Integration piezoelektrisch aktiver Schichten auf Silizium für die Mikrosystemtechnik

Thema dieser Arbeit ist die Integration eines piezoelektrischen Antriebs in die Silizium-Mikromechanik. Der piezoelektrische Effekt ist eine direkte Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie durch Formveränderung eines Körpers. Er eignet sich durch seine hohe Energiedichte, die großen erzielbaren Kräfte und die hohen erreichbaren Frequenzen sehr gut für den Einsatz in elektromechanischen Mikrosystemen auf Siliziumbasis. Um eine optimale Kraftwirkung und Energieübertragung zu erreichen, müssen piezokeramische Schichten als Antriebe für Siliziummembranen eine bestimmte Schichtdicke aufweisen. Deshalb wurde in dieser Arbeit eine Dickschichttechnologie entwickelt, die diese Schichtdicken erzeugen kann und sich in den Prozess der Herstellung von Mikrosystemen aus Silizium einfügt. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Kompatibilität der Technologie zu den bestehenden Verfahren. Der gesamte Prozess wird mit Hilfe der Lithographie strukturiert. Dabei sind nur vier Strukturierungsebenen nötig. Da der Aktor aus zwei Elektroden und einer piezoelektrischen Schicht auf einer Membran besteht, ist er einfach in komplexere Systeme zu integrieren und sehr robust. Dies macht ihn besonders für Systeme mit geringeren Stückzahlen interessant, da der Entwurfsaufwand gering gehalten werden kann. Die resultierenden Schichten werden hinsichtlich ihrer mechanischen und elektrischen Eigenschaften charakterisiert, um schließlich einen Demonstrator zu entwickeln, der mit Hilfe der piezoelektrischen Schicht bereits geringste mechanische Spannungen messen kann.