DE102014210122A1 - Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids, Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids sowie Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids - Google Patents

Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids, Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids sowie Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids Download PDF

Info

Publication number
DE102014210122A1
DE102014210122A1 DE102014210122.0A DE102014210122A DE102014210122A1 DE 102014210122 A1 DE102014210122 A1 DE 102014210122A1 DE 102014210122 A DE102014210122 A DE 102014210122A DE 102014210122 A1 DE102014210122 A1 DE 102014210122A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measured
capacitor device
fluid
dielectric layer
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102014210122.0A
Other languages
English (en)
Inventor
Dominik Geisler
Viktor Morosow
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102014210122.0A priority Critical patent/DE102014210122A1/de
Priority to US14/722,585 priority patent/US9880119B2/en
Publication of DE102014210122A1 publication Critical patent/DE102014210122A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/226—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids, ein Verfahren zum Betreiben einer solche Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst:
eine Mess-Kondensatoreinrichtung (12), welche mit dem Fluid (F) in Kontakt bringbar ist,
wobei die Mess-Kondensatoreinrichtung eine erste Elektrode (14), eine zweite Elektrode (16), eine erste dielektrische Schicht (18) und eine zweite dielektrische Schicht (20) aufweist; wobei eine erste Dielektrizitätskonstante der ersten dielektrischen Schicht (18) bei Kontakt mit dem Fluid (F) abhängig von der zu messenden Eigenschaft des Fluids (F) ist;
wobei eine zweite Dielektrizitätskonstante der zweiten dielektrischen Schicht (20) im Wesentlichen unabhängig von der zu messenden Eigenschaft des Fluids (F) ist;
eine Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22), welche die zweite dielektrische Schicht (20), eine dritte Elektrode (24) und eine vierte Elektrode (26) aufweist;
wobei die Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22) mit der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) parallelgeschaltet oder parallelschaltbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids, insbesondere eine zumindest teilweise mikromechanische Vorrichtung. Weiterhin betrifft sie ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids, insbesondere zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen des Werts der zu messenden Eigenschaft des Fluids. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids, insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen des Werts der zu messenden Eigenschaft des Fluids.
  • Unter einem Fluid ist insbesondere ein Gas oder eine Flüssigkeit zu verstehen. Bei der zu messenden Eigenschaft des Fluids handelt es sich insbesondere um eine physikalische und/oder eine chemische Eigenschaft. Bei der zu messenden Eigenschaft des Fluids kann es sich beispielsweise um eine Gaskonzentration, etwa eine Feuchte, einen pH-Wert, oder ähnliches handeln. Unter dem zu bestimmenden Wert der zu messenden Eigenschaft ist ein numerischer Wert zu verstehen, den die zu messende Eigenschaft des Fluids zum Messzeitpunkt aufweist, beispielsweise ein pH-Wert von 7, eine Kohlendioxid-Konzentration von 5% etc.
  • Stand der Technik
  • Ein mikromechanischer Sensor zum Bestimmen einer Luftfeuchte, welche auch als Luftfeuchtigkeit bezeichnet wird, ist beispielsweise in der DE 102 53 913 A1 beschrieben. Auf einem Substrat ist ein Paar von gegenüberliegenden Elektroden ausgebildet, welche kammförmig ausgebildet sind und Zähne besitzen. Die Zähne der Elektroden besitzen eine im allgemeinen gleichförmige Breite und greifen ineinander. Die Zähne von einer der Elektroden sind von den Zähnen der anderen Elektrode um einen im allgemeinen gleichförmigen Trennabstand getrennt. Der mikromechanische Sensor weist einen feuchtigkeitsempfindlichen Film auf, dessen Kapazität sich mit der Feuchtigkeit ändert, wobei der feuchtigkeitsempfindliche Film die Elektroden und einen Bereich zwischen den Elektroden bedeckt und Feuchtigkeit auf der Grundlage von Änderungen der Kapazität zwischen den Elektroden im Ansprechen auf die Änderungen der Feuchtigkeit der Umgebungsluft erfasst wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13.
  • Demgemäß ist vorgesehen: eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids mit einer Mess-Kondensatoreinrichtung, welche mit dem Fluid in Kontakt bringbar ist.
  • Die Mess-Kondensatoreinrichtung weist eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine erste dielektrische Schicht und eine zweite dielektrische Schicht auf. Die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die erste dielektrische Schicht und die zweite dielektrische Schicht sind derart angeordnet, dass eine erste elektrische Kapazität der Mess-Kondensatoreinrichtung zumindest teilweise auf die erste und zweite Elektrode in Verbindung mit der ersten und mit der zweiten dielektrischen Schicht zurückgeht.
  • Eine erste Dielektrizitätskonstante der ersten dielektrischen Schicht ist bei Kontakt mit dem Fluid abhängig von der zu messenden Eigenschaft des Fluids. Eine zweite Dielektrizitätskonstante der zweiten dielektrischen Schicht ist im Wesentlichen unabhängig von der zu messenden Eigenschaft des Fluids.
  • Weiterhin weist die Vorrichtung eine Kompensations-Kondensatoreinrichtung auf, welche die zweite dielektrische Schicht, eine dritte Elektrode und eine vierte Elektrode aufweist. Die zweite dielektrische Schicht, die dritte Elektrode und die vierte Elektrode sind derart angeordnet, dass eine zweite elektrische Kapazität der Kompensations-Kondensatoreinrichtung zumindest teilweise auf die dritte und vierte Elektrode in Verbindung mit der zweiten dielektrischen Schicht zurückgeht.
  • Vorteilhafterweise verhalten sich die Eigenschaften der zweiten dielektrischen Schicht in der Mess- und der Kompensationskondensatoreinrichtung im Wesentlichen gleichartig. Insbesondere verhalten sich Materialparameter als auch herstellungsbedingt streuende, für die Kapazität zu bestimmende Geometrieparameter der zweiten dielektrischen Schicht, im Wesentlichen gleichartig. Besonders bevorzugt ist eine Dicke der zweiten dielektrischen Schicht bei der Mess- und der Kompensationskondensatoreinrichtung im Wesentlichen gleich.
  • Die Kompensations-Kondensatoreinrichtung ist mit der Mess-Kondensatoreinrichtung parallelgeschaltet, insbesondere permanent parallelgeschaltet, oder parallelschaltbar.
  • Eine Kondensatoreinrichtung, also die Mess-Kondensatoreinrichtung und die Kompensations-Kondensatoreinrichtung, soll insbesondere einen Kondensator beliebiger Bauart, beispielsweise einen Plattenkondensator, Wickelkondensator, Interdigitalkondensator, Kugelkondensator etc. umfassen. Weiterhin kann eine Kondensatoreinrichtung elektrische Anschlüsse, Verbindungen, Schutzschichten, Isolierschichten, Gehäuse, Abdichtungen etc. umfassen.
  • Unter „parallelgeschaltet” soll insbesondere verstanden sein, dass die Mess-Kondensatoreinrichtung und die Kompensations-Kondensatoreinrichtung derart in einer Schaltung verschaltet sind, dass sich die erste elektrische Kapazität der Mess-Kondensatoreinrichtung und die zweite elektrische Kapazität der Kompensations-Kondensatoreinrichtung in einem Ersatzschaltbild für die Schaltung durch eine in einer Parallelschaltung parallelgeschaltete erste und zweite elektrische Kapazität darstellen lassen. Gemäß einer Weiterbildung ist die Parallelschaltung permanent, das heißt dauerhaft.
  • Unter „parallelschaltbar” soll verstanden sein, dass die Parallelschaltung nicht dauerhaft ist, aber hergestellt werden kann, etwa mittels eines Schalters oder einer integrierten Schaltung. Vorteilhafterweise erfolgt das Parallelschalten mittels einer elektronischen Schaltungseinrichtung, insbesondere einer integrierten elektronischen Schaltung, insbesondere automatisch als Folge eines Programmablaufs. Unter „parallelschaltbar” soll weiterhin auch insbesondere eine reversible Parallelschaltbarkeit verstanden sein. Das heißt, dass mit der Parallelschaltbarkeit auch einhergehen kann, dass die Kompensations-Kondensatoreinrichtung von der Mess-Kondensatoreinrichtung abkoppelbar ist.
  • Weiterhin ist vorgesehen ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids, insbesondere einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wie oben und im Nachfolgenden beschrieben, mit den Schritten: Bringen einer Mess-Kondensatoreinrichtung in Kontakt mit einem Referenzfluid, wobei das Referenzfluid einen vorbestimmten Referenzwert der zu bestimmenden Eigenschaft aufweist; wobei eine erste elektrische Kapazität der Mess-Kondensatoreinrichtung sich aus einem ersten Kapazitätsanteil und aus einem zweiten Kapazitätsanteil zusammensetzt; wobei der erste Kapazitätsanteil bei Kontakt mit dem Referenzfluid abhängig von der zu messenden Eigenschaft ist; und wobei der zweite Kapazitätsanteil im Wesentlichen unabhängig von der zu messenden Eigenschaft ist; Messen, während zumindest die Mess-Kondensatoreinrichtung in Kontakt mit dem Referenzfluid gebracht ist, eines ersten aktuellen Kapazitätswerts einer elektrischen Gesamtkapazität einer elektrischen Parallelschaltung der Mess-Kondensatoreinrichtung mit einer Kompensations-Kondensatoreinrichtung; wobei die Kompensations-Kondensatoreinrichtung eine zweite elektrische Kapazität aufweist; wobei die zweite elektrische Kapazität im Wesentlichen unabhängig von der zu messenden Eigenschaft ist; und wobei die zweite elektrische Kapazität in einem im Wesentlichen bekannten Verhältnis zu dem zweiten elektrischen Kapazitätsanteil der Mess-Kondensatoreinrichtung steht; und Bestimmen, basierend auf dem gemessenen ersten aktuellen Kapazitätswert sowie dem vorbestimmten ersten Referenzwert der zu messenden Eigenschaft des Referenzfluids, einer Sensitivität der Vorrichtung gegenüber der zu messenden Eigenschaft.
  • Des Weiteren ist vorgesehen ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids, insbesondere zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie voranstehend und im Nachfolgenden beschrieben, mit den Schritten: Ausbilden einer Mess-Kondensatoreinrichtung, welche mit dem Fluid in Kontakt bringbar ist; wobei das Ausbilden der Mess-Kondensatoreinrichtung derart erfolgt, dass die Mess-Kondensatoreinrichtung mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode sowie mit einer ersten dielektrischen Schicht und einer zweiten dielektrischen Schicht ausgebildet wird; wobei eine erste Dielektrizitätskonstante der ersten dielektrischen Schicht bei Kontakt mit dem Fluid abhängig von der zu messenden Eigenschaft des Fluids ist; und wobei eine zweite Dielektrizitätskonstante der zweiten dielektrischen Schicht im Wesentlichen unabhängig von der zu messenden Eigenschaft des Fluids ist; wobei die Mess-Kondensatoreinrichtung weiterhin derart ausgebildet wird, dass die Mess-Kondensatoreinrichtung eine erste elektrische Kapazität aufweist, welche zumindest zum Teil auf die erste und zweite Elektrode in Verbindung mit der ersten dielektrischen Schicht und der zweiten dielektrischen Schicht zurückgeht; Ausbilden einer Kompensations-Kondensatoreinrichtung, welche die zweite dielektrische Schicht, eine dritte Elektrode und eine vierte Elektrode aufweist; wobei die Kompensations-Kondensatoreinrichtung weiterhin derart ausgebildet wird, dass die Kompensations-Kondensatoreinrichtung eine zweite elektrische Kapazität aufweist, welche zumindest zum Teil auf die dritte und vierte Elektrode in Verbindung mit der zweiten dielektrischen Schicht zurückgeht.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die grundlegende Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bei Vorrichtungen, insbesondere auf Waferlevel, zum Messen physikalischer Eigenschaften von Stoffen herstellungsbedingte Abweichungen von Sollwerten, etwa Sollwerten für Schichtdicken funktionaler Schichten, zu Fehlern bei Messergebnissen führen können, sobald das Bestimmen der Messergebnisse auf den Sollwerten basiert. Die in dieser Anmeldung beschriebenen Messverfahren sind kapazitive Messverfahren, sodass es sich bei den funktionalen Schichten um dielektrische Schichten handelt, also Schichten, deren Dielektrizitätskonstanten beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemessen werden, sei es einzeln oder in einem Verbund von kapazitiven Elementen, beispielsweise einer Reihen- oder Parallelschaltung, etwa im Sinne eines Ersatzschalbilds. Der Begriff „Dielektrizitätskonstante” ist historisch bedingt und soll nicht bedeuten, dass der als Dielektrizitätskonstante bezeichnete Parameter konstant ist; insbesondere beruhen die beschriebenen Messverfahren auf einer Veränderung der variablen Dielektrizitätskonstante einer funktionalen Schicht bei Kontakt mit einem Fluid.
