DE102018201997B4

DE102018201997B4 - Emitterstruktur und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102018201997B4
Application number: DE102018201997.5A
Authority: DE
Inventors: David Tumpold; Christoph Glacer; Sebastian Anzinger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2021-07-15
Anticipated expiration: 2038-02-09
Also published as: CN110132848A; US11490460B2; US11617232B2; CN110132848B; DE102018201997A1; US20190246459A1; US20220377851A1

Abstract

Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') mit folgenden Merkmalen:einem Substrat mit einer Membrananordnung, die zumindest eine erste Membran (12, 12', 12'', 12'''), einen ersten Heizpfad (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und einen zweiten Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') umfasst,wobei der erste Heizpfad (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und der zweite Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') in unterschiedlichen Substratebenen angeordnet sind und so zueinander positioniert sind, dass eine Projektion des ersten Heizpfades (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und eine Projektion des zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') auf eine gemeinsame Ebene (GE) zumindest teilweise nebeneinander in der gemeinsamen Ebene (GE) liegen;wobei die Emitterstruktur mit einer Steuerung gekoppelt ist, die ausgebildet ist, den ersten Heizpfad (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und den zweiten Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b'''' 14b'''''', 14b'''''') einzeln zu aktivieren, zu deaktivieren und/oder zu regeln,wobei die Projektion des ersten Heizpfades (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und die Projektion des zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') zumindest in einem Bereich entlang des ersten und zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') aneinander angrenzend sind.

Description

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Emitterstruktur mit einer Membrananordnung mit zumindest zwei Membranen, sowie auf ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein nicht-dispersives Infrarotsensor-System sowie auf ein photoakustisches Spektroskopie-System mit einer entsprechenden Emitterstruktur.
Bereits im Stand der Technik sind einige Veröffentlichungen in diesem Bereich erfolgt. In der Patentliteratur ist beispielsweise die US 5 237 867 A , die sich auf einen Fluidsensor mit Heizdraht und Aräometersensor bezieht zu nennen. Ferner zeigt die US 2012/0 267 532 A1 eine Infrarotquelle in Form einer Mikroheizplattenvorrichtung. Die DE 10 2013 204 197 A1 bezieht sich auf einen mikroelektrochemischen Sensor. Die DE 43 20 326 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Messung einer radialen Gas- oder Flüssigkeitsströmung. Die DE 10 2014 207 829 A1 bezieht sich auf einen chemischen Gassensor. Die DE 10 2017 106 593 A1 bezieht sich auf ein System und ein Verfahren mit einer MEMS-Vorrichtung. Ferner sind auch noch sehr relevant die Schrift in US 5 804 462 A , die ein Verfahren zum Herstellen verschiedener Arten von Sensoren darstellt. Die US 5 423 212 A beschreibt einen Durchflusssensor zum Erfassen von Wärmeleitung.
Das Detektieren von Umweltparametern, wie z. B. Lärm, Geräusche, Temperaturen oder Gase nimmt eine immer größer werdende Bedeutung bei mobilen Endgeräten, Hausautomatisierungssystemen oder Sensoren für den automobilen Sektor ein. Insbesondere Gassensoren spielen hierbei eine immer wichtiger werdende Rolle, um beispielsweise schädliche Gaskonzentrationen aufgrund von Luftverschmutzung oder Fehlfunktionen von Anlagen zu detektieren. Entsprechend dem allgemeinen Entwicklungstrend sollen derartigen Gasdetektoren günstig herzustellen sein und sich durch dauernde Verfügbarkeit und hohe Präzession auszeichnen.
NDIR-Sensor-Systeme (nicht-dispersive Infrarotsensor-Systeme) formen ein spektroskopisches Gerät zur Gasdetektion. Dieses spektroskopische Gerät umfasst typischerweise eine Quelle für Infrarotstrahlung, eine durchstrahlte Röhre (Küvette) mit dem zu analysierenden Gas sowie einen Infrarotdetektor (und ggf. einen Wellenlängenfilter). Die Konzentration des gesuchten Gases wird elektro-optisch anhand der Absorption einer spezifischen Wellenlänge im Infrarotspektrum gemessen. Eines der Bauteile mit dem höchsten Einfluss auf die Messqualität ist die Infrarotstrahlungsquelle. Hierfür können beispielsweise Infrarotlaser, Infrarot-LEDs oder auch thermale MEMS-Infrarotquellen verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden schaffen eine Emitterstruktur mit einem Substrat, das eine Membrananordnung aufweist. Die Membrananordnung umfasst zumindest eine erste Membran, einen ersten Heizpfad und einen zweiten Heizpfad. Die zwei Heizpfade sind in (zueinander) unterschiedlichen Substratebenen angeordnet, wobei der erste und der zweite Heizpfad so zueinander (z. B. auf der Membran, wenn man von einer Membran ausgeht, oder einer jeweiligen Membran, wenn man von mehreren Membranen ausgeht) positioniert, dass eine Projektion (senkrecht zum Substrat) des ersten Heizpfades und eine (parallele) Projektion des zweiten Heizpfades auf eine gemeinsame Ebene zumindest teilweise nebeneinander in der gemeinsamen Ebene abgebildet werden. Anders ausgedrückt heißt das, dass die zwei Heizpfade also nicht oder im Wesentlichen nicht überlappend positioniert sind. Dies hat den Vorteil, dass die Emitterstruktur eine Heizstruktur im Sinne einer Temperaturquelle formt, bei der ein (möglichst) homogenes Temperaturabstrahlprofil (z. B. zur Emittieren von Infrarotstrahlung) über die Abstrahloberfläche (z. B. die oberste Membran) generiert wird.
