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Fraunhofer entwickelt ökonomischen Prozess für das Mikroenergieernten

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Die Tendenz in Richtung in Richtung den autarken Prüfspitzen der Energie und zu den immer kleineren beweglichen Elektroniksystemen setzt unvermindertes fort

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Sie werden, z.B. benutzt, um den Status der Maschinen auf Flugzeugen oder für medizinische Implantate zu überwachen. Sie erfassen die Energie, die sie für dieses von ihrer sofortigen Umwelt - von den Erschütterungen benötigen, zum Beispiel. Fraunhofer Forscher haben einen Prozess für die ökonomische Produktion der piezoelektrischen Materialien entwickelt. Sie stellen ein einleitendes Demonstrationsmodell an diesem Jahr vor? s electronica Messe vom 11. bis 14. November in München (Hall A4, Stand 113).

Wenn es wenig Raum gibt oder ein Austausch schwierig ist, dann ist Spg.Versorgungsteil für Sensoren über Batterie oder Kabel häufig zu circuitous. Die beste Annäherung ist, den integrierten Energieeinlaß und in hohem Grade langlebiges Gut zu haben. Eine Lösung wird von Energy Harvesting angeboten? örtliche Energieerzeugung zum Beispiel durch Solarzellen-, thermoelektrische oder piezoelektrischematerialien.

Piezoelektrische Materialien können mechanische Erschütterungen in elektrische Energie umwandeln, weil der Effekt der mechanischen Kraft eine Gebührentrennung ergibt. Sie können in den Plätzen angewendet werden, in denen ein definierter aber nicht notwendigerweise konstanter Zustand der Erschütterung existiert? auf industrieller Ausrüstung z.B. oder Flugzeugmaschinen, in den Automaschinen oder sogar auf dem menschlichen Körper, in dem Blutdruck, die Atmung oder der Herzschlag ständig Momentum verursachen. Bis jetzt ist das piezoelektrische Material der Wahl hauptsächlich leadzirconium- Titanzusammensetzungen (PZT) gewesen. Aluminiumnitrid (AlN) ist eine andere Wahl. Verglichen mit PZT, besitzt es vorteilhaftere mechanische Eigenschaften, ist bleifrei, beständiger und biocompatible. Außerdem ist es praktisch kein Problem, zum der AlN Schichten in herkömmliche Herstellungsverfahren für Mikroelektronik zu integrieren.

Neuer Prozess für die Herstellung der piezo Schichten

Hier? s das Dilemma: Um piezoelektrische Materialien in in zunehmendem Maße kleinere elektrische Systeme zu integrieren, müssen sie so klein ebenfalls sein wie möglich - einerseits. Einerseits benötigen sie ein bestimmtes Volumen, um genügende Energie zu produzieren. Bis jetzt ist es unmöglich gewesen, die gerichteten Schichten in gewissem Sinne zu produzieren, das ökonomisch genug unter Verwendung der vorhandenen Methoden bis jetzt durchführbar ist. Absetzungrate, Homogenität und Schichtsbereiche sind zu klein. Aber jetzt, haben Wissenschaftler am Fraunhofer Institut für organische Elektronik, Elektronenstrahl und Plasma-Technologie FEP einen Prozess entwickelt, durch den sie in hohem Grade homogene Schichten auf Durchmessern von bis 200 Millimeter mit gleichzeitig hoher Absetzungrate ausfällen können. So ist der Prozess im Wesentlichen produktiver und rentabel als vorhergehende Prozesse.

Die Forscher legten die Schichten durch das reagierende Magnetronspritzen der Aluminiumziele in einer Argonstickstoff Atmosphäre auf eine Silikonoblate nieder. Mit diesem körperlichen Verfahren werden Atome von den Festkörpern in die Gasphase durch die Bombardierung der Ziele mit in hohem Grade energischen Edelgasionen entladen. Sie legen dann auf der Oblate als Schicht nieder. Zu diesem Zweck verwenden die FEP Wissenschaftler das DRM 400, ein Magnetron des doppelten Ringes spritzen die Quelle, die in-house entwickelt wird, die aus zwei ring-shaped Zielen besteht. Da die Entladungen beider Ziele überschneiden, ist es möglich, die AlN Schichten auf eine große Schichtsoberfläche mit einem Piezokoeffizienten d33 von bis 7 pC/N. homogen niederzulegen. Das höhere diese Abbildung, reagiert das heftiger Material. Die typischen Werte, die in der vorhandenen Forschungsliteratur für den Piezokoeffizienten d33 von AlN beschrieben werden, erstreckt sich zwischen 5 bis 7 pC/N. gleichzeitig, der mechanische Druck der Schichten können zum relevanten Anwendungsbereich flexibel geändert werden. Diese wirken zum Beispiel die Adhäsionsstärke der Schicht aus, der elektromechanischen Koppelung und der Werte der produzierten Energie.

Aufladenenergie erbringt sogar weiteres

Arbeitend gemeinsam mit der technischen Universität von Dresden und von Oulu Universität in Finnland, führten die FEP Forscher Tests auf der Energie durch, die mit AlN Schichten auf den Silikonstreifen erntet, die das 6x1cm ² messen. Für Demonstrationen waren sie in der Lage, erzeugte Energien von mehrereen hundert zu erreichen? W. Nach Ansicht des Projektleiters Stephan Barth, kann diese Abbildung nicht auf eine praktische Anwendung an einem 1:1verhältnis zugegebenermaßen gebracht werden, da die erzeugte Energie von den mehrfachen Faktoren abhängt: ? Einerseits der Entwurf? das heißt alle haben Schichtstärken-, Signalumformergeometrie-, Volumen-, Raum- und Substratmaterialien eine Auswirkung; einerseits gibt es einen Effekt vom Schwingungsverhalten, wie Frequenz, Umfang, oder umgebendes Mittel und man sollten im Verstand die Notwendigkeit der Anpassung an die Sensor-Elektronik auch halten. „Nichtsdestoweniger, sind die AlN Schichten eine durchführbare Alternative für Betriebsniederleistungs-Sensoren, da sie in den industriellen Anwendungen oder mit Herzschrittmachern verwendet werden.

Um den Energienertrag sogar höher anzuheben, verwenden Wissenschaftler zusätzlich die Schichten, die vom Aluminium-scandiumnitrid gebildet werden, das sie durch das reagierende Co-Spritzen niederlegen. Verglichen mit reinem AlN, weisen diese im Wesentlichen höhere Piezokoeffizienten mit ähnlicher Schichtsrate auf. Dies heißt, dass drei bis viermal mehr Energie durch dieses produziert wird. Ein anderer zukünftiger Fokus der Forscher? Arbeit wird auf Optimierung des Signalumformerentwurfs für Energieerzeugung gesetzt. Das Ziel würde, den gesamten Aufbau zu verkleinern sein, die Kapazitäten fördern zu erhöhen sogar, und Resonanzfrequenz der jeweiligen Anwendung besser anzupassen.