DE102006046224A1

DE102006046224A1 - Mikro-elektro-mechanischer System (MEMS) Sensor für extreme Umgebungsbedingungen

Info

Publication number: DE102006046224A1
Application number: DE200610046224
Authority: DE
Inventors: Oliver Freudenberg; Ingo KÜHNE; Matthias Dr. Rebhan
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-03
Also published as: WO2008040656A3; WO2008040656A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement, insbesondere einen Mikro-elektro-mechanisches-System-Drucksensor (7) oder allgemein MEMS-Sensoren, die für hohe Drücke und hohe Temperaturen und extreme Umgebungsbedingungen verwendbar sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass als Substrat eine besonders temperaturbeständige Halbleiterverbindung, und zwar Siliziumkarbid (SiC) verwendet wird. Auf diese Weise können hohe Drücke und Temperaturen, insbesondere in Turbinen und Kompressoren (10), erfasst werden. Zusätzlich wird zur Datenübertragung ein Ultraschallmesswertumformer (9) vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement, insbesondere einen Mikro-elektro-mechanischer-System (MEMS) Sensor nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs oder des Nebenanspruchs und ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines derartigen elektronischen Bauelements sowie eine bestimmte Verwendung.
Es existieren herkömmliche Mikro-elektro-mechanischer-System (MEMS) Drucksensoren, die Drücke bis zu einer Größe von ca. 10 Bar erfassen können. Diese Drucksensoren weisen epitaktische Schichten auf. Herkömmliche Sensoren, die Metallmembranen aufweisen, eignen sich zur Druckerfassung bis zu einer Höhe von mehreren hundert Bar. Diese Sensoren benötigen eine externe Stromversorgung.
Insbesondere im Inneren von Kompressoren und Turbinen liegen extreme Umgebungsbedingungen vor. Diese sind beispielsweise hohe Drücke bis mehrere hundert oder tausend Bar, hohe Temperaturen bis mehrere hundert Grad Celsius und/oder aggressive, korrosive Gase. Alle elektronischen Komponenten und Sensoren, die in diese Vorrichtungen integriert werden, müssen Materialien aufweisen, die diesen extremen Umgebungsbedingungen angepasst sind. Zusätzlich sollen diese ein kleines Volumen aufweisen und wenig Energie erfordern, so dass diese sich ggf. energieautonom selbst versorgen und Daten übertragen können.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches beziehungsweise elektromechanisches Bauelement, insbesondere einen Mikro-elektro-mechanischer-System (MEMS) Drucksensor, derart bereitzustellen, dass dieses ebenso bei extremen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise bei hohen Drücken und/oder Temperaturen und/oder aggressiven und/oder korrosi ven Gasen, sicher und zuverlässig physikalische Größen, insbesondere Drücke oder Temperaturen, erfasst. Des Weiteren soll das elektronische beziehungsweise elektromechanische Bauelement lediglich ein kleines Volumen aufweisen und wenig Energie zum Betrieb benötigen. Das elektronische beziehungsweise elektromechanische Bauelement soll auf einfache Weise herstellbar und vorteilhaft bei Messungen in Kompressoren und Turbinen verwendbar sein.
Die Aufgabe wird durch ein elektronisches beziehungsweise elektromechanisches Bauelement gemäß dem Hauptanspruch und dem Nebenanspruch gelöst. Das elektronische beziehungsweise elektromechanische Bauelement kann gemäß den Verfahrensansprüchen auf einfache Weise erzeugt werden. Gemäß dem Verwendungsanspruch eignet sich das elektronische beziehungsweise elektro-mechanische Bauelement besonders vorteilhaft zur Verwendung beim Messen im Inneren von Kompressoren und Turbinen.
