Halbleiterbasierte Technologien, Smart and Healthy Living

Neu entdeckte Materialeigenschaft von AlScN

17.2.2020

Erstmalig konnte Ferroelektrizität in einem III-V-Halbleiter- basierten Material nachgewiesen werden.

© Julia Siekmann / CAU
Prof. Bernhard Wagner und Simon Fichtner vom Fraunhofer ISIT bei der Vermessung der Halbleiterproben.

Piezoelektrische Materialien erzeugen elektrische Spannungen, wenn sie verformt werden und umgekehrt ändern sie ihre Form, wenn man an sie eine elektrische Spannung anlegt. Sie werden genutzt, um Bewegungen in elektrische Signale oder elektrische Signale in Bewegung umzuwandeln. Eingesetzt werden sie unter anderem in MEMS-Lautsprechern, MEMS-Mikrofonen oder MEMS-Druckköpfen. Im Rahmen seiner Untersuchungen an piezoelektrischem Aluminium-Scandium-Nitrid (AlScN) stellte Simon Fichtner fest, dass die räumliche elektrische Ausrichtung der Kristalle des IIIV- Verbindungshalbleiters sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung schalten lässt. Das Material ist damit wider Erwarten ferroelektrisch. Indem verschiedene Schichten von AlScN ohne zusätzliche Ansteuerungen und Zwischenisolierungen übereinandergelegt werden, können zum Beispiel Mikroantriebe erzeugt werden. Diese speziellen Mikroantriebe sind deutlich leistungsfähiger als herkömmliche Piezoelektrika.

In einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF mit 2,3 Mio. € geförderten Projekt untersuchen Kieler Forscherinnen und Forscher nun gemeinsam mit dem Fraunhofer ISIT und dem Fraunhofer IAF, inwieweit diese vielversprechende Entdeckung technisch nutzbar gemacht werden kann. Das auf vier Jahre angesetzte Projekt konzentriert sich auf zwei Typen von Bauelementen: einen Chiplautsprecher und einen speziellen Leistungstransistor. Um den Transfer der wissenschaftlichen Ergebnisse in zukünftige Anwendungen zu beschleunigen, sind außerdem Wirtschaftsakteure beteiligt.