Ferner ist die Emitterstruktur mit einer Steuerung gekoppelt, die ausgebildet ist, den ersten Heizpfad und den zweiten Heizpfad einzeln zu aktivieren, zu deaktivieren und/oder zu regeln. Bezüglich der oben erläuterten Anordnung der Heizpfade sei angemerkt, dass die Produktion des ersten Heizpfades und die Produktion des zweiten Heizpfades zumindest in einem Bereich entlang des ersten und zweiten Heizpfades aneinander angrenzend sind.
Um die Anordnung der zwei Heizpfade an unterschiedlichen Substratebenen zu realisieren, gibt es zwei Varianten. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel umfasst die Membrananordnung die erste Membran, mit einem ersten Heizpfad auf einer ersten Hauptoberfläche der ersten Membran (z. B. auf einer Oberseite) und dem zweiten Heizpfad auf einer zweiten Hauptoberfläche, die zu der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegend ausgebildet ist (d.h. z. B. der Unterseite). Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Membran ausreichend dick ist, so dass eine Beabstandung der zwei Heizpfade entsteht.
Entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Membrananordnung eine erste und eine zweite Membran aufweisen, die jeweils dann einen der zwei Heizpfade beherbergen. Hierbei heißt beherbergen, dass die Heizstruktur (Heizpfade) auf die Ober- oder die Unterseite aufgebracht sind bzw. direkt in diese Membran integriert sind (integriert im Sinne von eingebettet).
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die Emitterstruktur in einem NDIR (nichtdispersiven Infrarotsensor-System oder in einem photoakustischen Spektroskopie-System zur Gasdetektion als Infrarot-Quelle eingesetzt werden. Folglich schaffen Ausführungsbeispiele ein nicht-dispersives Infrarotsensorsystem mit einem Infrarotsensorelement und einer entsprechenden Emitterstruktur sowie ein photoakustisches Spektroskopie-System mit einem Infrarotsensor und einer Emitterstruktur. Aufgrund der homogenen Temperaturverteilung erfolgt eine sehr genau zu steuernde und homogene Abstrahlung der Infrarotstrahlung, so dass die mittels der oben erläuterten Emitterstruktur hergestellten Messsysteme sehr genaue Ergebnisse liefern. Da solche MEMS-Emitterstrukturen auch kostengünstig herstellbar sind, vereinen die beschriebenen Systeme die Vorteile von kostengünstiger Herstellung und sehr guten messtechnischen Eigenschaften.
Ausführungsbeispiele sind nicht auf Emitterstrukturen mit zwei Membranen und zwei Heizpfaden beschränkt, so dass entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen eine Emitterstruktur mit der obigen Anordnung sowie einer dritten Membran in der Membrananordnung geschaffen wird. Die dritte Membran weist ebenfalls einen dritten Heizpfad auf. Der dritte Heizpfad ist so angeordnet, dass eine Projektion des dritten Heizpfades auf die gemeinsame Ebene neben der Projektion des zweiten Heizpfades und/oder neben der Projektion des ersten Heizpfades liegt. Durch die dritte oder jede weitere Membranschicht mit einem Heizelement kann die homogene Abstrahlcharakteristik weiter optimiert werden. Des Weiteren sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Heizpfade im Regelfall parallel geschaltet sind, so dass die Gesamtanordnung der Heizelemente einen niederohmigen Betrieb ermöglicht, also vorteilhaft in Bezug auf den Leistungsbedarf ist.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die Projektion des ersten Heizpfades gegenüber der Projektion des zweiten Heizpfades zumindest in einem Bereich entlang des ersten und des zweiten Heizpfades voneinander beabstandet sein. Darüber können die Projektion des ersten Heizpfades und die Projektion des zweiten Heizpfades zumindest in einem Bereich entlang des ersten und zweiten Heizpfades auch angrenzend und überlappend sein. Wenn man beispielsweise von mäanderförmigen Heizpfaden ausgeht, verlaufen die Mäanderstrukturen in der Projektion immer parallel zueinander, so dass kein Überlapp entsteht. Wenn man allerdings von ringförmigen Strukturen ausgeht, so kann zumindest durch den Anschlussbereich des inneren Rings ein Überlapp der Projektionsflächen der zwei Heizpfade entstehen. Gemäß Ausführungsbeispielen weist - je nach gewünschtem Einsatzzweck - der erste und/oder der zweite Heizpfad eine Mäanderform und eine Ringform oder auch eine Flächenform auf. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist jeder Heizpfad durch eine auf die Membran aufgebrachte Metallisierung, eine Dotierung oder ein anderes Widerstandselement geformt.
Wie oben bereits erwähnt, wird entsprechend Ausführungsbeispielen durch eine Membran, insbesondere die erste Membran, ein Emissionsbereich ausgebildet, der die Infrarotstrahlung emittiert. Wenn man sich diesen Emissionsbereich anschaut, ermöglicht die oben erläuterte Anordnung, dass entsprechend Ausführungsbeispielen eine Projektionsfläche des ersten Heizpfades zusammen mit einer Projektionsfläche des zweiten Heizpfades eine größere Projektionsfläche bildet als jede Projektionsfläche für sich alleine. Beispielsweise kann die Projektionsfläche 1, 3 bzw. 1,5 oder sogar 2,0-mal so groß sein wie eine der Projektionsflächen alleine. Bevorzugterweise bildet die gemeinsame Projektionsfläche genau die Summe der Projektionsflächen der zwei Heizpfade. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann die Membrananordnung eine zusätzliche Membran, die für die Abstrahlung ausgelegt ist, umfassen. Diese zusätzliche Membran ist ausgebildet, um eine Wärmeenergie, welche durch den ersten und/oder den zweiten Heizpfad induziert wird, über eine laterale Fläche der weiteren Membran zu verteilen und/oder die Infrarotstrahlung entsprechend zu emittieren. Dies bietet den Vorteil, die Abstrahlcharakteristik weiter zu optimieren.