Beansprucht wird ein elektronisches beziehungsweise elektromechanisches Bauelement, insbesondere ein mikro-elektromechanischer System-Sensor, mit einem Substrat, auf den Oberflächen des Substrats aufgebrachten elektrischen Kontaktschichten, wobei das Substrat mindestens eine Halbleiterverbindung, insbesondere Siliziumverbindung, beispielsweise SiC aufweist.
Ein erfindungsgemäßer Drucksensor weist auf einer Membranschicht eine mäanderförmige Leiterbahn, insbesondere Nickelleiterbahn auf, deren Enden elektrisch kontaktiert sind. Die Druckerfassung erfolgt piezo-resistiv. Piezoresistivität bedeutet, dass aufgrund einer mechanischen Verformung eine Widerstandsänderung der Leiterbahn erzeugt wird.
Ein alternativer Drucksensor misst kapazitiv.
Die Herstellung besonders kleiner elektronischer Bauelemente lässt sich besonders vorteilhaft auf der Grundlage der so genannten MEMS-(Mikro-elektro-mechanisches-System) Technologie verwirklichen. Auf herkömmliche Wiese dient Silizium (Si) als Standard-MEMS-Material. Dieses ist jedoch für extreme Umgebungsbedingungen ungeeignet, da es bei hohen Temperaturen seine halbleitenden Eigenschaften verliert, und es in aggressiven Gasen korrodiert. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Halbleiterverbindungen, insbesondere Siliziumverbindungen verwendet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Substrat und/oder eine Membranschicht mindestens eine Halbleiterverbindung, insbesondere eine Siliziumverbindung, insbesondere Siliziumkarbid (SiC), wie beispielsweise 4H-SiC aufweist. Auf diese Weise wird die herkömmliche MEMS-Technologie mit dem Siliziumkarbid (SiC) kombiniert. Auf diese Weise können elektronische Bauelemente, insbesondere Temperatursensoren und Drucksensoren, für sehr extreme Umgebungsbedingungen bereitgestellt werden. Auf diese Weise können im Unterschied zum Stand der Technik, MEMS-Sensoren für hohe Temperaturen und hohe Drücke bereitgestellt werden.
Durch Verwendung der vorgeschlagenen Materialien ist eine Verwendung von elektronischen Bauelementen bei Drücken bis über 2000 Bar, bei Temperaturen über 400° Celsius, bei Einsatz in aggressiven und/oder korrosiven Gasen, bei kleinem Volumen und geringem Energieverbrauch geeignet.
Auf diese Weise können Hochtemperatur-MEMS-Sensoren, insbesondere Siliziumkarbid-Sensoren und/oder Sensoren für extreme Umgebungen bereitgestellt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Passivierungs- und Verbindungsschicht Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid auf. Auf diese Weise kann besonders vorteil haft eine Passivierung des elektronischen Bauelements bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die elektrischen Kontaktschichten Nickel und/oder Titan auf. Dabei stellt Titan eine besonders gute Haftung der erzeugten Kontaktschichten bereit. Mittels der elektrischen Kontaktschichten wird das elektronische Bauelement elektrisch kontaktiert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wurde die Passivierungs- und Verbindungsschicht direkt auf dem Substrat und in der Ausnehmung aufgebracht. Auf diese Weise ist die Passivierungs- und Verbindungsschicht besonders stabil und unabhängig von Membranschwingungen erzeugt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wurde die Passivierungs- und Verbindungsschicht direkt auf der Membranschicht aufgebracht. Die Passivierungs- und Verbindungsschicht wurde auf diese Weise besonders einfach erzeugt. Ein Ausfüllen von Ausnehmungen ist nicht notwendig.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Temperatursensor auf dem Substrat aufgebracht. Aufgrund einer Temperaturänderung erfolgt eine Änderung der Leitfähigkeit einer Leiterbahn beziehungsweise Widerstandsbahn. Die Temperaturmessung erfolgt durch Widerstandsmessung, beispielsweise einer Nickelleiterbahn, deren elektrischer Widerstand temperaturabhängig ist. Besonders vorteilhaft gleicht die Widerstandsbahn des Temperatursensors der piezo-resistiven Widerstandsbahn, so dass der Temperatureinfluss auf den piezoresistiven Drucksensor kompensiert werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt ein Verringern der Schichtdicke der Membranschicht vor dem Aufbringen der elektrischen Kontaktschichten. Auf diese Weise wird das elektronische Bauelement an seinen Messbereich ange passt. Der Messbereich wird insbesondere ebenso durch die Dimensionierung der Ausnehmung bestimmt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Passivierungs- und Verbindungsschicht als eine erste auf der vorderen Oberfläche des Substrats und in der Ausnehmung und/oder als eine zweite auf der Membranschicht auf der Seite zum Substrat aufgebrachte Schicht erzeugt sein. Auf diese Weise kann eine mechanisch stabile und einfache Passivierung bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Substrat ein Wafer, insbesondere ein 3'' SiC-Wafer, wobei eine Vielzahl von Drucksensoren auf dem Wafer auf einfache Weise erzeugt wird.
