Konzept und Modellierung eines piezoelektrischen 3D-Tastelementes auf Basis von Aluminiumnitrid-Dünnschichten

Abstract:
In diesem Beitrag wird eine neuartige, dreidimensionale Membranstruktur bestehend aus einer Aluminiumnitrid (AlN) Dünnschicht vorgestellt. Durch Einsatz einer piezoelektrisch aktiven AlN-Schicht und der Integration von Elektrodenstrukturen kann die Membranstruktur zu einem Sensor funktionalisiert werden. Dieser Sensor kann durch seine dreidimensionale Struktur zur Detektion von Lasten normal und parallel zur Chipoberfläche genutzt werden. Zur grundlegenden Untersuchung des mechanischen Verhaltens bei Belastungen der Membranstruktur mit variabel orientierten und unterschiedlich starken Kräften kommt die finite Elemente Analyse (FEA) zum Einsatz. Die Auswertung der entstehenden mechanischen Spannungen für definierte Lastfälle und deren Verlauf stellt eine Eignung der Struktur für die Aufspaltung eines Kraftangriffes in seine Komponenten heraus. Neben den mechanischen Simulationen der Struktur werden Designansätze für Sensoren mit Pyramidenmembranen als Grundelemente erörtert.