AlScN-Dünnschichten auf Metallsubstraten für Energy Harvesting Anwendungen

Abstract:
Im vorliegenden Paper wurden auf einen Frequenzbereich von 25 Hz bis 55 Hz abgestimmte Energy Harvester entwickelt. Durch Simulationen wurden in einem ersten Schritt die Substratgeometrie und das Elektrodenlayout so festgelegt, dass eine signifikante Erhöhung der generierten Energie gegenüber einem einfachen Balkenschwinger ermöglicht werden sollte. Darauf aufbauend wurden geeignete Substrate aus 0,3 mm dickem Stahl gefertigt und piezoelektrische AlScN-Dünnschichten mittels reaktivem Puls-Magnetron-Sputtern von Metalltargets in einem Ar-N2-Gasgemisch abgeschieden. Die Resonanzfrequenzen der fabrizierten Harvester wurden in einem angepassten Shakeraufbau untersucht. Für die Charakterisierung wurde eine konstante Beschleunigung von 0,5 g angelegt und die generierten Spannungen in Abhängigkeit der Frequenz und des Lastwiderstands bestimmt. Die Harvester zeigten Spannungen von bis zu ±50 V und Leistungen Pmax zwischen 0,9...1,1 mW in Resonanz.