DE102016204251A1 - Sensor device and manufacturing method for a sensor device - Google Patents

Sensor device and manufacturing method for a sensor device

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DE102016204251A1
DE102016204251A1 DE201610204251 DE102016204251A DE102016204251A1 DE 102016204251 A1 DE102016204251 A1 DE 102016204251A1 DE 201610204251 DE201610204251 DE 201610204251 DE 102016204251 A DE102016204251 A DE 102016204251A DE 102016204251 A1 DE102016204251 A1 DE 102016204251A1
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DE
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sensitive element
sensitive
bending structure
sensor device
14b
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Application number
DE201610204251
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German (de)
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Franziska Rohlfing
Radoslav Rusanov
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • G01R33/028Electrodynamic magnetometers
    • G01R33/0286Electrodynamic magnetometers comprising microelectromechanical systems [MEMS]
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    • G01R33/0005Geometrical arrangement of magnetic sensor elements; Apparatus combining different magnetic sensor types
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    • G01R33/0206Three-component magnetometers

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung mit mindestens einem Substrat (10), welches jeweils mindestens eine funktionalisierte Substratoberfläche (12) aufweist, mindestens einer an der mindestens einen funktionalisierten Substratoberfläche (12) angeordneten Biegestruktur (14), welche jeweils mindestens einen Verankerungsbereich (14a) und einen an dem mindestens einen Verankerungsbereich (14a) gehaltenen freitragenden Bereich (14b) umfasst, und mindestens einem Biegestruktur-getragenen sensitiven Element (18) mit je einer vorgegebenen sensitiven Richtung (20) senkrecht zu mindestens einer von dem jeweiligen sensitiven Element (18) abgedeckten Fläche zum Ermitteln einer Feldkomponente eines physikalischen Feldes in der jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung (20), wobei das mindestens eine sensitive Element (18) mindestens eine Trägerfläche (22) des mindestens einen freitragenden Bereichs (14b) teilweise abdeckt, und wobei die mindestens eine Trägerfläche (22) zumindest zeit The invention relates to a sensor device having at least a substrate (10), each of which has at least one functionalized substrate surface (12), at least one of the at least one functionalized substrate surface (12) arranged bending structure (14) each having at least one anchoring portion (14a) and a cantilever held at the at least one anchoring portion (14a) portion (14b), and at least one bending structure-borne-sensitive element (18) each having a predetermined sensitive direction (20) perpendicular to at least one of the respective sensitive member (18) covered surface for determining a field component of a physical field in the respective predetermined sensitive direction (20), wherein the at least one sensitive element (18) covers at least one support surface (22) of the at least one cantilever portion (14b) part, and wherein the at least one support surface (22) at least temporarily weise gewölbt ist, wobei der mindestens eine freitragende Bereich (14b) in seinem Inneren jeweils eine mechanische Eigenspannung aufweist, wodurch seine Trägerfläche (22) konvex oder konkav gewölbt ist. is curved fashion, wherein the at least one cantilever portion (14b) each having in its interior a mechanical internal stress, whereby its support surface (22) is convex or concave. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung. The invention also relates to a manufacturing method for a sensor device.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung. The invention relates to a sensor device. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung. The invention also relates to a manufacturing method for a sensor device.
  • Stand der Technik State of the art
  • In der In the US 2012/0206134 A1 US 2012/0206134 A1 ist ein Magnetfeldsensor beschrieben, welcher zum Ausführen seiner Messungen mindestens ein sensitives Element mit einer vorgegebenen sensitiven Richtung senkrecht zu einer von dem jeweiligen sensitiven Element abgedeckten Fläche einsetzt. is described, which for carrying out its measurements employing at least one sensitive element with a predetermined direction perpendicular to a sensitive area covered by the respective sensitive element area a magnetic field sensor. Das mindestens eine sensitive Element ist nahe an einer Spitze eines Biegebalkens befestigt, wobei der Biegebalken zwei sich entlang seiner Ausdehnung erstreckende und voneinander beabstandete Elektroden umfasst und mittels einer an den Elektroden anliegenden oszillierenden Spannung abwechselnd konkav und konvex wölbbar ist. The at least one sensitive element is mounted close to a tip of a cantilever, the bending beam comprises two extending along its extension and spaced apart electrodes and is alternately concave and convex wölbbar means of an oscillating voltage applied to the electrodes. Mittels dieses Verformens des Biegebalkens soll ein Raumwinkelbereich eines Magnetfelds mittels des mindestens einen Biegebalken-getragenen sensitiven Elements abrasterbar/abfahrbar sein. By means of this deformation of the bending beam is to / be abrasterbar be traversed a solid angle range of a magnetic field by means of at least one bending beam supported sensitive element.
  • Offenbarung der Erfindung Disclosure of the Invention
  • Die Erfindung schafft eine Sensorvorrichtung und ein Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. The invention provides a sensor device and a manufacturing method for a sensor device having the features of the independent claims.
  • Vorteile der Erfindung Advantages of the Invention
  • Die erfindungsgemäße Ausbildung mindestens eines freitragenden Bereichs für mindestens eine Biegestruktur mit einer mechanischen Eigenspannung in seinem jeweiligen Inneren ist mittels eines vergleichsweise geringen Arbeitsaufwands und kostengünstig realisierbar. The inventive construction of at least one self-supporting area for at least a bending structure to a mechanical stress in its respective interior is realized by means of a relatively small amount of work and cost. Damit schafft die vorliegende Erfindung vorteilhafte Möglichkeiten zum Verwenden von sensitiven Elementen mit je einer vorgegebenen sensitiven Richtung senkrecht zu mindestens einer von dem jeweiligen sensitiven Element abgedeckten Fläche derart, dass auch geneigt zu einer funktionalisierten Substratoberfläche ausgerichtete Feldkomponenten eines physikalischen Feldes, insbesondere Feldkomponenten mit einem Neigungswinkel zu der mit dem jeweiligen sensitiven Element funktionalisierten Substratoberfläche zwischen 45° und 135°, mittels des jeweiligen sensitiven Elements messbar sind. Thus, the present invention provides advantageous possibilities for use of sensitive elements each having a predetermined sensitive direction perpendicular to at least one area covered by the respective sensitive element area such that also inclined oriented to a functionalized substrate surface field components of a physical field, in particular field components with an inclination angle to the functionalized with the respective sensitive element substrate surface between 45 ° and 135 °, can be measured by means of the respective sensitive element. Die vorliegende Erfindung erweitert damit eine Einsatzmöglichkeit von kostengünstigen sensitiven Elementen, welche herkömmlicherweise aufgrund der Vorgabe ihrer sensitiven Richtung noch beschränkt ist. The present invention thus extends a possible use of cost-sensitive elements, which is conventionally limited due to the requirement of its sensitive direction yet. Damit trägt die vorliegende Erfindung zur Reduzierung von Herstellungskosten für Sensorvorrichtungen bei. For the present invention to reduce manufacturing costs for sensor devices helps.
  • Die jeweilige mechanische Eigenspannung in dem mindestens einen freitragenden Bereich der mindestens einen Sensorvorrichtungs-eigenen Biegestruktur bietet eine permanente Wölbung von dessen Trägerfläche, welche wahlweise konvex oder konkav sein kann. The respective mechanical residual stress in the at least one cantilevered portion of the at least one sensor device own bending structure has a permanent curvature of the support surface which may optionally be convex or concave. Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung benötigt somit keine Energie zum lediglich zeitweisen Bewirken der Wölbung der mindestens einen Trägerfläche. The sensor device according to the invention thus requires no energy for only temporary effect of the curvature of the at least one support surface. Die vorliegende Erfindung trägt damit auch zur Reduzierung eines Energieverbrauchs von Sensorvorrichtungen bei. The present invention thus also contributes to the reduction of power consumption of sensor devices.
  • Beispielsweise kann die mindestens eine Trägerfläche des mindestens einen freitragenden Bereichs so konvex und/oder konkav gewölbt sein, dass die vorgegebene sensitive Richtung jedes Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements in einem Neigungswinkel zwischen 45° und 135° zu der mit seiner Biegestruktur funktionalisierten Substratoberfläche verläuft. For example, the at least one support surface of the at least one cantilever portion may be convex and / or concave, that the predetermined sensitive direction of each bending structure-borne sensitive element at an angle between 45 ° and extends 135 ° to the functionalized with its bending structure substrate surface. Insbesondere kann die mindestens eine Trägerfläche des mindestens einen freitragenden Bereichs so konvex und/oder konkav gewölbt sein, dass die vorgegebene sensitive Richtung jedes Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements parallel zu der mit seiner Biegestruktur funktionalisierten Substratoberfläche verläuft. In particular, the at least one support surface of the at least one cantilever portion may be convex and / or concave, that the predetermined sensitive direction of each bending structure-borne sensitive element extending parallel to the functionalized with its bending structure substrate surface. Während herkömmlicherweise parallel zu der funktionalisierten Substratoberfläche ausgerichtete Komponenten eines physikalischen Feldes mittels eines daran angeordneten sensitiven Elements nicht/kaum erfassbar waren, bietet die hier beschriebene Ausführungsform der Sensorvorrichtung eine kostengünstige Möglichkeit zum Ausführen derartiger Messungen. While conventionally oriented parallel to the substrate surface functionalized components of a physical field by means of a sensitive element arranged on it were not / barely detectable, the embodiment of the sensor device described herein provides a cost effective way to perform such measurements.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Sensorvorrichtung ist mindesten eine Vertiefung in dem mindestens einen Substrat ausgebildet und die mindestens eine Trägerfläche des mindestens einen freitragenden Bereichs ist so konvex gewölbt, dass der mindestens eine freitragende Bereich zumindest teilweise in die mindestens eine Vertiefung hineinragt. In an advantageous embodiment, the sensor device comprises a recess in the at least one substrate is least formed and the at least one support surface of the at least one cantilever portion is convexly curved, in that the at least partially protrudes at least one cantilevered area in at least one recess. Durch das „Hineinbiegen“ des mindestens einen freitragenden Bereichs zumindest teilweise in die mindestens eine Vertiefung sinkt ein Risiko eines Beschädigens/Brechens des jeweiligen freitragenden Bereichs aufgrund seines Kontakts/Anstoßens an ein nahe an der damit funktionalisierten Substratoberfläche liegenden Objekt. By "Into bending" the at least one cantilever portion at least partially into the at least one recess is a risk of damaging / breaking of the respective cantilevered portion decreases due to its contact / colliding with a nearby on the thus functionalized substrate surface object. Außerdem trägt das „Hineinbiegen“ des mindestens einen freitragenden Bereichs zumindest teilweise in die mindestens eine Vertiefung zur Reduzierung einer Bauhöhe der jeweiligen Sensorvorrichtung bei. In addition, the "Into bending" the at least one cantilever portion bears at least partly on the at least one depression to reduce an overall height of the respective sensor device.