  • Beispielsweise kann eine Polyimid-Schicht ihre Dielektrizitätskonstante unter Einfluss einer Feuchte eines Fluids, etwa Luftfeuchte, verändern. Unter der Luftfeuchte ist insbesondere eine Konzentration von Wasserdampf in Luft zu verstehen. Es ist auch mindestens eine funktionale dielektrische Schicht aus einem oder mehreren Materialen ausbildbar, welche ihre Dielektrizitätskonstante bei Kontakt mit einer Flüssigkeit basierend auf dem pH-Wert der Flüssigkeit verändern. Weiterhin ist auch mindestens eine funktionale dielektrische Schicht aus einem oder mehreren Materialen ausbildbar, welche ihre Dielektrizitätskonstante bei Kontakt mit einem Fluid basierend auf einer Kohlendioxid-Konzentration in dem Fluid verändern.
  • Bei der Herstellung eines Sensors ist ein wesentlicher Schritt der Abgleich. Hierbei wird zunächst ermittelt, wie das Messergebnis eines Sensor, d. h. das Signal am Ende einer Signalkette (bspw. Kapazitäts-Spannungs-Wandler und Spannungs-Zahlenwert Wandler), sich in Abhängigkeit das angelegten Stimulus (bspw. Feuchte) bzw. der angelegten Stimuli (bspw. Feuchte und Temperatur) verhält. Dann können in einer oder in mehreren Iterationen Parameter bestimmt werden, die die Rückrechnung des Stimulus aus dem Endergebnis der Signalkette ermöglichen. Die kann sowohl durch (bevorzugt iteratives) Manipulieren der Signalkette, als auch durch eine der ersten Signalkette nachgeschalteten zweiten Signalkette- oder Verarbeitungskette erfolgen. Das Anlegen der Stimuli ist kostenrelevant, und es ist erstrebenswert, dass so wenig wie möglich definierte Abgleichpunkte angefahren werden müssen. Wenn nur ein bekannter Stimulus angelegt wird, so wird dies ein „Ein-punkt-Abgleich” genannt.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht nun darin, der oben beschriebenen Erkenntnis Rechnung zu tragen, indem eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids mit einer Mess-Kondensatoreinrichtung ausgebildet wird, welche hauptsächlich dem Bestimmen des Werts dient, sowie mit einer Kompensations-Kondensatoreinrichtung ausgebildet wird, welche dazu geeignet ist, den Einfluss der herstellungsbedingten Abweichungen von den Sollwerten auf das Bestimmen des Werts, insbesondere auf das vorangehende Bestimmen der Sensitivität der Vorrichtung gegenüber einer Änderung der zu messenden Eigenschaft, zu verringern. Durch das Verringern dieses Einflusses können die Fehler bei dem Bestimmen des Werts so verringert werden, dass auch bei einem Ein-Punkt-Abgleich zum Kalibrieren der Vorrichtung die Fehler bei dem Bestimmen des Werts innerhalb verhältnismäßig geringer Fehlerschwellen bleiben, beispielsweise innerhalb von +/–5%, vorzugsweise innerhalb von +/–3% oder noch geringer. Die Fehlerschwellen können auch unsymmetrisch um den exakten Wert angeordnet sein, beispielsweise –1% bis +3% betragen.
  • Bei einem Ein-Punkt-Abgleich wird für ein individuelles Bauteil, hier eine der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, ein einzelner Messpunkt unter kontrollierten Bestimmungen erzeugt, hier durch das Messen eines Referenzwerts der zu bestimmenden Eigenschaft. Der Ein-Punkt-Abgleich ist gegenüber einem Mehr-Punkt-Abgleich technisch weniger aufwändig. Jedes einzelne individuelle Bauteil ist herstellungsbedingten Schwankungen unterworfen, also Abweichungen von Sollwerten. Basierend auf dem einzelnen Messpunkt wird das individuelle Bauteil kalibriert. Im vorliegenden Fall wird als Teil einer Kalibrierung auch eine Sensitivität der individuellen erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber einer Änderung der zu bestimmenden Eigenschaft des Fluids bestimmt.
  • Bei Kenntnis der Sensitivität kann aus einem aktuellen Messpunkt an dem Fluid durch Vergleich mit dem bekannten Messpunkt, welcher unter den kontrollierten Bedingungen erzeugt wurde, ein aktueller Wert der zu bestimmenden Eigenschaft des Fluids bestimmt werden. Ist beispielweise bekannt, dass eine elektrische Kapazität einer Vorrichtung einen Wert von einer Einheit als Offset hat, wenn die Luftfeuchte 10% als Referenzwert beträgt, und ist weiterhin die Sensitivität der Vorrichtung bekannt, das heißt, wie sehr sich die elektrische Kapazität der Vorrichtung bei einer gegebenen Änderung der Luftfeuchte ändert, so kann aus einem aktuellen Messpunkt, welcher beispielsweise eine aktuelle elektrische Kapazität der Vorrichtung von drei Einheiten ergibt, der aktuelle Wert der Luftfeuchte bestimmt werden.
  • Bei einer Mehr-Punkt-Messung werden für ein individuelles Bauteil zwei oder mehr Messpunkte bestimmt, zwischen welchen beispielsweise ein linearer Zusammenhang angenommen wird. Dadurch kann sich die Genauigkeit der Kalibrierung verbessern, aber der nötige Kalibrierungsaufwand erhöhen.
  • Anhand von 9 wird ein einfacher Ein-Punkt-Abgleich anhand einer beispielhaften Vorrichtung 1 zum kapazitiven Messen einer Luftfeuchte erläutert. Zwischen drei Kondensatorplatten 2 ist eine funktionale Schicht 3 aus einem Polyimid angeordnet, deren Dielektrizitätskonstante materialbedingt von der Luftfeuchte H der Umgebungsluft abhängt. Die Kondensatorplatten 2 und die funktionale Schicht 3 sind auf einem Substrat 5 angeordnet, wobei eine Isolierschicht 4 das Substrat 5 von den Kondensatorplatten 2 elektrisch isoliert. Über zwei Kontakteinrichtungen 6 ist zum Messen der elektrischen Kapazität der Vorrichtung 1 eine Spannung anlegbar.
  • Die Formel für die elektrische Kapazität C(H) in Abhängigkeit von der Luftfeuchte H dieser Anordnung lautet C(H) = ε0εpol(H) A / d
  • Dabei ist ε0 die elektrische Feldkonstante, εpol die Luftfeuchte-abhängige Dielektrizitätskonstante des verwendeten Polyimids, A die effektive Fläche des Plattenkondensators und d der effektive Abstand zwischen den beiden Kondensatorplatten des Plattenkondensators, welcher senkrecht auf der effektiven Fläche A steht. Sowohl die effektive Fläche A als auch der Abstand d können fertigungsbedingten Abweichungen von einem jeweiligen Sollwert unterliegen. Die Abweichungen der Fläche A von dem Sollwert werden in dieser Anmeldung nicht berücksichtigt; sie sind im Verhältnis zu der Fläche A selbst häufig relativ gering.
  • Die Sensitivität gegenüber der Luftfeuchte ist die totale Ableitung der elektrischen Kapazität nach der Luftfeuchte H:
    Figure DE102014210122A1_0002
  • Wird bei einem vorbestimmten Referenzwert H0 die obige Kapazität C(H0) der Luftfeuchte H gemessen, kann aus dieser Ein-Punkt-Messung der Term
    Figure DE102014210122A1_0003
    Figure DE102014210122A1_0004
    bestimmt werden, wobei εpol(H0) aus Tabellen und/oder Messreihen vorbekannt ist. Mit dem ebenfalls aus Tabellen und/oder Messreihen vorbekannten Wert für
    Figure DE102014210122A1_0005
    kann somit die Sensitivität S besonders genau berechnet werden zu
  • Figure DE102014210122A1_0006
  • Wird sodann in der eigentlichen Messung eine Kapazität C(H1) bei einem Luftfeuchte-Wert H1 gemessen, kann dieser Luftfeuchte-Wert H1 auf die einfachste Weise bestimmt werden durch H1 = H0 + S[C(H1) – C(H0)], das heißt, der Luftfeuchte-Wert H1 ist die Summe aus dem Referenzwert H0 der Luftfeuchte als Offset, und dem Produkt aus der Sensitivität S mit der Differenz zwischen der Kapazität bei Kontakt mit Luft mit dem Luftfeuchte-Wert H1 und der Kapazität bei Kontakt mit Luft mit dem Luftfeuchte-Wert H0. Statt von einer Kapazität wäre es noch genauer, von einem jeweilige aktuellen Kapazitätswert der elektrischen Kapazität zu sprechen.
  • Elektroden solcher Vorrichtungen zum kapazitiven Bestimmen von Werten für zu messende Eigenschaften eines Stoffes können mit Schutzschichten versehen werden, beispielsweise sauerstoffundurchlässige Schutzschichten zum Verhindern eines Oxidierens der Elektroden oder feuchteundurchlässige Schutzschichten zum Verhindern einer Korrosion der Elektroden und somit zum Verlängern der Lebensdauer der Vorrichtung und zur Stabilisierung des Verhaltens der Vorrichtung über die Lebensdauer. Dadurch kann sich eine kapazitive Reihenschaltung ergeben, deren elektrische Gesamtkapazität als Unbekannte die Schichtdicke sowohl der Schutzschicht als auch die Schichtdicke der in der Vorrichtung verwendeten funktionalen Schicht, deren Dielektrizitätskonstante bei Kontakt mit dem Fluid veränderbar ist, enthält.
  • Gemäß dem Erfindungsgedanken der vorliegenden Patentanmeldung kann auch für eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids ein Ein-Punkt-Abgleich, also ein Kalibrieren basierend auf einer Ein-Punkt-Messung, durchgeführt werden, wobei Messfehler, welche auf herstellungsbedingten Abweichungen von Sollwerten basieren, minimiert werden. Dabei kann für die Berechnungen der Sollwert für eine der dielektrischen Schichten der Vorrichtung, deren Dielektrizitätskonstante nicht von dem Wert der zu messenden Eigenschaft des Fluids abhängt, beispielsweise einer Schutzschicht, verwendet werden. Erfindungsgemäß können die Fehler, die durch die herstellungsbedingten Abweichungen der Schichtdicke dieser dielektrischen Schicht bei dem Bestimmen der Sensitivität der Vorrichtung auftreten können mittels der Kompensations-Kondensatoreinrichtung verringert werden.
