DE102015222958A1

DE102015222958A1 - A mass flow sensor, method for detecting a fluid flow, and method of making a mass flow sensor

Info

Publication number: DE102015222958A1
Application number: DE102015222958.0A
Authority: DE
Inventors: Fabian Utermoehlen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2017-06-08
Also published as: FR3044088A1; IT201600115698A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Massenflusssensor (100) mit zumindest einer in einem Fluidstrom angeordneten oder anordenbaren Trägerschicht (102), die zumindest eine erste Diode (104), eine zweite Diode (106), einen ersten Anschluss (108) zum Erfassen einer ersten elektrischen Größe (110) der ersten Diode (104) und einen zweiten Anschluss (112) zum Erfassen einer zweiten elektrischen Größe (114) der zweiten Diode (106) aufweist, um eine Charakteristik des Fluidstroms unter Verwendung der ersten elektrischen Größe (110) und der zweiten elektrischen Größe (114) bestimmen zu können.The invention relates to a mass flow sensor (100) having at least one carrier layer (102) arranged or arrangeable in a fluid flow and comprising at least a first diode (104), a second diode (106), a first terminal (108) for detecting a first electrical quantity (110) of the first diode (104) and a second terminal (112) for detecting a second electrical quantity (114) of the second diode (106) to provide a characteristic of the fluid flow using the first electrical quantity (110) and the second electrical size (114) to determine.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims.

Massenflusssensoren arbeiten beispielsweise nach dem Prinzip des Hitzdrahtanemometers. Dabei kann nach einem Closed-Loop-Verfahren ein Hitzdraht auf einer konstanten Temperatur gehalten werden. Je stärker der umgebende Luftstrom ist, desto mehr Leistung muss dafür bereitgestellt werden. Die Leistung kann somit als Maß für den Luftstrom oder eine Luftmasse dienen.For example, mass flow sensors operate on the principle of the hot wire anemometer. In this case, a hot wire can be kept at a constant temperature after a closed-loop process. The stronger the surrounding airflow, the more power must be provided. The power can thus serve as a measure of the air flow or an air mass.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Massenflusssensor, ein Verfahren zum Erfassen eines Fluidstroms mittels eines Massenflusssensors sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Massenflusssensors gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, a mass flow sensor, a method for detecting a fluid flow by means of a mass flow sensor and a method for producing a mass flow sensor according to the main claims are presented with the approach presented here. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.

Es wird ein Massenflusssensor, insbesondere ein auf einem Mikrobolometerprozess basierender Gasgeschwindigkeits- und Gasmassenflusssensor, mit folgendem Merkmal vorgestellt:
zumindest einer in einem Fluidstrom angeordneten oder anordenbaren Trägerschicht, die zumindest eine erste Diode und eine zweite Diode sowie einen ersten Anschluss zum Erfassen einer ersten elektrischen Größe der ersten Diode und einen zweiten Anschluss zum Erfassen einer zweiten elektrischen Größe der zweiten Diode aufweist. Unter Verwendung der ersten elektrischen Größe und der zweiten elektrischen Größe kann eine Charakteristik des Fluidstroms bestimmt werden.A mass flow sensor, in particular a microbolometer process based gas velocity and gas mass flow sensor, is presented, having the following feature:
at least one arranged in a fluid stream or can be arranged carrier layer having at least a first diode and a second diode and a first terminal for detecting a first electrical variable of the first diode and a second terminal for detecting a second electrical variable of the second diode. Using the first electrical quantity and the second electrical quantity, a characteristic of the fluid flow can be determined.

Unter einem Fluidstrom kann ein Strom einer Flüssigkeit oder eines Gases verstanden werden. Bei der Trägerschicht kann es sich um eine Schicht aus einem Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium oder einer siliziumhaltigen Verbindung, handeln. Die beiden Dioden können beispielsweise benachbart zueinander in oder an der Trägerschicht angeordnet sein. Beispielsweise können die beiden Dioden in die Trägerschicht integriert sein. Je nach Ausführungsform können die beiden Dioden in Bezug auf eine Richtung des Fluidstroms hintereinander oder seitlich versetzt zueinander angeordnet sein, sodass die zweite Diode in Strömungsrichtung zumindest teilweise von der ersten Diode überdeckt werden kann. Bei der ersten und der zweiten elektrischen Größe kann es sich beispielsweise um eine Spannung oder einen Strom oder eine davon abgeleitete Größe handeln. Unter einer Charakteristik des Fluidstroms kann etwa eine Richtung des Fluidstroms, eine Fluidgeschwindigkeit oder eine Fluidmenge verstanden werden. Beispielsweise kann die Charakteristik durch einen Vergleich der ersten elektrischen Größe mit der zweiten elektrischen Größe bestimmt werden.A fluid stream can be understood to be a stream of a liquid or a gas. The carrier layer may be a layer of a semiconductor material, in particular silicon or a silicon-containing compound. The two diodes may, for example, be arranged adjacent to one another in or on the carrier layer. For example, the two diodes may be integrated in the carrier layer. Depending on the embodiment, the two diodes can be arranged one behind the other or laterally offset relative to one another in relation to a direction of the fluid flow, so that the second diode can be at least partially covered by the first diode in the direction of flow. The first and the second electrical variable may be, for example, a voltage or a current or a quantity derived therefrom. A characteristic of the fluid flow may be understood to mean, for example, a direction of the fluid flow, a fluid velocity or a fluid quantity. For example, the characteristic may be determined by comparing the first electrical quantity with the second electrical quantity.

Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass ein Massenflusssensor, etwa ein Luftmassensensor, auf Basis eines modifizierten MEMS-Mikrobolometerpixels realisiert werden kann. Ein derartiger Massenflusssensor bietet den Vorteil einer sehr kleinen Sensorfläche, und damit einer entsprechend geringen thermischen Masse und einer entsprechend geringen Leistungsaufnahme, wodurch etwa eine Luftmassenbestimmung schnell und effizient durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann die Sensorfläche kleiner als 10000 µm² sein. Eine Kantenlänge der Sensorfläche kann beispielsweise kleiner als 100 µm sein. Beispielsweise kann die Sensorfläche eine Abmessung von 50 µm mal 50 µm aufweisen. The approach presented here is based on the finding that a mass flow sensor, for example an air mass sensor, can be realized on the basis of a modified MEMS microbolometer pixel. Such a mass flow sensor has the advantage of a very small sensor surface, and thus a correspondingly low thermal mass and a correspondingly low power consumption, whereby about an air mass determination can be performed quickly and efficiently. For example, the sensor area may be less than 10000 μm ² . An edge length of the sensor surface may for example be less than 100 microns. For example, the sensor surface may have a dimension of 50 μm by 50 μm.