Gemäß weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen können zur Herstellung der MEMS-Bauteile herkömmliche Verfahren wie beispielsweise Lithografie, Trockenätzen, Waferbonden und dergleichen verwendet werden.
Besonders vorteilhaft werden Ausnehmungen lithografisch und mittels Trockenätzen auf einfache Weise exakt erzeugt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Erzeugen der elektrischen Kontaktierungen mittels Sputtern. Beispielsweise kann zuerst eine eine gute Haftung erzeugende Titanschicht und darauf eine Nickelschicht aufgebracht werden.
Erfindungsgemäß hergestellte Bauelemente eignen sich insbesondere für eine Verwendung zur Messung von physikalischen Größen in Kompressoren und/oder Turbinen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektronischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines elektronischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wafers, und zwar nach Erzeugen der Ausnehmungen bzw. nach Aufbringung der Membranschicht;
6 ein Ausführungsbeispiel einer Verwendung des erfindungsgemäßen Bauteils in einem Kompressor;
7 ein Ausführungsbeispiel eines Sensorkonzepts; und
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Verwendung eines elektronischen Bauteils gemäß dem Sensorkonzept der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines mikroelektro-mechanischen-System Drucksensors 7. Das Messprinzip des Drucksensors kann auf einer Veränderung der Kapazität aufgrund des einwirkenden Druckes p beruhen. Dieser verändert den Abstand d und damit die durch den kapazitiven Drucksensor erzeugte Kapazität. Die Kapazität ist mit der Formel C = εε₀· A / d bestimmt. 1 zeigt zudem den Querschnitt eines MEMS-Drucksensors 7 mit einem Substrat 1, mit einer in einer vorderen Oberfläche des Substrats 1 erzeugten Ausnehmung 2. Eine Membranschicht 3 erstreckt sich über der Ausnehmung 2 auf der vorderen Oberfläche des Substrats 1. Substrat 1 und Membranschicht 3 weisen Siliziumkarbid SiC auf. Vergleichbare Halbleiter, insbesondere Siliziumverbindungen, sind ebenso verwendbar. Zwischen dem Substrat 1 mit der Ausnehmung 2 und der Membranschicht 3 erstreckt sich eine Passivierungs- und Verbindungsschicht 4. Diese Passivierungs- und Verbindungsschicht 4 ist auf der die Ausnehmung 2 umlaufenden Schicht des Substrats 1 aufgebracht. Die Passivierungs- und Verbindungsschicht 4 weist bevorzugt Siliziumdioxid SiO₂ auf. Alternativ kann der Drucksensor 7 nach dem piezo-resistiven Prinzip arbeiten, bei dem Druckänderungen in Widerstandsänderungen umgewandelt werden.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements. Dabei sind ein MEMS-Drucksensor 7 und ein Temperatur-Sensor 8 kombiniert. 