Entsprechend Ausführungsbeispielen umfasst das Substrat eine Öffnung, wie z. B. eine mittels des Bosch-Verfahrens hergestellte Öffnung, oder einen Graben (Deep Trench), in welchem die Membranen angeordnet sind. Im Falle eines Grabens bilden die Membranen zusammen mit dem Graben eine Kavität. Die Öffnung bzw. Kavität hat den Vorteil, dass diese Bereiche nicht als Wärmesenke dienen und so die Ansprechzeit und insgesamt die Heizfähigkeit verbessert werden. Entsprechend Ausführungsbeispielen sind die Membranen voneinander beabstandet, so dass zwischen den Membranen ein Zwischenraum ausgebildet wird. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann dieser Zwischenraum beispielsweise mit einem Gas oder Fluid gefüllt sein. Diese Füllung hat den Zweck bzw. Vorteil, dass die Membranen thermisch miteinander gekoppelt werden, um das gewünschte Temperaturprofil oder Temperaturmuster auf der ersten Membran (oberste oder unterste Membran) zu erzeugen. Um entsprechend Ausführungsbeispielen das eingeschlossene Gas bei Expansion desselben aufgrund der Erwärmung entweichen zu lassen, kann die erste und/oder die zweite Membran eine Ventilationsöffnung umfassen. Alternativ kann die Ventilationsöffnung auch in dem Substrat vorgesehen sein. Diese Ventilationsöffnungen haben den Vorteil, dass die Membran nicht infolge von der Erwärmung des eingeschlossenen Gases mechanisch aufgrund der Temperaturausdehnung und Volumenänderung belastet werden.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Emitterstruktur einen integrierten ASIC auf, der ausgebildet ist, den ersten und zweiten Heizpfad anzusteuern. Hierbei kann beispielsweise eine DC- oder AC-Anregung durch den ASIC induziert werden, wobei beispielsweise eine AC-Anregung im hochfrequenten Bereich (z. B. 100 Megahertz) eine Optimierung des Temperaturprofils ermöglicht. Die Heizelemente der einzelnen Membranen können entsprechend Ausführungsbeispielen auch separat voneinander angesteuert sein, um das Temperaturprofil zu variieren oder allgemein die Temperatur zu variieren. Entsprechend einer vorteilhaften Variante kann mittels des Musters aus dem Heizpfad die Temperatur der Nachbarmembran ermittelt werden, um so die Steuerung gezielter durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zur Herstellung einer Emitterstruktur mit dem zentralen Schritt Ausbilden einer Membrananordnung in einem Substrat umfassend Formen einer ersten Membran mit einem ersten Heizpfad und Formen einer zweiten Membran mit einem zweiten Heizpfad, so dass die erste und die zweite Membran zueinander derart angeordnet sind, dass eine Projektion des ersten Heizpfades und eine Projektion des zweiten Heizpfades auf eine gemeinsame Ebene zumindest teilweise nebeneinanderliegen. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Verfahren auch noch um den vorherigen Schritt des Einbringens eines Grabens oder einer Öffnung erweitert sein, wobei dann der Schritt des Ausbildens der Membrananordnung so ausgeführt wird, dass die erste und/oder die zweite Membran in der Öffnung oder dem Graben angeordnet sind. Wie bereits oben angedeutet, hat das Verfahren den Vorteil, dass mittels diesem auf eine kostengünstige Art und Weise eine Emitterstruktur hergestellt werden kann, die gegenüber sonstigen mittels MEMS-Technologien hergestellten Emitterstrukturen vorteilhafte Messeigenschaften bietet.
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert. Ausführungsbeispiele werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Emitterstruktur gemäß einem Basisausführungsbeispiel;
2a eine schematische Schnittdarstellung einer Emitterstruktur in einem Substrat mit einem Graben gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2b eine schematische Schnittdarstellung einer Emitterstruktur in einem Substrat mit einer Öffnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
3a-3c schematische Teilansichten von Membranen zur Illustration der Anordnung der Heizpfade gemäß Ausführungsbeispielen;
4a u. 4b Diagramme zur Gegenüberstellung eines resultierenden Temperaturprofils bei Emitterstrukturen gemäß Ausführungsbeispielen;
4c ein weiteres Diagramm zur Gegenüberstellung eines resultierenden Temperaturprofils gemäß Ausführungsbeispielen; und
5a-5d Varianten der lateralen Gestaltung von Heizpfaden in Emitterstrukturen gemäß Ausführungsbeispielen.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen im Detail erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleichwirkende Elemente und Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar bzw. austauschbar ist.