  • Vorzugsweise umfasst die Sensorvorrichtung als das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element zumindest ein erstes sensitives Element und ein zweites sensitives Element, wobei eine dem ersten sensitiven Element zugeordnete erste sensitive Richtung senkrecht zu einer dem zweiten sensitiven Element zugeordneten zweiten sensitiven Richtung verläuft. Preferably, the sensor device comprises as the at least one bending structure-borne sensitive element comprises at least a first sensitive element and a second sensitive element, wherein a associated with the first sensitive element first sensitive direction perpendicular to an associated one of the second sensitive element second sensitive direction. Damit können auch senkrecht zueinander angeordnete Feldkomponenten eines physikalischen Feldes, insbesondere senkrecht zueinander ausgerichtete Feldkomponenten mit einem Neigungswinkel zwischen 45° und 135° zu der mit dem ersten sensitiven Element und dem zweiten sensitiven Element funktionalisierten Substratoberfläche, leicht und verlässlich gemessen werden. Thus can also mutually perpendicular field components of a physical field, in particular perpendicularly aligned field components with an inclination angle between 45 ° and be easily and reliably measured to the functionalized with the first sensitive element and the second sensitive element substrate surface 135 °.
  • Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung als die mindestens eine Biegestruktur zumindest eine erste Biegestruktur mit dem ersten sensitiven Element und eine zweite Biegestruktur mit dem zweiten sensitiven Element umfassen. For example, the sensor device can be used as the at least comprise at least a bending structure comprises a first bending structure with the first sensitive element and a second bending structure to the second sensitive element. Als Alternative dazu kann die Sensorvorrichtung auch als die mindestens eine Biegestruktur zumindest eine doppelt gewölbte Biegestruktur mit einer zweidimensional konvex oder konkav gewölbten Trägerfläche, welche von dem ersten sensitiven Element und dem zweiten sensitiven Element teilweise abgedeckt ist, aufweisen. Alternatively, the sensor device can also serve as the at least one bending structure comprise at least one doubly curved bending structure having a two-dimensional convex or concave support surface which sensitive of the first member and the second sensitive element is partially covered. Die beiden hier beschriebenen Ausführungsformen der Sensorvorrichtung ermöglichen leicht ein Ausrichten der ersten sensitiven Richtung des ersten sensitiven Elements senkrecht zu der zweiten sensitiven Richtung des zweiten sensitiven Elements. The two embodiments of the sensor device described herein allow for easy alignment of the first sensitive direction of the first sensitive element perpendicular to the second sensitive direction of the second sensitive element. Zusätzlich lässt sich mittels der zumindest einen doppelt gewölbten Biegestruktur ein Flächenbedarf auf der mindestens einen funktionalisierten Substratoberfläche für das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element reduzieren. In addition, an area required on which to reduce at least one functionalized substrate surface for the at least one bending structure-borne sensitive element by means of the at least one doubly curved bending structure.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Sensorvorrichtung zusätzlich mindestens ein Biegestruktur-loses sensitives Element mit je einer vorgegebenen sensitiven Richtung senkrecht zu mindestens einer von dem jeweiligen sensitiven Element abgedeckten Teilfläche zum Ermitteln einer Feldkomponente eines physikalischen Feldes in der jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung, wobei das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element direkt oder indirekt an der damit funktionalisierten Substratoberfläche so angeordnet ist, dass die mindestens eine vorgegebene sensitive Richtung des mindestens einen Biegestruktur-losen sensitiven Elements senkrecht zu der damit funktionalisierten Substratoberfläche verläuft. In an advantageous further development, the sensor device further comprises at least a bending structure-less sensing device with each of a predetermined sensitive direction perpendicular to at least one of the respective sensitive element covered part of surface for determining a field component of a physical field in the respective predetermined sensitive direction, wherein the at least one , bending structure-less sensitive element is arranged directly or indirectly on the thus functionalized substrate surface so that extends at least a predetermined sensitive direction of at least one bending structure-less perpendicular to the sensitive element so that the functionalized substrate surface. Dies steigert eine Einsetzbarkeit dieser Weiterbildung der Sensorvorrichtung. This increases the applicability of this further development of the sensor device. Insbesondere kann der gleiche Elementtyp/Sensortyp sowohl für das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element als auch für das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element eingesetzt werden. Specifically, the same type of element / sensor type, at least one bending structure-borne sensitive element and for which a bending structure-less sensitive element can be used at least for both. Dies reduziert einen Arbeitsaufwand zum Herstellen der Weiterbildung der Sensorvorrichtung und senkt deren Herstellungskosten. This reduces a workload of preparing the development of the sensor device and lowers their production costs.
  • Bevorzugter Weise umfasst die Sensorvorrichtung als das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element genau das erste sensitive Element und das zweite sensitive Element und als das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element genau ein drittes sensitives Element, wobei die dem ersten sensitiven Element zugeordnete erste sensitive Richtung senkrecht zu der dem zweiten sensitiven Element zugeordneten zweiten sensitiven Richtung verläuft und eine dem dritten sensitiven Element zugeordnete dritte sensitive Richtung senkrecht zu der damit funktionalisierten Substratoberfläche verläuft. Preferably comprises the sensor apparatus as the at least one bending structure-borne sensitive element exactly the first sensitive element and the second sensitive element and as the at least one bending structure-less sensitive element exactly a third sensitive element, wherein associated with the first sensitive element first sensitive direction perpendicular to the associated with the second sensitive element and a second sensitive direction is the third sensitive element associated third sensitive direction perpendicular to the substrate surface so that functionalized runs.
  • Das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element und/oder das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element können beispielsweise zum Messen einer Feldkomponente eines magnetischen Feldes in seiner jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung ausgelegt sein. The at least one bending structure-borne sensitive element and / or the at least one bending structure-less sensitive element may be designed in its respective predetermined direction sensitive, for example, for measuring a field component of a magnetic field. Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung kann damit zur Messung von Magnetfeldern, insbesondere zur Messung des Erdmagnetfeldes, eingesetzt werden. The sensor device according to the invention can thus be used for the measurement of magnetic fields, in particular for measuring the geomagnetic field. Damit können die oben beschriebenen Vorteile der Sensorvorrichtung für eine Vielzahl von Funktionen (zB Navigation) und Geräten (wie zB Smartphones) genutzt werden. In order for the advantages described above, the sensor device can be used for a variety of functions (eg navigation) and devices (such as smartphones).
  • Vorzugsweise sind das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element und/oder das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element je ein Hall-Element. Preferably, the at least one bending structure-borne sensitive element and / or the at least one bending structure-less sensitive element are each a Hall element. Die vorliegende Erfindung trägt somit zur Steigerung einer Einsetzbarkeit der Hall-Elemente bei und erlaubt damit eine Ausnutzung von deren Vorteilen (wie zB eine hohe Empfindlichkeit, eine hohe Genauigkeit, ein niedriger Energieverbrauch und geringe Herstellungskosten) für eine Vielzahl von Anwendungen. The present invention thus contributes to increasing a utility of the Hall elements and so allows exploitation of the advantages (such as high sensitivity, high accuracy, low energy consumption and low production costs) for a variety of applications.
  • Die oben beschriebenen Vorteile sind auch bei einem Ausführen des korrespondierenden Herstellungsverfahrens für eine Sensorvorrichtung gewährleistet. The advantages described above are ensured even when executing the corresponding manufacturing process for a sensor device. Es wird darauf hingewiesen, dass das Herstellungsverfahren gemäß den oben beschriebenen Ausführungen der Sensorvorrichtungen weiterbildbar ist. It should be noted that the production process is weiterbildbar according to the embodiments described above, the sensor devices.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief Description of Drawings
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Other features and advantages of the present invention are explained below with reference to FIGS. Es zeigen: Show it:
  • 1 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Sensorvorrichtung; a schematic representation of a first embodiment of the sensor device;
  • 2 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Sensorvorrichtung; a schematic representation of a second embodiment of the sensor device;
  • 3 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Sensorvorrichtung; a schematic representation of a third embodiment of the sensor device;
  • 4 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Sensorvorrichtung; a schematic representation of a fourth embodiment of the sensor device;
  • 5 5 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der Sensorvorrichtung; a schematic representation of a fifth embodiment of the sensor device; und and
  • 6a 6a und and 6b 6b schematische Darstellungen eines Halbleiterschichtaufbaus zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für eine Sensorvorrichtung. schematic diagrams of a semiconductor layer structure for explaining an embodiment of the manufacturing method for a sensor device.
  • Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
  • 1 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Sensorvorrichtung. shows a schematic representation of a first embodiment of the sensor device.
  • Die in In the 1 1 schematisch dargestellte Sensorvorrichtung hat ein Substrat Sensor device schematically illustrated has a substrate 10 10 mit einer funktionalisierten Substratoberfläche with a functionalized substrate surface 12 12 , an welcher eine Biegestruktur To which a bending structure 14 14 angeordnet ist. is arranged. Das Substrat the substrate 10 10 kann zB ein Halbleitersubstrat, insbesondere ein Siliziumsubstrat, sein. can, for example, a semiconductor substrate, in particular a silicon substrate to be. Eine Ausbildbarkeit der Sensorvorrichtung ist jedoch nicht auf ein bestimmtes Material für das Substrat However, formability of the sensor device is not limited to a specific material for the substrate 10 10 limitiert. limited. Vorzugsweise ist die Biegestruktur Preferably, the bending structure 14 14 als MEMS-Struktur (Micro-Electro-Mechanical-System) ausgebildet. as a MEMS structure (Micro-Electro-Mechanical-System) formed. Die Biegestruktur The bending structure 14 14 kann aus mindestens einem Halbleitermaterial, mindestens einem elektrisch isolierenden Material und/oder mindestens einem Metall gebildet sein. may be formed of at least one semiconductor material, at least an electrically insulating material and / or at least one metal. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Ausbildung der Biegestruktur It should be noted that formation of the bending structure 14 14 nicht auf die Verwendung eines bestimmten Materials dafür limitiert ist. is not limited to the use of a specific material therefor. Vorteilhafte Beispiele für das mindestens eine Material der Biegestruktur Advantageous examples of the at least one material of the bending structure 14 14 sind unten noch angegeben. are not specified below.