2 zeigt eine Draufsicht auf beide Sensoren. Auf der rechten Seite ist ein Drucksensor 7 angeordnet, wie er in 1 dargestellt worden ist. Benachbart zu diesem Drucksensor 7 ist ein Temperatursensor 8 bereitgestellt. Dieser weist eine auf einem Substrat 1 integrierte Leiterbahn 11, bevorzugt bestehend aus Nickel, auf, die sich mäanderförmig auf der Substratoberfläche erstreckt. Der Temperatursensor 8 ist als temperaturabhängiger elektrischer Widerstand bereitgestellt. Damit der Temperatursensor 8 ebenso wie der Drucksensor 7 bei großen Temperaturen verwendbar sind, weist dass gemeinsame Substrat 1 eine Halbleiterverbindung, insbesondere Siliziumverbindung, insbesondere Siliziumkarbid SiC auf. Mit dem kombinierten Sensor können Temperatur und Druck gleichzeitig erfasst werden. Ist der Drucksensor 7 eine piezo-resistiver, so kann der Temperatureinfluss auf diesen durch die Temperaturmessung des Temperatursensors 8 kompensiert werden.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements, insbesondere eines MEMS-Drucksensors 7. Es ist ein Substrat 1 mit einer Ausnehmung 2 bereitgestellt. Auf einer vorderen Oberfläche des Substrats 1 mit der Ausnehmung 2 ist eine Membranschicht 3 aufgebracht. Zwischen dem Substrat 1 mit der Ausnehmung 2 und der Membranschicht 3 erstreckt sich eine Passivierungs- und Verbindungsschicht 4. Dabei ist die Passivierungs- und Verbindungsschicht 4 direkt auf dem Substrat 1 und in der Ausnehmung 2 aufgebracht. Alternativ oder kumulativ kann die Passivierungs- und Verbindungsschicht 4 direkt auf der Membranschicht 3 aufgebracht werden. Auf den der Ausnehmung 2 abgewandten Oberflächen des Substrats 1 und/oder der Membranschicht 3 sind elektrische Kontaktschichten 5 aufgebracht. Das Substrat 1 weist bevorzugt 4H-SiC Siliziumkarbid auf. Die Passivierungs- und Verbindungsschicht 4 weist bevorzugt Siliziumdioxid SiO₂ auf. Ebenso kann die Passivierungs- und Verbindungsschicht 4 Siliziumnitrid aufweisen. Die elektrischen Kontaktschichten 5 sind auf Titan aufgebrachte Nickelschichten. Andere Metalle sind ebenso verwendbar. Als Wafer kann insbesondere ein N-Typ Wafer mit 0,015 Ω/cm verwendet werden. 6H-SiC ist ebenso verwendbar. „xH" bezeichnet insbesondere einen Anteil von Wasserstoff zur Leitfähigkeitsdotierung. Die Ausnehmung 2 kann beispielsweise mittels RIE-Ätzen erzeugt werden. Die Isolationsschicht 4 kann als 0,25 μm dicke SiO₂-Schicht aufgebracht werden. Das Verbinden von der Membranschicht 3 mit dem Substrat 1 erfolgt, beispielsweise unter Vakuum, und mittels Tempern. Abschließend wird die Membranschicht 3 verdünnt. Kontaktschichten 5 werden durch Sputtern von Nickel auf Titan (500 Nanometer/10 Nanometer) erzeugt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird eine Dicke d von 100 μm, eine Fläche A von 1 mm und eine Lücke g von 4 μm erzeugt. Aufgrund von Berechnungen ist die Kapazität C₀ = 2,214 pF mit einer maximalen Biegung von 3,47 μm (bei 600 Bar) und die Empfindlichkeit e ~ 3,0 fF/Bar.
