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M. Schneider, G. Pfusterschmied, F. Patocka, U. Schmid:
"High performance piezoelectric AlN MEMS resonators for precise sensing in liquids";
E&I Elektrotechnik und Informationstechnik, 137 (2020), 3; 121 - 127.

Piezoelectric silicon micro-machined resonators triggered in the two-dimensional roof-tile shaped mode exhibit exceptionally high
quality factors even in highly viscous liquids. In combination with an all-electric readout, this enables precise measurements in liquid
media with high output signals, if the electrode design and the anchor geometry are tailored to match the selected order of the roof-
tile shaped mode. This paper provides an overview of this promising class of resonator modes for micro-electromechanical systems
(MEMS) and highlights three application scenarios. In the food industry, the MEMS sensor can be used to monitor the fermentation
process in wine by tracking the density and hence, the concentration of ethanol. In technical lubricants, the concentration of ferrous
particles can be monitored by integrating a magnetic actuator on the resonator. Finally, even in highly viscous bitumen, the MEMS
sensor is successfully used to measure the viscosity of this material.

Piezoelektrische, durch Mikrofabrikation hergestellte Siliziumresonatoren, die in 2D-"Wellblech"-Schwingungsmoden angeregt wer-
den, weisen selbst in hochviskosen Flüssigkeiten außergewöhnlich hohe Qualitätsfaktoren auf. In Kombination mit einer vollständig
elektrischen Anregung und Auslesung ermöglicht dies präzise Messungen in flüssigen Medien mit hohen Ausgangssignalen, wenn das
Elektrodendesign und die Ankergeometrie auf die ausgewählte Ordnung der "Wellblech"-Mode abgestimmt sind. Dieser Artikel bietet
einen Überblick über diese vielversprechende Klasse von Resonatormoden für mikroelektromechanische Systeme (MEMS) und zeigt
drei Anwendungsszenarien auf. In der Lebensmittelindustrie kann der MEMS-Sensor verwendet werden, um den Fermentationspro-
zess in Wein durch Verfolgung der Dichte und damit der Ethanolkonzentration zu überwachen. In technischen Schmierstoffen kann
die Konzentration von Eisenpartikeln durch Integration eines magnetischen Aktuators auf dem Resonator überwacht werden. Ab-
schließend kann der MEMS-Sensor auch in hochviskosem Bitumen erfolgreich zur Messung der Viskosität dieses Materials eingesetzt
werden.

http://dx.doi.org/10.1007/s00502-020-00794-w