Mikromechanische Ultraschallwandler

Ultraschallwandler können Ultraschallwellen sowohl senden als auch empfangen und sind damit Sensoren und Aktoren gleichermaßen. Sie sind für störungsarme Überwachung und Analyse statischer und dynamischer Prozesse in der industriellen Prüfung und der Automatisierungstechnik etabliert. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die medizinische Diagnostik in den Ultraschallsensoren genutzt werden.

Kapazitive mikromechanische Ultraschallwandler (CMUT)

Kapazitive mikromechanische Ultraschallwandler (CMUT) sind miniaturisierte Sensorstrukturen, deren elektrostatisches Wirkprinzip das Senden und die Detektion von Ultraschallwellen ermöglicht. Diese neue Generation von Ultraschallwandlern wird mit Verfahren der Halbleitertechnologie gefertigt und ermöglicht dadurch eine große Flexibilität im Sensordesign bei einer hohen Präzision und Reproduzierbarkeit im Fertigungsprozess für ein- und mehrkanalige Systeme.

Eigenschaften der CMUTs am Fraunhofer IPMS:

• eine breite Auswahl an Elementen mit unterschiedlichen Frequenzen (> 400 kHz)
• eine hohe akustische Bandbreite (> 100% in Immersion; > 20% in Luft)
• eine hohe räumliche Auflösung (Submillimeter-Skala)
• geringe akustische Verluste
• extreme Miniaturisierung (≤ 1 mm³). 

Darüber hinaus beinhalten der Herstellungsprozess und die CMUT-Elemente keine toxischen Stoffe (u.a.  Blei), die kapazitiven Wandler des Fraunhofer IPMS sind daher RoHS konform.

Laterale CMUTs

L-CMUTs sind eine Entwicklung der MUT am Fraunhofer IPMS die sich durch ihren Aufbau von klassischen elektrostatisch angetriebenen CMUTs unterscheiden. Statt einer Membran wird das Volumen des Chips zur Schallerzeugung mittels lateral (L) beweglicher Elemente genutzt. Daraus ergeben sich potentiell hohe spezifische Schalldrücke, eine hohe Bandbreite und deutlich geringere Frequenzen für hohe Reichweiten in Luft die mit MUT erreicht werden können.

Typische Eigenschaften von L-CMUTs:

• Frequenz: ab Hörschallbereich: 20 kHz bis 300 kHz
• Reichweite: Zentimeter bis weniger Meter
• Auflösung: Zentimeter bis Milimeter
• Medien: gasförmig