation der akustischen Oberflächenwelle. Je nach Beschichtung lassen sich so neben der Massenabsorption auch elastische, viskoelastische, magnetische oder elektrische Effekte ausnutzen. Dies ermöglicht eine breite Palette von Anwendungen, wie z.B. Druck-, Feuchtigkeits-, elektrische Feld-, Vibrations-, Gas-, Bio- oder Magnetfeld- bzw. Stromsensoren. Die Sensorplattform wird anhand eines Hochleistungsstromsensors mit einer magnetostriktiven Beschichtung demonstriert, der einen Dynamikbereich von bis zu acht Größenordnungen und eine Bandbreite im MHz-Bereich besitzt. Dieser Sensor soll die sehr schnellen Schaltvorgänge (~kA/ns) moderner Schaltnetzteile präzise messen und so eine hocheffiziente Leistungswandlung ermöglichen.