AlScN-Dünnschichten auf Metallsubstraten für Energy Harvesting Anwendungen

Im vorliegenden Paper wurden auf einen Frequenzbereich von 25 Hz bis 55 Hz abgestimmte Energy Harvester entwi-ckelt. Durch Simulationen wurden in einem ersten Schritt die Substratgeometrie und das Elektrodenlayout so festgelegt, dass eine signifikante Erhöhung der generierten Energie gegenüber einem einfachen Balkenschwinger ermöglicht wer-den sollte. Darauf aufbauend wurden geeignete Substrate aus 0,3 mm dickem Stahl gefertigt und piezoelektrische AlScN-Dünnschichten mittels reaktivem Puls-Magnetron-Sputtern von Metalltargets in einem Ar-N2-Gasgemisch abge-schieden. Die Resonanzfrequenzen der fabrizierten Harvester wurden in einem angepassten Shakeraufbau untersucht. Für die Charakterisierung wurde eine konstante Beschleunigung von 0,5 g angelegt und die generierten Spannungen in Abhängigkeit der Frequenz und des Lastwiderstands bestimmt. Die Harvester zeigten Spannungen von bis zu ±50 V und Leistungen Pmax zwischen 0,9...1,1 mW in Resonanz.