Vorteilhafterweise kann ein zusätzlicher Heizer entfallen, wodurch die Herstellungskosten des Massenflusssensors sehr gering gehalten werden können.Advantageously, an additional heater can be omitted, whereby the manufacturing cost of the mass flow sensor can be kept very low.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Trägerschicht eine zwischen der ersten Diode und der zweiten Diode angeordnete Ausnehmung zum thermischen Entkoppeln der ersten Diode von der zweiten Diode aufweisen. Bei der Ausnehmung kann es sich beispielsweise um eine Aussparung in Form einer Öffnung, eine Perforation oder auch einen Abschnitt mit reduzierter Wandstärke handeln. Beispielsweise kann die Ausnehmung derart ausgeformt sein, dass die beiden Dioden durch einen, zwei oder mehrere dünne Haltearme thermisch miteinander verbunden sind. Dadurch kann verhindert werden, dass sich die beiden Dioden thermisch gegenseitig beeinflussen.According to one embodiment, the carrier layer may have a recess arranged between the first diode and the second diode for thermally decoupling the first diode from the second diode. The recess can be, for example, a recess in the form of an opening, a perforation or else a section with a reduced wall thickness. For example, the recess may be formed such that the two diodes are thermally connected to each other by one, two or more thin support arms. This can prevent the two diodes from thermally influencing each other.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der erste Anschluss zumindest eine erste Diodenleiterbahn und eine zweite Diodenleiterbahn zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren der ersten Diode umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite Anschluss zumindest eine dritte Diodenleiterbahn und eine vierte Diodenleiterbahn zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren der zweiten Diode umfassen. Unter einer Diodenleiterbahn kann beispielsweise eine metallische Leiterbahn, insbesondere eine Leiterbahn aus einem Metall mit geringer Wärmeleitfähigkeit wie etwa Titan, verstanden werden. Diese Ausführungsform ermöglicht eine einfach und kostengünstig zu realisierende Kontaktierung der Trägerschicht.According to a further embodiment, the first terminal may comprise at least a first diode track and a second diode track for electrically contacting the first diode. Additionally or alternatively, the second terminal may include at least a third diode trace and a fourth diode trace for electrically contacting the second diode. A diode conductor track may, for example, be understood to mean a metallic track, in particular a track of a metal with low thermal conductivity, such as titanium. This embodiment allows a simple and inexpensive to be realized contacting the carrier layer.

Hierbei kann die Trägerschicht zumindest einen ersten Kontaktierungsarm zum Aufnehmen der ersten Diodenleiterbahn oder einen zweiten Kontaktierungsarm zum Aufnehmen der zweiten Diodenleiterbahn oder einen dritten Kontaktierungsarm zum Aufnehmen der dritten Diodenleiterbahn oder einen vierten Kontaktierungsarm zum Aufnehmen der vierten Diodenleiterbahn oder eine Kombination aus zumindest zwei der genannten vier Kontaktierungsarme aufweisen. Durch diese Ausführungsform können die Diodenleiterbahnen mechanisch stabilisiert werden. Die Kontaktierungsarme können ferner als Haltearme zur Platzierung der Trägerschicht dienen.Here, the carrier layer may comprise at least a first contacting arm for receiving the first diode trace or a second contacting arm for receiving the second diode trace or a third contacting arm for receiving the third diode trace or a fourth contacting arm for receiving the fourth diode trace or a combination of at least two of said four contacting arms exhibit. By means of this embodiment, the diode conductor tracks can be mechanically stabilized. The contacting arms can also serve as holding arms for the placement of the carrier layer.

Es ist vorteilhaft, wenn der Massenflusssensor zumindest eine Energiequelle aufweist. Die Energiequelle kann zum Versorgen der ersten Diode mit elektrischer Energie mit dem ersten Anschluss und/oder zum Versorgen der zweiten Diode mit elektrischer Energie mit dem zweiten Anschluss verbunden sein. Auf diese Weise können die Dioden beispielsweise mit Betriebsspannungen oder Betriebsströmen versorgt werden.It is advantageous if the mass flow sensor has at least one energy source. The energy source may be connected to the first terminal for supplying the first diode with electrical energy and / or for supplying the second diode with electrical energy to the second terminal. In this way, the diodes can be supplied, for example, with operating voltages or operating currents.

Zusätzlich oder alternativ kann der Massenflusssensor zumindest eine Messeinheit zum Erfassen der ersten elektrischen Größe oder der zweiten elektrischen Größe oder beider Größen aufweisen. Die zumindest eine Messeinheit kann zum Erfassen der ersten elektrischen Größe mit dem ersten Anschluss und/oder zum Erfassen der zweiten elektrischen Größe mit dem zweiten Anschluss verbunden sein. Unter einer Energiequelle kann beispielsweise eine Strom- oder Spannungsquelle verstanden werden, die ausgebildet sein kann, um die erste oder zweite Diode mit einem konstanten Strom zu beaufschlagen oder eine konstante Spannung an die erste oder zweite Diode anzulegen. Entsprechend kann die Messeinheit ausgebildet sein, um eine Spannung, einen Strom oder eine davon abgeleitete Größe an der ersten oder zweiten Diode zu erfassen. Durch diese Ausführungsform wird eine genaue und zuverlässige Bestimmung der Charakteristik des Fluidstroms ermöglicht. Es ist von Vorteil, wenn der Massenflusssensor zumindest eine erste Messeinheit zum Erfassen der ersten elektrischen Größe und, zusätzlich oder alternativ, eine zweite Messeinheit zum Erfassen der zweiten elektrischen Größe aufweist. Dadurch können die beiden elektrischen Größen unabhängig voneinander erfasst werden.Additionally or alternatively, the mass flow sensor may have at least one measuring unit for detecting the first electrical variable or the second electrical variable or both. The at least one measuring unit may be connected to the second terminal for detecting the first electrical variable with the first terminal and / or for detecting the second electrical variable. By an energy source can be understood, for example, a current or voltage source, which can be designed to apply a constant current to the first or second diode or to apply a constant voltage to the first or second diode. Accordingly, the measuring unit may be configured to detect a voltage, a current or a quantity derived therefrom at the first or second diode. By this embodiment, an accurate and reliable determination of the characteristic of the fluid flow is made possible. It is advantageous if the mass flow sensor has at least one first measuring unit for detecting the first electrical variable and, additionally or alternatively, a second measuring unit for detecting the second electrical variable. As a result, the two electrical variables can be detected independently of each other.

Zusätzlich oder alternativ kann der Massenflusssensor auch eine Auswerteeinheit zum Bestimmen der Charakteristik des Fluidstroms unter Verwendung der ersten und zweiten elektrischen Größe aufweisen. Die Auswerteeinheit kann ausgebildet sein, um die elektrischen Größen miteinander zu kombinieren, um die Charakteristik zu bestimmen oder die Charakteristik durch einen Vergleich der elektrischen Größen mit vorbestimmten Referenzgrößen zu bestimmen. Auf diese Weise kann die Charakteristik sehr schnell und einfach bestimmt werden.Additionally or alternatively, the mass flow sensor may also include an evaluation unit for determining the characteristic of the fluid flow using the first and second electrical variables. The evaluation unit can be designed to combine the electrical variables with one another in order to determine the characteristic or to determine the characteristic by comparing the electrical variables with predetermined reference variables. In this way, the characteristic can be determined very quickly and easily.

