Magnetoelektrische Sensoren für die Frequenzumsetzung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Martina Gerken; Professor Dr.-Ing. Reinhard Knöchel; Professor Dr.-Ing. Eckhard Quandt
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269935196

Dieses Projekt befasst sich mit der Erforschung und Entwicklung von resonanten magnetoelektrischen (ME) Sensoren für Anwendungen in der Magnetoenzephalographie (MEG) und Magnetokardiographie (MKG). Unter der Verwendung dieser Sensoren und eines Frequenz-Umsetzungsverfahrens wird es als besonders aussichtsreich angesehen, bei niedrigen Frequenzen aufgrund der Resonanzverstärkung und der Reduktion des Stromrauschens eine für bioma-gnetische Messungen ausreichende Detektionsgrenze zu erreichen. Hier sollen ME Sensoren mit Methoden der Mikro- bzw. Nanosystemtechnik auf der Basis von multiskaligen Modellierungser-gebnissen einschließlich der Ausleseelektronik zu Front-Ends für die Detektion schwacher bioma-gnetischer Signale unter Minimierung der Rauschpegel entwickelt werden. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit von Modellierung (Gerken), Herstellung (Quandt) und analoger Signalverarbeitung (Knöchel) der ME Sensoren bearbeitet werden. Als erstes Teilziel sollen mit Volumenmikromechanik Stimmgabelsensoren hergestellt und Ausleseelektroniken geschaffen werden, die im Frequenzumsetzungsbetrieb bei minimalem Rauschen eine optimale Unterdrückung der Störsignale und eine maximale Extraktion des Nutzsignals erlauben. Begleitet werden diese Arbeiten durch eine theoretische Analyse der Rauscheigenschaften. Als zweites Teilziel sollen Maßnahmen zur Effekterhöhung von resonanten ME Biegebalkensensoren, speziell von Stimmgabelsensoren, un-tersucht werden. Spezielle Aspekte betreffen dabei die Modifikation des Designs der Biegebalken (z.B. durch Integration von mechanischen Spannungskonzentratoren), die Integration von magnetischen Flusskonzentratoren, die Erhöhung der Resonanz-Güte (z.B. durch Vakuumverkapselung oder durch die Verwendung von Quarz als Substratmaterial) sowie den Einsatz von Regenerativsystemen. Das dritte Teilziel hat die Erforschung von elektrisch modulierten ME Sensoren zum Thema. Herstellung, Modellierung und Ansteuerung von mittels Volumenmikromechanik erzeugten Quarz- anstelle von Si-Biegebalken sollen eine zusätzliche elektrische Modulation der ME Senso-ren ermöglichen. Dabei wird darauf abgezielt, den piezoelektrischen Koeffizienten mittels einer elektrischen Hilfsspannung periodisch zu modulieren, worüber das über Magnetostriktion erzeugte Messsignal wiederum Mischprodukte generiert, die bei der mechanischen Resonanz liegen und die Schwingung anfachen. In diesem Projekt werden ggf. die in den Projekten P1 und P2 erforschten ME Komposite eingesetzt werden. Die ME Sensoren stehen dann als Einzelsensoren oder zur Systemintegration den Projekten P7 - P10 für deren entsprechenden Ziele zur Verfügung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen