Projekt: Photoakustik

Das Projekt „Optoakustische Sensorik“ verfolgt das Ziel, neuartige, hochintegrierte und miniaturisierte Ultraschalldetektoren für die photoakustische Bildgebung zu entwickeln und deren Praxistauglichkeit zu evaluieren. Im Fokus stehen dabei CMOS-kompatible kapazitive Ultraschallwandler (CMUTs).

CMUTs adressieren zentrale Anforderungen der modernen Medizintechnik: Miniaturisierung, hohe Sensitivität, Integration mit Elektronik und Kompatibilität mit kostengünstiger Serienfertigung.

Anwendungsfeld & Motivation

In der modernen medizinischen Diagnostik gewinnt die photoakustische Bildgebung zunehmend an Bedeutung. Sie kombiniert optische Anregung mit akustischer Detektion und ermöglicht so funktionale Bilder, z. B. zur Darstellung von Stoffwechselprozessen oder entzündlichen Gewebeveränderungen. Um diese Technik auch in tieferliegenden Körperregionen wie Prostata oder Darm anwenden zu können, sind miniaturisierte und integrierbare Detektoren notwendig.

Aktuelle piezoelektrische Ultraschalldetektoren sind jedoch nicht CMOS-kompatibel und lassen sich nur begrenzt miniaturisieren. Hier setzt das Fraunhofer IPMS mit der Entwicklung von CMUTs an, die per Mikrosystemtechnologie hergestellt werden und sich ideal für hochintegrierte, portable Sensorplattformen eignen.

Unsere Technologie: CMUTs made at Fraunhofer IPMS

CMUTs sind mikromechanische Bauelemente, die akustische Wellen über elektrostatische Kopplung in elektrische Signale umwandeln. Das Fraunhofer IPMS verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung und Fertigung dieser Technologie:

• > 8 Jahre Expertise in CMUT-Prozessentwicklung
• Herstellung in einem modernen 200-mm-CMOS-kompatiblen Reinraum
• Flexible Strukturgrößen im Mikro- und Nanometerbereich
• Skalierbare Multi-Channel-Arrays für hohe Auflösung
• Integrierbarkeit mit Elektronik und weiteren Komponenten

Im Projekt werden die CMUTs in einem Demonstratorsystem aufgebaut und hinsichtlich ihrer Empfangseigenschaften, Bandbreite und Signalstabilität charakterisiert. Ergänzend werden Messalgorithmen zur Signalverarbeitung und Bildrekonstruktion entwickelt.

Mehrwert & Perspektive

Durch die Verbindung langjähriger MEMS-Expertise mit moderner Systemintegration leistet das Fraunhofer IPMS im Projekt einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung der nächsten Generation photoakustischer Detektoren. Die am IPMS gefertigten CMUTs ermöglichen kompakte, hochkanalige und gleichzeitig hochempfindliche Empfangseinheiten, die sich ideal für den Einsatz in tragbaren oder katheterbasierten medizinischen Systemen eignen. Dank der CMOS-kompatiblen Herstellungsprozesse lassen sich diese Bauelemente direkt mit elektronischen Schaltkreisen integrieren – ein entscheidender Vorteil für die Realisierung kosteneffizienter und serienfähiger Gesamtsysteme. Die im Projekt entwickelten Technologien und Integrationskonzepte bilden darüber hinaus die Basis für künftige Industriekooperationen und sollen den Transfer in anwendungsnahe Produkte und klinische Systeme ermöglichen. Damit positioniert sich das Fraunhofer IPMS als zentraler Partner für innovative Lösungen in der Ultraschall- und photoakustischen Medizintechnik.