1 zeigt eine Emitterstruktur 10 zur Emission von Heizenergie, z. B. Infrarotstrahlung. Die Heizenergie wird in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise in Richtung des Pfeiles IR abgegeben. Die hier dargestellte Emitterstruktur 10 ist schematisch als dreidimensionale Darstellung ohne zusätzliche Elemente wie das Substrat, in welchem die Membrananordnung eingebracht ist, illustriert. Die Emitterstruktur 10 umfasst eine Membrananordnung, wie z. B. einen Membranstapel, der durch die zwei Membranen 12 und 14 gebildet ist. Diese Membranen 12 und 14 sind parallel / im Wesentlichen parallel und überlappend zueinander angeordnet, d. h. zumindest teilweise überlappend oder bevorzugterweise sogar deckungsgleich. An dieser Stelle sei angemerkt, dass auch wenn die Membranen 12 und 14 viereckig dargestellt sind, diese natürlich auch eine runde oder eine andere Freiform aufweisen können. Beide Membranen 12 und 14 sind entsprechend einem Ausführungsbeispiel voneinander beabstandet, so dass dazwischen ein Zwischenraum 13, der z. B. mit einem Gas (z. B. Luft) oder Fluid (allgemein: elektrisch isolierenden Material) gefüllt sein kann, gebildet wird.
Jede der Membranen 12 und 14 weist ein Heizelement in Form eines Heizpfads 12a bzw. 14a auf. Der erste Heizpfad 12a zugehörig zu der ersten Membran 12 verläuft entlang einer beliebigen Form, wie z. B. der hier dargestellten U-Form oder entlang einer Mäanderform auf oder in der zugehörigen ersten Membran 12. Analog hierzu erstreckt sich der zweite Heizpfad 14a ebenfalls entlang der Oberfläche der zugehörigen Membran 14 mit einer beliebigen Form. Beide Heizpfade 12a und 14a sind in lateraler Sicht so geformt, dass diese nicht überlappend angeordnet sind, was nachfolgend anhand der Projektion der zwei Heizpfade 12a und 14a auf eine gemeinsame Ebene GE erläutert wird.
Die Projektion des Heizpfades 12a ist mittels des Bezugszeichens 12a* gekennzeichnet, während die Projektion 14a mit dem Bezugszeichen 14a* gekennzeichnet ist. Die Projektion erfolgt senkrecht zu den Membranen 12 und 14 bzw. senkrecht zu dem Substrat (nicht dargestellt), das die Membrananordnung 12 + 14 der Emitterstruktur 10 beherbergt. Im Resultat liegt also die Projektionsebene GE im Wesentlichen parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrates bzw. zu den Membranen 12 und 14. Wie zu erkennen ist, verlaufen die Projektionsflächen 14a* und 12a* im Wesentlichen nebeneinander bzw. bei diesem Ausführungsbeispiel vollständig nebeneinander. Diese Nebeneinander-Anordnung in der Projektion auf die gemeinsame Ebene GE resultiert daher, da die Heizelemente 12a und 14 deutlich versetzt zueinander angeordnet sind, um bei einer Aktivierung derselben an der obersten Membran eine möglichst homogene Temperaturverteilung zu erreichen, wie nachfolgend noch erläutert werden wird.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es entsprechend Ausführungsbeispielen ausreicht, dass die Projektionen 14a* und 12a* bereichsweise nebeneinander verlaufen, so dass einzelne kleine Überlappungen oder Schnittpunkte der Projektionen 12a* und 14a* denkbar wären, wobei dieser Überlapp beispielsweise aus Kontaktierungsleitungen herrühren kann. Auch wenn es bei diesem Ausführungsbeispiel derart dargestellt wurde, dass zwischen den Projektionen 14a* und 12a* ein Abstand vorliegt, so wäre es selbstverständlich auch möglich, dass diese direkt aneinander angrenzend sind oder sich sogar teilweise überlappen.
Nachdem nun die Emitterstruktur 10 hinsichtlich ihrer Struktur erläutert wurde, wird nachfolgend auf die Funktionsweise eingegangen.
Jeder der Heizpfade 12a und 14a ist leitend (z. B. metallisiert oder dotiert) und emittiert bei Anregung mit einer Spannung (DC oder AC) ein eigenes Temperaturprofil, das grundsätzlich der Form der Leiter 12a und 14a folgt. Dadurch, dass nicht eine Ebene, sondern mehrere Ebenen mit einzelnen Heizpfaden 12a und 14a vorgesehen sind und diese Heizpfade auch örtlich versetzt zueinander liegen, wird an der Abstrahloberfläche die Emitterstruktur 10, z. B. an der Oberfläche der Membran 12 bei Abstrahlung in Richtung IR eine homogene Temperaturverteilung durch Überlagerung der Einzeltemperaturverteilungen erreicht. Mit derartigen Elementen kann eine Temperaturabstrahlung (direkt am Element) im Bereich von Zimmertemperaturen (ab 20 °C) bis zu 600 °C erreicht werden.
Zur gemäße Ausführungsbeispielen bevorzugten Ansteuerung: Die Emitterstruktur 10 bzw. der resultierende Schichtstapel 12 + 14 mit den Heizpfaden 12a und 14a bildet eine Anordnung von Widerstands- und Impedanzelementen, wobei bevorzugterweise die Elemente der unterschiedlichen Schichten parallel geschaltet werden, was eine niederohmige Ansteuerung mit einer entsprechend niedrigen Gesamtleistung ermöglicht. Die Heizelemente können beispielsweise als resistive Elemente ausgebildet sein, so dass durch eine DC- oder eine AC-Anregung eine Temperaturerhöhung bewirkt wird. Alternativ wäre auch eine Auslegung als Impedanzelement möglich, sodass eine AC-Anregung (z. B. im Megahertzbereich) eine Temperaturemission durch das Impedanzelement bewirkt.
