Skip to main content
main-content

24.03.2015 | Mikroelektronik | Im Fokus | Onlineartikel

Atomlagendünne Graphenschicht für ideale Resonatoren

Autor:
Andreas Burkert

Die zweidimensionale Kohlenstoffmodifikation Graphen tut der Signalverarbeitung gut. Denn dank einer hauchdünnen Graphenelektrode lässt sich die Signaltrennungsschärfe in Bandpassfiltern optimieren.

Das Bemerkenswerte an Graphen ist, dass es selbst dann erstaunlich leitfähig bleibt, wenn es aus nur einer Atomlage besteht. Die zweidimensionale Kohlenstoffmodifikation ist damit für viele Anwendungen in der Elektronik prädestiniert. Auch deshalb erproben Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF neue Einsatzbereiche. Unter anderem wollen sie Graphen als nahezu masselose Elektrode für piezoelektrische Resonatoren nutzen, wie sie in Bandpassfiltern von Smartphones eingesetzt werden.

Bandpassfilter, wie sie Martin Werner in „Entwurf digitaler IIR-Filter“ im Detail erklärt, gelten in der Mobilfunktechnik als unentbehrlich. Immerhin ist eine Signalverarbeitung für die gängigen Funkstandards wie GSM, UMTS, LTE, WiFi, Bluetooth ohne eine Frequenzfilterung nicht zu schaffen. Derzeit sind mikroakustische piezoelektrische Resonatoren die am Markt vorherrschende Technologie. Und weil in der Theorie für diese Resonatoren die besten Schwingungseigenschaften dann erreicht werden, wenn die zur Anregung der Schwingung verwendete Elektrode sehr leicht ist, rückt elektrisch leitfähiges Graphen als leichteste denkbare Elektrode in den Mittelpunkt.

Graphenelektroden für bessere Signaltrennungsschärfe

Gelingt das, wäre es ein großer Erfolg. Denn die heute üblicherweise eingesetzten Metallelektroden „dämpfen durch ihre Masse – ähnlich wie Filz auf einer Klaviersaite – die Schwingungen der Resonatoren und mindern die Signaltrennungsschärfe in Bandpassfiltern“, erklärt Dr. René Hoffmann, der am Fraunhofer IAF die Graphenforschung leitet. Er sieht das Material als Lösung: Während man nämlich die Metallelektroden nicht beliebig dünnen kann, um ihre Masse und damit die Dämpfung zu reduzieren, bleibt Graphen selbst als atomar dünne Elektrode immer noch elektrisch leitfähig.

Weitere Artikel zum Thema Bandpassfilter

Mit solch dünnen Graphenelektroden rücken die mechanischen Gütefaktoren der Resonatoren nahe an das theoretische Ideal. Schafft man es die Schwingungseigenschaften der piezoelektrischen Resonatoren zu verbessern und höhere Kopplungsfaktoren zu erzielen, steigen die Signaltrennungsschärfe und die Energieeffizienz der Filter. Die Herausforderung dabei ist es, die nahezu masselosen Graphenelektroden mit den gängigen Mobilfunk-Bauteilen aus piezoelektrischem Aluminiumnitrid zu verbinden.

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

Premium Partner

in-adhesivesMKVSNeuer Inhalt

BranchenIndex Online

Die B2B-Firmensuche für Industrie und Wirtschaft: Kostenfrei in Firmenprofilen nach Lieferanten, Herstellern, Dienstleistern und Händlern recherchieren.

Whitepaper

- ANZEIGE -

Künstliche Intelligenz und die Potenziale des maschinellen Lernens für die Industrie

Maschinelles Lernen ist die Schlüsseltechnologie für intelligente Systeme. Besonders erfolgreich ist in den letzten Jahren das Lernen tiefer Modelle aus großen Datenmengen – „Deep Learning“. Mit dem Internet der Dinge rollt die nächste, noch größere Datenwelle auf uns zu. Hier bietet die Künstliche Intelligenz besondere Chancen für die deutsche Industrie, wenn sie schnell genug in die Digitalisierung einsteigt.
Jetzt gratis downloaden!

Marktübersichten

Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen. 

Bildnachweise