  • Bei den beschriebenen Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung zum Bestimmen des Werts der zu messenden Eigenschaft des Fluids können einige Schritte zum Kalibrieren der jeweiligen individuellen Vorrichtung dienen. Dabei handelt es sich insbesondere um Schritte, welche zu dem Bestimmen der Sensitivität der Vorrichtung sowie zum Bestimmen eines Offsets führen. Die Sensitivität und der Offset sind beispielsweise anhand von 9 oben beschrieben. Die Schritte zum Kalibrieren können, aufgrund des damit verbundenen Aufwands, vorteilhafterweise nur ein einziges Mal durchgeführt werden, während die weiteren Schritte, also das eigentliche Bestimmen des Werts der zu messenden Eigenschaft des Fluids, zeitlich nach den Kalibrierungsschritten beliebig oft durchgeführt werden können.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die erste dielektrische Schicht und die zweite dielektrische Schicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgebildet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die zweite dielektrische Schicht zwischen der dritten Elektrode und der vierten Elektrode ausgebildet. Vorteilhafterweise ist lediglich die zweite dielektrische Schicht zwischen der dritten Elektrode und der vierten Elektrode ausgebildet. Hierdurch kann die Messgenauigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter verbessert werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung eine Messeinrichtung auf, mittels welcher ein erster aktueller Kapazitätswert einer elektrischen Gesamtkapazität einer elektrischen Parallelschaltung der Mess-Kondensatoreinrichtung mit der Kompensations-Kondensatoreinrichtung messbar ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung eine Bestimmungseinrichtung auf, mittels welcher basierend auf dem gemessenen ersten aktuellen Kapazitätswert eine Sensitivität der Vorrichtung gegenüber der zu messenden Eigenschaft bestimmbar ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung eine Recheneinrichtung auf, mittels welcher basierend auf der bestimmten Sensitivität der Vorrichtung sowie basierend auf einem gemessenen zweiten aktuellen Kapazitätswert der ersten elektrischen Kapazität der Mess-Kondensatoreinrichtung und/oder basierend auf einem gemessenen dritten aktuellen Kapazitätswert der elektrischen Gesamtkapazität der Parallelschaltung der Mess-Kondensatoreinrichtung mit der Kompensations-Kondensatoreinrichtung der zu bestimmende Wert der zu messenden Eigenschaft des Fluids bestimmbar ist. Hierdurch kann die Vorrichtung besonders kompakt ausgebildet werden. Weiterhin können Fertigungsschritte kombiniert werden, insbesondere auf Waferlevel, sodass der technische Aufwand zum Herstellen der Vorrichtung verringert ist.
  • Die Bestimmungseinrichtung und/oder die Recheneinrichtung können beispielsweise als ein Rechner einer Abgleichanlage ausgebildet sein.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die erste dielektrische Schicht ein Polyimid auf oder besteht aus einem Polyimid. Polyimide weisen Dielektrizitätskonstanten auf, welche sich nahezu linear mit einer angelegten, das heißt in Kontakt gebrachten, relativen Luftfeuchte ändern. Somit eignen sich Polyimide besonders für eine Vorrichtung zum Messen einer Luftfeuchte, insbesondere einer relativen Luftfeuchte, gemäß der vorliegenden Erfindung. Auch eine Drift von Eigenschaften von Polyimiden ist verhältnismäßig gering. Polyimide sind vielfältig integrierbar und können über einem beispielhaften Messbereich zwischen 0% und 100% relativer Luftfeuchte je nach Größe beispielsweise zu Kapazitätsänderungen im Bereich von einhundert bis eintausend Femto-Farad, je nach den Abmessungen der Polyimide auch mehrere zehntausend Femto-Farad führen. Solche Kapazitätsänderungen sind, wie im Folgenden auch beschrieben, leicht mittels integrierter Schaltungen zum Bestimmen der Luftfeuchte auswertbar.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Mess-Kondensatoreinrichtung als Plattenkondensator oder als Interdigitalkondensator ausgebildet. Ist die Mess-Kondensatoreinrichtung als Plattenkondensator ausgebildet, können eine oder mehrere Elektroden der Mess-Kondensatoreinrichtung aus einem porösen oder feuchtedurchlässigem Material bestehen, sodass das Fluid oder dessen Feuchte durch diese Elektrode durch dringen kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Kompensations-Kondensatoreinrichtung als Plattenkondensator oder als Interdigitalkondensator ausgebildet. Solche Kondensatorformen für die Kondensatoreinrichtungen sind besonders kompakt und leicht herstellbar.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Fluid ein Gas oder ein Gasgemisch und die zu bestimmende Eigenschaft des Gases oder Gasgemischs eine Konzentration eines vorbestimmten Stoffes in dem Gas oder Gasgemisch, beispielsweise ein Kohlendioxidgehalt in der Luft. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das Fluid ein Gas oder Gasgemisch, beispielsweise Luft, und die zu bestimmende Eigenschaft eine Konzentration von Wasserdampf in dem Gas oder Gasgemisch, wobei sich die erste Dielektrizitätskonstante der ersten dielektrischen Schicht im Wesentlichen abhängig von der Konzentration des Wasserdampfs in dem Gas oder Gasgemisch verändert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Fluid eine Flüssigkeit und die zu bestimmende Eigenschaft der Flüssigkeit ein pH-Wert der Flüssigkeit.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung eine steuerbare Schaltungseinrichtung auf, mittels welcher die Kompensations-Kondensatoreinrichtung mit der Mess-Kondensatoreinrichtung elektrisch parallelschaltbar und/oder von der Mess-Kondensatoreinrichtung elektrisch abkoppelbar ist. Zumindest die Mess-Kondensatoreinrichtung und die Kompensations-Kondensatoreinrichtung sind auf einem und demselben Substrat ausgebildet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die steuerbare Schaltungseinrichtung als auf dem Substrat angeordnete anwendungsspezifische integrierte Schaltung ausgebildet. Somit kann die Vorrichtung besonders kompakt und auf Waferlevel mit besonders geringem technischen Aufwand produziert werden. Durch das Abkoppeln der Kompensations-Kondensatoreinrichtung kann erreicht werden, dass diese beim eigentlichen Messen nicht ständig mitbeansprucht wird. Dies kann vorteilhaft sein, wenn etwa zu erwarten ist, dass die Kompensations-Kondensatoreinrichtung anders, beispielsweise schneller, altert als die Mess-Kondensatoreinrichtung, oder keine Erkenntnisse zum Langzeitverhalten vorliegen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Schaltungseinrichtung als eine von dem Substrat separate, mit der Mess-Kondensatoreinrichtung und der Kompensations-Kondensatoreinrichtung elektrisch verbundene anwendungsspezifische integrierte Schaltung ausgebildet.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids die weiteren Schritte auf: Messen eines vierten aktuellen Kapazitätswerts der ersten elektrischen Kapazität der Mess-Kondensatoreinrichtung bei Kontakt der Mess-Kondensatoreinrichtung mit dem Referenzfluid, wobei das Referenzfluid einen vorbestimmten Referenzwert der zu messenden Eigenschaft des Referenzfluids aufweist; Bringen der Mess-Kondensatoreinrichtung in Kontakt mit dem Fluid mit der zu messenden Eigenschaft; Messen eines zweiten aktuellen Kapazitätswerts der Mess-Kondensatoreinrichtung bei Kontakt der Mess-Kondensatoreinrichtung mit dem Fluid mit der zu messenden Eigenschaft; Berechnen des zu bestimmenden Werts der zu messenden Eigenschaft des Fluids basierend auf dem gemessenen zweiten aktuellen Kapazitätswert; weiterhin basierend auf der bestimmten Sensitivität der Vorrichtung gegenüber der zu messenden Eigenschaft; sowie basierend auf dem gemessenen vierten aktuellen Kapazitätswert. Hierdurch kann die Messgenauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter verbessert werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst das Verfahren den Schritt: Ermitteln eines Differenzwerts zwischen dem gemessenen ersten und dem gemessenen vierten aktuellen Kapazitätswert; wobei das Berechnen des zu bestimmenden Werts der zu messenden Eigenschaft des Fluids basierend auf dem ermittelten Differenzwert zwischen dem gemessenen ersten und dem gemessenen vierten aktuellen Kapazitätswert durchgeführt wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst das Verfahren die Schritte: Bringen der Mess-Kondensatoreinrichtung in Kontakt mit dem Fluid mit der zu messenden Eigenschaft; Messen eines dritten aktuellen Kapazitätswerts der elektrischen Gesamtkapazität der Mess-Kondensatoreinrichtung mit der Kompensations-Kondensatoreinrichtung bei Kontakt der Mess-Kondensatoreinrichtung mit dem Fluid; Berechnen des zu bestimmenden Werts der zu messenden Eigenschaft des Fluids basierend auf dem gemessenen dritten aktuellen Kapazitätswert; und weiterhin basierend auf der bestimmten Sensitivität der Vorrichtung gegenüber der zu messenden Eigenschaft.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Vorrichtung werden die erste dielektrische Schicht und die zweite dielektrische Schicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgebildet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die zweite dielektrische Schicht zwischen der dritten Elektrode und der vierten Elektrode ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die zweite dielektrische Schicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode sowie zwischen der dritten Elektrode und der vierten Elektrode im selben Fertigungsschritt ausgebildet wird. Somit wirken sich herstellungsbedingte Abweichungen bei den Eigenschaften, insbesondere Abmessungen, darunter Schichtdicken, der zweiten dielektrischen Schicht in gleicher Weise sowohl auf die Mess-Kondensatoreinrichtung als auch auf die Kompensations-Kondensatoreinrichtung aus und können somit kompensiert werden. Das heißt, der Einfluss dieser Abweichungen auf das Bestimmen der Sensitivität der Vorrichtung gegenüber Änderungen der zu messenden Eigenschaft des Fluids kann verringert werden.
  • Sofern in dieser Beschreibung und den Patentansprüchen Elemente als „erstes”, „zweites”, „drittes”, „n-tes” usw. Elemente bezeichnet werden, soll verstanden sein, dass es sich dabei nicht um eine numerische Aufzählung, sondern lediglich um verschiedene Bezeichnungen handelt. Somit kann in einer bestimmten Ausführungsform durchaus ein als „zweites” bezeichnetes Element enthalten sein, ohne dass notwendigerweise auch ein als „erstes” bezeichnetes Element in dieser Ausführungsform enthalten ist.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Querschnittsansicht einer Mess-Kondensatoreinrichtung der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Längsschnittsansicht der Mess-Kondensatoreinrichtung der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine schematische Querschnittsansicht einer Kompensations-Kondensatoreinrichtung der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ein Ersatzschaltbild für die Mess-Kondensatoreinrichtung und die Kompensations-Kondensatoreinrichtung der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Parallelschaltung;
  • 6 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 7 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens für eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 9 eine schematische Querschnittsansicht durch eine beispielhafte Vorrichtung zum kapazitiven Messen einer Luftfeuchte.
  • In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 10 zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids F gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Für Details wird auch auf die folgenden 2 bis 5 verwiesen.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform weist die Vorrichtung 10 eine Mess-Kondensatoreinrichtung 12 auf, welche mit dem Fluid F in Kontakt bringbar ist. Dazu kann die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 an einer äußeren Oberfläche der Vorrichtung 10 angeordnet sein. Insbesondere ist die Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform eine Vorrichtung zum Messen einer Luftfeuchte, d. h. einer Konzentration von Wasser in Luft als Fluid F.
  • 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Mess-Kondensatoreinrichtung 12 der Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 ist als Interdigitalkondensator ausgebildet, siehe auch 2 und 3. Solch ein Interdigitalkondensator weist interdigital („zwischenfingrig”) ineinander eingreifend angeordnete kammförmige Elektroden auf. Die einzelnen Zähne der Kammform der Elektroden werden im Folgenden als „Elektrodenfinger” bezeichnet.
