TU Chemnitz erhält Platz auf der Weltkarte für mikromechanische Ultraschallwandler
Entwicklung einer hoch performanten Mikrotechnologieplattform sichert Forscherinnen und Forschern des Zentrums für Mikro- und Nanotechnologien im renommierten „Nature“-Journal einen Platz als ein globaler Hotspot für miniaturisierte, piezoelektrische Ultraschallwandler
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Dr. Chris Stöckel bei der Inspektion eines Silizium-Wafers mit mikromechanischen Ultraschallwandlern unter dem Mikroskop im Reinraum des Zentrums für Mikro- und Nanotechnologien der TU Chemnitz. Foto: Jacob Müller -
Mikroskopische Aufnahme eines Chips mit mehr als 4000 mikromechanischen Ultraschallwandlern, angeordnet in einem Ring-Array zur Fokussierung der Schallkeule. Quelle: ZfM
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Zentrums für Mikro- und Nanotechnologien (ZfM) der Technischen Universität Chemnitz haben in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS eine versatile und hoch performante Technologieplattform für die Herstellung von piezoelektrischen mikromechanischen Ultraschallwandlern (piezoelectric micromachined ultrasonic transducer, kurz: PMUT) entwickelt. Die Wandler eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen, wie die nicht-invasive Bildgebung durch Ultraschall, die Optoakustik für die Gewebeanalyse in der Medizintechnik oder die Materialanalyse im Leichtbau.
Die Forscherinnen und Forscher der TU Chemnitz setzten zur Herstellung der Wandler auf Mikro- und Nanotechnologien. In dem von ihnen angewandten Verfahren werden einzelne Schallwandler aus bis zu einem Mikrometer dünnen Siliziummikromembranen mit piezoelektrischen Dünnschichten aus Aluminiumnitrid und Aluminiumscandiumnitrid strukturiert. Die Technologie ermöglicht eine nachhaltige, richtlinienkonforme und ressourceneffiziente Produktion von hoch performanten Ultraschallwandlern. Mittels fotolithografischer Verfahren lassen sich so tausende der winzigen Bauelemente nahezu beliebig auf einem Chip anordnen, was zu einer hohen Variabilität für eine Vielzahl von Anwendungen führt. Darüber hinaus haben die Forscherinnen und Forscher der TU Chemnitz im Jahr 2024 ein Patent zur adaptiven Fertigung von PMUT offengelegt, dass eine kostengünstige und individuelle Anpassung für kleine und mittlere Unternehmen ermöglicht (DE 10 2023 111 777 A1).
Diese Entwicklungserfolge haben den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des ZfM und des Fraunhofer ENAS in einem aktuellen Review für PMUTs im renommierten „Nature“-Journal einen Platz auf der Weltkarte der sogenannten „PMUT Global Hotspots" gesichert (https://www.nature.com/articles/s41378-023-00555-7), was ihre exzellente Forschungsarbeit auf dem Gebiet der Mikro- und Nanotechnologien unterstreicht.
Die Entwicklung der PMUT-Technologieplattformen ist ein Baustein der Piezoelektrischen Mikro-Elektro-Mechanischen-Systeme, die Dr. Chris Stöckel als Forschungsfeldleiter des ZfM erforscht. Ihnen widmet er sich auch in seiner Habilitation, die er am 4. Februar 2025 erfolgreich verteidigte (https://www.zfm.tu-chemnitz.de/news/?view=25). Mit dieser Lehrbefähigung finden die neuen und innovativen Mikrosysteme Einzug in den Lehr- und Forschungsalltag von Studierenden und Promovierenden und unterstützen die erstklassige Qualifizierung von Fachkräften für die Technologien der nächsten Generation.
(Autor: Dr. Chris Stöckel)
Mario Steinebach
04.03.2025
