ZEPPELIN

Beim piezoelektrischen Effekt führt mechanische Spannung zu einem elektrischen Feld, oder umgekehrt ein elektrisches Feld zu einer mechanischen Dehnung. Diese Wandler-Eigenschaft ist von enormer Bedeutung in den Ingenieurwissenschaften. Anwendungen finden sich in Aktoren, Motoren, Oszillatoren aber auch in Sensoren und Energie-Harvesting. Eine Anwendung für die breite Öffentlichkeit sind Frequenzfilter in der Mobilkommunikation, die auf Dünnschicht-Piezoelektrika beruhen. Die bekanntesten piezoelektrischen Materialien sind Blei-Zirkon-Titanat (PZT) für Aktoren sowie Aluminium-Nitrid (AlN) für Dünnschicht-Schallwellenresonatoren. Aufgrund von Umweltstandards wird seit Jahren an bleifreien Materialien gearbeitet. Gleichzeitig sind dabei die Anforderungen an den Piezokoeffizienten gestiegen, insbesondere in der mikroelektronischen Anwendung als Frequenzfilter. Die ferroelektrischen Eigenschaften von Zirkon- und Hafniumoxid wurden vor etwa 10 Jahren entdeckt. Die piezoelektrischen Eigenschaften sind dabei so groß, dass Hoffnung besteht, dieses Material für bleifreie Frequenzfilter einzusetzen. Die pyroelektrischen Eigenschaften sind ein weiteres Thema.

Jedoch haben Schichten dicker als wenige 100nm die Neigung, die erforderlichen ferroelektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften zu verlieren. Hier setzt das Projekt an. Die Lösung des Problems bedarf eines grundlegenden Verständnisses der Dünnschicht-Materialeigenschaften. Diese werden mit Hilfe von experimentellen Daten sowie Simulationen basierend auf Dichtefunktionaltheorie gewonnen. Verantwortlich für die Simulationen ist die Hochschule München. Eine Möglichkeit die gewünschten Eigenschaften zu erzielen ist eine gezielte Dotierung, wo die Wahl des Dotierstoffes mit Hilfe der Simulationen geschieht.