Auch wenn bei obigen Ausführungsbeispielen davon ausgegangen wurde, dass Membrananordnung die Membranen 12 und 14 umfasst, kann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen dasselbe Konzept auch mit einer Membran, z. B. einer dicken Membran, realisiert sein, bei welchem auf der Oberseite und auf der Unterseite jeweils eine Heizstruktur (Heizpfad 12a und 14a) vorgesehen ist. Dieser Ansatz der einzelnen Membran als Membrananordnung mit verschiedenen Heizstrukturen in unterschiedlichen Topologien ist aufgrund der einfachen Herstellbarkeit vorteilhaft. Des Weiteren sei angemerkt, dass entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen diese einzelnen Membran bzw. jede Membran auch Heizstrukturen in der Membran selbst, um z.B. einen dritten Heizpfad, auszubilden.
2a zeigt eine Emitterstruktur 10', hier mit 3 bzw. allgemein n Membranen 12', 14' und 16' (Silizium- oder allgemein Halbleitermembranen), die in einem Graben 22 (Trench) des Substrats 20 (Bulksubstrat) angeordnet sind. Unterhalb der untersten Membran 16' wird eine Kavität ausgebildet. Jede Membran 12', 14' und 16' (z. B. Polysiliziummembran) umfasst Heizelemente, die hier mit dem Bezugszeichen 12a' versehen sind. Wie zu erkennen ist, sind die Heizelemente 12a', 14a' und 16a' versetzt zueinander angeordnet, d. h. also die Membranelemente 14a' zwischen den Membranelementen 12a' und das Membranelement 16a' zwischen den Membranelementen 14a'.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird in 2b dargestellt, das die Emitterstruktur 10" zeigt. Diese hat wiederum die drei Membranen 12', 14' und 16' mit den zugehörigen Heizelementen 12a', 14a' und 16a', wobei hier die Membranen 12', 14' und 16' nicht in einem Graben angeordnet sind, sondern in einer Öffnung, die beispielsweise mittels des Boschprozesses in das Substrat 20 eingebracht ist. Die Öffnung ist mit dem Bezugszeichen 24 versehen.
Wie oben bereits angedeutet, sind die Membranen 12', 14' und 16' bevorzugterweise aus Polysilizium, da dieses Material eine hohe Emittivität aufweist. Die Heizelemente 12a', 14a' und 16a' können, wie oben bereits erläutert, als dotierte Bereiche in den Membranen 12', 14' und 16' geformt sein oder auch andere elektrische Elemente mit Heizeigenschaften, d. h. also mit hohem Leistungsverlust in der Struktur umfassen. D. h. also in anderen Worten, dass ein Widerstand, wie auch immer geartet, im Regelfall eingesetzt wird.
Entsprechend Ausführungsbeispielen können die Membranen 12', 14' und 16' Ventilationsöffnungen aufweisen, die hier mit dem Bezugszeichen 12v', 14v' und 16v' kenntlich gemacht sind (vgl. 2a und 2b). Diese Ventilationsöffnungen verbinden die Zwischenräume zwischen den Membranen 12', 14' und 16' miteinander und zusätzlich auch die Zwischenräume mit dem Außenbereich, d. h. also z. B. in Richtung zu der Abstrahlfläche oder in der gegenüberliegenden Richtung zu der Kavität 22 bzw. der Öffnung 24 hin. Diese Ventilationsöffnungen 12v', 14v' und 16v' haben den Zweck, einen Druckausgleich, insbesondere Überdruck, zu ermöglichen, indem das zwischen den Membranen 12', 14' und 16' eingeschlossene Gasvolumen durch die Ventilationsöffnungen 12v', 14v' und 16v' entweichen kann, wenn dieses sich aufgrund der Temperaturausdehnung ausdehnt. Ein weiterer Vorteil, den diese Öffnungen 12v', 14v' und 16v' bieten ist, dass eine thermische Isolation gegenüber dem Substrat 22 verbessern wird, aufgrund dessen, dass durch die Ventilationsöffnungen 12v', 14v' und 16v' die Membran perforiert ist und sozusagen die Wärmebrücke verkleinert wird.
Bezugnehmend auf 3a und 3b wird nun erläutert, wie die geometrische Gestaltung der Heizelemente 12a'' und 14a'' der Emitterstruktur 10" ausgebildet sein kann. Bei dem Ausführungsbeispiel aus 3a und 3b wird davon ausgegangen, dass das erste Heizelement 12a'' als auch das zweite Heizelement 14a'' eine Ringform aufweisen. Hierbei stellt 3a eine dreidimensionale Darstellung der zwei zugehörigen Membranen 12'' und 14'' mit den Heizelementen 12a'' und 14a'' dar, während 3b eine Draufsicht bzw. eine Frontalansicht auf die Projektion zeigt.
Insbesondere in der Projektionsdarstellung ist ersichtlich, dass beide Heizelemente 12a'' und 14a'' ringförmig ineinander verschachtelt sind, wobei allerdings die elektrischen Kontaktierungen (vgl. 12k'' und 14k'') überlappend zueinander angeordnet sind, so dass also ein Berührbereich bzw. Überlappbereich entsteht.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann auch dieser Kontaktierungsbereich versetzt zueinander angeordnet sein, um hier aufgrund der Energiezufuhr Hotspots zu vermeiden. Bei derartigen Anordnungen wäre dann der Kontaktierungsbereich 12k'' an einer unterschiedlichen Position, z. B. über den Umfang der Membran 12''/14'' verteilt, angeordnet als der Kontaktierungsbereich 14k''.
