Mikromechanische Ultraschallwandler (CMUT)

Kapazitive mikromechanische Ultraschallwandler (CMUT)

© Fraunhofer IPMS

Ultraschallsensoren 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) 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 wird bei der Herstellung auf toxische Stoffe (u.a.  Blei) verzichtet, die kapazitiven Wandler des Fraunhofer IPMS sind daher RoHS konform

Das CMOS-kompatible Herstellungsverfahren ermöglicht aufgrund des hohen Integrationspotentials mit elektrischer Steuer- und Auswerteelektronik in CMOS-Technologie eine neue Evolutionsstufe in der Sensorminiaturisierung. Zudem sorgt die natürliche akustische Anpassung an flüssige und gasförmige Medien für eine effizientere Schalleinkopplung. Die extrem niedrige mechanische Kopplung zwischen individuellen Sensorkanälen gepaart mit der erhöhten akustischen Bandbreite, macht eine größere zeitliche und räumliche Auflösung zugänglich. Die RoHS-Konformität gewährleistet eine langfristige Einsatzfähigkeit.