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M. Kucera, E Wistrela, F. Hofbauer, A. Bittner, U. Schmid:
"Sensitivitätssteigerung von piezoelektrischen, resonant angetriebenen Mikrosensoren durch digitale Q-Faktorverstärkung";
Vortrag: Mikrosystemtechnik Kongress 2013, Aachen, D; 14.10.2013 - 16.10.2013; in: "Proceedings MikroSystemTechnik Kongress 2013", VDE VERLAG GMBH, Berlin und Offenbach, Bismarckstraße 33, 10625 Berlin, (2013), ISBN: 978-3-8007-3555-6; S. 249 - 252.

Q-Faktorverstärkung für resonierende Mikrosensoren bedarf eines komplexen analogen Schaltungsaufbaus, sowie einer
optischen Messung der Resonatorauslenkung mittels Laserstrahl. In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz vorgestellt, der
mit Hilfe eines Lock-in Verstärkers ein Rückkopplungssignal extrahiert, welches proportional zu den erzeugten
Polarisationsladungen ist. Aufgrund von parasitären Effekten, hervorgerufen durch den Schichtaufbau des
piezoelektrischen Sensors besitzt die Resonanzerhöhung der Konduktanz eine Offset-Verschiebung, sowie der Sensor
auch eine dominante imaginäre Komponente. Aufgrund der direkten Frequenzabhängigkeit stellt diese Suszeptanz vor
allem bei höheren Frequenzen ein Problem dar, da ein größerer Messbereich am Lock-in Verstärker gewählt werden
muss. Dies wiederum reduziert die Genauigkeit bei der Messung des Realteils. Zur Verbesserung der Messung wird
eine Kompensation der parasitären Effekte vorgestellt, mit der sowohl der Offset in dem Realteil, sowie die dominante
Suszeptanz reduziert werden kann. Mit Hilfe der vorgestellten Q-Faktorverstärkung konnte eine Steigerung des QFaktors
von 1766 auf 9679 an Luft erzielt werden.

State of the art quality factor amplification for resonant MEMS cantilevers requires complex electronics like highly
sensitive analogue circuits as well as an optical read-out to extract a resonance peak shaped feedback signal. In this
work, a lock-in amplifier is used to extract the Q-control feedback signal which is proportional to the generated
polarisation charges. Due to influences related e.g. to the layered device architecture of piezoelectric driven MEMS
resonators the resonance peak in the conductance can have an offset, furthermore the sensor can have a dominant
susceptance. These parasitic effects are getting more dominant with higher frequencies due to the frequency-depended
susceptance. Hence, a higher lock-in input range has to be used leading in an inferior resolution when determining the
real part. In this study, an approach for the compensation of these parasitic effects is presented, which gives the
possibility to decrease the offset as well as the dominant susceptance leading to increased measurement sensitivity.
Using this Q-factor enhancement technique this important device parameter was increased from 1766 to about 9679 in
air.