In 3c ist eine Schnittdarstellung durch eine Emissionsstruktur 10''' gezeigt. Da die Heizelemente 12a''' und 14a''' und auch die Membranen 12''' und 14''' rotationssymmetrisch sind, ist hier nur ein Ausschnitt um die Rotationsachse 12r, 14r dargestellt. Im äußeren Bereich sind die Membranen 12''' und 14''' von dem Substrat 20''' gehalten.
Bezüglich der Dimensionierung sei exemplarisch darauf hingewiesen, dass hier davon ausgegangen wird, dass jede Membran eine Stärke im 100 nm-Bereich aufweist, , während die Höhe der Kavität sich über einen Bereich von mehrere 100 µm erstreckt. Die zwei Membranen sind voneinander wenige μm beabstandet, wobei diese einen Durchmesser von einigen 100 µm haben. Jede Leiterbahn hat in etwa eine Breite von einigen 10 µm. Alle diese Angabe sind als Wertebereiche zu verstehen, so dass also die Membran einen Durchmesser von 100 bis 3000 µm hat, und die Kavität eine Tiefe von 100 bis 1000 µm aufweisen kann. Ebenso kann die Dicke jeder Membran im Bereich von 100 nm bis 2000 nm variieren, wobei dann auch der Abstand in der Größenordnung von 1 µm bis 5 µm variieren würde. Die gewählten Durchmesser der Leiterbahnen der Heizelemente hängen im Wesentlichen von der gewünschten Impedanz ab und kann zwischen 5 und 300 µm variieren.
Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 4a eine mögliche Temperaturverteilung ausgehend von der Emissionsstruktur 10''' diskutiert, wobei darauf hingewiesen ist, dass die Heizelemente 12a''' und 14a''' bei 600 °C beheizt werden. Wie dargestellt wird vorteilhaft erreicht, dass das Substrat 20 eine signifikant kleinere Temperatur, z. B. Raumtemperatur von 25 °C hat (im Allgemeinen mindestens 10-mal kleiner) hat.
In 4a ist mit dem Bezugszeichen T12 das Temperaturprofil ausgehend von nur der oberen Membran 12''' dargestellt. Wie zu erkennen ist, hat dieses Temperaturprofil T12 das Maximum M12 im äußeren Bereich. Das mit dem Bezugszeichen T14 + T12 illustrierte Temperaturprofil resultierend aus einem parallelen Betrieb der Heizelement 12a''' und 14''' ist im Vergleich zu dem Temperaturprofil T12 signifikant erhöht, wobei auch ein zusätzliches Maximum M14 + M12 erhalten wird. In 4b ist der durch die Multi-Dualmembran 10''' eingebrachte zusätzliche Energiegewinn mittels einer Schraffur kenntlich gemacht (vgl. Bezugszeichen E12 + E14).
4c zeigt die optische Energie, aufgetragen über die Wellenlänge für ein homogenes Heizelement (vgl. Kurve mit den Punkten), ein Standard Single Heizelement (vgl. Linie mit den Strichen) sowie das optimierte Heizelement mit den zwei bzw. den mehreren Membranen. Wie zu erkennen ist, nähert sich die optische Energie bei der Wellenlänge λ1 dem homogenen Heizelement an, so dass im Vergleich zu dem Standardheizelement eine signifikante Verbesserung erzielt werden kann.
Bezugnehmend auf 5a bis 5d werden nun Muster erläutert, in welchen die Heizelemente 12a bzw. 14a aus 1 oder auch aus den anderen Ausführungsbeispielen angeordnet sein können.
5a zeigt die Emitterstruktur 10'''' bzw. die Draufsicht auf die zugehörigen Membranen 12'''' und 14''''. Wie zu erkennen ist, umfasst jede Membran einen mäanderförmigen Heizer der mit dem Bezugszeichen 12a'''' bzw. 14a'''' versehen ist. Die zwei mäanderförmigen Heizer 12a'' und 14a'' sind um 90 ° zueinander versetzt, was den Vorteil bietet, dass eine große Fläche mit dem resultierenden Abstrahlmuster erreicht wird. Des Weiteren sind auch die Anschlüsse unterschiedlich orientiert.
5b zeigt eine Emitterstruktur 10''''' mit den zwei Heizelementen 14a''''' und 12a''''', wobei beide Heizelemente 12a''''' und 14a''''' als sogenannte Ringmäander ausgeführt sind. Hierbei ist der Ringmäander 14a''''' in Bezug auf seinen Durchmesser kleiner als der Ringmäander 12a'''''. Hierbei ist auch vorteilhafterweise zu erwähnen, dass die zwei Ringmäander 12a''''' und 14a''''' ihre Kontaktierungen jeweils auf unterschiedlichen Seiten haben, so dass hier auch keine Hotspots entstehen können.
5c zeigt eine Emitterstruktur 10'''''' mit zwei ringförmigen Elementen 12a'''''' und 14a''''''', wobei in einer vergrößerten Darstellung gezeigt ist, dass das Heizelement selber durch einen niedrigdotierten Bereich gebildet ist, während der das Heizelement umgebende Bereich durch einen hochdotierten Bereich geformt werden kann.
5d zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem je Membrane zwei (oder ggf. mehr) Heizelemente 14a''''''' und 14b''''''' bzw. 12a''''''' und 12b''''''' vorgesehen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird deutlich, dass je Membran mehrere Heizelemente nebeneinander angeordnet sein können.
