3D-Scanner für Fingerabdrücke

In vielen Smartphones und Laptops sind kleine Scanner für einen Fingerabdruck integriert. Doch dieses biometrische Erkennungssystem zeichnet nur flache Bilder der verzweigten Rillen auf und lässt sich relativ einfach mit kopierten Abdruckbildern austricksen. Mehr Sicherheit versprechen sich Forscher nun von einem neuen Scanner, der ein räumliches Abbild der einzigartigen Hautstruktur auf der Fingerkuppe aufzeichnet. Wie sie in der Fachzeitschrift „Applied Physics Letters“ berichten, lieferten Ultraschallwellen hochaufgelöste und dreidimensionale Aufnahmen eines Fingerabdrucks.

Chip-Oberfläche mit einem dunklen Element in der Mitte, auf das Linien zulaufen.
Ultraschall-Scanner für Fingerabdrücke

„Unser Ultraschall-Chip könnte Fingerabdruck-Sensoren robuster und sicherer machen“, sagt David A. Horsley von der University of California in Davis. Mit seinen Kollegen setzte er 196 winzige Ultraschall-Wandler auf ein Areal mit etwa einem Zentimeter Kantenlänge. Diese Wandler sendeten Ultraschallwellen aus, die von der filigranen Rillenstruktur einer Fingerkuppe reflektiert wurden. Der Ultraschall-Chip fing die reflektierten Wellen wieder auf und lieferte Daten für ein dreidimensionales Abbild eines Fingerabdrucks. Die Auflösung von etwa einem Fünftel Millimeter reichte dabei aus, um die Hautstruktur mit allen seinen Erhebungen dreidimensional aufzuzeichnen.

Horsley und Kollegen fertigten die einzelnen Ultraschall-Wandler mit etablierten Produktionsverfahren, mit denen auch kleine Beschleunigungssensoren hergestellt werden. Mehrere Elektroden aus Silizium und Molybdän stapelten sie in Schichten übereinander. Dazwischen packten sie eine Lage aus Aluminiumnitrid, ein piezoelektrisches Material, um die Ultraschallwellen zu erzeugen. Unterhalb der Ultraschall-Wandler setzten sie ein Areal aus Transistoren, die die Ultraschallsignale verarbeiteten. So erzeugte diese Struktur schwache Ultraschallwellen und konnte die von der Fingerkuppe reflektierten Wellen wieder nachweisen.

Horsley ist überzeugt, dass sein Verfahren für eine günstige Massenproduktion von Ultraschall-Sensoren geeignet ist. Für die weitere Entwicklung arbeiten die Forscher eng mit der Industrie zusammen. So könnte durchaus in wenigen Jahren mit 3D-Scannern für Fingerabdrücke in Smartphones gerechnet werden. Aber auch weitere Anwendungen – etwa für günstige und schnelle Analysen von Materialoberflächen – sind mit diesen Ultraschall-Chips vorstellbar.