  • Die Biegestruktur The bending structure 14 14 umfasst einen Verankerungsbereich comprises an anchoring portion 14a 14a und einen an dem Verankerungsbereich and one to the anchoring portion 14a 14a gehaltenen freitragenden Bereich held cantilevered portion 14b 14b . , Der Verankerungsbereich The anchoring area 14a 14a kann direkt an der funktionalisierten Substratoberfläche can be directly on the functionalized substrate surface 12 12 oder (direkt) an einer die funktionalisierte Substratoberfläche or (directly) to a functionalized substrate surface 12 12 zumindest teilweise abdeckenden Schicht at least partially covering layer 16 16 (bzw. einem die funktionalisierte Substratoberfläche (Or a functionalized substrate surface 12 12 zumindest teilweise abdeckenden Schichtaufbau) verankert sein. at least partially covering layer structure) may be anchored. Lediglich beispielhaft ist in der Ausführungsform der is merely exemplary in the embodiment of 1 1 der Verankerungsbereich the anchoring area 14a 14a (direkt) auf einer die funktionalisierte Substratoberfläche (Directly) on a functionalized substrate surface 12 12 des Substrats of the substrate 10 10 zumindest teilweise abdeckenden Isolierschicht at least partially covering the insulating layer 16 16 (zB aus Siliziumoxid) befestigt. (Eg silicon oxide) attached. Ebenfalls nur beispielhaft ist in der Ausführungsform der Also by way of example, in the embodiment of 1 1 die Biegestruktur the bending structure 14 14 als ein Biegebalken oder ein Cantilever ausgebildet, bei welchem sich der (balkenförmige/stegförmige) freitragende Bereich as a bending beam or a cantilever formed, wherein the (bar-shaped / web-shaped) Cantilever 14b 14b in eine vorgegebene Richtung von dem Verankerungsbereich in a predetermined direction from the anchoring portion 14a 14a weg erstreckt. extends away. Ein Beispiel für eine weitere vorteilhafte Biegestrukturform ist unten noch beschrieben. An example of a further advantageous bending structure form is described below.
  • Die Sensorvorrichtung der The sensor device of 1 1 ist mit einem (Biegestruktur-getragenen) sensitiven Element is a (bending structure-borne) sensitive element 18 18 mit einer vorgegebenen sensitiven Richtung with a predetermined direction sensitive 20 20 ausgestattet. fitted. Darunter ist zu verstehen, dass das sensitive Element By this is meant that the sensitive element 18 18 zum Ermitteln/Messen einer Feldkomponente eines physikalischen Feldes in der jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung for detecting / measuring a field component of a physical field in the respectively predetermined direction sensitive 20 20 ausgelegt ist. is designed. (Andere Feldkomponenten des gleichen physikalischen Feldes in senkrecht zu der sensitiven Richtung (Other field components of the same physical field in the direction perpendicular to the sensitive 20 20 ausgerichteten Raumrichtungen sind in der Regel höchstens ungenau mittels des sensitiven Elements oriented spatial directions are most inaccurate usually by means of the sensitive element 18 18 ermittelbar.) Das sensitive Element determined.) The sensitive element 18 18 ist (baulich) so ausgelegt, dass die sensitive Richtung is (construction) designed so that the sensitive direction 20 20 des sensitiven Elements the sensitive element 18 18 senkrecht zu einer von dem sensitiven Element perpendicular to a sensitive element of the 18 18 abgedeckten Fläche ausgerichtet ist. covered surface is oriented. Ein sensitives Element A sensitive element 18 18 mit einer derart vorgegebenen sensitiven Richtung with such a predetermined direction sensitive 20 20 senkrecht zu der davon abgedeckten Fläche ist in der Regel vergleichsweise kostengünstig herstellbar, weist einen relativ niedrigen Flächen- und/oder Bauraumbedarf auf und benötigt relativ wenig Energie zum Ermitteln der jeweiligen Feldkomponente des physikalischen Feldes. perpendicular to the surface thereof covered is relatively inexpensive to produce, as a rule, has a relatively low surface and / or space requirements and required relatively little energy to determine the respective field component of the physical field. Wie nachfolgend jedoch erklärt wird, kann das sensitive Element However, as will be explained, the sensitive element may 18 18 bei der Sensorvorrichtung der when the sensor device 1 1 im Vergleich zum Stand der Technik weitläufiger eingesetzt werden. are used extensive in comparison with the prior art.
  • Das (Biegestruktur-getragenen) sensitive Element The sensitive (bending structure-borne) Element 18 18 deckt eine Trägerfläche covers a support surface 22 22 des freitragenden Bereichs the cantilevered portion 14b 14b teilweise ab. in part on. Lediglich beispielhaft ist in der Ausführungsform der is merely exemplary in the embodiment of 1 1 die Trägerfläche the support surface 22 22 eine von der funktionalisierten Substratoberfläche one of the functionalized substrate surface 12 12 weg gerichtete Oberfläche des freitragenden Bereichs directed away surface of the cantilevered portion 14b 14b . , Alternativ kann die Trägerfläche Alternatively, the support surface 22 22 zB auch eine zu der funktionalisierten Substratoberfläche for example, a to the functionalized substrate surface 12 12 gerichtete Innenfläche des freitragenden Bereichs directional inner surface of the cantilevered portion 14b 14b sein. be.
  • Zusätzlich weist der freitragende Bereich In addition, the cantilevered section 14b 14b in seinem Inneren eine mechanische Eigenspannung auf, wodurch seine Trägerfläche in its interior a mechanical internal stress, whereby its support surface 22 22 konvex oder konkav gewölbt ist. is convex or concave. Aufgrund der konvexen oder konkaven Wölbung der Trägerfläche Due to the convex or concave curvature of the support surface 22 22 liegt das Biegestruktur-getragene sensitive Element is the bending structure-borne sensitive element 18 18 in einer Stellung in Bezug zu der damit funktionalisierten Substratoberfläche in a position with respect to the thus functionalized substrate surface 12 12 , in welcher seine vorgegebene sensitive Richtung In which its sensitive predetermined direction 20 20 geneigt zu der Substratoberfläche inclined to the substrate surface 12 12 ausgerichtet ist. is aligned. Aufgrund der mechanischen Eigenspannung im Inneren des freitragenden Bereichs Due to the mechanical residual stress in the interior of the cantilevered portion 14b 14b kann das (Biegestruktur-getragene) sensitive Element , the (bending structure-borne) sensitive element 18 18 deshalb auch zum Ermitteln/Messen einer geneigt zu der Substratoberfläche Therefore, also for detecting / measuring a inclined to the substrate surface 12 12 ausgerichteten Feldkomponente des physikalischen Feldes eingesetzt werden. aligned field component of the physical field may be used. (Wäre die Trägerfläche (If the support surface 22 22 parallel zu der damit funktionalisierten Substratoberfläche parallel to the substrate surface so that functionalized 12 12 ausgebildet, so wäre die vorgegebene sensitive Richtung formed, so would the predetermined direction sensitive 20 20 des darauf liegenden sensitiven Elements the sensitive element lying thereon 18 18 senkrecht zu der funktionalisierten Substratoberfläche perpendicular to the functionalized substrate surface 12 12 ausgerichtet und eine Verwendbarkeit des sensitiven Elements aligned and a usability of the photosensitive member 18 18 auf ein Ermitteln/Messen einer senkrecht zu der Substratoberfläche a detecting / measuring a perpendicular to the substrate surface 12 12 ausgerichteten Feldkomponente des physikalischen Feldes beschränkt.) Während herkömmlicherweise ein Sensorelement mit einer senkrecht zu einer von dem sensitiven Element aligned field component of the physical field is limited.) While conventionally, a sensor element with a perpendicular to a sensitive element of the 18 18 abgedeckten Fläche ausgerichteten Messrichtung in der Regel nur zum Bestimmen einer senkrecht zur funktionalisierten Substratoberfläche covered surface facing the measuring direction as a rule only for determining a perpendicular to the functionalized substrate surface 12 12 ausgerichteten Feldkomponente einsetzbar ist, ist eine Funktionalität/Einsetzbarkeit des sensitiven Elements aligned field component can be used, is a functionality / usability of the photosensitive member 18 18 gesteigert. increased. Außerdem benötigt die Sensorvorrichtung (aufgrund der mechanischen Eigenspannung im Inneren des freitragenden Bereichs In addition, the sensor device is required (due to the mechanical residual stress in the interior of the cantilevered portion 14b 14b ) keine Energie zum lediglich zeitweisen Bewirken einer Wölbung der mindestens einen Trägerfläche ) No energy to only temporarily effecting a curvature of the at least one support surface 22 22 . , Ebenso kann auf das Ausbilden von elektrischen Komponenten zum aktiven/zeitweisen Bewirken einer Wölbung der mindestens einen Trägerfläche Also, to the formation of electrical components to the active / temporarily effecting a curvature of the at least one support surface 22 22 verzichtet werden. be omitted. Zusätzlich ist die gewünschte mechanische Eigenspannung im Inneren des freitragenden Bereichs In addition, the desired mechanical residual stress in the interior of the cantilevered portion 14b 14b vergleichsweise leicht und mit einem relativ geringen Arbeitsaufwand ausbildbar. formable relatively easily and with relatively little effort.
