Interdigital gesteuerte piezoelektrische Mikromembranantriebe und deren Skalierung

Abstract:
In diesem Artikel wird ein piezoelektrischer Mikromembranaktor mit interdigitalen (IDT) Oberflächenelektroden vorgestellt. Über diese Oberflächenelektroden erfolgt sowohl die Polarisation als auch die spätere Ansteuerung des Aktors. Das so generierte inhomogene elektrische Feld sorgt für eine ebenfalls inhomogene Verteilung der mechanischen Spannungen und Dehnungen im piezoelektrischen Material. Um dies auszugleichen muss sich die piezoelektrische Membran verformen. Die Form und Richtung dieser Verformung lässt sich mit Hilfe des Elektrodendesigns und der äusseren Einspannung beeinflussen. So verformte sich ein Membranaktor mit einem Durchmesser von 7 mm, sternförmiger Anordnung der interdigitalen Oberflächenelektroden, kurz Sternaktor, und einer Einspannung am äußeren Radius der aktiven Fläche konvex in Richtung der aktiven Fläche. Im Zentrum der Membran betrug die Auslenkung ca. 4 nm/V. Im Vergleich zu anderen piezoelektrischen Membranaktoren ist dies neu. Sowohl die klassischen als auch mit doppeltkonzentrischen interdigitalen Elektroden angesteuerte piezoelektrische Membranaktoren, zeigen bei Ansteuerung in Polungsrichtung eine konkave Verwölbung, weg von der aktiven Fläche. Die Sternaktoren wurden weiterhin miniaturisiert, indem die Membrandicke auf 0,1 mm und anschließend der Aktordurchmesser von 7 mm bis auf 2,8 mm reduziert wurde.