  • Die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 weist eine erste Elektrode 14 mit einer ersten Mehrzahl von elektrisch verbundenen ersten Elektrodenfingern 17-1 und eine zweite Elektrode 16 mit einer zweiten Mehrzahl von elektrisch verbundenen zweiten Elektrodenfingern 17-2 auf. Mit Ausnahme von an einem Rand der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 ausgebildeten Elektrodenfingern 17-1, 17-2, greift jeweils ein erster Elektrodenfinger 17-1 in einen Zwischenraum zwischen zwei der zweiten Elektrodenfinger 17-2 ein, und es greift jeweils ein zweiter Elektrodenfinger 17-2 in einen Zwischenraum zwischen zwei der ersten Elektrodenfinger 17-1 ein. Die erste und zweite Elektrode 14, 16 sind aus einem leitfähigen Material, insbesondere aus Polysilizium oder aus einem Metall, vorzugsweise Aluminium, Kupfer, Titan oder Wolfram, ausgebildet. Eine oder mehrere der Elektroden können aus einem porösen Metall ausgebildet sein, um einen besseren Zugang des Fluids F in oder an die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 zu ermöglichen.
  • Die Elektrodenfinger 17-1, 17-2 stehen im Querschnitt senkrecht auf einer gemeinsamen gedachten Achse A-A'. In einer jeweiligen Ebene senkrecht zu der Achse A-A' ist jeder der ersten und zweiten Elektrodenfinger 17-1, 17-2 im Wesentlichen als Platte ausgebildet. Die Elektrodenfinger 17-1, 17-2 weisen jeweils die Breite B senkrecht zu der Achse A-A' und eine Dicke D parallel zu der Achse A-A' auf. Dabei soll verstanden sein, dass infolge der verwendeten Herstellungsverfahren Formen nur im Wesentlichen angebbar sind. Statt einer idealen Platte mit rechteckigen Querschnitten können die Elektrodenfinger 17-1, 17-2 beispielsweise einen oder mehrere trapezförmige, dreiecksförmige und/oder fünfeckige Querschnitte etc. aufweisen.
  • Die erste und die zweite Elektrode 14, 16 und die zugehörigen ersten und zweiten Elektrodenfinger 17-1, 17-2 bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere aus einem Metall. Über eine erste elektrische Kontakteinrichtung 19-1, beispielsweise ein Bondpad, ist die erste Elektrode 14 elektrisch kontaktierbar. Über eine zweite elektrische Kontakteinrichtung 19-2, beispielsweise ein Bondpad, ist die zweite Elektrode 16 elektrisch kontaktierbar. Zwischen den Elektrodenfingern 17-1, 17-2 der ersten und zweiten Elektroden 14, 16 ist eine erste dielektrische Schicht 18 ausgebildet, welche im Folgenden näher erläutert wird.
  • 3 zeigt eine schematische Längsschnittsansicht der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, welcher die Achse A-A' umfasst und senkrecht auf dem Querschnitt gemäß 2 steht. Wie in 3 dargestellt, sind die Elektrodenfinger 17-1, 17-2 gemäß der ersten Ausführungsform jeweils mit einer Höhe H senkrecht zu der Achse A-A' ausgebildet. Die erste und die zweite Elektrode 14, 16 sind auf einem gemeinsamen Substrat 50 ausgebildet. Das Substrat ist vorzugsweise ein nicht-leitendes Silizium-Substrat, beispielsweise aus Siliziumoxid, wobei auch andere Materialien denkbar sind. Die erste und die zweite Elektrode 14, 16 sind in derselben Ebene isoliert voneinander ausgebildet.
  • Das Substrat ist, beispielsweise durch Ätzen vor oder nach dem Aufbringen der Elektrodenfinger 17-1, 17-2 auf dem Substrat 50, mit voneinander beabstandeten Podesten P ausgebildet. Die Podeste P weisen im Wesentlichen eine Podest-Höhe h gegenüber dem Substrat 50, sowie ebenfalls die Dicke D und die Breite B auf. Jeder der ersten und zweiten Elektrodenfinger 17-1, 17-2 ist mit einer Höhe H auf je einem Podest P des Substrats 50 ausgebildet. Zwischen den Podesten P und den Elektrodenfingern 17-1, 17-2 kann eine isolierende Schicht, beispielsweise eine Oxidschicht, etwa aus Siliziumoxid, ausgebildet sein. Alternativ können die Elektrodenfinger 17-1, 17-2 auch direkt an dem Substrat 50 ausgebildet sein. Die Podeste P können dazu beitragen, dass bei dem Ausbilden der Elektrodenfinger 17-1, 17-2 ungewollte elektrische Verbindungen zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 14, 16 verhindert werden.
  • Die Elektrodenfinger 17-1, 17-2 sind mit einer zweiten dielektrischen Schicht 20 als Schutzschicht beschichtet, welche insbesondere zum Verbessern der Zuverlässigkeit und/oder dem Verlängern der Lebensdauer der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 dienen kann. Gemäß der ersten Ausführungsform besteht die zweite dielektrische Schicht 20 aus Siliziumnitrid. Die Siliziumnitrid-Schicht 20 kann auf das Substrat 50 mit den darauf angeordneten Elektrodenfingern 17-1, 17-2 beispielsweise aufgedampft werden. Alternativ kann die zweite dielektrische Schicht auch beispielsweise aus Gold, einem andren Siliziumoxid, oder einem anderen, gasdichten, nicht-oxidierenden Material bestehen.
  • Die Siliziumnitridschicht 20 ist an Oberflächen 21-1 bis 21-7 der Elektrodenfinger 17-1, 17-2, welche einem oder mehreren anderen Elektrodenfingern 17-1, 17-2 zugewandt sind, mit einer ersten Schichtdicke d1 ausgebildet. An von dem Substrat 50 abgewandten Oberflächen 23-1 bis 23-4 ist die Siliziumnitridschicht 20 mit einer zweiten Schichtdicke d2 ausgebildet, wobei die erste Schichtdicke d1 kleiner ist als die zweite Schichtdicke d2.
  • Zwischen den Elektrodenfingern 17-1, 17-2 und an einer von dem Substrat 50 abgewandten Seite der ersten und zweiten Elektroden 14, 16 ist die erste dielektrische Schicht 18 als eine Polyimid-Schicht ausgebildet. Insbesondere Zwischenräume 15 zwischen den Elektrodenfingern 17-1, 17-2 sind möglichst vollständig mit der zweiten dielektrischen Schicht 20 gefüllt. Eine Zwischenraumbreite d4 der Zwischenräume 15 zwischen den Elektrodenfingern 17-1, 17-2 ist vorzugsweise zwischen 200 Nanometer und 2000 Nanometer, insbesondere zwischen 500 Nanometer und 1500 Nanometer breit ausgebildet. Die dritte Schichtdicke d3 der ersten dielektrischen Schicht 18 zwischen den Elektrodenfingern 17-1, 17-2 kann insbesondere zwischen 100 Nanometer und 500 Nanometer dünner sein als die Zwischenraumbreite d4.
  • Vorteilhafterweise wird die Zwischenraumbreite d4 im Wesentlichen für alle Elektrodenfinger 17-1, 17-2 gleichförmig ausgebildet. Ein Abstand d5 zwischen Spitzen der Elektrodenfinger 17-1, 17-2 und einem Hauptkörper der ersten und zweiten Elektroden 14, 16, von welchem die Elektrodenfinger 17-1, 17-2 ausgehen, siehe 2, kann vorteilhaft zwischen der Hälfte und dem Doppelten der Zwischenraumbreite d4 sein. Insbesondere kann der Abstand d5 auch gleich der Zwischenraumbreite d4 sein.
  • Eine erste elektrische Kapazität C1 der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 weist demnach einen ersten und einen zweiten Kapazitätsanteil Cm, Cp auf. Der erste Kapazitätsanteil Cm geht auf die erste und zweite Elektrode 14, 16 in Verbindung mit der ersten dielektrischen Schicht 18, also der Polyimid-Schicht, zurück. Die Polyimid-Schicht ist derart beschaffen, das heißt, das Polyimid oder die Polyimide der zweiten dielektrischen Schicht ist oder sind derart ausgewählt, dass in Abhängigkeit einer Luftfeuchte der Umgebungsluft als Fluid F eine erste Dielektrizitätskonstante der ersten dielektrischen Schicht 18 veränderlich ist, das heißt, sich in Abhängigkeit der Luftfeuchte verändert. Damit ist auch der erste Kapazitätsanteil Cm abhängig von der Luftfeuchte. Darauf basierend kann eine kapazitive Messung zum Bestimmen der Luftfeuchte, als eine zu bestimmende Eigenschaft der Luft, durchgeführt werden.
  • Der zweite Kapazitätsanteil Cp der ersten elektrischen Kapazität C1 der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 geht auf die erste und zweite Elektrode 14, 16 in Verbindung mit der zweiten dielektrischen Schicht 20, also der Siliziumnitridschicht, zurück. Die als Siliziumnitridschicht ausgebildete zweite dielektrische Schicht weist eine zweite Dielektrizitätskonstante der zweiten dielektrischen Schicht 20 auf, welcher im Wesentlichen unabhängig von der Luftfeuchte ist.
  • Somit ist auch der zweite Kapazitätsanteil Cp im Wesentlichen unabhängig von der Luftfeuchte, wodurch sich die Sensitivität der Mess-Kondensatoreinrichtung auf Änderungen der Luftfeuchte verringern kann. Der erste und der zweite Kapazitätsanteil Cm, Cp sind, elektrotechnisch gesehen, in Reihe geschaltet, siehe 5, wodurch die erste elektrische Kapazität C1 entsteht.
  • Die erste Schichtdicke d1 der zweiten dielektrischen Schicht 20 ist je nach gewähltem Herstellungsverfahren, beispielsweise Aufdampfen, Schwankungen unterworfen. Ein Sollwert für die erste Schichtdicke d1 kann beispielsweise zwischen 30 und 250 Nanometer, vorzugsweise zwischen 40 und 150 Nanometer, insbesondere 60 bis 100 Nanometer betragen. Hierbei ist eine unterschiedliche Schichtdicke an Stirn- und Flankenseiten der Elektrodenfinger 17-1, 17-2 herstellungsbedingt möglich. Beispielsweise kann die erste Schichtdicke d1 um 40% kleiner sein als die zweite Schichtdicke d2. Herstellungsbedingt können dabei beispielsweise Schwankungen von plus oder minus 10% auftreten. Da die erste dielektrische Schicht 18 nach dem Ausbilden der zweiten dielektrischen Schicht 20 an den Elektrodenfingern 17-1, 17-2 in die Zwischenräume 15 mit der Zwischenraumbreite d4 zwischen den Elektrodenfingern 17-1, 17-2 eingefüllt wird, ist auch eine dritte Schichtdicke d3 der ersten dielektrischen Schicht 18 zwischen den Elektrodenfingern 17-1, 17-2 herstellungsbedingten Schwankungen unterworfen.
  • Eine Sensitivität der Vorrichtung 10 gegenüber einer Änderung der Luftfeuchte geht auf eine Änderung des ersten Kapazitätsanteils Cm zurück. Je stärker sich – insbesondere prozentual auf den ersten Kapazitätsanteil Cm bezogen – der erste Kapazitätsanteil Cm zwischen einem Kontakt mit Luft mit ca. 0% relativer Luftfeuchte und einem Kontakt mit Luft mit ca. 100% relativer Luftfeuchte ändert, desto größer ist die Sensitivität der Vorrichtung 10 gegenüber der Änderung der Luftfeuchte.