  • Die vorteilhafte mechanische Eigenspannung im Inneren des freitragenden Bereichs The advantageous mechanical residual stress in the interior of the cantilevered portion 14 14 , welche die gewünschte konvexe oder konkave Wölbung der Trägerfläche Having the desired convex or concave curvature of the support surface 22 22 (permanent) bewirkt, ist eine mechanische Spannung, die im Inneren des freitragenden Bereichs (Permanent) causes a mechanical stress in the interior of the cantilevered portion 14 14 herrscht selbst wenn keine äußeren Kräfte an dem freitragenden Bereich there even if no external forces on the cantilevered portion 14b 14b angreifen und sich dieser in einem thermischen Gleichgewicht befindet. attack and the latter is in thermal equilibrium. Die mechanische Eigenspannung kann auch als ein (implementierter) Spannungs-Gradient oder als ein (implementierter) Stress-Gradient im Inneren des freitragenden Bereichs The mechanical residual stress can also act as a (implemented) voltage gradient or as a (implemented) stress gradient in the interior of the cantilevered portion 14b 14b (bzw. als ein intrinsischer Spannungs-Gradient oder als ein intrinsischer Stress-Gradient) bezeichnet werden. (Or as an intrinsic stress gradient or intrinsic stress as a gradient) are referred to. Die mechanische Eigenspannung im Inneren des freitragenden Bereichs The mechanical residual stress in the interior of the cantilevered portion 14b 14b verursacht eine plastische Verformung des freitragenden Bereichs causes a plastic deformation of the cantilevered portion 14b 14b mit der gewünschten konvexen oder konkaven Wölbung seiner Trägerfläche with the desired convex or concave curvature of its support surface 22 22 . ,
  • In der Ausführungsform der In the embodiment of 1 1 umfasst die Biegestruktur covers the bending structure 14 14 (zumindest) eine erste Schicht (At least) a first layer 24 24 mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine die erste Schicht having a first coefficient of thermal expansion and a first layer 24 24 (direkt oder indirekt) abdeckende zweite Schicht covering (directly or indirectly) second layer 26 26 mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten ungleich dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten. with a second coefficient of thermal expansion equal to the first coefficient of thermal expansion. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bewirkt (nach dem Bilden der Biegestruktur Due to the different coefficients of thermal expansion (caused by forming the flexural structure 14 14 ) ein Abkühlen/Erwärmen der Schichten ) A cooling / heating of the layers 24 24 und and 26 26 auf Raumtemperatur die gewünschte konvexe oder konkave Wölbung der Trägerfläche to room temperature the desired convex or concave curvature of the support surface 22 22 . , Beispielsweise weist die erste Schicht For example, the first layer 24 24 einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, welcher kleiner als der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Schicht a first coefficient of thermal expansion which is smaller than the second coefficient of thermal expansion of the second layer 26 26 ist. is. Außerdem wird es bevorzugt, wenn beim Auftragen der Schichten In addition, it is preferred that during the application of the layers 24 24 und and 26 26 zumindest die zweite Schicht at least the second layer 26 26 eine Ausgangstemperatur über der Raumtemperatur aufweist. having an output temperature higher than the room temperature. Ein Abkühlen insbesondere der zweiten Schicht A cooling in particular the second layer 26 26 (mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten) von der erhöhten Ausgangstemperatur auf Raumtemperatur zieht in diesem Fall die zweite Schicht (With the higher coefficient of thermal expansion) of the elevated initial temperature to room temperature pulls in this case, the second layer 26 26 stärker als die erste Schicht more than the first layer 24 24 zusammen und es ergibt sich (aufgrund des auftretenden Stressgradienten) die in together and there is (due to the occurring stress gradients) in the 1 1 gezeigte konkave Krümmung der (von der funktionalisierten Substratoberfläche concave curvature shown the results (of the functionalized substrate surface 12 12 weg gerichteten) Trägerfläche ) Directed away support surface 22 22 . , Entsprechend kann auch, sofern die erste Schicht Accordingly, if the first layer may also, 24 24 einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten größer als der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Schicht a first thermal expansion coefficient greater than the second coefficient of thermal expansion of the second layer 26 26 aufweist, eine konvexe Krümmung der (von der funktionalisierten Substratoberfläche having a convex curvature of the (of the functionalized substrate surface 12 12 weg gerichteten) Trägerfläche ) Directed away support surface 22 22 bewirkt werden. be effected. (Ein möglicher Einfluss eines Drifts über Temperatur kann über ein Temperatur-Mess-Element in beiden Fällen kompensiert werden.) (A possible influence of drift over temperature can be compensated by a temperature measuring element in both cases.)
  • Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorteilhafte mechanische Eigenspannung zum Bewirken der gewünschten konvexen oder konkaven Wölbung der Trägerfläche However, it is noted that the advantageous intrinsic stress the support surface to effect the desired convex or concave curvature 22 22 auch mittels einer intrinsischen Eigenschaft mindestens einer Schicht der Biegestruktur also by means of an intrinsic property of at least one layer of the bending structure 14 14 bewirkbar ist. can be effected. Dies ist unten noch genauer ausgeführt. This is explained in greater detail below.
  • Beispielsweise kann die sensitive Richtung For example, the sensitive direction 20 20 des Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements the bending structure-borne sensitive element 18 18 (aufgrund der mechanischen Eigenspannung im Inneren des freitragenden Bereichs (Due to the mechanical residual stress in the interior of the cantilevered portion 14 14 ) in einem Neigungswinkel zwischen 45° und 135°, insbesondere in einem Neigungswinkel zwischen 65° und 115°, zu der funktionalisierten Substratoberfläche ) At an inclination angle between 45 ° and 135 °, in particular at an angle between 65 ° and 115 ° to the functionalized substrate surface 12 12 (permanent) ausgerichtet sein. (Permanent) be aligned. In diesem Fall kann das (Biegestruktur-getragene) sensitive Element In this case, the (bending structure-borne) may sensitive element 18 18 auch zum (direkten) Bestimmen/Messen von Feldkomponenten im Neigungswinkel zwischen 45° und 135° (bzw. zwischen 65° und 115°) zu der funktionalisierten Substratoberfläche also for (direct) determining / measuring field components in the angle of inclination between 45 ° and 135 ° (or between 65 ° and 115 °) to the functionalized substrate surface 12 12 eingesetzt werden. be used.
  • Insbesondere kann die Trägerfläche In particular, the support surface can 22 22 des freitragenden Bereichs the cantilevered portion 14b 14b konkav oder konvex so gewölbt sein, dass die vorgegebene sensitive Richtung concave or convex curved so that the predetermined direction sensitive 20 20 des Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements the bending structure-borne sensitive element 18 18 parallel zu der mit seiner Biegestruktur parallel to the structure with its bending 14 14 funktionalisierten Substratoberfläche functionalized substrate surface 12 12 verläuft. runs. Das sensitive Element The sensitive element 18 18 kann in diesem Fall auch zum (direkten) Bestimmen/Messen einer parallel zu der Substratoberfläche can in this case also the (direct) determining / measuring a parallel to the substrate surface 12 12 ausgerichteten Feldkomponente eingesetzt werden. oriented field component are used.
  • In der Ausführungsform der In the embodiment of 1 1 ist die Trägerfläche is the support surface 22 22 des freitragenden Bereichs the cantilevered portion 14b 14b (aufgrund der mechanischen Eigenspannung im Inneren des freitragenden Bereichs (Due to the mechanical residual stress in the interior of the cantilevered portion 14b 14b ) konkav gewölbt. ) Concavely curved. Die Biegestruktur The bending structure 14 14 weist eine maximale Höhe h1 zu der funktionalisierten Substratoberfläche has a maximum height h1 to the functionalized substrate surface 12 12 auf. on.
  • 2 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Sensorvorrichtung. shows a schematic representation of a second embodiment of the sensor device.
  • Bei der Ausführungsform der In the embodiment of 2 2 ist eine Vertiefung is a recess 28 28 in dem Substrat in the substrate 10 10 ausgebildet. educated. Außerdem ist die Trägerfläche Moreover, the support surface 22 22 des freitragenden Bereichs the cantilevered portion 14b 14b (aufgrund der mechanischen Eigenschaften in seinem Inneren) so konvex gewölbt, dass der freitragende Bereich so convexly curved (due to the mechanical properties in its interior), that said cantilever 14b 14b zumindest teilweise in die Vertiefung at least partially into the recess 28 28 hineinragt. protrudes. Durch dieses „Hineinbiegen/Versenken“ der Biegestruktur This "Into Turn / sinking" of the bending structure 14 14 in die Vertiefung in the recess 28 28 ist eine maximale Höhe h2 der Biegestruktur is a maximum height h2 of the bending structure 14 14 zu der funktionalisierten Substratoberfläche to the functionalized substrate surface 12 12 (verglichen mit der maximalen Höhe h1 der zuvor beschriebenen Ausführungsform) reduzierbar. (Compared with the maximum height h1 of the previously described embodiment) can be reduced. Dies trägt auch zu einer Reduzierung einer Bauhöhe der Sensorvorrichtung bei. This also contributes to reducing an overall height of the sensor device. Zusätzlich ist der zumindest teilweise in die Vertiefung In addition, the at least partially into the recess 28 28 „hineingebogene/versenkte“ freitragende Bereich "Bent into / sunk" Cantilever 14b 14b vor einem unerwünschten Anstoßen mit einem Objekt geschützt und weist deshalb ein geringeres Beschädigungsrisiko/Bruchrisiko auf. protected with an object from an undesirable abutment and therefore has a lower risk of damage / fracture risk. In diesem Fall kann die Biegestruktur In this case, the bending structure 14 14 somit auch aus einem vergleichsweise fragilen Material gebildet sein, ohne dass ein Auftreten von Beschädigungen daran zu befürchten ist. thus be formed from a relatively fragile material, without having to fear the occurrence of damage thereto.