An dieser Stelle sei angemerkt, auch wenn bei obigen Ausführungsbeispielen immer davon ausgegangen wurde, dass die Heizbahn als Bahn ausgeführt ist, auch flächige Elemente, wie z. B. Heizplatten vorgesehen sein können.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann zusätzlich auf der Abstrahlseite, d. h. beispielsweise bei der Emitterstruktur 10 aus 1 auf der Membran 12 eine zusätzliche Abstrahlmembran vorgesehen sein. Diese kann im Vergleich zu der Membran 12 höhere Emissionseigenschaften aufweisen, die dann vorteilhafterweise das Abstrahlmuster noch homogener verteilen. Ein geeignetes Material für diese weitere (Abstrahl-) Membran ist Polysilizium wegen der verbesserten Abstrahleigenschaften im Vergleich zu Standardsiliziummembranen.
Auch wenn bei obigen Ausführungsbeispielen immer davon ausgegangen wurde, dass über die Membran 12 abgestrahlt wird, so kann auch über die untere Membran die Temperaturabstrahlung erfolgen.
Bezugnehmend auf die Dimensionierung der Membranen und die Wahl der Füllung für die Zwischenräume, sei angemerkt, dass über diese die Eigenschaften des Elements (thermische Kapazität und Reaktionszeit) angepasst werden können. Wenn z. B. in dem Zwischenraum ein Fluid oder ein Feststoff vorhanden ist, wird die optische Reaktionszeit reduziert, da sich auch die thermische Kapazität reduziert.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Sensorsystem (PAS-Sensor-System oder einen NDIR-Sensor-System mit einer Emitterstruktur, wie sie oben erläutert wurde. Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren, das im Wesentlichen die Schritte des Anordnens der Membranen mit den Heizelementen derart, dass die Heizelemente nicht überlappen, d. h. bevorzugt nebeneinander angeordnet sind. Bei diesem Herstellungsverfahren sind herkömmliche MEMS-Herstellungstechnologien, wie sie z. B. für die Mikrophonherstellung verwendet werden, einsetzbar.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Struktur mit einem ASIC verbunden sein bzw. allgemein mit einer Steuerung, über die die einzelnen Elemente aktiviert und deaktiviert oder geregelt werden können. Durch Anpassung der Leistung je Heizelement kann das thermische Profil und damit auch die optische Abstrahlcharakteristik/Abstrahlmuster angepasst werden. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass die unterschiedlichen Heizelemente in unterschiedlichen Ebenen unterschiedlich angesteuert werden oder auch, dass ausgehend von einem Temperatursensor auf einer Ebene die Temperatur des Heizers der anderen Ebene überwacht wird, um so eine Steuerung durchzuführen.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.

Claims

Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') mit folgenden Merkmalen: einem Substrat mit einer Membrananordnung, die zumindest eine erste Membran (12, 12', 12'', 12'''), einen ersten Heizpfad (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und einen zweiten Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') umfasst, wobei der erste Heizpfad (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und der zweite Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') in unterschiedlichen Substratebenen angeordnet sind und so zueinander positioniert sind, dass eine Projektion des ersten Heizpfades (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und eine Projektion des zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') auf eine gemeinsame Ebene (GE) zumindest teilweise nebeneinander in der gemeinsamen Ebene (GE) liegen; wobei die Emitterstruktur mit einer Steuerung gekoppelt ist, die ausgebildet ist, den ersten Heizpfad (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und den zweiten Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b'''' 14b'''''', 14b'''''') einzeln zu aktivieren, zu deaktivieren und/oder zu regeln, wobei die Projektion des ersten Heizpfades (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und die Projektion des zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') zumindest in einem Bereich entlang des ersten und zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') aneinander angrenzend sind.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß Anspruch 1, wobei die Membrananordnung die erste Membran (12, 12', 12'', 12''') mit dem ersten Heizpfad (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') auf einer ersten Hauptoberfläche der ersten Membran (12, 12', 12'', 12''') und dem zweiten Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') auf einer zweiten, zu der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden Hauptoberfläche der erste Membran (12, 12', 12'', 12''') aufweist.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß Anspruch 1, wobei die Membrananordnung die erste Membran (12, 12', 12'', 12''') mit dem ersten Heizpfad (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a'''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b'''', 12b'''''', 12b''''''') und eine zweite Membran (14, 14', 14'', 14''') mit einen zweiten Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b''''', 14b'''''') aufweist, wobei die erste Membran (12, 12', 12'', 12''') und die zweite Membran (14, 14', 14'', 14''') in unterschiedlichen Substratebenen angeordnet sind, um den ersten Heizpfad (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''', 12b', 12b'', 12b''' 12b'''', 12b''''' 12b'''''', 12b''''''') und den zweiten Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') in unterschiedlichen Substratebenen anzuordnen.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Projektion des ersten Heizpfades (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''', 12b', 12b'', 12b''' 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') gegenüber der Projektion des zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b'''', 14b'''''', 14b'''''') zumindest in einem Bereich entlang des ersten und zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a''. 14a'''. 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') voneinander beabstandet ist.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Projektion des ersten Heizpfades (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''', 12b', 12b'', 12b''' 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und die Projektion des zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b''''''') zumindest in einem weiteren Bereich entlang des ersten und zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b''''''') einander überlappend sind.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Membran (12, 12', 12'' 12''') einen Emissionsbereich bildet, der ausgebildet ist, um Infrarotstrahlung zu emittieren.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''', 10''''''') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Projektionsfläche des ersten Heizpfades (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') zusammen mit einer Projektionsfläche des zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') eine größere Projektionsfläche bildet als die Projektionsfläche des ersten oder des zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a'''''''. 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') alleine.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß Anspruch 7, wobei eine Projektionsfläche des ersten und zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a'''. 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''' 14b'''''', 14b'''''') auf die gemeinsame Ebene (GE) zusammen 1,3-mal, 1,5-mal oder 2,0-mal so groß ist, wie eine Projektionsfläche des ersten Heizpfades (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''' 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') oder eine Projektionsfläche des zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a'''. 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''' 14b'''''', 14b''''''').