  • Bei dem Bestimmen der Sensitivität wird vorteilhafterweise ein Ein-Punkt-Abgleich verwendet. Dabei wird die Vorrichtung 10 in Kontakt mit einem Referenzfluid mit einem vorbestimmten Referenzwert der zu bestimmenden Eigenschaft des Fluids gebracht, im vorliegend beschriebenen Beispiel mit Luft mit einer relativen Luftfeuchte von 50%. Darauf basierend wird die Sensitivität der Vorrichtung 10 bestimmt, wie im Folgenden näher beschrieben, wobei für die ersten und dritten Schichtdicken d1, d3 die Sollwerte angenommen werden. Ein Sollwert für die dritte Schichtdicke d3 kann beispielsweise zwischen 100 und 2000 Nanometer, vorteilhaft zwischen 200 und 1500 Nanometer, insbesondere zwischen 300 und 1300 Nanometer liegen und besonders bevorzugt 300 Nanometer sein. Dadurch, dass herstellungsbedingt die ersten und dritten Schichtdicken d1, d3 von den Sollwerten abweichen, wird somit die Sensitivität der Vorrichtung 10 mit einem gewissen Fehler bestimmt. Mittels der Kompensations-Kondensatorvorrichtung 22 wird die Abhängigkeit des Bestimmens der Sensitivität von den herstellungsbedingten Abweichungen der ersten und dritten Schichtdicken d1, d3 verringert, sodass selbst bei einem Ein-Punkt-Abgleich der resultierende Fehler bei dem Bestimmen der Sensitivität verhältnismäßig gering bleibt.
  • Daher ist es von Vorteil, wenn die Schwankungen insbesondere der ersten und dritten Schichtdicken d1, d3 zu einem möglichst geringen Fehler bei dem Bestimmen des Werts der Luftfeuchte basierend auf gemessenen elektrischen Kapazitäten, welche den ersten Kapazitätsanteil Cm umfassen, führen. Dies wird mittels einer Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 erreicht, wie im Folgenden näher beschrieben.
  • Wieder bezugnehmend auf 1 weist die Vorrichtung 10 weiterhin eine Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 auf, welche gemäß der ersten Ausführungsform als Plattenkondensator ausgebildet ist.
  • 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 der Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Gemäß der ersten Ausführungsform ist die Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 als Plattenkondensator auf einer Oberfläche 50-S des Substrats 50 ausgebildet, auf welcher auch die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 ausgebildet ist.
  • An einer Oberfläche 50-S des Substrats 50 ist eine elektrisch isolierende Schicht, insbesondere eine Oxidschicht 27 ausgebildet. Auf, insbesondere an, einer von dem Substrat abgewandten Oberfläche 27-S der Oxidschicht 27 sind eine dritte Elektrode 24 und eine fünfte Elektrode 25, voneinander durch einen Zwischenraum 51 beabstandet, ausgebildet. Die dritte und die fünfte Elektrode 24, 25 bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere aus Polysilizium oder aus einem Metall, vorzugsweise Aluminium, Kupfer, Titan oder Wolfram. Die dritte und fünfte Elektrode 24, 25 der Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 können vorteilhafterweise im selben Fertigungsschritt und mit demselben Verfahren hergestellt werden wie die erste und zweite Elektrode 14, 16 der Mess-Kondensatoreinrichtung 12.
  • Auf, insbesondere an, einer von der Oxidschicht 27 abgewandten Oberfläche 24-S der dritten Elektrode 24 ist die zweite dielektrische Schicht 20 ausgebildet. Ein Abschnitt 20' der zweiten dielektrischen Schicht 20, welcher Teil der Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 ist, kann dabei von einem Abschnitt der zweiten dielektrischen Schicht 20, welcher Teil der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 ist, separat und beabstandet sein. Dazu kann die zweite dielektrische Schicht 20 strukturiert sein, beispielsweise durch Ätzen.
  • Alternativ kann die zweite dielektrische Schicht 20 auch durchgehend, also einteilig ausgebildet sein, sodass der Abschnitt 20' der zweiten dielektrischen Schicht 20, welcher Teil der Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 ist und der Abschnitt der zweiten dielektrischen Schicht 20, welcher Teil der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 ist, innerhalb der zweiten dielektrischen Schicht miteinander verbunden sind.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform ist die gesamte zweite dielektrische Schicht 20 innerhalb eines Fertigungsschrittes ausgebildet worden, sodass sich herstellungsbedingte Abweichungen von Sollwerten, insbesondere bezüglich der Abmessungen der zweiten dielektrischen Schicht 20, besonders bezüglich der Schichtdicken d1, d2 der zweiten dielektrischen Schicht 20, gleichermaßen in der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 als auch in der Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 niederschlagen.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform bedeckt der Abschnitt 20' der zweiten dielektrischen Schicht 20 die von der Oxidschicht 27 abgewandte Oberfläche 24-S der dritten Elektrode 24 zum Teil, vorzugsweise zu mehr als 50%, insbesondere zu mehr als 90%. Weiterhin bedeckt der Abschnitt 20' der zweiten dielektrischen Schicht 20 die von der Oxidschicht 27 abgewandte Oberfläche 25-S der fünften Elektrode 254 zum Teil, vorzugsweise zu mehr als 50%, insbesondere zu mehr als 90%. Auch ein Zwischenraum 51, welcher zwischen der dritten Elektrode 24, der fünften Elektrode 25 und der Oxidschicht 27 ausgebildet ist, ist von dem Abschnitt 20' der zweiten dielektrischen Schicht im Wesentlichen ausgefüllt. Mit „im Wesentlichen” soll hier gemeint sein, dass herstellungsbedingte Abweichungen, beispielsweise kleine Bläschen, umfasst sein können.
  • An einer von der dritten und fünften Elektrode 24, 25 abgewandten Oberfläche 20-S des ersten Abschnitts 21-1 der zweiten dielektrischen Schicht 20, wobei die Oberfläche 20-S auch von dem Substrat 50 abgewandt ist, ist eine vierte Elektrode 26 ausgebildet. Der Abschnitt 20' der zweiten dielektrischen Schicht ist somit zwischen der dritten Elektrode 24 und der vierten Elektrode 26 ausgebildet, welche als Kondensatorplatten angesehen werden können. Herstellungsbedingt ist der Abschnitt 20' der zweiten dielektrischen Schicht ebenfalls mit der zweiten Schichtdicke d2 ausgebildet, ebenso wie der in der Mess-Kondensatoreinrichtung angeordnete Abschnitt der zweiten dielektrischen Schicht 20. Ein Verhältnis zwischen der ersten Schichtdicke d1 und der zweiten Schichtdicke d2 kann aufgrund des bekannten Fertigungsschrittes zum Herstellen der zweiten dielektrischen Schicht bekannt sein und beispielsweise 5:3 betragen.
  • Die Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 weist somit eine zweite elektrische Kapazität C2 auf, welche zum Teil auf die dritte und vierte Elektrode 24, 26 in Verbindung mit der zweiten dielektrischen Schicht 20 zurückgeht. Über eine dritte elektrische Kontaktierungseinrichtung 19-3, beispielsweise ein Bondpad, ist die dritte Elektrode 24 elektrisch kontaktierbar. Über eine vierte elektrische Kontaktierungseinrichtung 19-4, beispielsweise ein Bondpad, ist die fünfte Elektrode 25 elektrisch kontaktierbar. Zwischen der dritten und der vierten elektrischen Kontaktierungseinrichtung 19-3, 19-4 ist somit eine dritte elektrische Kapazität messbar, welche auf die dritte und vierte Elektrode 24, 26 in Verbindung mit der zweiten dielektrischen Schicht 20 sowie auf die vierte und fünfte Elektrode 26, 25 in Verbindung mit der zweiten dielektrischen Schicht 20 zurückgeht. Die zweite elektrische Kapazität C2 und die dritte elektrische Kapazität sind im Wesentlichen von der Luftfeuchte unabhängig, während die erste elektrische Kapazität C1 abhängig von der zu messenden Luftfeuchte ist.
  • Wieder bezugnehmend auf 1, sind die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 und die Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 mittels einer Schaltungseinrichtung 46, welche auf dem Substrat 50 angeordnet ist, parallelgeschaltet oder parallelschaltbar.
  • 5 zeigt ein Ersatzschaltbild für die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 und die Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in Parallelschaltung.
  • 1 zeigt weiterhin eine Messeinrichtung 40 der Vorrichtung 10, mittels welcher ein erster aktueller Kapazitätswert einer elektrischen Gesamtkapazität der elektrischen Parallelschaltung der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 mit der Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 messbar ist. Die Messeinrichtung 40 ist mit der Schaltungseinrichtung 26 elektrisch verbunden. Ein Messen mittels der Messeinrichtung 40 kann beispielsweise basierend auf einem Messen einer RC-Zeitkonstante, einer Phasenverschiebung, einer Frequenzmodulation und/oder einer Amplitudenmodulation erfolgen. Die Messeinrichtung 40 kann jeweils entsprechende elektronische Bauelemente umfassen.
  • Die Vorrichtung 10 weist gemäß der ersten Ausführungsform weiterhin eine Bestimmungseinrichtung 42 auf, mittels welcher basierend auf dem gemessenen ersten aktuellen Kapazitätswert eine Sensitivität der Vorrichtung 10 gegenüber der Luftfeuchte bestimmbar ist. Die Bestimmungseinrichtung 42 ist mit der Messeinrichtung 46 elektrisch verbunden, um zumindest den von der Messeinrichtung 40 gemessenen ersten aktuellen Kapazitätswert zu empfangen. Die Bestimmungseinrichtung 42 kann beispielsweise als ein Rechner einer Abgleichanlage ausgebildet sein. Das Bestimmen der Sensitivität kann mittels eines der erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden, wie im Folgenden näher beschrieben.
  • Die Vorrichtung 10 weist weiterhin eine Recheneinrichtung 44 auf, mittels welcher basierend auf der bestimmten Sensitivität der Vorrichtung 10 sowie basierend auf einem gemessenen dritten aktuellen Kapazitätswert der elektrischen Gesamtkapazität der Parallelschaltung der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 mit der Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 der zu bestimmende Wert der Luftfeuchte bestimmbar ist. Die Recheneinrichtung 44 weist einen nicht-flüchtigen Datenspeicher 45 zum Speichern von Rechenparametern auf. Das Bestimmen des Werts der Luftfeuchte kann gemäß einem der erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden, wie im Folgenden näher beschrieben.
  • Die Vorrichtung 10 weist weiterhin eine Schnittstelle 48 auf, mittels welcher Ergebnisse des Bestimmens des Werts der Luftfeuchte ausgebbar sind. Bei der Schnittstelle kann es sich um eine drahtlose Schnittstelle, etwa eine Funkschnittstelle, oder um eine einfache drahtgebundene Schnittstelle handeln, mittels welcher ein analoges oder ein digitales Signal, welches den bestimmten Wert der Luftfeuchte umfasst, übermittelbar ist. Über die Schnittstelle 48 kann auch der Dateninhalt des Datenspeichers 45 anpassbar sein, beispielsweise ein in dem Datenspeicher 45 gespeichertes Steuerprogramm, welche das Bestimmen des zu bestimmenden Werts mittels der Vorrichtung 10 automatisch steuert.
  • 6 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids F gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insbesondere ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung 10 zum Bestimmen eines Werts der Luftfeuchte gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform wird im Folgenden hauptsächlich anhand der Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Für das Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform sollten die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 und die Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 parallelschaltbar sowie auch wieder voneinander abkoppelbar sein.
  • In einem Schritt S01 wird die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 in Kontakt mit einem Referenzfluid gebracht, wobei das Referenzfluid einen vorbestimmten Referenzwert der zu bestimmenden Eigenschaft aufweist. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist das Referenzfluid Luft mit einem vorgegebenen Referenzwert der Luftfeuchte, beispielsweise von 50% Luftfeuchte. Alternativ kann auch eine Luftfeuchte von – im Rahmen der technischen Möglichkeiten – 0% oder 100% als Referenzwert der Luftfeuchte verwendet werden. Gemäß der zweiten Ausführungsform wird die gesamte Vorrichtung 10 dazu in einen abgeschlossenen Raum eingebracht, welcher als Referenzfluid Luft mit dem Referenzwert von 10% Luftfeuchte enthält.