  • In der Ausführungsform der In the embodiment of 2 2 wird die Biegestruktur the bending structure 14 14 /der freitragende Bereich / Unsupported region 14b 14b beispielhaft nur aus einem Material, wie beispielsweise Siliziumcarbid, ausgebildet. by way of example only of a material such as silicon carbide, is formed. Allerdings ist das Material der Biegestruktur However, the material of the bending structure is 14 14 /des freitragenden Bereichs / Of the cantilevered portion 14b 14b so abgeschieden, dass zwischen einem näher an der funktionalisierten Substratoberfläche deposited so that between one closer to the functionalized substrate surface 12 12 liegenden ersten Teil lying the first part 30 30 der Biegestruktur the bending structure 14 14 /des freitragenden Bereichs / Of the cantilevered portion 14b 14b und einem zweiten Teil/Rest and a second part / Rest 32 32 der Biegestruktur the bending structure 14 14 /des freitragenden Bereichs / Of the cantilevered portion 14b 14b , welcher im Vergleich mit dem ersten Teil Which in comparison with the first part 30 30 einen größeren (mittleren) Abstand zu der funktionalisierten Substratoberfläche a higher (average) distance to the functionalized substrate surface 12 12 aufweist, die gewünschte mechanische Eigenspannung vorliegt. having the desired mechanical residual stress is present. Beispielsweise ist der erste Teil For example, the first part 30 30 der Biegestruktur the bending structure 14 14 /des freitragenden Bereichs / Of the cantilevered portion 14b 14b weniger kompressiv vorgespannt als der zweite Teil less biased in compression than the second portion 32 32 der Biegestruktur the bending structure 14 14 /des freitragenden Bereichs / Of the cantilevered portion 14b 14b , was die in What in 2 2 dargestellte konvexe Wölbung der (von der funktionalisierten Substratoberfläche convex curvature of the illustrated (of the functionalized substrate surface 12 12 weg gerichteten) Trägerfläche ) Directed away support surface 22 22 bewirkt. causes. Entsprechend kann auch der erste Teil Accordingly, the first part 30 30 der Biegestruktur the bending structure 14 14 /des freitragenden Bereichs / Of the cantilevered portion 14b 14b stärker kompressiv vorgespannt sein als der zweite Teil be more compressively pre-stressed than the second portion 32 32 und die (von der funktionalisierten Substratoberfläche and (of the functionalized substrate surface 12 12 weg gerichtete) Trägerfläche ) Directed away support surface 22 22 ist konkav gewölbt. is concave. In beiden Fällen können ein Wert der mechanischen Eigenspannung, eine Schichtdicke des Materials der Biegestruktur In both cases, a value of the mechanical residual stress, a layer thickness of the material of the bending structure can 14 14 /des freitragenden Bereichs / Of the cantilevered portion 14b 14b und eine Länge des freitragenden Bereichs and a length of the cantilevered portion 14b 14b so gewählt werden, dass die sensitive Richtung be chosen so that the sensitive direction 20 20 des (Biegestruktur-getragenen) sensitiven Elements the sensitive (bending structure-borne) Elements 18 18 in einem vorteilhaften Neigungswinkel, zB in einem Neigungswinkel von 90°, zur damit funktionalisierten Substratoberfläche in an advantageous angle of inclination, for example at an angle of 90 °, to the thus functionalized substrate surface 12 12 ausgerichtet ist, so dass selbst Feldkomponenten parallel zu der funktionalisierten Substratoberfläche is aligned, so that even field components parallel to the functionalized substrate surface 12 12 gemessen werden können. can be measured.
  • 3 3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Sensorvorrichtung. shows a schematic representation of a third embodiment of the sensor device.
  • Die Sensorvorrichtung der The sensor device of 3 3 weist ein erstes sensitives Element has a first sensitive element 18-1 18-1 und ein zweites sensitives Element and a second sensitive element 18-2 18-2 als Biegestruktur-getragene sensitive Elemente as a bending structure-borne sensitive elements 18-1 18-1 und and 18-2 18-2 auf. on. Lediglich beispielhaft hat die Sensorvorrichtung eine erste Biegestruktur For example only, the sensor device has a first bending structure 14-1 14-1 mit dem sensitiven Element with the sensitive element 18-1 18-1 und eine zweite Biegestruktur and a second bending structure 14-2 14-2 mit dem zweiten sensitiven Element with the second sensitive element 18-2 18-2 . , Auch die Ausbildung der ersten Biegestruktur The formation of the first bending structure 14-1 14-1 auf einer ersten funktionalisierten Substratoberfläche on a first functionalized substrate surface 12-1 12-1 eines ersten Substrats a first substrate 10-1 10-1 und der zweiten Biegestruktur and the second bending structure 14-2 14-2 auf einer zweiten funktionalisierten Substratoberfläche on a second functionalized substrate surface 12-2 12-2 eines zweiten Substrats a second substrate 10-2 10-2 ist lediglich optional. is merely optional. Beispielsweise können die erste Biegestruktur For example, the first bending structure 14-1 14-1 und die zweite Biegestruktur and the second bending structure 14-2 14-2 mit ihren unten beschriebenen Ausrichtungen auch auf einem gemeinsamen Substrat with their described below orientations on a common substrate 10 10 ausgebildet sein. be formed. Ebenso können die beiden Biegestruktur-getragenen sensitiven Elemente Likewise, the two bending structure-borne sensitive elements 18-1 18-1 und and 18-2 18-2 auch auf einer gemeinsamen Biegestruktur angeordnet sein, wie unten noch beschrieben ist. also be arranged on a common bending structure, as will be described below.
  • In der Ausführungsform der In the embodiment of 3 3 sind die Biegestrukturen the bending structures 14-1 14-1 und and 14-2 14-2 so zueinander angeordnet, dass sich der freitragende Bereich arranged to each other that said cantilever 14b-1 14b-1 der ersten Biegestruktur the first bending structure 14-1 14-1 von seinem Verankerungsbereich from its anchoring area 14a-1 14a-1 weg in eine erste Richtung away in a first direction 14c-1 14c-1 erstreckt, während sich der freitragende Bereich extends, while the suspended region 14b-2 14b-2 der zweiten Biegestruktur the second bending structure 14-2 14-2 von seinem Verankerungsbereich from its anchoring area 14a-2 14a-2 weg in eine zweite Richtung into a second direction 14c-2 14c-2 erstreckt, die senkrecht zu der ersten Richtung extends perpendicular to the first direction 14c-1 14c-1 ausgerichtet ist. is aligned. Dies bewirkt, dass eine dem ersten sensitiven Element This causes the first sensitive element a 18-1 18-1 zugeordnete erste sensitive Richtung associated first direction sensitive 20-1 20-1 senkrecht zu einer dem zweiten sensitiven Element perpendicular to a second sensitive element 18-2 18-2 zugeordneten zweiten sensitiven Richtung associated second sensitive direction 20-2 20-2 verläuft. runs.
  • 4 4 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Sensorvorrichtung. shows a schematic representation of a fourth embodiment of the sensor device.
  • Die in In the 4 4 schematisch dargestellte Sensorvorrichtung hat zwei an einem gemeinsamen Substrat Sensor device schematically shown has two on a common substrate 10 10 ausgebildete Biegevorrichtungen trained benders 14-1 14-1 und and 14-2 14-2 mit je einem sensitiven Element each having a sensitive element 18-1 18-1 und and 18-2 18-2 . , Erneut sind die Biegevorrichtungen are again flexures 14-1 14-1 und and 14-2 14-2 , bzw. die sensitiven Elemente Or the sensitive elements 18-1 18-1 und and 18-2 18-2 so angeordnet, dass die dem ersten sensitiven Element so arranged that the first sensitive element 18-1 18-1 zugeordnete erste sensitive Richtung associated first direction sensitive 20-1 20-1 senkrecht zu der dem zweiten sensitiven Element perpendicular to the second sensitive element 18-2 18-2 zugeordneten zweiten sensitiven Richtung associated second sensitive direction 20-2 20-2 verläuft. runs.
  • Außerdem umfasst die Sensorvorrichtung ein Biegestruktur-loses sensitives Element In addition, the sensor device comprises a bending structure-less sensitive element 34 34 mit einer vorgegebenen sensitiven Richtung with a predetermined direction sensitive 36 36 senkrecht zu einer von dem Biegestruktur-losen sensitiven Element perpendicular to a sensitive of the bending structure loose element 34 34 abgedeckten Teilfläche zum Ermitteln einer Feldkomponente des physikalischen Feldes in der vorgegebenen sensitiven Richtung covered surface portion for determining a field component of the physical field in the predetermined direction sensitive 36 36 . , Das Biegestruktur-lose sensitive Element The bending structure-less sensitive element 34 34 ist (direkt oder indirekt) an der funktionalisierten Substratoberfläche is (directly or indirectly) on the functionalized substrate surface 12 12 so angeordnet, dass die vorgegebene sensitive Richtung arranged so that the predetermined direction sensitive 36 36 des Biegestruktur-losen sensitiven Elements the bending structure-less sensitive element 34 34 senkrecht zu der damit funktionalisierten Substratoberfläche perpendicular to the substrate surface so that functionalized 12 12 verläuft. runs.
  • Die Sensorvorrichtung der The sensor device of 4 4 kann somit zur Erfassung aller drei Raumrichtungen des physikalischen Felds eingesetzt werden. thus can be used to capture all three dimensions of the physical field. Insbesondere können die sensitiven Richtungen In particular, the sensitive directions can 20-1 20-1 , . 20-2 20-2 und and 36 36 senkrecht zueinander ausgerichtet sein. be aligned perpendicular to each other. Andernfalls können jedoch auch Mischkomponenten mittels der sensitiven Elemente However, otherwise, also mixed components can by means of sensitive elements 18-1 18-1 , . 18-2 18-2 und and 34 34 gemessen werden und daraus die dreidimensionale Verteilung des physikalischen Feldes berechnet werden. are measured and the three-dimensional distribution of the physical field are calculated therefrom.
  • Lediglich beispielhaft sind in der Ausführungsform der are merely exemplary in the embodiment of 4 4 die (von der funktionalisierten Substratoberfläche the (of the functionalized substrate surface 12 12 weg gerichteten) Trägerflächen ) Directed away support surfaces 22 22 der zwei Biegestrukturen the two bending structures 14-1 14-1 und and 14-2 14-2 konvex so verformt, dass ihre freitragenden Bereiche so convexly deformed that its cantilevered areas 14b-1 14b-1 und and 14b-2 14b-2 in die Vertiefung in the recess 28 28 hineinragen. protrude. In einer alternativen Ausführungsform können die (von der funktionalisierten Substratoberfläche In an alternative embodiment (which may of the functionalized substrate surface 12 12 weg gerichteten) Trägerflächen ) Directed away support surfaces 22 22 der Biegestrukturen the bending structures 14-1 14-1 und and 14-2 14-2 auch konkav so verformt sein, dass ihre freitragenden Bereiche also be concave so deformed that its cantilevered areas 14b-1 14b-1 und and 14b-2 14b-2 von der Substratoberfläche from the substrate surface 12 12 weg gebogen/hochgestellt sind. bent away is / are high.
  • 5 5 zeigt eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der Sensorvorrichtung. shows a schematic representation of a fifth embodiment of the sensor device.