Hierbei kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein, um die Charakteristik durch einen Vergleich der ersten elektrischen Größe mit der zweiten elektrischen Größe zu bestimmen. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein, um die Charakteristik durch Bilden einer Differenz oder eines Quotienten aus den beiden Größen zu bestimmen. Dadurch wird eine einfache, robuste und ressourcensparende Berechnung der Charakteristik ermöglicht.In this case, the evaluation unit can be designed to determine the characteristic by comparing the first electrical variable with the second electrical variable. For example, the evaluation unit can be designed to determine the characteristic by forming a difference or a quotient of the two variables. This allows a simple, robust and resource-saving calculation of the characteristic.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein, um als die Charakteristik des Fluidstroms eine Richtung des Fluidstroms zu bestimmen. Die Auswerteeinheit kann ausgebildet sein, um zusätzlich oder alternativ eine Fluidmenge und/oder eine Fluidgeschwindigkeit des Fluidstroms zu bestimmen. Diese Ausführungsform ermöglicht eine sehr genaue Bestimmung des Fluidstroms.According to a further embodiment, the evaluation unit may be designed to determine a direction of the fluid flow as the characteristic of the fluid flow. The evaluation unit can be designed to additionally or alternatively determine a fluid quantity and / or a fluid velocity of the fluid flow. This embodiment allows a very accurate determination of the fluid flow.

Des Weiteren kann der Massenflusssensor mit zumindest einer in dem Fluidstrom angeordneten oder anordenbaren weiteren Trägerschicht realisiert sein, die zumindest eine dritte Diode, eine vierte Diode, einen dritten Anschluss zum Erfassen einer dritten elektrischen Größe der dritten Diode und einen vierten Anschluss zum Erfassen einer vierten elektrischen Größe der vierten Diode aufweisen kann, um die Charakteristik des Fluidstroms ferner unter Verwendung der dritten elektrischen Größe und der vierten elektrischen Größe bestimmen zu können. Dadurch wird eine vektorielle Messung des Fluidstroms mit lediglich zwei Pixeln und ohne separaten Heizer ermöglicht. Hierzu können die beiden Trägerschichten beispielsweise um 90 Grad zueinander gedreht sein.Furthermore, the mass flow sensor can be realized with at least one further carrier layer which is arranged or can be arranged in the fluid flow and has at least a third diode, a fourth diode, a third terminal for detecting a third electrical variable of the third diode and a fourth terminal for detecting a fourth electrical Size of the fourth diode to further determine the characteristic of the fluid flow using the third electrical quantity and the fourth electrical quantity. This allows a vectorial measurement of fluid flow with only two pixels and no separate heater. For this purpose, the two carrier layers can be rotated for example by 90 degrees to each other.

Die erste Diode und die zweite Diode können gemäß einer weiteren Ausführungsform auf einer ersten Diodenachse angeordnet sein. Hierbei können die dritte Diode und die vierte Diode auf einer von der ersten Diodenachse abweichenden zweiten Diodenachse angeordnet sein. Dadurch wird eine besonders effiziente Erfassung des Fluidstroms mit geringem Rechenaufwand ermöglicht.The first diode and the second diode may be arranged according to a further embodiment on a first diode axis. Here, the third diode and the fourth diode may be arranged on a deviating from the first diode axis second diode axis. This allows a particularly efficient detection of the fluid flow with little computational effort.

Hierbei können die erste Diodenachse und die zweite Diodenachse im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehen. Dadurch wird eine effiziente Erfassung des Fluidstroms in einer x-Richtung und einer y-Richtung ermöglicht.Here, the first diode axis and the second diode axis may be substantially perpendicular to each other. This enables efficient detection of fluid flow in an x-direction and a y-direction.

Beispielsweise kann eine Längsachse eines Kontaktierungsarmes der Trägerschicht hierbei im Wesentlichen parallel zur jeweiligen Diodenachse der Trägerschicht ausgerichtet sein. For example, a longitudinal axis of a Kontaktierungsarmes the carrier layer in this case Be aligned substantially parallel to the respective diode axis of the carrier layer.

Der hier vorgeschlagene Ansatz schafft ferner ein Verfahren zum Erfassen eines Fluidstroms mittels eines Massenflusssensors gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Einlesen zumindest der ersten elektrischen Größe und der zweiten elektrischen Größe; und
Bestimmen der Charakteristik des Fluidstroms unter Verwendung zumindest der ersten elektrischen Größe und der zweiten elektrischen Größe.The approach proposed here also provides a method for detecting a fluid flow by means of a mass flow sensor according to one of the preceding embodiments, wherein the method comprises the following steps:
Reading at least the first electrical quantity and the second electrical quantity; and
Determining the characteristic of the fluid flow using at least the first electrical quantity and the second electrical quantity.

Zudem schafft der hier beschriebene Ansatz ein Verfahren zum Herstellen eines Massenflusssensors, wobei das Verfahren folgenden Schritt umfasst:
Ausbilden einer in einem Fluidstrom anordenbaren Trägerschicht mit zumindest einer ersten Diode und einer zweiten Diode sowie einem ersten Anschluss zum Erfassen einer ersten elektrischen Größe der ersten Diode und einem zweiten Anschluss zum Erfassen einer zweiten elektrischen Größe der zweiten Diode, um eine Charakteristik des Fluidstroms unter Verwendung der ersten elektrischen Größe und der zweiten elektrischen Größe bestimmen zu können.In addition, the approach described herein provides a method of manufacturing a mass flow sensor, the method comprising the step of:
Forming a carrier layer, which can be arranged in a fluid flow, with at least one first diode and a second diode and a first terminal for detecting a first electrical variable of the first diode and a second terminal for detecting a second electrical variable of the second diode, in order to use a characteristic of the fluid flow to be able to determine the first electrical quantity and the second electrical quantity.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch die Vorrichtung eine Steuerung eines Luftmassensensors für Anwendungen in der Unterhaltungselektronik (z.B. Partikelmessung im Smartphone) und im Automobilbereich.In an advantageous embodiment, the device is used to control an air mass sensor for applications in consumer electronics (for example particle measurement in smartphones) and in the automotive sector.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:

1 eine schematische Darstellung eines Massenflusssensors gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1 a schematic representation of a mass flow sensor according to an embodiment;

2 eine schematische Darstellung eines Massenflusssensors gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Draufsicht; 2 a schematic representation of a mass flow sensor according to an embodiment in plan view;

3 eine schematische Darstellung eines Massenflusssensors aus 2 im Querschnitt; 3 a schematic representation of a mass flow sensor 2 in cross-section;

4 eine schematische Darstellung eines Massenflusssensors gemäß einem Ausführungsbeispiel; 4 a schematic representation of a mass flow sensor according to an embodiment;

5 eine schematische Darstellung eines Massenflusssensors aus 4 bei einem Fluidstrom in x-Richtung; 5 a schematic representation of a mass flow sensor 4 at a fluid flow in the x-direction;

6 eine schematische Darstellung eines Massenflusssensors aus 4 bei einem Fluidstrom in y-Richtung; 6 a schematic representation of a mass flow sensor 4 at a fluid flow in the y-direction;

7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen eines Fluidstroms mittels eines Massenflusssensors gemäß einem Ausführungsbeispiel; und 7 a flowchart of a method for detecting a fluid flow by means of a mass flow sensor according to an embodiment; and

8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Massenflusssensors gemäß einem Ausführungsbeispiel. 8th a flowchart of a method for producing a mass flow sensor according to an embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Massenflusssensors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Massenflusssensor 100 umfasst eine Trägerschicht 102 mit einer ersten Diode 104 und einer zweiten Diode 106. Die Trägerschicht 102 wird im Folgenden beispielhaft als Halbleiterschicht 102 bezeichnet und ist in einem mit einem gestrichelten Pfeil gekennzeichneten Fluidstrom angeordnet, sodass eine jeweilige Temperatur der beiden Dioden 104, 106 durch den Fluidstrom beeinflusst wird. 1 shows a schematic representation of a mass flow sensor 100 according to an embodiment. The mass flow sensor 100 comprises a carrier layer 102 with a first diode 104 and a second diode 106 , The carrier layer 102 will be exemplified below as a semiconductor layer 102 and is arranged in a direction indicated by a dashed arrow fluid flow, so that a respective temperature of the two diodes 104 . 106 is influenced by the fluid flow.

Die erste Diode 104 weist einen, zwei Kontakte der ersten Diode 104 umfassenden, ersten Anschluss 108 zum Erfassen einer durch die erste Diode 104 bereitgestellten ersten elektrischen Größe 110 auf. Entsprechend weist die zweite Diode 106 einen, zwei Kontakte der zweiten Diode 104 umfassenden, zweiten Anschluss 112 zum Erfassen einer durch die zweite Diode 106 bereitgestellten zweiten elektrischen Größe 114 auf. Die beiden elektrischen Größen 110, 114 ermöglichen es, eine Charakteristik des Fluidstroms zu bestimmen.The first diode 104 has one, two contacts of the first diode 104 comprehensive, first connection 108 for detecting a through the first diode 104 provided first electrical size 110 on. Accordingly, the second diode 106 one, two contacts of the second diode 104 comprehensive, second connection 112 for detecting a through the second diode 106 provided second electrical size 114 on. The two electrical sizes 110 . 114 allow to determine a characteristic of the fluid flow.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die beiden Dioden 104, 106 über ihre Anschlüsse 108, 112 an eine Energiequelle 116, etwa eine Strom- oder Spannungsquelle, angeschlossen, die ausgebildet ist, um die beiden Dioden 104, 106 mit elektrischer Energie zu versorgen, etwa mit einem konstanten Strom oder einer konstanten Spannung. Ferner sind die beiden Anschlüsse 108, 112 mit einer Messeinheit 118 verbunden, die ausgebildet ist, um die durch die Dioden 104, 106 bereitgestellten Größen 110, 114 zu erfassen und diese, oder davon abgeleitete Größen, an eine optionale Auswerteeinheit 120 weiterzuleiten. Die Auswerteeinheit 120 ist ausgebildet, um unter Verwendung der beiden Größen 110, 114 die Charakteristik des Fluidstroms zu bestimmen, etwa durch Durchführen eines geeigneten Vergleichs zwischen den beiden Größen 110, 114, und ein die Charakteristik repräsentierendes Auswertesignal 122 bereitzustellen. Zumindest eine der Einrichtungen 116, 118, 120 kann in die Halbleiterschicht 102 integriert oder auf der Halbleiterschicht 102 angeordnet sein oder durch elektrische Leitungen mit der Halbleiterschicht 102 verbunden sein. Die Einrichtungen 116, 118, 120 können in Hardware und/oder Software, beispielsweise als elektrische Schaltungen, ausgeführt sein.According to one embodiment, the two diodes 104 . 106 about their connections 108 . 112 to an energy source 116 connected, such as a current or voltage source, which is formed to the two diodes 104 . 106 be supplied with electrical energy, such as a constant current or a constant voltage. Furthermore, the two connections 108 . 112 with a measuring unit 118 connected, which is adapted to the through the diodes 104 . 106 provided sizes 110 . 114 and these, or derived therefrom, to an optional evaluation 120 forward. The evaluation unit 120 is designed to be made using the two sizes 110 . 114 determine the characteristic of the fluid flow, such as by making a suitable comparison between the two quantities 110 . 114 , and an evaluation signal representing the characteristic 122 provide. At least one of the facilities 116 . 118 . 120 can in the semiconductor layer 102 integrated or on the semiconductor layer 102 be arranged or by electrical lines to the semiconductor layer 102 be connected. The facilities 116 . 118 . 120 may be implemented in hardware and / or software, for example as electrical circuits.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Massenflusssensors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Draufsicht. Bei dem Massenflusssensor 100 handelt es sich beispielsweise um einen vorangehend anhand von 1 beschriebenen Massenflusssensor. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Dioden 104, 106 durch eine Ausnehmung 200 in der Halbleiterschicht 102 voneinander getrennt. Die Ausnehmung 200, hier eine Aussparung, ist beispielhaft rechteckig ausgeformt, sodass die Dioden 104, 106 lediglich durch zwei hier parallel zueinander angeordnete Haltearme 202 miteinander verbunden sind. 2 shows a schematic representation of a mass flow sensor 100 according to an embodiment in plan view. In the mass flow sensor 100 For example, it is a previous one based on 1 described mass flow sensor. According to this embodiment, the two diodes 104 . 106 through a recess 200 in the semiconductor layer 102 separated from each other. The recess 200 , here a recess, is exemplary rectangular shaped, so that the diodes 104 . 106 only by two here parallel to each other arranged holding arms 202 connected to each other.

Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der erste Anschluss 108 eine in einem ersten Kontaktierungsarm 204 verlaufende erste Diodenleitung 206 sowie eine in einem zweiten Kontaktierungsarm 208 verlaufende zweite Diodenleitung 210 zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren der ersten Diode 104. Ebenso umfasst der zweite Anschluss 112 eine in einem dritten Kontaktierungsarm 212 verlaufende dritte Diodenleiterbahn 214 sowie eine in einem vierten Kontaktierungsarm 216 verlaufende vierte Diodenleiterbahn 218 zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren der zweiten Diode 106. Die Kontaktierungsarme 204, 208, 212, 216 sind jeweils in einem Eckbereich der hier rechteckigen Halbleiterschicht 102 angeordnet. Hierbei erstrecken sich der erste Kontaktierungsarm 204 und der zweite Kontaktierungsarm 208 wie auch der dritte Kontaktierungsarm 212 und der vierte Kontaktierungsarm 216 jeweils entlang einer gemeinsamen Achse, die in 2 im Wesentlichen quer zu einer Längsachse der Halbleiterschicht 102 ausgerichtet ist. According to the in 2 the embodiment shown, the first terminal comprises 108 one in a first contacting arm 204 extending first diode line 206 and one in a second contacting arm 208 extending second diode line 210 for electrically conductive contacting the first diode 104 , Likewise, the second port includes 112 one in a third contacting arm 212 extending third diode track 214 and one in a fourth contacting arm 216 extending fourth diode track 218 for electrically conductive contacting the second diode 106 , The contacting arms 204 . 208 . 212 . 216 are each in a corner region of the rectangular semiconductor layer here 102 arranged. In this case, the first contacting arm extend 204 and the second contacting arm 208 as well as the third Kontaktierungsarm 212 and the fourth contacting arm 216 each along a common axis, the in 2 substantially transverse to a longitudinal axis of the semiconductor layer 102 is aligned.

Die vier Kontaktierungsarme können beispielsweise als Teile der Halbleiterschicht 102 und somit aus dem gleichen Material wie die Halbleiterschicht 102 realisiert sein. Alternativ sind die vier Kontaktierungsarme aus einem anderen Material als die Halbleiterschicht 102 realisiert, beispielsweise aus Siliziumdioxid. The four contacting arms can be used, for example, as parts of the semiconductor layer 102 and thus of the same material as the semiconductor layer 102 be realized. Alternatively, the four contacting arms are made of a different material than the semiconductor layer 102 realized, for example made of silicon dioxide.

Der Fluidstrom mit der Geschwindigkeit v_x ist mit einem großen Pfeil eingezeichnet.The fluid flow at the speed v _x is indicated by a large arrow.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Massenflusssensor 100 als ein auf einer modifizierten Pixelstruktur basierender MEMS-Sensor realisiert. Hierbei umfasst der Massenflusssensor 100 beispielsweise eine Pixelstruktur aus einer Siliziumdioxidinsel als Halbleiterschicht 102 und vier Halteärmchen aus Siliziumdioxid als Kontaktierungsarme 204, 208, 212, 216. Die vier Kontaktierungsarme umfassen jeweils eine elektrische Zuleitung, die insbesondere aus Titan hergestellt sein kann. Die beiden Dioden 104, 106 sind beispielsweise in zwei epitaktisch aufgewachsene Siliziuminseln der Halbleiterschicht 102 integriert, die jeweils nur durch Oxidärmchen als Haltearme 202, erzeugt durch eine entsprechende Strukturierung der Halbleiterschicht 102, thermisch miteinander verbunden sind.According to one embodiment, the mass flow sensor is 100 as realized on a modified pixel structure based MEMS sensor. Here, the mass flow sensor includes 100 For example, a pixel structure of a silicon dioxide island as a semiconductor layer 102 and four silica pads as contacting arms 204 . 208 . 212 . 216 , The four Kontaktierungsarme each comprise an electrical lead, which may be made in particular of titanium. The two diodes 104 . 106 are, for example, in two epitaxially grown silicon islands of the semiconductor layer 102 integrated, each only by Oxidärmchen as holding arms 202 , produced by a corresponding structuring of the semiconductor layer 102 , thermally connected to each other.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Massenflusssensor 100 eine weitere derartige Pixelstruktur auf, wobei die weitere Pixelstruktur um beispielsweise 90 Grad zur vorgenannten Pixelstruktur gedreht realisiert ist. Je nach Ausführungsbeispiel können auch mehrere Pixelstrukturen auf einem gemeinsamen Substrat integriert sein. Hierbei können sich die Pixelstrukturen etwa in der Anzahl der Verbindungsärmchen zwischen den einzelnen Dioden unterscheiden.According to a further embodiment, the mass flow sensor 100 another such pixel structure, wherein the further pixel structure is implemented rotated by 90 degrees, for example, to the aforementioned pixel structure. Depending on the exemplary embodiment, a plurality of pixel structures can also be integrated on a common substrate. In this case, the pixel structures may differ approximately in the number of connecting sleeves between the individual diodes.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind alle Dioden in Flussrichtung mit demselben Strom l_ref bestrombar. Mittels entsprechender Messeinheiten kann eine Spannung über jeder Diode einzeln messbar sein.According to one embodiment, all the diodes in the flow direction with the same current l _{ref can be} energized. By means of appropriate measuring units, a voltage across each diode can be measured individually.

Der Massenflusssensor 100 ist beispielsweise in einem gängigen Verfahren der Halbleiterindustrie hergestellt.The mass flow sensor 100 is manufactured for example in a common method of the semiconductor industry.

Der Massenflusssensor 100 eignet sich insbesondere zum Einsatz in Produkten der Unterhaltungselektronik, etwa für mobile Strahlungsdetektoren, Luftqualitäts- oder Pollensensoren, bei denen eine in einer Kammer befindliche Luftmenge bestimmt werden soll. Aufgrund seines geringen Platzbedarfs und seiner geringen Leistungsaufnahme eignet sich der Massenflusssensor 100 insbesondere auch zur Integration in Smartphones.The mass flow sensor 100 is particularly suitable for use in consumer electronics products, such as for mobile radiation detectors, air quality or pollen sensors in which an air volume in a chamber to be determined. Due to its small footprint and low power consumption, the mass flow sensor is suitable 100 especially for integration in smartphones.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Massenflusssensors 100 aus 2 im Querschnitt. Gezeigt sind die Halbleiterschicht 102 mit den in die Kontaktierungsarme 208, 216 integrierten Diodenleiterbahnen 210, 218 und die an der Halbleiterschicht 102 angeordneten Dioden 104, 106. 3 shows a schematic representation of a mass flow sensor 100 out 2 in cross section. Shown are the semiconductor layer 102 with the in the Kontaktierungsarme 208 . 216 integrated diode conductor tracks 210 . 218 and those on the semiconductor layer 102 arranged diodes 104 . 106 ,

Die zwei Dioden 104, 106 sind beispielsweise in epitaktisch aufgewachsenem Silizium realisiert, das von einer Struktur aus Siliziumdioxid gehalten wird. Die Diodenleitungen 210, 218 sind beispielsweise aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, etwa Titan, realisiert und in die Kontaktierungsarme 208, 216 aus Siliziumdioxid eingebettet. Die erste Diode 104 weist eine erste Temperatur T₁ und die zweite Diode 106 eine zweite Temperatur T₂ auf.The two diodes 104 . 106 are realized for example in epitaxially grown silicon, which is held by a structure of silicon dioxide. The diode lines 210 . 218 are for example made of a material with low thermal conductivity, such as titanium, realized and in the Kontaktierungsarme 208 . 216 embedded in silicon dioxide. The first diode 104 has a first temperature T ₁ and the second diode 106 a second temperature T ₂ .

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Massenflusssensors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist eine Prinzipskizze eines Sensoraufbaus mit zwei um 90 Grad gedrehten Pixeln und einer Spannungsmessung. Im Unterschied zu dem anhand der 1 bis 3 beschriebenen Massenflusssensor, umfasst der in 4 gezeigte Massenflusssensor 100 zusätzlich zur Halbleiterschicht 102 eine weitere Halbleiterschicht 400 mit einer dritten Diode 402, einer vierten Diode 404, einem dritten Anschluss 406 zum Erfassen einer dritten elektrischen Größe der dritten Diode 402 und einem vierten Anschluss 408 zum Erfassen einer vierten elektrischen Größe der vierten Diode 404. Entsprechend ist die hier nicht gezeigte Auswerteeinheit ausgebildet, um die Charakteristik des Fluidstroms ferner unter Verwendung der von den beiden weiteren Dioden 402, 404 bereitgestellten dritten und vierten elektrischen Größe zu ermitteln. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die weitere Halbleiterschicht 400 in gleicher Weise wie die Halbleiterschicht 102 aufgebaut. 4 shows a schematic representation of a mass flow sensor 100 according to an embodiment. Shown is a schematic diagram of a sensor structure with two pixels rotated by 90 degrees and a voltage measurement. In contrast to that on the basis of 1 to 3 described mass flow sensor includes in 4 shown mass flow sensor 100 in addition to the semiconductor layer 102 another semiconductor layer 400 with a third diode 402 , a fourth diode 404 , a third connection 406 for detecting a third electrical quantity of the third diode 402 and a fourth connection 408 for detecting a fourth electrical quantity of the fourth diode 404 , Accordingly, the evaluation unit, not shown here, is designed to further reduce the characteristic of the fluid flow using the two other diodes 402 . 404 provided third and fourth electrical size. According to this embodiment, the further semiconductor layer 400 in the same way as the semiconductor layer 102 built up.

Gemäß dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die erste Diode 104 und die zweite Diode 106 auf einer ersten Diodenachse 410 angeordnet, die hier im Wesentlichen senkrecht zu einer zweiten Diodenachse 412 ausgerichtet ist, auf der die beiden Dioden 402, 404 der weiteren Halbleiterschicht 400 angeordnet sind. Die beiden Halbleiterschichten 102, 400 sind somit um 90 Grad verdreht zueinander angeordnet.According to the in 4 embodiment shown are the first diode 104 and the second diode 106 on a first diode axis 410 arranged here, substantially perpendicular to a second diode axis 412 aligned, on which the two diodes 402 . 404 the further semiconductor layer 400 are arranged. The two semiconductor layers 102 . 400 are thus arranged rotated 90 degrees to each other.

Beispielhaft umfasst der Massenflusssensor 100 gemäß 4 eine erste Messeinheit 414 zum Erfassen einer Spannung V_x2 als erster elektrischer Größe, eine zweite Messeinheit 416 zum Erfassen einer Spannung V_x1 als zweiter elektrischer Größe, eine dritte Messeinheit 418 zum Erfassen einer Spannung V_y2 als dritter elektrischer Größe sowie eine vierte Messeinheit 420 zum Erfassen einer Spannung V_y1 als vierter elektrischer Größe.By way of example, the mass flow sensor comprises 100 according to 4 a first measuring unit 414 for detecting a voltage V _x2 as a first electrical quantity, a second measuring unit 416 for detecting a voltage V _x1 as a second electrical quantity, a third measuring unit 418 for detecting a voltage V _y2 as a third electrical quantity and a fourth measuring unit 420 for detecting a voltage V _y1 as a fourth electrical quantity.

Der Massenflusssensor 100 umfasst gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine vier Stromquellen 422, 424, 426, 428 umfassende Energiequelle, um die vier Dioden je mit einem konstanten Strom I_Ref zu beaufschlagen. Hierzu umfasst die Energiequelle gemäß dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel eine erste Stromquelle 422 zum Bestromen der ersten Diode 104, eine zweite Stromquelle 424 zum Bestromen der zweiten Diode 106, eine dritte Stromquelle 426 zum Bestromen der dritten Diode 402 und eine vierte Stromquelle 428 zum Bestromen der vierten Diode 404. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die vier Dioden auch mit je einem anderen Stromwert beaufschlagt werden. Alternativ kann die Energiequelle eine Stromquelle zum Erzeugen des Stroms I_Ref umfassen, der anschließend über geeignete Schaltungen, beispielsweise Stromspiegel, an die Dioden 104, 106, 402, 404 bereitgestellt wird.The mass flow sensor 100 includes according to this embodiment, a four current sources 422 . 424 . 426 . 428 comprehensive source of energy to each of the four diodes to apply a constant current I _Ref . For this purpose, the energy source according to the in 4 shown embodiment, a first current source 422 to power the first diode 104 , a second power source 424 for energizing the second diode 106 , a third power source 426 to power the third diode 402 and a fourth power source 428 for powering the fourth diode 404 , According to one embodiment, the four diodes can also be charged with a different current value. Alternatively, the power source may comprise a current source for generating the current I _Ref , which may then be applied to the diodes through appropriate circuitry, such as current mirrors 104 . 106 . 402 . 404 provided.

Die erste Stromquelle 422 und die erste Messeinheit 414 sind in Reihe geschaltet und mit einem ersten Kontakt des ersten Anschlusses 108 der ersten Diode 104 verbunden. Der zweite Kontakt des ersten Anschlusses 108 der ersten Diode 104 ist mit Masse verbunden. Die weiteren Stromquellen 424, 426, 428 und Messeinheiten 416, 418, 420 sind entsprechend verschaltet.The first power source 422 and the first measuring unit 414 are connected in series and with a first contact of the first terminal 108 the first diode 104 connected. The second contact of the first connection 108 the first diode 104 is connected to ground. The other power sources 424 . 426 . 428 and measurement units 416 . 418 . 420 are interconnected accordingly.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Massenflusssensor 100 als Luftmassensensor aus zwei modifizierten Mikrobolometerpixeln als Halbleiterschichten 102, 400 aufgebaut. Jedes dieser Pixel enthält zwei separate Dioden 104, 106, 402, 404 in epitaktisch aufgewachsenem Silizium und ist mit einem Konstantstrom I_ref beaufschlagbar. Die sich dabei einstellende Spannung dient als Messsignal, auch als elektrische Größe bezeichnet, zum Bestimmen der Charakteristik des Fluidstroms. Beide Pixel können um 90 Grad zueinander gedreht sein, sodass eine vektorielle Messung vorgenommen werden kann. Somit ist kein zusätzlicher Heizer erforderlich.According to one embodiment, the mass flow sensor is 100 as air mass sensor of two modified Mikrobolometerpixeln as semiconductor layers 102 . 400 built up. Each of these pixels contains two separate diodes 104 . 106 . 402 . 404 in epitaxially grown silicon and can be acted upon by a constant _current I _ref . The resulting voltage serves as a measurement signal, also referred to as electrical quantity, for determining the characteristic of the fluid flow. Both pixels can be rotated 90 degrees to each other so that a vectorial measurement can be made. Thus, no additional heater is required.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Massenflusssensors 100 aus 4 bei einem Fluidstrom in x-Richtung. Der Fluidstrom mit der Geschwindigkeit v_x ist mit fünf großen Pfeilen gekennzeichnet. Gezeigt sind beispielsweise die Spannungen der einzelnen Dioden bei einem Gasfluss in x-Richtung. Hierbei ist die Spannung V_x1 kleiner als die Spannung V_x2 und die Spannung V_y1 gleich der Spannung V_y2. 5 shows a schematic representation of a mass flow sensor 100 out 4 at a fluid flow in the x direction. The fluid flow at the speed v _x is indicated by five large arrows. Shown, for example, are the voltages of the individual diodes in the case of a gas flow in the x direction. Here, the voltage V _{x1 is} smaller than the voltage V _x2 and the voltage V _y1 equal to the voltage V _y2 .

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Massenflusssensors 100 aus 4 bei einem Fluidstrom in y-Richtung. Gezeigt sind beispielsweise die Spannungen der einzelnen Dioden bei einem Gasfluss in y-Richtung. Der Fluidstrom mit der Geschwindigkeit v_y ist mit fünf großen Pfeilen gekennzeichnet. Hierbei ist die Spannung V_x1 gleich der Spannung V_x2 und die Spannung V_y1 größer als die Spannung V_y2. 6 shows a schematic representation of a mass flow sensor 100 out 4 at a fluid flow in the y-direction. Shown, for example, are the voltages of the individual diodes in the case of a gas flow in the y direction. The fluid flow at speed v _y is indicated by five large arrows. Here, the voltage V _{x1 is} equal to the voltage V _x2 and the voltage V _{y1 is} greater than the voltage V _y2 .

Dioden, die in Vorwärtsrichtung bestromt werden, zeigen einen linearen Abfall der Spannung mit steigender Temperatur. Demnach kann die gemessene Spannung direkt in eine Betriebstemperatur der betreffenden Diode umgerechnet werden. Der Fluidstrom bewirkt eine Abkühlung der Diode und damit einen entsprechenden Anstieg der Spannung. Werden nun zwei Dioden auf einem Pixel derart angeordnet, dass die eine Diode beim seitlichen Fluidstrom im Windschatten der anderen liegt, so kann etwa aus einer Spannungsdifferenz, d. h. einer Temperaturdifferenz, direkt auf eine Fluidgeschwindigkeit oder eine an den Dioden vorbeigeströmte Fluidmenge geschlossen werden. Diodes energized in the forward direction show a linear decrease in voltage with increasing temperature. Accordingly, the measured voltage can be converted directly into an operating temperature of the relevant diode. The fluid flow causes a cooling of the diode and thus a corresponding increase in the voltage. If two diodes are now arranged on one pixel in such a way that one diode is located in the slipstream of the other in the case of the lateral fluid flow, then a voltage difference, i. H. a temperature difference, be closed directly to a fluid velocity or an amount of fluid flowing past the diodes.

Bei einer Fluidströmung in x-Richtung, wie in 5 gezeigt, stellen sich in den auf der ersten Diodenachse 410 liegenden Dioden 104, 106 unterschiedliche Temperaturen ein. Dabei ist eine Temperatur T₁ der ersten Diode 104 kleiner als eine Temperatur T₂ der zweiten Diode 106. Werden die zwei Halbleiterschichten 102, 400 im 90-Grad-Winkel zueinander angeordnet, so kann der Fluidstrom vektoriell gemessen werden und es kann auf den vorbeigeströmten Massefluss rückgerechnet werden. In a fluid flow in the x-direction, as in 5 shown in the on the first diode axis 410 lying diodes 104 . 106 different temperatures. In this case, a temperature T _{1 of} the first diode 104 smaller than a temperature T _{2 of} the second diode 106 , Become the two semiconductor layers 102 . 400 Arranged at a 90-degree angle to each other, the fluid flow can be vectorially measured and it can be calculated back to the past mass flow.

Der Referenzstrom I_Ref kann beispielsweise einmalig auf dem Chip erzeugt werden und dann mit Stromspiegeln den einzelnen Dioden zur Verfügung gestellt werden.The reference current I _Ref can for example be generated once on the chip and then provided with current mirrors the individual diodes available.

7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Erfassen eines Fluidstroms mittels eines Massenflusssensors gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 700 kann beispielsweise im Zusammenhang mit einem vorangehend anhand der 1 bis 6 beschriebenen Massenflusssensor, etwa mit einer anhand von 1 beschriebenen Auswerteeinheit, durchgeführt werden. Hierbei werden in einem Schritt 710 die erste und die zweite elektrische Größe oder davon abgeleitete Größen eingelesen. In einem weiteren Schritt 720 wird unter Verwendung der beiden elektrischen Größen die Charakteristik des Fluidstroms bestimmt, wie etwa eine Richtung des Fluidstroms, eine Fluidmenge oder eine Fluidgeschwindigkeit. Die Bestimmung der Charakteristik erfolgt beispielsweise durch Vergleichen der beiden Größen, insbesondere durch Bilden einer Differenz der beiden Größen. 7 shows a flowchart of a method 700 for detecting a fluid flow by means of a mass flow sensor according to an embodiment. The procedure 700 For example, in connection with a preceding on the basis of 1 to 6 described mass flow sensor, such as with a reference to 1 described evaluation unit to be performed. This will be done in one step 710 read in the first and second electrical quantities or quantities derived therefrom. In a further step 720 For example, using the two electrical quantities, the characteristic of the fluid flow is determined, such as a direction of fluid flow, a fluid amount, or a fluid velocity. The characteristic is determined, for example, by comparing the two variables, in particular by forming a difference between the two variables.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden im Schritt 710 eine dritte und vierte elektrische Größe oder davon abgeleitete Größen zweier weiterer Dioden eingelesen. In dem Schritt 720 wird dann unter Verwendung der beiden weiteren elektrischen Größen die Charakteristik des Fluidstroms bestimmt.According to one embodiment, in step 710 read in a third and fourth electrical variable or derived therefrom sizes of two other diodes. In the step 720 is then determined using the two other electrical variables, the characteristic of the fluid flow.

8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 zum Herstellen eines Massenflusssensors gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa eines Massenflusssensors, wie er vorangehend anhand der 1 bis 7 beschrieben ist. Hierbei wird in einem Schritt 810 eine in einem Fluidstrom anordenbare Halbleiterschicht mit zumindest einer ersten Diode, einer zweiten Diode, einem ersten Anschluss zum Erfassen einer ersten elektrischen Größe der ersten Diode und einem zweiten Anschluss zum Erfassen einer zweiten elektrischen Größe der zweiten Diode ausgebildet. Anhand der beiden elektrischen Größen kann eine Charakteristik des Fluidstroms bestimmt werden. 8th shows a flowchart of a method 800 for producing a mass flow sensor according to an embodiment, such as a mass flow sensor, as described above with reference to FIG 1 to 7 is described. This is done in one step 810 a semiconductor layer which can be arranged in a fluid flow and has at least one first diode, a second diode, a first terminal for detecting a first electrical variable of the first diode and a second terminal for detecting a second electrical variable of the second diode. Based on the two electrical variables, a characteristic of the fluid flow can be determined.

Der Schritt 810 kann einen oder mehrere Teilschritte umfassen.The step 810 may include one or more sub-steps.

Die Herstellung der Halbleiterschicht erfolgt beispielsweise durch epitaktisches Aufwachsen einer Siliziumschicht. The semiconductor layer is produced, for example, by epitaxial growth of a silicon layer.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt in einem optionalen Schritt 820 die elektrische Kontaktierung der beiden Dioden, bei der die beiden Dioden je nach Ausführungsbeispiel mit einer oder mehreren Energiequellen, einer oder mehreren Messeinheiten oder einer Auswerteeinheit elektrisch leitfähig verbunden werden.According to one embodiment, in an optional step 820 the electrical contacting of the two diodes, in which the two diodes are electrically conductively connected depending on the embodiment with one or more energy sources, one or more measuring units or an evaluation unit.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren 800 zur Herstellung eines Luftmassensensors, basierend auf einem modifizierten Mikrobolometerpixeldesign, durchgeführt werden. Hierzu umfasst das Verfahren 800 wenigstens die folgenden Herstellungsschritte.According to one embodiment, the method 800 for making an air mass sensor based on a modified microbolometer pixel design. For this purpose, the method includes 800 at least the following manufacturing steps.

Zunächst erfolgt die Bereitstellung eines geeigneten Wafers mit vorbereiteten Kavernen, etwa in einem auf porösem Silizium basierenden Prozess.First, the provision of a suitable wafer with prepared caverns, such as in a process based on porous silicon takes place.

In einem weiteren Schritt erfolgt das Aufbringen von epitaktisch aufgewachsenem Silizium, beispielsweise mit einer Dicke zwischen 1 µm und 3 µm.In a further step, the application of epitaxially grown silicon, for example, with a thickness between 1 .mu.m and 3 .mu.m.

Hierauf folgen eine Dotierung und verschiedene Temperaturschritte zur Ausbildung der beiden Dioden in den entsprechenden Bereichen der Siliziumschicht.This is followed by doping and various temperature steps to form the two diodes in the corresponding regions of the silicon layer.

Nachfolgend wird eine erste Schicht aus Siliziumdioxid mit der halben Kontaktierungsarmdicke abgeschieden.Subsequently, a first layer of silicon dioxide is deposited with half the Kontaktierungsarmdicke.