4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements, und zwar eines MEMS-Drucksensors 7, gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß einem Schritt 51 wird ein Substrat 1 bereitgestellt, das bevorzugt Siliziumkarbid SiC aufweist. Bezugszeichen 1 bezeichnet beispielsweise einen 3'' SiC Siliziumkarbid-Wafer. Gemäß einem Schritt S2 wird eine Ausnehmung 2 in eine vordere Oberfläche des Substrats 1 erzeugt. Die Ausnehmungen 2 können mit herkömmlichen MEMS- Verfahren erzeugt werden. Die Ausnehmungen 2 können mittels Lithografie und anschließendem Trockenätzen erzeugt werden. Mit einem Schritt S4 erfolgt das Aufbringen einer sich über der Ausnehmung 2 und auf der vorderen Oberfläche des Substrats 1 erstreckenden Membranschicht 3 mittels einer sich zwischen dem Substrat 1 mit der Ausnehmung 2 in der Membranschicht 3 erstreckenden Passivierungs- und Verbindungsschicht 4. Das Aufbringen erfolgt beispielsweise mittels Chemical Vapor Deposition (CVD), und zwar mittels Abscheidung aus der Gasphase. Das Verbinden erfolgt mittels Bonding. Vor dem Schritt S4, und zwar bei Schritt S3, wird die Passivierungs- und Verbindungsschicht 4 als eine erste auf der vorderen Oberfläche des Substrats 1 und in der Ausnehmung 2 und/oder als eine zweite auf der Membranschicht 3 auf der Seite zum Substrat 1 aufgebrachte Schicht erzeugt. Mittels eines Schrittes S5 wird die Schichtdicke der Membranschicht 3 verringert. Bei einem nicht dargestellten Abschlussschritt erfolgt ein Aufbringen von elektrischen Kontaktschichten 5 auf den der Ausnehmung 2 abgewandten Oberflächen des Substrat 1 und/oder der Membranschicht 3.
5 zeigt einen Wafer als Substrat 1. Auf diesem Wafer ist eine Vielzahl von Drucksensoren 7 erzeugbar. Die obere Darstellung gemäß 5 zeigt den Wafer 1 nach dem Erzeugen der Ausnehmungen 2. Die untere Darstellung gemäß 5 zeigt den Wafer 1 nach dem Aufbringen der Membranschicht 3.
6 zeigt einen Kompressor 10. In diesen Kompressor 10 sind ein energieautonomer Drucksensor 7 und Temperatursensor 8 integriert. Die Messdaten werden an eine externe Datenverarbeitungseinrichtung 12 zur Bedienung übertragen. Da der Kompressor 10 im Betrieb hermetisch abgeschlossen ist, eignen sich anstelle eines elektromagnetischen Übertragungssystems, Ultraschall-Transducer 9 bzw. Ultraschall-Messwertumformer 9 zur Daten- und Informationsübertragung. Auf der Grundlage der Messergebnisse ist eine einfache Lebensdauervorhersage möglich. Auf diese Weise kann ebenso die verfügbare Betriebszeit des Kompressors 10 erhöht werden. Das vorstehend Gesagte gilt ebenso für Turbinen. 6 zeigt im Kompressor 10 die Sensoren und die externe Datenverarbeitungseinrichtung 12.
7 zeigt ein bevorzugtes Sensorkonzept. Es wird eine Energiequelle in Form eines Mikrogenerators bereitgestellt. Dieser ist bevorzugt ein induktiver Wandler 6. Dieser ist in dem Kompressor 10 positioniert und arbeitet als Magnetgenerator. Der induktive Wandler 6 kann eine Spule aufweisen und mittels ferro-/paramagnetischer Kompressorschaufeln oder kleinen Magneten auf Kompressorschaufeln eine induzierte Spannung erzeugen. Damit wird auf einfache Weise eine Energieversorgung bereitgestellt. Die zur Verfügung gestellte Energie ist sehr viel größer als die durch den Drucksensor 7 und den Temperatursensor 8 und den Ultraschallmesswertumformer 9 notwendige Energie. Damit ist eine Energieversorgung ohne Batterie geschaffen. Ebenso können Niedrigleistungs-MEMS-Sensoren verwendet werden. Der Mikrogenerator 6 versorgt den erfindungsgemäßen kapazitiven Drucksensor 7 und den Temperatursensor 8 mit Energie. Die mittels der Sensoren erfassten Messwerte werden mittels eines Ultraschallwandlers oder Ultraschallmesswertumformers 9 an eine externe Datenverarbeitungseinrichtung 12 übertragen. Auf diese Weise ist eine drahtlose Datenübertragung möglich. Elektromagnetische Wellen werden durch das Kompressor- oder Turbinengehäuse abgeschirmt. Zusätzlich kann ein Energiespeicher bereitgestellt werden. Weitere Application Specified Integrated Circuits ASICs können ebenso bereitgestellt sein.
8 zeigt die hardwaremäßige Umsetzung des Sensorkonzepts gemäß 7. Demnach ist ein induktiver Wandler bzw. ein Mikrogenerator mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet. Der induktive Wandler 6 versorgt den Drucksensor 7 und den Temperatursensor 8 derart, dass Druck- und Temperaturwerte erfasst und mittels eines Ultraschallmesswertumformers 9 an eine externe Datenverarbeitungseinrichtung 12 übertragen werden. Auf der linken Seite der 8 ist ein Kompressor 10 dargestellt. Induktiver Wandler 6, Drucksensor 7 und Temperatursensor 8 bilden mit dem als Sender vorgesehenen Ultraschallmessumfor mer 9 eine Einheit, die auf einfache Weise in eine Turbine 10 oder einen Kompressor integriert werden kann.

Claims

Elektro-mechanisches Bauelement, insbesondere ein piezoresistiver Mikro-elektro-mechanischer-System (MEMS) Drucksensor (7), mit – einem Substrat (1) mit einer Ausnehmung (2) in einer vorderen Oberfläche des Substrats (1), – einer sich über der Ausnehmung (2) und auf der vorderen Oberfläche des Substrats (1) erstreckenden Membranschicht (3), – einer sich zwischen dem Substrat (1) mit der Ausnehmung (2) und der Membranschicht (3) erstreckenden Passivierungs- und/oder Verbindungsschicht (4'), – mindestens einer auf einer, insbesondere der Ausnehmung (2) abgewandten, Oberfläche der Membranschicht (3) aufgebrachten piezo-resistiven Widerstandsbahn, die mittels elektrischen Kontaktschichten (5) elektrisch kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) und/oder die Membranschicht (3) mindestens eine Halbleiterverbindung, insbesondere Siliziumverbindung aufweisen.
Elektro-mechanisches Bauelement, insbesondere ein kapazitiver Mikro-elektro-mechanischer-System (MEMS) Drucksensor (7), mit – einem Substrat (1) mit einer Ausnehmung (2) in einer vorderen Oberfläche des Substrats (1), – einer sich über der Ausnehmung (2) und auf der vorderen Oberfläche des Substrats (1) erstreckenden Membranschicht (3), – einer sich zwischen dem Substrat (1) mit der Ausnehmung (2) und der Membranschicht (3) erstreckenden Passivierungs- und Verbindungsschicht (4), – auf den der Ausnehmung (2) abgewandten Oberflächen des Substrats (1) und/oder der Membranschicht (3) aufgebrachten elektrischen Kontaktschichten (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) und/oder die Membranschicht (3) mindestens eine Halbleiterverbindung, insbesondere Siliziumverbindung aufweisen.
Elektro-mechanisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumverbindung SiC, insbesondere 4H-SiC, ist.
Elektro-mechanisches Bauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungs- und/oder Verbindungsschicht (4, 4') Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid aufweist.
Elektro-mechanisches Bauelement nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontaktschichten (5) Nickel und/oder Titan aufweisen.