  • In der Ausführungsform der In the embodiment of 5 5 hat die Sensorvorrichtung eine doppelt gewölbte Biegestruktur mit einer zweidimensional konvex oder konkav gewölbten Trägerfläche the sensor device has a double-curved bending structure having a two-dimensional convex or concave curved support surface 22 22 , welche von dem ersten sensitiven Element Which of the first sensitive element 18-1 18-1 und dem zweiten sensitiven Element and the second sensitive element 18-2 18-2 teilweise abgedeckt ist. is partially covered. Beispielsweise kann der freitragende Bereich For example, the cantilevered section 14b 14b als zweidimensionale Biegeplatte ausgebildet sein. be designed as a two-dimensional bending plate. Als eine erste Wölbung As a first bulge 38a 38a kann die Trägerfläche can the support surface 22 22 um eine zwischen dem Verankerungsbereich a between the anchoring portion 14a 14a und einem von dem Verankerungsbereich and one of said anchoring portion 14a 14a weg gerichteten Ende des freitragenden Bereichs directed away end of the cantilevered portion 14b 14b liegende erste Wölbungsachse/Biegeachse first axis of curvature / bending axis lying 38 38 gewölbt sein. be curved. Außerdem kann die Trägerfläche In addition, the support surface 22 22 auch eine zweite Wölbung a second buckle 40a 40a um eine durch den Verankerungsbereich an anchoring area by the 14a 14a und dem davon weg gerichteten Ende des freitragenden Bereichs and the end thereof directed away from the cantilevered portion 14b 14b verlaufende zweite Wölbungsachse/Biegeachse extending second axis of curvature / flexure axis 40 40 haben. to have. Eine Ausrichtung der ersten Wölbungsachse An alignment of the first axis of curvature 38 38 senkrecht zu der zweiten Wölbungsachse perpendicular to the second axis of curvature 40 40 ist optional. is optional. (Eine Verformbarkeit der zweidimensionalen Biegeplatte insbesondere um die zweite Wölbungsachse (A two-dimensional deformability of the bending plate in particular, about the second axis of curvature 40 40 ist optionaler Weise gesteigert, indem eine erste Breite des Verankerungsbereichs is an optional manner, increased by a first width of the anchoring zone 14a 14a entlang der ersten Wölbungsachse along the first axis of curvature 38 38 kleiner als zweite Breite der zweidimensionalen Biegeplatte entlang der ersten Wölbungsachse smaller than second width of the two-dimensional bending plate along the first axis of curvature 38 38 ist.) is.)
  • Die erste Wölbung The first bulge 38a 38a und die zweite Wölbung and the second buckle 40a 40a können wahlweise konvexe oder konkave Wölbungen may optionally be convex or concave curvatures 38a 38a und and 40a 40a sein. be. Vorzugsweise liegt das erste sensitive Element Preferably, the first sensitive element 18-1 18-1 auf der zweiten Wölbungsachse/Biegeachse on the second axis of curvature / flexure axis 40 40 nahe an dem von dem Verankerungsbereich close to that of the anchoring portion 14a 14a weg gerichteten Ende des freitragenden Bereichs directed away end of the cantilevered portion 14b 14b . , Eine Stellung des ersten sensitiven Elements A position of the first sensitive element 18-1 18-1 zu der funktionalisierten Substratoberfläche to the functionalized substrate surface 12 12 wird somit lediglich/hauptsächlich von der ersten Wölbung is thus only / primarily from the first buckle 38a 38a der Trägerfläche the support surface 22 22 um die erste Wölbungsachse about the first axis of curvature 38 38 , jedoch nicht/kaum von der zweiten Wölbung But not / hardly of the second bulge 40a 40a der Trägerfläche the support surface 22 22 um die zweite Wölbungsachse about the second axis of curvature 40 40 beeinträchtigt. impaired. Demgegenüber wird für das zweite sensitive Element In contrast, for the second sensitive element 18-2 18-2 eine Lage auf der Trägerfläche a position on the support surface 22 22 bevorzugt, in welcher das zweite sensitive Element preferably, in which the second sensitive element 18-2 18-2 nahe an dem von dem Verankerungsbereich close to that of the anchoring portion 14a 14a weg gerichteten Ende des freitragenden Bereichs directed away end of the cantilevered portion 14b 14b liegt und einen möglichst großen Abstand zu einer Projektion der zweiten Wölbungsachse and is the largest possible distance from a projection of the second axis of curvature 40 40 auf die Trägerfläche on the support surface 22 22 hat. Has. Eine Stellung des zweiten sensitiven Elements A position of the second sensitive element 18-2 18-2 in Bezug zu der funktionalisierten Substratoberfläche in reference to the functionalized substrate surface 12 12 wird somit sowohl von der ersten Wölbung thus both of the first buckle 38a 38a des freitragenden Bereichs the cantilevered portion 14b 14b um die erste Wölbungsachse about the first axis of curvature 38 38 als auch von der zweiten Wölbung as well as from the second buckle 40a 40a des freitragenden Bereichs the cantilevered portion 14b 14b um die zweite Wölbungsachse about the second axis of curvature 40 40 beeinträchtigt. impaired. Damit kann die zweite sensitive Richtung Thus, the second sensitive direction 20-2 20-2 des zweiten sensitiven Elements the second sensitive element 18-2 18-2 in einem vergleichsweise großen Neigungswinkel, insbesondere in einem Neigungswinkel von (nahezu) 90°, zu der ersten sensitiven Richtung in a comparatively large inclination angle, in particular at an angle of (substantially) 90 degrees to the first direction-sensitive 20-1 20-1 des ersten sensitiven Elements the first sensitive element 18-1 18-1 ausgerichtet sein. be aligned.
  • Die oben beschriebenen Sensorvorrichtungen basieren auf einer Technologie, mittels welcher mindestens eine geneigt zu der mindestens einen funktionalisierten Substratoberfläche The sensor devices described above are based on a technology by means of which at least one is inclined to the at least one functionalized substrate surface 12 12 ausgerichtete Komponenten eines physikalischen Feldes erfasst werden können. oriented components of a physical field can be detected. Es wird auch darauf hingewiesen, dass bei den oben beschriebenen Sensorvorrichtungen auf Feldumlenkelemente verzichtet werden kann. It is also noted that can be dispensed Feldumlenkelemente in the above-sensor devices. Dies ermöglicht eine weitere Kostenersparnis. This enables further cost savings. Außerdem kann die Technologie der oben beschriebenen Sensorvorrichtungen zu Erfassen/Messen von zwei oder drei Komponenten des physikalischen Feldes mit derselben Messmethode genutzt werden. Furthermore, the technology of the sensor devices described above for detecting / measuring two or three components of the physical field may be used with the same measuring method.
  • Es ist bei den oben beschriebenen Sensorvorrichtungen nicht notwendig, dass die sensitiven Richtungen It is not necessary in the above-sensor devices that the sensitive directions 20 20 , . 20-1 20-1 und and 20-2 20-2 der Biegestruktur-getragenen sensitiven Elemente of the bending structure-borne sensitive elements 18 18 , . 18-1 18-1 und and 18-2 18-2 parallel zur funktionalisierten Substratoberfläche parallel to the functionalized substrate surface 12 12 ausgerichtet sind. are aligned. Stattdessen kann, insbesondere wenn die senkrecht zu der Substratoberfläche Instead, especially if the normal to the substrate surface 12 12 ausgerichtete Feldkomponente (zB mittels des Biegestruktur-losen sensitiven Elements aligned field component (for example, by means of the bending structure-less sensitive element 34 34 ) ermittelt ist, mindestens eine parallel zur funktionalisierten Substratoberfläche ) Is determined, at least one parallel to the functionalized substrate surface 12 12 ausgerichtete Feldkomponente aus mindestens einem Messwert des mindestens einen Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements directed field component from at least one measured value of the at least one bending structure-borne sensitive element 18 18 , . 18-1 18-1 und and 18-2 18-2 (und evtl. der senkrecht zu der funktionalisierten Substratoberfläche (And possibly the perpendicular to the functionalized substrate surface 12 12 ausgerichteten Feldkomponente) hergeleitet werden. aligned field component) are derived. (Der mindestens eine Neigungswinkel des mindestens einen Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements (The at least one angle of inclination of at least one bending structure-borne sensitive element 18 18 , . 18-1 18-1 und and 18-2 18-2 zu der funktionalisierten Substratoberfläche to the functionalized substrate surface 12 12 ist mittels einer Eichmessung leicht messbar und anschließend auf einer Auswerteeinrichtung hinterlegbar.) is easily measurable and storable, then to an evaluation device by means of a calibration measurement.)
  • Alle oben beschriebenen Sensorvorrichtungen weisen eine hohe Messempfindlichkeit, eine hohe Messgenauigkeit und (selbst bei einem Always-on-Betrieb) einen niedrigen Energieverbrauch auf. All sensor devices described above have a high sensitivity, a high measurement accuracy, and (even with an always-on operation) low power consumption.
  • Insbesondere können alle oben beschriebenen Sensorvorrichtungen zur Ermittlung/Messung von Magnetfeldern eingesetzt werden. In particular, all sensor devices for detecting / measuring magnetic fields described above may be used. In diesem Fall ist es ausreichend, wenn das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element In this case it is sufficient if at least one bending structure-borne sensitive element 18 18 , . 18-1 18-1 und and 18-2 18-2 und eventuell das Biegestruktur-lose sensitive Element and possibly the bending structure-less sensitive element 34 34 zum Ermitteln/Messen einer Feldkomponente eines magnetischen Feldes in ihren jeweils vorgegebenen sensitiven Richtungen for detecting / measuring a field component of a magnetic field in their respective predetermined directions sensitive 20 20 , . 20-1 20-1 , . 20-2 20-2 und and 36 36 ausgelegt sind. are designed. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Sensorvorrichtungen auch zum Ermitteln von Feldkomponenten anderer physikalischer Felder, wie beispielsweise elektrischer Felder, ausgelegt sein können. It should however be noted that the sensor devices described above can also be for determining field components of other physical fields such as electric fields, is designed.