  • In einem Schritt S02 wird, während die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 in Kontakt mit dem Referenzfluid gebracht ist, ein erster aktueller Kapazitätswert einer elektrischen Gesamtkapazität einer elektrischen Parallelschaltung der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 mit der Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 gemessen. Das Messen S02 kann etwa basierend auf einem Messen einer RC-Zeitkonstante, einer Phasenverschiebung, einer Frequenzmodulation und/oder einer Amplitudenmodulation erfolgen
  • In einem Schritt S03 wird, basierend auf dem gemessenen ersten aktuellen Kapazitätswert sowie dem vorbestimmten ersten Referenzwert der zu messenden Eigenschaft des Referenzfluids, die Sensitivität der Vorrichtung 10 gegenüber der Luftfeuchte bestimmt.
  • Bei dem Bestimmen der Sensitivität der Vorrichtung 10 werden vorbestimmte Parameter berücksichtigt. Ein vorbestimmter Parameter kann etwa angeben, welche durchschnittliche Sensitivität ein Vielzahl von Vorrichtungen, welche auf die gleiche Weise wie die vorliegende Vorrichtung 10 hergestellt wurden, in Abhängigkeit von dem jeweiligen gemessenen ersten aktuellen Kapazitätswert, also bei Kontakt mit dem Referenzfluid, aufweist.
  • Weitere vorbestimmte Parameter, welche für das Bestimmen der Sensitivität verwendet werden, sind bekannte Eigenschaften des Polyimids, aus welchem die als Polyimid-Schicht ausgebildete erste dielektrische Schicht 18 ausgebildet ist, insbesondere eine Funktion, welche die Dielektrizitätskonstante des verwendeten Polyimids als Funktion der Luftfeuchte angibt.
  • Weitere vorbestimmte Parameter, welche für das Bestimmen der Sensitivität verwendet werden, sind bekannte Abmessungen, insbesondere Soll-Werte der Abmessungen, der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 und der Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22.
  • Ein weiterer vorbestimmter Parameter, welcher für das Bestimmen der Sensitivität verwendet wird, ist der Referenzwert des Referenzfluids.
  • In einem Schritt S04 wird ein vierter aktueller Kapazitätswert der ersten elektrischen Kapazität der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 bei Kontakt der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 mit dem Referenzfluid gemessen, beispielsweise mittels der Messeinrichtung 40 der Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Bezeichnung als „vierter aktuelle Kapazitätswert” wurde gewählt, da an anderer Stelle noch ein „zweiter aktuelle Kapazitätswert” und ein „dritter aktuelle Kapazitätswert” definiert werden. Das Referenzfluid weist dabei den vorbestimmten Referenzwert der zu messenden Eigenschaft aufweist, ist also Luft mit einer Luftfeuchte von 10%. Für den Schritt S04 wurde die Parallelschaltung der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 und der Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 aufgehoben, beispielsweise mittels der Schaltungseinrichtung 46 gemäß der ersten Ausführungsform. Das Messen S04 kann etwa basierend auf einem Messen einer RC-Zeitkonstante, einer Phasenverschiebung, einer Frequenzmodulation und/oder einer Amplitudenmodulation erfolgen.
  • In einem Schritt S05 wird ein Differenzwert zwischen dem gemessenen ersten und dem gemessenen vierten aktuellen Kapazitätswert bestimmt. Der Differenzwert gibt ein Indiz, einen wie großen Einfluss die Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 auf die elektrische Gesamtkapazität hatte. Der Differenzwert wird beispielsweise mittels der Recheneinrichtung 44 der Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform berechnet und in dem nicht-flüchtigen Datenspeicher 45 der Recheneinrichtung 45 gespeichert.
  • Damit kann die Kalibrierung der individuellen Vorrichtung abgeschlossen sein. Die Schritte S01 bis S05 können beispielsweise einmal für jede individuelle Vorrichtung durchgeführt werden, welche daraufhin für ein ein- oder mehrmaliges Bestimmen des zu bestimmenden Werts der zu messenden Eigenschaft des Fluids F verwendet werden kann, ohne dass eine weitere Kalibrierung notwendig ist. Die weiteren Schritte S06 bis S08 können somit, insbesondere zeitlich nach den Schritten S01 bis S05, beliebig oft durchgeführt werden.
  • In einem Schritt S06 wird die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 in Kontakt mit dem Fluid F mit der zu messenden Eigenschaft gebracht.
  • In einem Schritt S07 wird ein zweiter aktueller Kapazitätswert der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 bei Kontakt der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 mit dem Fluid F mit der zu messenden Eigenschaft gemessen, beispielsweise mittels der Messeinrichtung 40 der Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Das Messen S07 kann etwa basierend auf einem Messen einer RC-Zeitkonstante, einer Phasenverschiebung, einer Frequenzmodulation und/oder einer Amplitudenmodulation erfolgen.
  • In einem Schritt S08 wird der zu bestimmende Wert der zu messenden Eigenschaft des Fluids F basierend auf dem gemessenen zweiten aktuellen Kapazitätswert, basierend auf der bestimmten Sensitivität der Vorrichtung gegenüber der zu messenden Eigenschaft, sowie basierend auf dem ermittelten Differenzwert zwischen dem gemessenen ersten und dem gemessenen vierten aktuellen Kapazitätswert bestimmt. Insbesondere kann der Differenzwert zu dem gemessenen zweiten aktuellen Kapazitätswert hinzugezählt werden, um einen effektiven Kapazitätswert zu erhalten, auf welchem die weitere Bestimmung des Werts – statt direkt auf dem gemessenen zweiten aktuellen Kapazitätswert – basiert. Weiterhin kann auch der Referenzwert, beispielsweise als Offset, wie oben in Bezug auf 9 beschrieben, bei dem Bestimmen des zu bestimmenden Werts verwendet werden.
  • 7 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids F gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insbesondere ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung 10 zum Bestimmen eines Werts der Luftfeuchte gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auch das Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform wird hauptsächlich anhand der Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben, welche sowohl zum Durchführen des Verfahrens gemäß der zweiten als auch des Verfahrens gemäß der dritten Ausführungsform ausgebildet sein kann.
  • Das Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform ist eine Variante des Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform, welches mit diesem die Schritt S01 bis S03 teilt. Für das Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform können die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 und die Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 parallelschaltbar sowie auch wieder voneinander abkoppelbar sein, wobei Messungen nur durchgeführt werden, wenn die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 und die Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 parallelgeschaltet sind. Alternativ können die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 und die Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 für das Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform auch permanent parallelgeschaltet sein.
  • Bei dem Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform kann die Kalibrierung der individuellen Vorrichtung mit den Schritten S01 bis S03 abgeschlossen sein. Die Schritte S01 bis S03 können beispielsweise einmal für jede individuelle Vorrichtung durchgeführt werden, welche daraufhin für ein ein- oder mehrmaliges Bestimmen des zu bestimmenden Werts der zu messenden Eigenschaft des Fluids F verwendet werden kann, ohne dass eine weitere Kalibrierung notwendig ist. Die weiteren Schritte S04' bis S06' können somit, insbesondere zeitlich nach den Schritten S01 bis S03, beliebig oft durchgeführt werden.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform wird in einem Schritt S04' die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 in Kontakt mit dem Fluid F mit der zu messenden Eigenschaft gebracht.
  • In einem Schritt S05' wird ein dritter aktueller Kapazitätswert der elektrischen Gesamtkapazität der Parallelschaltung der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 mit der Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 bei Kontakt der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 mit dem Fluid F gemessen, beispielsweise mittels der Messeinrichtung 40 der Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform.
  • In einem Schritt S06' wird der zu bestimmende Wert der zu messenden Eigenschaft des Fluids F basierend auf dem gemessenen dritten aktuellen Kapazitätswert und weiterhin basierend auf der bestimmten Sensitivität der Vorrichtung gegenüber der zu messenden Eigenschaft bestimmt. Dabei wird das Produkt aus der Sensitivität und der Differenz zwischen dem gemessenen dritten aktuellen Kapazitätswert und dem gemessenen ersten aktuellen Kapazitätswert bestimmt. Das bestimmte Produkt kann zu einem vorbestimmten Offset, beispielsweise dem Referenzwert, addiert werden, um als Ergebnis den zu bestimmenden Wert zu erhalten. Hierzu kann der Referenzwert in dem Datenspeicher 45 der Recheneinrichtung 44 gespeichert sein.
  • 8 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens für eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids F gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insbesondere eines Herstellungsverfahrens für die Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere bei dem beschriebenen Herstellungsverfahren sollen die Bezugszeichen der Schritte keine zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können die einzelnen Schritte auch teilweise gleichzeitig durchgeführt werden.
  • In einem Schritt S21 wird, insbesondere auf einem Substrat 50, eine Mess-Kondensatoreinrichtung 12 ausgebildet, welche mit dem Fluid F in Kontakt bringbar ist.
  • Das Ausbilden S21 der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 erfolgt derart, dass die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 mit einer ersten Elektrode 14 und einer zweiten Elektrode 16 sowie mit einer ersten dielektrischen Schicht 18 und einer zweiten dielektrischen Schicht 20 ausgebildet wird.
  • Das Ausbilden S21 erfolgt weiterhin derart, dass eine erste Dielektrizitätskonstante der ersten dielektrischen Schicht 18 bei Kontakt mit dem Fluid F abhängig von der zu messenden Eigenschaft des Fluids F ist, und dass eine zweite Dielektrizitätskonstante der zweiten dielektrischen Schicht 20 im Wesentlichen unabhängig von der zu messenden Eigenschaft des Fluids F ist.
  • Das Ausbilden S21 erfolgt weiterhin derart, die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 eine erste elektrische Kapazität C1 aufweist, welche zumindest zum Teil auf die erste und zweite Elektrode 14, 16 in Verbindung mit der ersten dielektrischen Schicht 18 und der zweiten dielektrischen Schicht 20 zurückgeht.
  • In einem Schritt S22 wird eine Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 ausgebildet, welche die zweite dielektrische Schicht 20, eine dritte Elektrode 24 und eine vierte Elektrode 26 aufweist.
  • Die Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 wird weiterhin derart ausgebildet, dass die Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 eine zweite elektrische Kapazität C2 aufweist, welche zumindest zum Teil auf die dritte und vierte Elektrode 24, 26 in Verbindung mit der zweiten dielektrischen Schicht 20 zurückgeht.
  • Vorteilhafterweise werden die Mess-Kondensatoreinrichtung 12 und die Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 derart ausgebildet, dass die zweite elektrische Kapazität C2 zwischen 1% und 400% der ersten elektrischen Kapazität C1 ausmacht, bevorzugt zwischen 5% und 300%, insbesondere zwischen 10% und 200%, besonders bevorzugt zwischen 20% und 50%.
  • Gemäß der vierten Ausführungsform wird die erste dielektrische Schicht 18 und die zweite dielektrische Schicht 20 zwischen der ersten Elektrode 14 und der zweiten Elektrode 16 ausgebildet. Weiterhin wird die zweite dielektrische Schicht 20 zwischen der dritten Elektrode 24 und der vierten Elektrode 26 ausgebildet.
  • Außerdem wird die zweite dielektrische Schicht 20 zwischen der ersten Elektrode 14 und der zweiten Elektrode 16 sowie zwischen der dritten Elektrode 24 und der vierten Elektrode 26 im selben Fertigungsschritt ausgebildet, sodass die zweite dielektrische Schicht 20 sowohl der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 als auch der Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 die gleichen herstellungsbedingten Abweichungen von Sollwerten aufweist, insbesondere was die erste und zweite Schichtdicke d1, d2 der zweiten dielektrischen Schicht 20 angeht.
  • Sowohl das Ausbilden S21 der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 als auch das Ausbilden S22 der Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 erfolgen vorteilhafterweise auf Waferlevel. So kann mit besonders niedrigem technischen Gesamtaufwand eine Vielzahl von Vorrichtungen gleichzeitig hergestellt werden.
  • Gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind sowohl die Mess-Kondensatoreinrichtung als auch die Kompensations-Kondensatoreinrichtung als Interdigitalkondensatoren ausgebildet. Die fünfte Ausführungsform ist eine Variante der ersten Ausführungsform, wobei die Kompensations-Kondensatoreinrichtung 22 gemäß der ersten Ausführungsform durch eine als Interdigitalkondensator ausgebildete Kompensations-Kondensatoreinrichtung ersetzt ist.
  • Die als Interdigitalkondensator ausgebildete Kompensations-Kondensatoreinrichtung gemäß der fünften Ausführungsform ist als Variante der in 2 und 3 gezeigten Mess-Kondensatoreinrichtung 12 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet, wobei anstelle der ersten dielektrische Schicht 18 eine elektrisch leitende Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus einem Metall, ausgebildet wird. Dabei ist bevorzugt, dass das leitfähige Material im Wesentlichen keine Sensitivität gegenüber der zu messenden Eigenschaft des Fluids aufweist, das heißt eine von der zu messenden Eigenschaft unabhängige Dielektrizitätskonstante aufweist.
  • Die Abmessungen, insbesondere Schichtdicken, können bei der als Interdigitalkondensator ausgebildeten Kompensations-Kondensatoreinrichtung gemäß der fünften Ausführungsform ebenfalls anders als bei der Mess-Kondensatoreinrichtung 12 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet sein. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn eine Zwischenraumbreite zwischen den Elektrodenfingern der Kompensations-Kondensatoreinrichtung 0.5-mal bis 2-mal so groß ist wie die Zwischenraumbreite, d4 in 3, zwischen den Elektrodenfingern der Mess-Kondensatoreinrichtung, insbesondere 0.75-mal bis 1.5-mal so groß, besonders bevorzugt gleich groß.
  • Die zweite dielektrische Schicht 20 wird bei den als Interdigitalkondensator ausgebildeten Mess- und Kompensationskondensatoreinrichtungen im selben Fertigungsschritt aus demselben Material auf dieselbe Weise, etwa durch Aufdampfen, ausgebildet. Somit verhalten sich die Eigenschaften der zweiten dielektrischen Schicht 20 in der Mess- und der Kompensationskondensatoreinrichtung im Wesentlichen gleichartig. Insbesondere verhalten sich Materialparameter als auch herstellungsbedingt streuende, für die Kapazität zu bestimmende Geometrieparameter der zweiten dielektrischen Schicht 20 im Wesentlichen gleichartig. Ganz besonders gilt dies für die erste und zweite Schichtdicke d1, d2 der zweiten dielektrischen Schicht 20, welche somit – unabhängig von den ggf. unterschiedlichen Abmessungen der Elektrodenfinger – bei der Mess- und der Kompensationskondensatoreinrichtung gemäß der fünften Ausführungsform gleich sind.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können zwischen dem Substrat 50 und den ersten bis fünften Elektroden 14, 16, 24, 25, 26 weitere Schutzschichten, aber auch Schichten mit oder aus Plastik, mit oder aus Epoxid etc. angeordnet sein.
  • Beispielsweise können auch sowohl die Mess-Kondensatoreinrichtung als auch die Kompensations-Kondensatoreinrichtung als Interdigitalkondensatoren, oder auch beide als Plattenkondensatoren, oder auch als Kondensatoren einer anderen Bauart ausgebildet sein. Eine besonders einfache Herstellung kann erfolgen, wenn die Mess-Kondensatoreinrichtung und die Kompensations-Kondensatoreinrichtung als Kondensatoren der gleichen Bauart, wenn auch möglicherweise unterschiedlicher Abmessungen, etwa der Elektroden und/oder Elektrodenfinger, ausgebildet sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10253913 A1 [0003]

Claims (15)

  1. Vorrichtung (10) zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids (F) mit: einer Mess-Kondensatoreinrichtung (12), welche mit dem Fluid (F) in Kontakt bringbar ist, wobei die Mess-Kondensatoreinrichtung eine erste Elektrode (14), eine zweite Elektrode (16), eine erste dielektrische Schicht (18) und eine zweite dielektrische Schicht (20) aufweist; wobei die erste Elektrode (14), die zweite Elektrode (16), die erste dielektrische Schicht (18) und die zweite dielektrische Schicht (20) derart angeordnet sind, dass eine erste elektrische Kapazität (C1) der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) zumindest teilweise auf die erste und zweite Elektrode (14, 16) in Verbindung mit der ersten und mit der zweiten dielektrischen Schicht (18, 20) zurückgeht; wobei eine erste Dielektrizitätskonstante der ersten dielektrischen Schicht (18) bei Kontakt mit dem Fluid (F) abhängig von der zu messenden Eigenschaft des Fluids (F) ist; wobei eine zweite Dielektrizitätskonstante der zweiten dielektrischen Schicht (20) im Wesentlichen unabhängig von der zu messenden Eigenschaft des Fluids (F) ist; einer Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22), welche die zweite dielektrische Schicht (20), eine dritte Elektrode (24) und eine vierte Elektrode (26) aufweist; wobei die zweite dielektrische Schicht (20), die dritte Elektrode (24) und die vierte Elektrode (26) derart angeordnet sind, dass eine zweite elektrische Kapazität (C2) der Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22) zumindest teilweise auf die dritte und vierte Elektrode (24, 26) in Verbindung mit der zweiten dielektrischen Schicht (20) zurückgeht; wobei die Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22) mit der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) parallelgeschaltet oder parallelschaltbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste dielektrische Schicht (18) und die zweite dielektrische Schicht (20) zwischen der ersten Elektrode (14) und der zweiten Elektrode (16) ausgebildet sind und/oder wobei die zweite dielektrische Schicht (20) zwischen der dritten Elektrode (24) und der vierten Elektrode (26) ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 2 mit: einer Messeinrichtung (40), mittels welcher ein erster aktueller Kapazitätswert einer elektrischen Gesamtkapazität einer elektrischen Parallelschaltung der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) mit der Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22) messbar ist; einer Bestimmungseinrichtung (42), mittels welcher basierend auf dem gemessenen ersten aktuellen Kapazitätswert eine Sensitivität der Vorrichtung (10) gegenüber der zu messenden Eigenschaft bestimmbar ist; und einer Recheneinrichtung (44), mittels welcher basierend auf der bestimmten Sensitivität der Vorrichtung (10) sowie basierend auf einem gemessenen zweiten aktuellen Kapazitätswert der ersten elektrischen Kapazität (C1) der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) und/oder basierend auf einem gemessenen dritten aktuellen Kapazitätswert der elektrischen Gesamtkapazität der Parallelschaltung der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) mit der Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22) der zu bestimmende Wert der zu messenden Eigenschaft des Fluids (F) bestimmbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste dielektrische Schicht (18) ein Polyimid aufweist oder aus einem Polyimid besteht.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Mess-Kondensatoreinrichtung (12) als Plattenkondensator oder als Interdigitalkondensator ausgebildet ist und/oder wobei die Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22) als Plattenkondensator oder als Interdigitalkondensator ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei das Fluid (F) ein Gas (F) oder Gasgemisch ist und wobei die zu bestimmende Eigenschaft des Gases (F) eine Konzentration eines vorbestimmten Stoffes in dem Gas (F) oder Gasgemisch ist; insbesondere eine Konzentration von Wasserdampf in dem Gas oder Gasgemisch, wobei sich die erste Dielektrizitätskonstante der ersten dielektrischen Schicht (18) im Wesentlichen abhängig von der Konzentration des Wasserdampfs in dem Gas oder Gasgemisch verändert.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei das Fluid (F) eine Flüssigkeit ist und wobei die zu bestimmende Eigenschaft der Flüssigkeit ein pH-Wert der Flüssigkeit ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, mit: einer steuerbaren Schaltungseinrichtung (46), mittels welcher die Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22) mit der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) elektrisch parallelschaltbar und/oder von der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) elektrisch abkoppelbar ist; wobei zumindest die Mess-Kondensatoreinrichtung (12) und die Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22) auf einem Substrat (50) ausgebildet sind; und wobei die steuerbare Schaltungseinrichtung (46) als auf dem Substrat (10) angeordnete anwendungsspezifische integrierte Schaltung (46) ausgebildet ist oder als eine von dem Substrat (10) separate, mit der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) und der Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22) elektrisch verbundene anwendungsspezifische integrierte Schaltung ausgebildet ist.
  9. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (10) zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids (F), insbesondere einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit den Schritten: Bringen (S01) einer Mess-Kondensatoreinrichtung (12) in Kontakt mit einem Referenzfluid, wobei das Referenzfluid einen vorbestimmten Referenzwert der zu bestimmenden Eigenschaft aufweist; wobei eine erste elektrische Kapazität (C1) der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) sich aus einem ersten Kapazitätsanteil (Cm) und aus einem zweiten Kapazitätsanteil (Cp) zusammensetzt; wobei der erste Kapazitätsanteil (Cm) bei Kontakt mit dem Referenzfluid abhängig von der zu messenden Eigenschaft ist; und wobei der zweite Kapazitätsanteil (Cp) im Wesentlichen unabhängig von der zu messenden Eigenschaft ist; Messen (S02), während zumindest die Mess-Kondensatoreinrichtung (12) in Kontakt mit dem Referenzfluid gebracht ist, eines ersten aktuellen Kapazitätswerts einer elektrischen Gesamtkapazität einer elektrischen Parallelschaltung der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) mit einer Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22); wobei die Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22) eine zweite elektrische Kapazität aufweist; wobei die zweite elektrische Kapazität (C2) im Wesentlichen unabhängig von der zu messenden Eigenschaft ist; und wobei die zweite elektrische Kapazität (C2) in einem im Wesentlichen bekannten Verhältnis zu dem zweiten elektrischen Kapazitätsanteil (Cp) der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) steht; und Bestimmen (S03), basierend auf dem gemessenen ersten aktuellen Kapazitätswert sowie dem vorbestimmten ersten Referenzwert der zu messenden Eigenschaft des Referenzfluids, einer Sensitivität der Vorrichtung (10) gegenüber der zu messenden Eigenschaft.
  10. Verfahren nach Anspruch 9 mit den weiteren Schritten: Messen (S04) eines vierten aktuellen Kapazitätswerts der ersten elektrischen Kapazität der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) bei Kontakt der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) mit dem Referenzfluid, wobei das Referenzfluid den vorbestimmten Referenzwert der zu messenden Eigenschaft des Referenzfluids aufweist; Bringen (S06) der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) in Kontakt mit dem Fluid (F) mit der zu messenden Eigenschaft; Messen (S07) eines zweiten aktuellen Kapazitätswerts der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) bei Kontakt der Mess-Kondensatoreinrichtung mit dem Fluid (F) mit der zu messenden Eigenschaft; Berechnen (S08) des zu bestimmenden Werts der zu messenden Eigenschaft des Fluids (F) basierend auf dem gemessenen zweiten aktuellen Kapazitätswert; weiterhin basierend auf der bestimmten Sensitivität der Vorrichtung (10) gegenüber der zu messenden Eigenschaft; sowie basierend auf dem gemessenen vierten aktuellen Kapazitätswert.
  11. Verfahren nach Anspruch 10 mit dem weiteren Schritt: Ermitteln (S05) eines Differenzwerts zwischen dem gemessenen ersten und dem gemessenen vierten aktuellen Kapazitätswert; wobei das Berechnen (S08) des zu bestimmenden Werts der zu messenden Eigenschaft des Fluids (F) basierend auf dem ermittelten Differenzwert zwischen dem gemessenen ersten und dem gemessenen vierten aktuellen Kapazitätswert durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 11 mit den weiteren Schritten: Bringen (S04') der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) in Kontakt mit dem Fluid (F) mit der zu messenden Eigenschaft; Messen (S05') eines dritten aktuellen Kapazitätswerts der elektrischen Gesamtkapazität der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) mit der Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22) bei Kontakt der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) mit dem Fluid (F); Berechnen (S06') des zu bestimmenden Werts der zu messenden Eigenschaft des Fluids (F) basierend auf dem gemessenen dritten aktuellen Kapazitätswert; und weiterhin basierend auf der bestimmten Sensitivität der Vorrichtung (10) gegenüber der zu messenden Eigenschaft.