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Substrat (20, 20''') eine Öffnung (24) umfasst, in welcher die Membrananordnung angeordnet ist.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Substrat (20, 20''') einen Graben (22) umfasst, in welchem die Membrananordnung angeordnet ist, wobei die die zweite Membran (12, 12', 12'', 12'''; 14, 14', 14'', 14''') zusammen mit dem Graben (22) eine Kavität bilden.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die erste Membran (12, 12', 12'', 12''') und die zweite Membran (14, 14', 14'', 14''') voneinander beabstandet sind, so dass ein Zwischenraum (13) zwischen der ersten Membran (12, 12', 12'', 12''') und der zweiten Membran (14, 14', 14'', 14''') geformt wird.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß Anspruch 11, wobei der Zwischenraum (13) mit einem Gas gefüllt ist.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei zumindest eine der ersten und der zweiten Membran (12, 12', 12'', 12'''; 14, 14', 14'', 14''') eine Ventilationsöffnung umfassen, so dass ein im Zwischenraum (13) eingeschlossenes Gasvolumen bei Expansion desselben nach außen entweichen kann; und/oder wobei das Substrat (20, 20''') eine Ventilationsöffnung für den Zwischenraum (13) umfasst, so dass ein eingeschlossenes Gasvolumen bei Expansion desselben nach außen entweichen kann.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß einem der Ansprüche 3 bis 13, wobei die Emitterstruktur eine dritte Membran mit einem dritten Heizpfad aufweist, wobei der dritte Heizpfad gegenüber zumindest einem der ersten und der zweiten Heizpfade (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') so angeordnet ist, dass eine Projektion des dritten Heizpfades auf die gemeinsame Ebene (GE) neben der Projektion des zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') und/oder neben der Projektion des ersten Heizpfades (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') liegt.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Heizpfad (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und/oder zweite Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') eine Ringform aufweist; oder wobei der erste Heizpfad (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und/oder der zweite Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''' 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') eine Mäanderform aufweist.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Membrananordnung eine weitere Membran aufweist, die ausgebildet ist, um eine Wärmeenergie, welche durch den ersten und/oder den zweiten Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a''''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') induziert ist, über eine laterale Fläche der weiteren Membran zu verteilen und Infrarotstrahlung zu emittieren.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und/oder der zweite Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') eine Dotierung umfassen.
Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerung einen ASIC umfasst.
Nicht-dispersiver Infrarotsensor-System mit einem Infrarotsensorelement und einer Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die ausgebildet ist, um eine Infrarotstrahlung zu emittieren.
Photoakustisches Spektroskopie-System zur Gasdetektion mit einem Infrarotsensorelement und einer Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10''''''') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die ausgebildet ist, um eine Infrarotstrahlung zu emittieren.
Verfahren zur Herstellung einer Emitterstruktur (10, 10', 10'', 10''', 10'''', 10''''', 10'''''' 10'''''''), mit folgenden Merkmalen: Ausbilden einer Membrananordnung in einem Substrat (20, 20''') umfassend zumindest eine erste Membran (12, 12', 12'', 12'''), einen ersten Heizpfad (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und einen zweiten Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''' 14b'''''', 14b'''''''), wobei der erste Heizpfad (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b, 12b''''''') und der zweite Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') in unterschiedlichen Substratebenen angeordnet sind und so zueinander positioniert sind, dass eine Projektion des ersten Heizpfades (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''', 12b', 12b'', 12b''' 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und eine Projektion des zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a'''. 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''' 14b'''''', 14b'''''') auf eine gemeinsame Ebene (GE) zumindest teilweise nebeneinander in der gemeinsamen Ebene (GE) liegen; wobei die Emitterstruktur mit einer Steuerung gekoppelt ist, die den ersten Heizpfad (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und den zweiten Heizpfad (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') einzeln aktiviert, deaktiviert und/oder regelt, wobei die Projektion des ersten Heizpfades (12a, 12a', 12a'', 12a''', 12a'''', 12a''''', 12a'''''', 12a''''''' 12b', 12b'', 12b''', 12b'''', 12b''''', 12b'''''', 12b''''''') und die Projektion des zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') zumindest in einem Bereich entlang des ersten und zweiten Heizpfades (14a, 14a', 14a'', 14a''', 14a'''', 14a''''', 14a'''''', 14a''''''', 14b', 14b'', 14b''', 14b'''', 14b''''', 14b'''''', 14b'''''') aneinander angrenzend sind.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei das Verfahren den Schritt des Einbringens eines Grabens (22) oder einer Öffnung (24) vor dem Ausbilden der Membrananordnung umfasst, wobei der Schritt des Ausbildens der Membrananordnung so ausgeführt ist, dass die Membrananordnung in der Öffnung (24) oder dem Graben (22) angeordnet ist.