  • Beispielsweise kann das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element For example, the at least one bending structure-borne sensitive element 18 18 , . 18-1 18-1 und and 18-2 18-2 und eventuell das Biegestruktur-lose sensitive Element and possibly the bending structure-less sensitive element 34 34 je ein Hall-Element (zB ein Hall-Kreuz oder ein Hall-Bar aus Silizium und/oder Graphen) sein. ever be a Hall element (eg, a Hall-cross or a Hall bar of silicon and / or graphs). Eine Magnetfeld-Sensierung mit mindestens einem Hall-Element ist eine Messmethode mit hoher Genauigkeit, wobei ausgenutzt wird, dass bewegte Ladungsträger in einem Leiter des Hall-Elements durch ein aktuell vorliegendes Magnetfeld mittels einer resultierenden Lorentzkraft senkrecht zu einer Ebene eines Flusses der bewegten Ladungsträger abgelenkt werden. A magnetic field sensing with at least one Hall-element is a measurement method with high precision, wherein use is made of that moving charge carrier deflected in a conductor of the Hall element by a current vorliegendes magnetic field by means of a resulting Lorentz force perpendicular to a plane of a flow of the moving charge carriers become. Die aus diesem Grund senkrecht zum Fluss der Ladungsträger abfallende Spannung, welche häufig auch als Hall-Spannung bezeichnet wird, kann gemessen und zur Berechnung einer in der vorgegebenen sensitiven Richtung The vertically sloping for this reason the flow of the carrier voltage, which is often referred to as a Hall voltage can be measured and for calculating a direction in the predetermined sensitive 20 20 und and 36 36 liegenden Feldkomponente des Magnetfelds verwendet werden. lying field component of the magnetic field are used. Herkömmlicherweise konnten Hall-Elemente (aufgrund ihrer Ausbildung als Flächenelemente) nur zur Bestimmung einer Feldkomponente eines Magnetfelds senkrecht zu einer funktionalisierten Halbleiteroberfläche Conventionally, could Hall elements (due to their training as area elements) perpendicular only to determine a field component of a magnetic field to a functionalized semiconductor surface 12 12 eingesetzt werden. be used. Bei den oben beschriebenen Sensorvorrichtungen können Hall-Elemente jedoch zum Ermitteln der Raumkomponenten des Magnetfelds in drei geneigt zueinander ausgerichteten sensitiven Richtungen In the above-sensor devices, however, Hall elements may be inclined to determine the spatial components of the magnetic field in three mutually aligned sensitive directions 20 20 und and 36 36 eingesetzt werden. be used. Damit können die Vorteile von Hall-Elementen zur dreidimensionalen Bestimmung des Magnetfelds genutzt werden, wie beispielsweise eine hohe Empfindlichkeit, ein geringer Energieverbrauch und eine Verwendbarkeit eines kostengünstigen ASIC. In order that the advantages of Hall elements can be used for three-dimensional determination of the magnetic field, such as a high sensitivity, low energy consumption and availability of an inexpensive ASIC.
  • Die oben beschriebenen Sensorvorrichtungen können zB in einem Smartphone oder einem Tablet eingesetzt werden. The sensor devices described above can be used, for example in a smartphone or a tablet. Verwendbar sind die oben beschriebenen Sensorvorrichtungen jeweils insbesondere als separates Bauteil (zum Beispiel mit Bluetooth-Verbindung zum Smartphone/Tablet). Suitable sensor devices described above are in each case in particular as a separate component (for example, with Bluetooth connection to the Smartphone / Tablet). Die oben beschriebenen Sensorvorrichtungen können auch als Sensoren in mobilen Plattformen (wie beispielsweise einem Fahrzeug, einem Transporter, einem Container) oder als Sensoren in stationären Anwendungen (insbesondere als Smart-Home Sensor-Element für den Wohnbereich) eingesetzt werden. The sensor devices described above can also be used as sensors in mobile platforms (such as a vehicle, a van, a container), or as sensors in stationary applications (in particular as a smart home sensor element for the living area).
  • 6a 6a und and 6b 6b zeigen schematische Darstellungen eines Halbleiterschichtaufbaus zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für eine Sensorvorrichtung. show schematic diagrams of a semiconductor layer structure for explaining an embodiment of the manufacturing method for a sensor device.
  • Wie in As in 6a 6a schematisch wiedergegeben ist, wird beim Ausführen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens mindestens eine Biegestruktur is schematically represented, in carrying out the manufacturing method described here is at least a bending structure 14 14 an mindestens einer funktionalisierten Substratoberfläche at least one functionalized substrate surface 16 16 mindestens eines Substrats at least one substrate 10 10 ausgebildet. educated. Die mindestens eine Biegestruktur The at least one bending structure 14 14 wird jeweils mit mindestens einem Verankerungsbereich in each case with at least one anchoring portion 14a 14a und einem an dem mindestens einen Verankerungsbereich and the at least one anchoring portion 14a 14a gehaltenen freitragenden Bereich held cantilevered portion 14b 14b ausgebildet. educated. Beispielsweise wird zuerst eine Opferschicht For example, first a sacrificial layer 42 42 gebildet, welche die funktionalisierte Substratoberfläche formed which the functionalized substrate surface 12 12 oder eine die funktionalisierte Substratoberfläche or the functionalized substrate surface 12 12 zumindest teilweise abdeckende Schicht at least partially covering layer 16 16 (bzw. einen die funktionalisierte Substratoberfläche (Or a functionalized substrate surface 12 12 zumindest teilweise abdeckenden Schichtaufbau) teilweise abdeckt, wobei jedoch eine Position des späteren Verankerungsbereichs at least partially covering layer construction) partially covers, but a position of the subsequent anchoring region 16a 16a freiliegend bleibt/freigelegt wird. remains exposed / exposed. Anschließend kann das mindestens eine Material der Biegestruktur Subsequently, the at least one material of the bending structure 14 14 so abgeschieden werden, dass die Opferschicht be deposited so that the sacrificial layer 42 42 zumindest teilweise abgedeckt wird. is at least partially covered.
  • Die Opferschicht The sacrificial layer 42 42 kann beispielsweise Siliziumgermanium (SiGe) sein. for example, silicon germanium (SiGe) may be. In der Ausführungsform der In the embodiment of 6a 6a wird die Biegestruktur the bending structure 14 14 aus Siliziumcarbit (SiC) gebildet. from silicon carbide (SiC) is formed. Dabei wird der mindestens eine freitragende Bereich Here, the at least one self-supporting area 14b 14b der mindestens einen Biegestruktur the at least one bending structure 14 14 jeweils mit einer mechanischen Eigenspannung in seinem Inneren so ausgebildet, dass lediglich der Kontakt zwischen dem mindestens einen freitragenden Bereich each formed with a mechanical stress in its interior so that only the contact between the at least one cantilevered portion 14b 14b und der Opferschicht and the sacrificial layer 42 42 eine Verwölbung des mindestens einen freitragenden Bereichs warping said at least one cantilevered portion 14b 14b verhindert. prevented.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt, welcher ebenfalls mittels der In a further process step, which also means the 6a 6a wiedergegeben ist, wird mindestens ein Biegestruktur-getragenes sensitives Element is played back, at least one bending structure-borne sensitive element 18 18 so angeordnet, dass das mindestens eine sensitive Element arranged such that the at least one sensitive element 18 18 mindestens eine (später gewölbte) Trägerfläche at least one (later arched) support surface 22 22 des mindestens einen freitragenden Bereichs the at least one cantilever portion 14b 14b teilweise abdeckt. partially. Unter dem mindestens einen sensitiven Element Among the at least one sensitive element 18 18 ist ein Sensorelement mit je einer vorgegebenen sensitiven Richtung a sensor element each with a predetermined direction sensitive 20 20 senkrecht zu mindestens einer von dem jeweiligen sensitiven Element perpendicular to at least one of the respective sensitive element 18 18 abgedeckten Fläche zum Ermitteln einer Feldkomponente eines physikalischen Feldes in der jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung covered area to detect a field component of a physical field in the respectively predetermined direction sensitive 20 20 zu verstehen. to understand. Als optionale Weiterbildung kann noch eine (nicht-skizzierte) Schutz- und/oder Passivierschicht auf dem mindestens einen sensitiven Element As an optional further possible for a (non-sketched) protective and / or passivation layer on the at least one sensitive element 18 18 abgeschieden werden, welche dieses vor Umwelteinflüssen schützt. are deposited, which this protects against environmental influences. Die Schutz- und/oder Passivierschicht kann beispielsweise aus Siliziumoxid (SiO 2 ), Siliziumnitrid (SiN) oder Bornitrid (BN) sein. The protective and / or passivation layer may be, for example, of silicon oxide (SiO 2), silicon nitride (SiN) or boron nitride (BN).
  • Wie in As in 6b 6b wiedergegeben ist, wird die Opferschicht is reproduced, the sacrificial layer is 42 42 anschließend entfernt. subsequently removed. Beispielsweise kann die Opferschicht For example, the sacrificial layer 42 42 aus Siliziumgermanium mit ClF 3 oder XeF 2 in Gasphase weggeätzt werden. are etched away from the silicon germanium with ClF 3 or XeF 2 in gas phase. Dies bewirkt ein Freistellen des freitragenden Bereichs This causes a cropping of the cantilevered portion 14b 14b , wobei die mechanische Eigenspannung in seinem Inneren bewirkt, dass seine Trägerfläche Wherein the mechanical residual stress caused in the interior thereof that its support surface 22 22 konvex oder konkave gewölbt wird. is curved in a convex or concave.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte Patentliteratur Cited patent literature
    • US 2012/0206134 A1 [0002] US 2012/0206134 A1 [0002]

Claims (12)

  1. Sensorvorrichtung mit: mindestens einem Substrat ( Sensor device, comprising: at least one substrate ( 10 10 ), welches jeweils mindestens eine funktionalisierte Substratoberfläche ( (), Which each have at least one functionalized substrate surface 12 12 ) aufweist; ) having; mindestens einer an der mindestens einen funktionalisierten Substratoberfläche ( at least one of the at least one functionalized substrate surface ( 12 12 ) angeordneten Biegestruktur ( ) Arranged bending structure ( 14 14 ), welche jeweils mindestens einen Verankerungsbereich ( ) Which (in each case at least one anchoring portion 14a 14a ) und einen an dem mindestens einen Verankerungsbereich ( ) And the at least one anchoring region ( 14a 14a ) gehaltenen freitragenden Bereich ( ) Cantilevered held portion ( 14b 14b ) umfasst; ) Comprises; und mindestens einem Biegestruktur-getragenen sensitiven Element ( and at least one bending structure-borne sensitive element ( 18 18 ) mit je einer vorgegebenen sensitiven Richtung ( ) (Each having a predetermined direction sensitive 20 20 ) senkrecht zu mindestens einer von dem jeweiligen sensitiven Element ( ) Perpendicular (to at least one of the respective sensitive element 18 18 ) abgedeckten Fläche zum Ermitteln einer Feldkomponente eines physikalischen Feldes in der jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung ( ) Area covered for determining a field component of a physical field in the respectively predetermined direction sensitive ( 20 20 ), wobei das mindestens eine sensitive Element ( ), The (at least one sensitive element 18 18 ) mindestens eine Trägerfläche ( ) At least one support surface ( 22 22 ) des mindestens einen freitragenden Bereichs ( ) Of the at least one cantilever portion ( 14b 14b ) teilweise abdeckt, und wobei die mindestens eine Trägerfläche ( ) Partially covers, and wherein the at least one support surface ( 22 22 ) zumindest zeitweise gewölbt ist; ) Is at least partly curved; dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine freitragende Bereich ( characterized in that the (at least one self-supporting area 14b 14b ) in seinem Inneren jeweils eine mechanische Eigenspannung aufweist, wodurch seine Trägerfläche ( ) Each comprise a mechanical residual stress in the interior thereof, whereby its support surface ( 22 22 ) konvex oder konkav gewölbt ist. ) Is convex or concave.
  2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Trägerfläche ( Sensor device according to claim 1, wherein the at least one support surface ( 22 22 ) des mindestens einen freitragenden Bereichs ( ) Of the at least one cantilever portion ( 14b 14b ) so konvex und/oder konkav gewölbt ist, dass die vorgegebene sensitive Richtung ( ) Is convex and / or concave, that the predetermined direction sensitive ( 20 20 ) jedes Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements ( ) Of each bending structure-borne sensitive element ( 18 18 ) in einem Neigungswinkel zwischen 45° und 135° zu der mit seiner Biegestruktur ( ) At an inclination angle between 45 ° and the (135 ° with its bending structure 14 14 ) funktionalisierten Substratoberfläche ( ) Functionalized substrate surface ( 12 12 ) verläuft. ) Runs.
  3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Trägerfläche ( Sensor device according to claim 2, wherein the at least one support surface ( 22 22 ) des mindestens einen freitragenden Bereichs ( ) Of the at least one cantilever portion ( 14b 14b ) so konvex und/oder konkav gewölbt ist, dass die vorgegebene sensitive Richtung ( ) Is convex and / or concave, that the predetermined direction sensitive ( 20 20 ) jedes Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements ( ) Of each bending structure-borne sensitive element ( 18 18 ) parallel zu der mit seiner Biegestruktur ( ) Parallel to the (with its bending structure 14 14 ) funktionalisierten Substratoberfläche ( ) Functionalized substrate surface ( 12 12 ) verläuft. ) Runs.
  4. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindesten eine Vertiefung ( Sensor device according to one of the preceding claims, wherein at least one recess ( 28 28 ) in dem mindestens einen Substrat ( ) In the at least one substrate ( 10 10 ) ausgebildet ist und die mindestens eine Trägerfläche ( ) Is formed and the at least one support surface ( 22 22 ) des mindestens einen freitragenden Bereichs ( ) Of the at least one cantilever portion ( 14b 14b ) so konvex gewölbt ist, dass der mindestens eine freitragende Bereich ( ) Is curved convexly so that the (at least one self-supporting area 14b 14b ) zumindest teilweise in die mindestens eine Vertiefung ( ) At least partially (in the at least one recess 28 28 ) hineinragt. ) Projects.
  5. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung als das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element ( Sensor device according to one of the preceding claims, wherein the sensor device as the (at least one bending structure-borne sensitive element 18 18 ) zumindest ein erstes sensitives Element ( ) At least (a first sensitive element 18-1 18-1 ) und ein zweites sensitives Element ( ) And a second sensitive element ( 18-2 18-2 ) umfasst, und wobei eine dem ersten sensitiven Element ( ), And wherein a first sensitive element ( 18-1 18-1 ) zugeordnete erste sensitive Richtung ( ) Associated with the first sensitive direction ( 20-1 20-1 ) senkrecht zu einer dem zweiten sensitiven Element ( ) Perpendicular (to the second sensitive element 18-2 18-2 ) zugeordneten zweiten sensitiven Richtung ( ) Associated second sensitive direction ( 20-1 20-1 ) verläuft. ) Runs.
  6. Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Sensorvorrichtung als die mindestens eine Biegestruktur ( Sensor device according to claim 5, wherein the sensor device as the at least one bending structure ( 14 14 ) zumindest eine erste Biegestruktur ( ) At least one first flexure structure ( 14-1 14-1 ) mit dem ersten sensitiven Element ( ) (With the first sensitive element 18-1 18-1 ) und eine zweite Biegestruktur ( ) And a second bending structure ( 14-2 14-2 ) mit dem zweiten sensitiven Element ( ) (With the second sensitive element 18-2 18-2 ) umfasst. ) Includes.
  7. Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Sensorvorrichtung als die mindestens eine Biegestruktur ( Sensor device according to claim 5, wherein the sensor device as the at least one bending structure ( 14 14 ) zumindest eine doppelt gewölbte Biegestruktur ( ) At least one doubly curved bending structure ( 14 14 ) mit einer zweidimensional konvex oder konkav gewölbten Trägerfläche ( ) (With a two-dimensional convex or concave curved support surface 22 22 ), welche von dem ersten sensitiven Element ( ) Which (of the first sensitive element 18-1 18-1 ) und dem zweiten sensitiven Element ( ) And the second sensitive element ( 18-2 18-2 ) teilweise abgedeckt ist, aufweist. ) Is partially covered, comprising.
  8. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung zusätzlich mindestens ein Biegestruktur-loses sensitives Element ( Sensor device according to one of the preceding claims, wherein the sensor device further (at least one bending structure-less sensitive element 34 34 ) mit je einer vorgegebenen sensitiven Richtung ( ) (Each having a predetermined direction sensitive 36 36 ) senkrecht zu mindestens einer von dem jeweiligen sensitiven Element ( ) Perpendicular (to at least one of the respective sensitive element 34 34 ) abgedeckten Teilfläche zum Ermitteln einer Feldkomponente eines physikalischen Feldes in der jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung ( ) Partial area covered for determining a field component of a physical field in the respectively predetermined direction sensitive ( 36 36 ) umfasst, und wobei das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element ( ), And wherein the (at least one bending structure-less sensitive element 34 34 ) direkt oder indirekt an der damit funktionalisierten Substratoberfläche ( ) Directly or indirectly (at so functionalized substrate surface 12 12 ) so angeordnet ist, dass die mindestens eine vorgegebene sensitive Richtung ( is disposed) so that the (at least one predetermined direction sensitive 36 36 ) des mindestens einen Biegestruktur-losen sensitiven Elements ( ) Of at least one sensitive element bending structure-less ( 34 34 ) senkrecht zu der damit funktionalisierten Substratoberfläche ( ) Perpendicular (to the resulting functionalized substrate surface 12 12 ) verläuft. ) Runs.
  9. Sensorvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Sensorvorrichtung als das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element ( Sensor device according to claim 8, wherein the sensor device as the (at least one bending structure-borne sensitive element 18 18 ) genau das erste sensitive Element ( ) Exactly, the first sensitive element ( 18-1 18-1 ) und das zweite sensitive Element ( ) And the second sensitive element ( 18-2 18-2 ) und als das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element ( ) And as the (at least one bending structure-less sensitive element 34 34 ) genau ein drittes sensitives Element ( ) Exactly a third sensitive element ( 34 34 ) umfasst, und wobei die dem ersten sensitiven Element ( ), And wherein the (first sensitive element 18-1 18-1 ) zugeordnete erste sensitive Richtung ( ) Associated with the first sensitive direction ( 20-1 20-1 ) senkrecht zu der dem zweiten sensitiven Element ( ) Perpendicular to the (second sensitive element 18-2 18-2 ) zugeordneten zweiten sensitiven Richtung ( ) Associated second sensitive direction ( 20-1 20-1 ) verläuft und eine dem dritten sensitiven Element ( ) And is (a third sensitive element 34 34 ) zugeordnete dritte sensitive Richtung ( ) Associated with the third sensitive direction ( 36 36 ) senkrecht zu der damit funktionalisierten Substratoberfläche ( ) Perpendicular (to the resulting functionalized substrate surface 12 12 ) verläuft. ) Runs.
  10. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element ( Sensor device according to one of the preceding claims, wherein the (at least one bending structure-borne sensitive element 18 18 ) und/oder das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element ( () And / or the at least one bending structure-less sensitive element 34 34 ) zum Messen einer Feldkomponente eines magnetischen Feldes in seiner jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung ausgelegt ist. ) Is adapted for measuring a field component of a magnetic field in its respective predetermined direction sensitive.
  11. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element ( Sensor device according to one of the preceding claims, wherein the (at least one bending structure-borne sensitive element 18 18 ) und/oder das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element ( () And / or the at least one bending structure-less sensitive element 34 34 ) je ein Hall-Element ist. ), Has a Hall element.
  12. Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung mit den Schritten: Ausbilden mindestens einer Biegestruktur ( Method of manufacturing a sensor device comprising the steps of: forming at least a bending structure ( 14 14 ) an mindestens einer funktionalisierten Substratoberfläche ( ) (On at least one functionalized substrate surface 12 12 ) mindestens eines Substrats ( ) At least one substrate ( 10 10 ), wobei die mindestens eine Biegestruktur ( ), Wherein the at least one bending structure ( 14 14 ) jeweils mit mindestens einem Verankerungsbereich ( ) (In each case with at least one anchoring portion 14a 14a ) und einem an dem mindestens einen Verankerungsbereich ( ) And the at least one anchoring region ( 14a 14a ) gehaltenen freitragenden Bereich ( ) Cantilevered held portion ( 14b 14b ) ausgebildet wird; is formed); und Anordnen mindestens eines Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements ( and arranging at least one bending structure-borne sensitive element ( 18 18 ) mit je einer vorgegebenen sensitiven Richtung ( ) (Each having a predetermined direction sensitive 20 20 ) senkrecht zu mindestens einer von dem jeweiligen sensitiven Element ( ) Perpendicular (to at least one of the respective sensitive element 18 18 ) abgedeckten Fläche zum Ermitteln einer Feldkomponente eines physikalischen Feldes in der jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung ( ) Area covered for determining a field component of a physical field in the respectively predetermined direction sensitive ( 20 20 ) so, dass das mindestens eine sensitive Element ( ) So that the (at least one sensitive element 18 18 ) mindestens eine zumindest zeitweise gewölbte Trägerfläche ( ) At least one at least temporarily curved support surface ( 22 22 ) des mindestens einen freitragenden Bereichs ( ) Of the at least one cantilever portion ( 14b 14b ) teilweise abdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine freitragende Bereich ( ) Partially covers, characterized in that the (at least one self-supporting area 14b 14b ) jeweils mit einer mechanischen Eigenspannung in seinem Inneren so ausgebildet wird, dass seine Trägerfläche ( ) Is respectively formed with an intrinsic stress in its interior so that its support surface ( 22 22 ) konvex oder konkav gewölbt wird. ) Is curved convex or concave.
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