Elektro-mechanisches Bauelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungs- und/oder Verbindungsschicht (4, 4') direkt auf dem Substrat (1) und in der Ausnehmung (2) aufgebracht wurde.
Elektro-mechanisches Bauelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungs- und/oder Verbindungsschicht (4, 4') direkt auf der Membranschicht (3) aufgebracht wurde.
Elektro-mechanisches Bauelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (8) auf dem Substrat (1) aufgebracht ist, wobei insbesondere dessen Widerstandsbahn der piezoresistiven Widerstandsbahn entspricht, so dass der Tempera tureinfluss auf den piezo-resistiven Drucksensor (7) kompensiert werden kann.
Verfahren zur Herstellung eines elektro-mechanischen Bauelements, insbesondere eines piezo-resistiven Mikro-elektromechanischer-System (MEMS) Drucksensors (7), nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3 bis 8, mit den Schritten – Bereitstellen eines Substrats (1), – Ausbilden einer Ausnehmung (2) in eine vordere Oberfläche des Substrats (1), – Aufbringen einer sich über der Ausnehmung (2) und auf der vorderen Oberfläche des Substrats (1) erstreckenden Membranschicht (3), mittels einer sich zwischen dem Substrat (1) mit der Ausnehmung (2) und der Membranschicht (3) erstreckenden Passivierungs- und/oder Verbindungsschicht (4, 4'), – Aufbringen mindestens einer auf einer, insbesondere der Ausnehmung (2) abgewandten, Oberfläche der Membranschicht (3) aufgebrachten piezoresistiven Widerstandsbahn, die mittels elektrischen Kontaktschichten (5) elektrisch kontaktiert ist.
Verfahren zur Herstellung eines elektro-mechanischen Bauelements, insbesondere eines kapazitiven Mikro-elektromechanischer-System (MEMS) Drucksensors (7) nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, mit den Schritten – Bereitstellen eines Substrats (1), – Ausbilden einer Ausnehmung (2) in eine vordere Oberfläche des Substrats (1), – Aufbringen einer sich über der Ausnehmung (2) und auf der vorderen Oberfläche des Substrats (1) erstreckenden Membranschicht (3), mittels einer sich zwischen dem Substrat (1) mit der Ausnehmung (2) und der Membranschicht (3) erstreckenden Passivierungs- und Verbindungsschicht (4), – Aufbringen von elektrischen Kontaktschichten (5) auf den der Ausnehmung (2) abgewandten Oberflächen des Substrats (1) und/oder der Membranschicht (3).
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch vor dem Aufbringen der elektrischen Kontaktschichten (5) beziehungsweise piezoresistiven Widerstandsbahn erfolgendes Verringern der Schichtdicke der Membranschicht (3).
Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungs- und/oder Verbindungsschicht (4, 4') als eine erste auf der vorderen Oberfläche des Substrats (1) und in der Ausnehmung (2) und/oder als eine zweite auf der Membranschicht (3) auf der Seite zum Substrat (1) aufgebrachte Schicht erzeugt wurde.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) ein Wafer, insbesondere ein 3'' SiC-Wafer, ist, und eine Vielzahl von Sensoren (7, 8) auf dem Wafer erzeugt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (2) lithographisch und mittels Trockenätzen erzeugt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontaktschichten (5) mittels Sputtern erzeugt werden.
Verwendung mindestens eines elektro-mechanischen Bauelements, insbesondere eines Mikro-elektro-mechanischer-System (MEMS) Drucksensors (7) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, zusammen mit einem Temperatursensor (8,) zur Erfassung von Messdaten in einem Kompressor (10) und/oder einer Turbine, zusammen mit einem als Energiequelle funktionierenden induktiven Wandler (6) und einen Ultraschall-Messwertumformer (9) zur Übertragung der erfassten Messdaten an eine externe Datenverarbeitungseinrichtung (12).