Hierauf wird eine Kontaktierung im Bereich der Anoden und der Katoden der Dioden durch die erste Oxidschicht ausgebildet.Then a contact in the region of the anodes and the cathodes of the diodes is formed by the first oxide layer.

Es folgt die Abscheidung und Strukturierung einer Metallschicht zur Kontaktierung der Dioden mit einem ASIC oder einem Substrat.This is followed by the deposition and patterning of a metal layer for contacting the diodes with an ASIC or a substrate.

Anschließend wird eine zweite Schicht aus Siliziumdioxid mit der halben Kontaktierungsarmdicke abgeschieden.Subsequently, a second layer of silicon dioxide with half the contacting arm thickness is deposited.

Des Weiteren erfolgt eine Strukturierung der Siliziumdioxidschichten, etwa durch Trenchen, sodass die Kontaktierungsarme der Pixelstruktur sowie die Zwischenbereiche zwischen den beiden Dioden definiert werden.Furthermore, the silicon dioxide layers are patterned, for example by trenches, so that the contacting arms of the pixel structure and the intermediate regions between the two diodes are defined.

Schließlich erfolgt das Ätzen des Siliziums zur Entfernung unter den Oxidärmchen und zur Trennung der beiden Dioden.Finally, the silicon is etched away to remove it under the oxide sleeves and to separate the two diodes.

Alle verwendeten Prozessschritte können nach üblichen Verfahren der Halbleiterindustrie erfolgen.All process steps used can be carried out by conventional methods of the semiconductor industry.

Ein derartiger Massenflusssensor bietet den Vorteil einer Herstellung in wenigen Prozessschritten, einer zusätzlichen Funktionalität mit einem bereits vorhandenen ASIC, einer geringen benötigten Leistung durch Freistellen der Strukturen, einer einfachen Strommessung, der Möglichkeit einer differenziellen Auswertung, eines geringen Platzbedarfs sowie geringer Kosten pro Sensor.Such a mass flow sensor offers the advantage of a production in a few process steps, an additional functionality with an existing ASIC, a low power required by cropping the structures, a simple current measurement, the possibility of a differential evaluation, a small footprint and low cost per sensor.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Claims

Mass flow sensor ( 100 ) with the following feature: at least one carrier layer arranged or arrangeable in a fluid flow ( 102 ), which at least one first diode ( 104 ) and a second diode ( 106 ) and a first connection ( 108 ) for detecting a first electrical quantity ( 110 ; V _x2 ) of the first diode ( 104 ) and a second port ( 112 ) for detecting a second electrical quantity ( 114 ; V _x1 ) of the second diode ( 106 ) to determine a characteristic of the fluid flow using the first electrical quantity (FIG. 110 ; V _x2 ) and the second electrical quantity ( 114 ; V _x1 ) to determine.

Mass flow sensor ( 100 ) according to claim 1, wherein the carrier layer ( 102 ) one between the first diode ( 104 ) and the second diode ( 106 ) arranged recess ( 200 ) for thermal decoupling of the first diode ( 104 ) from the second diode ( 106 ) having.

Mass flow sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the first connection ( 108 ) at least a first diode track ( 206 ) and a second diode track ( 210 ) for the electrically conductive contacting of the first diode ( 104 ) and / or the second connection ( 112 ) at least one third Diodenleiterbahn ( 214 ) and a fourth diode track ( 218 ) for electrically conductive contacting of the second diode ( 106 ), wherein the carrier layer ( 102 ) at least one first contacting arm ( 204 ) for receiving the first diode track ( 206 ) and / or a second contacting arm ( 208 ) for receiving the second diode track ( 210 ) and / or a third contacting arm ( 212 ) for receiving the third diode track ( 214 ) and / or a fourth contacting arm ( 216 ) for receiving the fourth diode track ( 218 ) having.

Mass flow sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims, with at least one energy source ( 116 ; 422 . 424 ) for supplying the first diode ( 104 ) with electrical power to the first terminal ( 108 ) and / or for supplying the second diode ( 106 ) with electrical power to the second terminal ( 112 ) connected is.

Mass flow sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims, with at least one measuring unit ( 118 ; 414 . 416 ) for detecting the first electrical quantity ( 110 ; V _x2 ) with the first connection ( 108 ) and / or for detecting the second electrical variable ( 114 ; V _x1 ) with the second connection ( 112 ) connected is.

Mass flow sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims, with an evaluation unit ( 120 ) for determining the characteristic of the fluid flow using the first electrical quantity ( 110 ; V _x2 ) and the second electrical quantity ( 114 ; V _x1 ).

Mass flow sensor ( 100 ) according to claim 6, wherein the evaluation unit ( 120 ) is adapted to determine the characteristic of the fluid flow by comparing the first electrical quantity ( 110 ; V _x2 ) with the second electrical variable ( 114 ; V _x1 ).

Mass flow sensor ( 100 ) according to claim 6 or 8, wherein the evaluation unit ( 120 ) is configured to determine, as the characteristic of the fluid flow, a direction and / or a fluid amount and / or a fluid velocity of the fluid flow.

Mass flow sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims, with at least one further carrier layer arranged or arrangeable in the fluid flow (US Pat. 400 ), which is at least a third diode ( 402 ) and a fourth diode ( 404 ) as well as a third connection ( 406 ) for detecting a third electrical quantity (V _y2 ) of the third diode ( 402 ) and a fourth connection ( 408 ) for detecting a fourth electrical quantity (V _y1 ) of the fourth diode ( 404 ) to further determine the characteristic of the fluid flow using the third electrical quantity (V _y2 ) and the fourth electrical quantity (V _y1 ).

Mass flow sensor ( 100 ) according to claim 9, wherein the first diode ( 104 ) and the second diode ( 106 ) on a first diode axis ( 410 ) and the third diode ( 402 ) and the fourth diode ( 404 ) on one of the first diode axis ( 410 ) deviating second diode axis ( 412 ) are arranged.

Mass flow sensor ( 100 ) according to claim 10, wherein the first diode axis ( 410 ) and the second diode axis ( 412 ) are substantially perpendicular to each other.

Procedure ( 700 ) for detecting a fluid flow by means of a mass flow sensor ( 100 ) according to any one of the preceding claims, wherein the method ( 700 ) includes the following steps: reading in ( 710 ) at least the first electrical quantity ( 110 ; V _x2 ) and the second electrical quantity ( 114 ; V _x1 ); and determining ( 720 ) of the characteristic of the fluid flow using at least the first electrical quantity ( 110 ; V _x2 ) and the second electrical quantity ( 114 ; V _x1).

Procedure ( 800 ) for producing a mass flow sensor ( 100 ), the process ( 800 ) comprises the following step: 810 ) can be arranged in a fluid flow carrier layer ( 102 ) with at least one first diode ( 104 ) and a second diode ( 106 ) and a first connection ( 108 ) for detecting a first electrical quantity ( 110 ; V _x2 ) of the first diode ( 104 ) and a second connection ( 112 ) for detecting a second electrical quantity ( 114 ; V _x1 ) of the second diode ( 106 ) to determine a characteristic of the fluid flow using the first electrical quantity ( 110 ; V _x2) and the second electrical quantity ( 114 ; V _x1 ) to determine.