Piezoelektrische mikro-elektromechanische Systemkomponenten und Sensorsysteme in Langasit für Hochtemperaturanwendungen

Mikro-elektromechanische Systeme basieren überwiegend auf Silizium und sind folglich nur im Raumtemperaturbereich einsetzbar. Darüber hinaus ist für viele Anwendungen die Implementation von piezoelektrischemn Systemkomponenten zur Realisierung aktorischer bzw. sensorischer Funktionen erforderlich. Langasit (La3Ga5SiO14), ein hochtemperaturtaugliches piezoelektrisches Material, ermöglicht 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 zum Ziel, mikro-elektromechanische Systemkomponenten auf der Basis von Langasit für Einsatztemperaturen bis mindestens 900 °C zu entwickeln. Im ersten Projektabschnitt konnte die Funktionsweise mikromechanischer Strukturelemente bei hohen Temperaturen nachgewiesen werden. Weiterhin wurde gezeigt, dass Dotierungen den Ätzprozess von Langasit deutlich beschleunigen. Schwerpunkte im Verlängerungszeitraum liegen in der Optimierung und Erweiterung der bisher vorliegenden Biegeschwinger und Membranen sowie im Aufbau von Arrays der zuvor genannten Komponenten. Weiterhin sind Bondprozesse zu entwickeln, die insbesondere die Schaffung von Kavitäten erlauben sollen. An der TU Clausthal ist dabei die weitere Erarbeitung der materialwissenschaftlichen Grundlagen vorgesehen. Hier stehen tiefe Dotierungen zur Unterstützung von Ätzprozessen, die Schaffung der Voraussetzungen für Bondreaktionen und die Charakterisierung der Mikrostrukturen im Vordergrund. An der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg erfolgen Entwurf und Realisierung der piezoelektrischen Strukturen. Dazu müssen die Strukturierungstechniken mit Ätzverfahren sowie Bond- und Wafertransferprozesse entwickelt werden.