In den meisten unserer Lebensbereiche spielt der zuverlässige, vollautomatisierte Betrieb miniaturisierter Systeme eine große Rolle und auch in Zukunft wird die Vernetzung komplexer Bauelemente immer weiter an Gewicht gewinnen. Leider stellt die Energieversorgung dieser dezentralen Systeme oft ein Problem da, denn ein Großteil wird über Leitungen und Batterien gespeist. Vor allem bei ortsunabhängigen Netzwerken kommt das mehr als ungelegen. Die Forschung und Entwicklung von alternativen Lösungen ist also zwingend notwendig.
Energie aus der Umgebung
Hier kommt das sogenannte Energie-Harvesting ins Spiel: Energie-Harvester können kleine Energiemengen aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Lichteinstrahlung oder Schwingungen gewinnen, um anschließend autarke Chipsysteme damit zu versorgen. Vibrationsbasierte Harvester sind in der Lage, vorhandene Bewegungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Besonders geeignet für diese Art von Harvestern sind piezoelektrische Materialen.
Forschung am Material
Die Sächsische Aufbaubank unterstützt nun das Forschungsprojekt Consiva am Center Nanoelectronis Technologies des Fraunhofer IPMS in Dresden. Hierbei werden der Piezokoeffizient und das Anwendungspotenzial von Hafnium-Dünnschichten evaluiert. Da dieses Material ferroelektrische und somit piezoelektronische Eigenschaften hat, ist es in der Mikroelektronik qualifiziert und kommt aufgrund seiner hohen Dielektrizitätskostante bereits in modernen Feldeffekttransistoren zur Anwendung.
Anwendungsszenarien für Harvester
Und nicht nur Materialentwicklung und elektromechanische Charakterisierung an aktiven Teststrukturen sind Teil des Projekts. Es soll zudem mithilfe von Simulationen ein Konzept für ein auf Hafniumdioxid angepasstes Harvester-Layout am CNT entwickelt werden. Anhand dieser Entwürfe wollen die Forscher konkrete, neue Anwendungsszenarien für das Mikro-Energie-Harvesting abbilden.
Verwendung finden energieautarke Mikrosysteme vor allem in der Medizintechnik sowie in der drahtlosen Sensorik. Auch können die Erkenntnisse auf weitere Anwendungsfelder des IoT übertragen werden.
