Ultraschallsensoren senden und detektieren hochfrequente, für den Menschen nicht hörbare Schallsignale, um beispielsweise das Innere von Objekten millimetergenau zu vermessen. Das physikalische Prinzip erlaubt den Einsatz von Ultraschall zuverlässig für unterschiedlichste Materialien unabhängig von Aggregatzustand, Form und Farbe unter fast allen Umständen und in praktisch jeder Umgebung. Es überrascht daher nicht, dass Ultraschallsensoren, sei es als Einparkhilfen in Automobilen, Füllstandmesser in der Getränkeindustrie oder „Kamera“ zur Untersuchung von Embryos im alltäglichen Leben bereits weit verbreitet sind. Es gibt allerdings Einsatzfälle, in denen die vorherrschenden, aus piezoelektrischen Materialien bestehenden Systeme das Potenzial des Messprinzips nicht ausschöpfen können. Die gängigen Piezoelemente können nämlich nicht ohne weiteres als Array, also als Linien- oder Flächenanordnung aus vielen Einzelquellen bei hohen Frequenzen kostengünstig hergestellt werden und zeigen prinzipbedingt eine geringe Empfindlichkeit beim Empfang von Ultraschall. Anders ist es bei kapazitiven, mit Methoden der Mikrosystemtechnik gefertigten Ultraschallwandlern, wie sie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IPMS im eigenen Reinraum entwickeln und herstellen. CMUTs können monolithisch als Array gefertigt werden und erlauben so zum Beispiel eine Richtungsteuerung beziehungsweise Formung der Ultraschallausbreitung und ein Abscannen einer Linie oder Fläche. „Wir arbeiten zunächst an größeren Arrays mit bis zu 256 Kanälen mit jeweils bis zu CMUTs“, beschreibt Jörg Amelung, MEMS Business Manager am Fraunhofer IPMS, den Stand der Forschung am Fraunhofer IPMS und erläutert: „Die am Institut entwickelten CMUT-Elemente liegen bei Abmessungen zwischen 10 und 100 Mikrometern mit Frequenzen zwischen einem und 50 Megahertz und zeigen aufgrund der Herstellungsprozesse eine sehr geringe Resonanzfrequenzvariation von kleiner 5 Prozent von der Mittenfrequenz, eine Grundvoraussetzung, um mit CMUTs-Arrays ein qualitativ hochwertiges Schallfeld zu erreichen. Solche Arraystrukturen sind ideal für bildgebene Ultraschallsysteme im medizinischen oder im Bereich der zerstörungsfreien Prüftechnik“. Neben der Erzeugung des Ultraschalls ermöglichen CMUT-Arrays auch eine Detektion von Signalen, indem sie durch Verschiebung einer beweglichen Elektrode elektrische in akustische Energie umwandeln. Hierbei zeichnen sich die Elemente durch eine hohe Frequenzbandbreite sowie gegenüber Piezosystemen höheren Empfindlichkeit aus, was die Steuerung beziehungsweise Detektion von Signalen vereinfacht. Weil bei der Herstellung Technologien der Mikroelektronik eingesetzt werden, bieten CMUTs zudem die Möglichkeit, auf Waferlevel mit CMOS-Schaltungen kombiniert zu werden.

Ein Beispiel für eine CMUT basierte Anwendung zeigt das Fraunhofer IPMS auf der Sensor+Test 2015. In diesem System wird eine Partikeldetektion in einer fluiden Umgebung demonstriert. Besucher finden die Ausstellung am Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft 537 in Halle 12.