  13. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids (F) mit den Schritten: Ausbilden (S21) einer Mess-Kondensatoreinrichtung (12), welche mit dem Fluid (F) in Kontakt bringbar ist; wobei das Ausbilden (S21) der Mess-Kondensatoreinrichtung (12) derart erfolgt, dass die Mess-Kondensatoreinrichtung (12) mit einer ersten Elektrode (14) und einer zweiten Elektrode (16) sowie mit einer ersten dielektrischen Schicht (18) und einer zweiten dielektrischen Schicht (20) ausgebildet wird; wobei eine erste Dielektrizitätskonstante der ersten dielektrischen Schicht (18) bei Kontakt mit dem Fluid (F) abhängig von der zu messenden Eigenschaft des Fluids (F) ist; und wobei eine zweite Dielektrizitätskonstante der zweiten dielektrischen Schicht (20) im Wesentlichen unabhängig von der zu messenden Eigenschaft des Fluids (F) ist; wobei die Mess-Kondensatoreinrichtung (12) weiterhin derart ausgebildet wird, dass die Mess-Kondensatoreinrichtung (12) eine erste elektrische Kapazität (C1) aufweist, welche zumindest zum Teil auf die erste und zweite Elektrode (14, 16) in Verbindung mit der ersten dielektrischen Schicht (18) und der zweiten dielektrischen Schicht (20) zurückgeht; Ausbilden (S22) einer Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22), welche die zweite dielektrische Schicht (20), eine dritte Elektrode (24) und eine vierte Elektrode (26) aufweist; wobei die Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22) weiterhin derart ausgebildet wird, dass die Kompensations-Kondensatoreinrichtung (22) eine zweite elektrische Kapazität (C2) aufweist, welche zumindest zum Teil auf die dritte und vierte Elektrode (24, 26) in Verbindung mit der zweiten dielektrischen Schicht (20) zurückgeht.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die erste dielektrische Schicht (18) und die zweite dielektrische Schicht (20) zwischen der ersten Elektrode (14) und der zweiten Elektrode (16) ausgebildet werden und/oder wobei die zweite dielektrische Schicht (20) zwischen der dritten Elektrode (24) und der vierten Elektrode (26) ausgebildet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die zweite dielektrische Schicht (20) zwischen der ersten Elektrode (14) und der zweiten Elektrode (16) sowie zwischen der dritten Elektrode (24) und der vierten Elektrode (26) im selben Fertigungsschritt ausgebildet wird.
DE102014210122.0A 2014-05-27 2014-05-27 Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids, Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids sowie Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids Pending DE102014210122A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014210122.0A DE102014210122A1 (de) 2014-05-27 2014-05-27 Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids, Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids sowie Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids
US14/722,585 US9880119B2 (en) 2014-05-27 2015-05-27 Apparatus for identifying a value of a property of a fluid which is to be measured, method for operating an apparatus for identifying a value of a property of a fluid which is to be measured, and method for manufacturing an apparatus for identifying a value of a property of a fluid which is to be measured

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014210122.0A DE102014210122A1 (de) 2014-05-27 2014-05-27 Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids, Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids sowie Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014210122A1 true DE102014210122A1 (de) 2015-12-03

Family

ID=54481242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014210122.0A Pending DE102014210122A1 (de) 2014-05-27 2014-05-27 Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids, Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids sowie Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9880119B2 (de)
DE (1) DE102014210122A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9941195B2 (en) 2009-11-10 2018-04-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Vertical metal insulator metal capacitor
WO2016013544A1 (ja) * 2014-07-23 2016-01-28 国立研究開発法人物質・材料研究機構 高速応答・高感度乾湿応答センサー
AT516980B1 (de) * 2015-03-20 2017-10-15 Ait Austrian Inst Technology Anordnung zur Bestimmung der Feuchtigkeit eines Gegenstands
KR102409387B1 (ko) * 2015-07-14 2022-06-15 삼성전자주식회사 금속 공기 전지 및 금속 공기 전지의 운전 방법
US11133799B2 (en) * 2019-11-20 2021-09-28 Ford Global Technologies, Llc Capacitive proximity sensor assembly having multiple sensing configurations

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2136130A (en) * 1983-02-28 1984-09-12 Theodore Henry Krueger Chemical Assay Systems
WO1985004718A1 (en) * 1984-04-06 1985-10-24 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewand Measuring probe for the analysis of liquids
DE3781500T2 (de) * 1986-04-01 1993-04-29 Univ Johns Hopkins Kapazitiver chemischer fuehler zur feststellung gewisser analyte, unter anderem von kohlenwasserstoff in fluessigen medien.
DE19644290A1 (de) * 1996-10-24 1998-05-07 Fraunhofer Ges Forschung Sensorelement zur gleichzeitigen Messung von zwei verschiedenen Eigenschaften einer chemisch sensitiven Substanz
DE10253913A1 (de) 2001-11-19 2003-05-28 Denso Corp Kapazitiver Feuchtigkeitssensor
DE102004042729A1 (de) * 2004-09-03 2006-03-23 Robert Bosch Gmbh Bio-Chip mit einem Elektrodenarray auf einem Substrat
DE102006019534A1 (de) * 2006-04-27 2007-11-08 CiS Institut für Mikrosensorik gGmbH Mikrosensor

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3079583A (en) * 1959-08-31 1963-02-26 Herbert R Beitscher Sonar calibrator
GB2034042B (en) * 1978-08-11 1982-09-15 Eps Ltd Measurement of equilibruium relative humidity
US5269175A (en) * 1984-04-06 1993-12-14 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Sensor for investigating liquids
US5402075A (en) * 1992-09-29 1995-03-28 Prospects Corporation Capacitive moisture sensor
JP3339563B2 (ja) * 1998-06-09 2002-10-28 株式会社山武 静電容量式センサ
EP1379886A2 (de) * 1999-01-27 2004-01-14 Richard A. Wenman Verfahren und gerät zur messung der azidität oder basizität isolierender fluide, insbesondere von mineralölen und synthetischen ölen
FI107840B (fi) * 1999-12-09 2001-10-15 Vaisala Oyj Mittausmenetelmä ja järjestelmä kosteus- tai kaasuanturia varten
WO2002063320A1 (en) * 2001-02-02 2002-08-15 Haase Wayne C Digital measurement circuit and system using a grounded capacitive sensor
JPWO2003021246A1 (ja) * 2001-08-31 2004-12-16 株式会社クラベ 容量性感湿素子と容量性感湿素子の製造方法
US6906530B2 (en) * 2002-05-30 2005-06-14 D.J. Geisel Technology, Inc. Apparatus and method to detect moisture
JP3855950B2 (ja) * 2003-03-19 2006-12-13 株式会社デンソー 容量式湿度センサ
JP4356003B2 (ja) * 2003-09-30 2009-11-04 アイシン精機株式会社 静電容量検出装置
DE102004006020A1 (de) * 2004-02-06 2005-08-25 E + E Elektronik Ges.M.B.H. Schaltungsanordnung zur kapazitiven Feuchtemessung und Verfahren zum Betrieb derselben
JP4229885B2 (ja) * 2004-08-18 2009-02-25 株式会社デンソー 容量式物理量検出装置
JP4770530B2 (ja) * 2006-03-13 2011-09-14 株式会社デンソー 容量式湿度センサ
US8707781B2 (en) * 2008-09-11 2014-04-29 Nxp, B.V. Sensor has combined in-plane and parallel-plane configuration
EP2500094A1 (de) * 2011-03-14 2012-09-19 Nxp B.V. Atmosphärischer Sensor, NFC-Vorrichtung, Verpackung und Herstellungsverfahren
US20130160518A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 Stmicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd. Relative humidity sensor and method for calibration thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2136130A (en) * 1983-02-28 1984-09-12 Theodore Henry Krueger Chemical Assay Systems
WO1985004718A1 (en) * 1984-04-06 1985-10-24 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewand Measuring probe for the analysis of liquids
DE3781500T2 (de) * 1986-04-01 1993-04-29 Univ Johns Hopkins Kapazitiver chemischer fuehler zur feststellung gewisser analyte, unter anderem von kohlenwasserstoff in fluessigen medien.
DE19644290A1 (de) * 1996-10-24 1998-05-07 Fraunhofer Ges Forschung Sensorelement zur gleichzeitigen Messung von zwei verschiedenen Eigenschaften einer chemisch sensitiven Substanz
DE10253913A1 (de) 2001-11-19 2003-05-28 Denso Corp Kapazitiver Feuchtigkeitssensor
DE102004042729A1 (de) * 2004-09-03 2006-03-23 Robert Bosch Gmbh Bio-Chip mit einem Elektrodenarray auf einem Substrat
DE102006019534A1 (de) * 2006-04-27 2007-11-08 CiS Institut für Mikrosensorik gGmbH Mikrosensor

Also Published As

Publication number Publication date
US9880119B2 (en) 2018-01-30
US20150346132A1 (en) 2015-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010029645B4 (de) Mikromechanisches Bauelement mit einer Teststruktur zur Bestimmung der Schichtdicke einer Abstandsschicht und Verfahren zum Herstellen einer solchen Teststruktur
DE102014210122A1 (de) Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids, Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids sowie Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids
DE102008043788A1 (de) Mikromechanisches Bauelement
DE102014103445A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Empfindlichkeit einer kapazitiven Sensorvorrichtung
DE102009026462A1 (de) Beschleunigungssensor
DE102011086479A1 (de) Integrierter Feuchtesensor und Verfahren zu dessen Herstellung
AT500829A1 (de) Sensorelement mit zumindest einem messelement, welches piezoelektrische und pyroelektrische eigenschaften aufweist
DE102016105904B4 (de) MEMS-Mikrofon und Verfahren zur Selbstkalibrierung des MEMS-Mikrofons
EP1573327B1 (de) Dna-chip mit einem Mikroarray aus Mikroelektrodensystemen
EP1299715A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur ermittlung der feuchte in gasen
DE202013105955U1 (de) Sensorbaustein
WO2006024381A1 (de) Gassensor und verfahren herstellung einens gassensors
EP1332374B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum elektrischen nullpunktabgleich für ein mikromechanisches bauelement
EP3066459A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur messung kleiner spannungen und potentiale an einer biologischen, chemischen oder anderen probe
DE102016207260B3 (de) Mikromechanische Feuchtesensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
DE202014010496U1 (de) Kapazitives Sensorelement mit integrierter Mess- und Referenzkapazität
DE102005028935B4 (de) Bauelement mit variabler Kapazität, welches eine hohe Genauigkeit aufweist
EP2027459A1 (de) Feuchtesensor und verfahren zum messen der feuchte eines gasförmigen mediums
DE4308132C2 (de) Miniaturisierter Meßwertaufnehmer
DE60015878T2 (de) Kapazitiver kraftwandler
DE102010039236A1 (de) Sensoranordnung und Verfahren zum Abgleich einer Sensoranordnung
DE10246050A1 (de) Vorrichtung und Verfahren
DE102007047156A1 (de) Feuchtigkeitssensor mit hygroskopischer Keramikschicht und Verfahren zur Detektion von Wasser in einem Fluid unter Verwendung des Feuchtigkeitssensors
DE102019134891A1 (de) Verfahren zum in-situ Kalibrieren, Verifizieren und/oder Justieren eines Sensors und Messsystem
EP2936094A2 (de) Sensorelement, thermometer sowie verfahren zur bestimmung einer temperatur

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication