DE102019123874A1

DE102019123874A1 - Vorrichtung zur Bestimmung einer thermophysikalischen Eigenschaft eines Gases

Info

Publication number: DE102019123874A1
Application number: DE102019123874.9A
Authority: DE
Inventors: Alexandre Mehdaoui; Christof Huber; Fabio Schraner; Josua Ritter; Luis Guillermo Villanueva
Original assignee: TrueDyne Sensors AG
Current assignee: TrueDyne Sensors AG
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2021-03-11

Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung einer thermophysikalischen Eigenschaft, insbesondere einer Dichte und/oder einer Viskosität eines Gases, aufweisend:- zumindest einen Kragbalken (20) mit einem Schwingungsbereich (21) der zum Anregen einer Schwingung mit einer ersten Frequenz dient und der dem Gas aussetzbar ist, wobei zumindest in dem Schwingungsbereich (21) ferner ein erster piezoelektrischer Wandler (30) aufgebracht ist, der den Schwingungsbereich (21) des ersten Kragbalkens (20) mit der ersten Frequenz zum Schwingen anregt;- zumindest ein auf dem Schwingungsbereich (21) ausgebildetes Temperatursensorelement (40) mit einem temperaturabhängigen Widerstandswert zum Erfassen einer Temperatur des Gases;- eine Auswerte- und/oder Recheneinheit (50), die dazu eingerichtet ist, den temperaturabhängigen Widerstandswert in einen entsprechenden Temperaturwert zu wandeln und zumindest anhand der Frequenz und der Schwingungsgüte die thermophysikalische Eigenschaft des Gases bei dem Temperaturwert zu bestimmen und auszugeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung einer thermophysikalischen Eigenschaft, insbesondere einer Dichte und/oder einer Viskosität eines Gases.
Die Bestimmung von thermophysikalischen Eigenschaften von Gasen gewinnt nicht nur in der Laborautomatisierung sondern auch im Bereich der industriellen Automatisierung zunehmend an Bedeutung. Thermophysikalische Eigenschaften sind hierbei physikalische Eigenschaften eines Gases, die insbesondere durch die Temperatur beeinflusst werden. Beispiele von derartigen thermophysikalischen Eigenschaften sind die Dichte und die Viskosität des Gases. Aber auch für andere Prozessgrößen wird die Temperatur benötigt, wie beispielsweise zur Bestimmung der relativen Luftfeuchte aus der absoluten Luftfeuchte eines Gases
Die Information über die Dichte und die Viskosität des Gases ist für einen in einer Automatisierungsanlage ablaufenden Prozess wichtig, um beispielsweise Korrekturen an den Prozessparametern vorzunehmen. Aus Dichte und Viskosität lassen sich Rückschlüsse auf die Art des Gases oder die Zusammensetzung eines Gasgemisches machen. Aber auch für eine Charakterisierung und/oder zur Diagnose des Prozesses ist die Kenntnis der thermophysikalischen Eigenschaften des Gases hilfreich. So lässt sich daraus beispielsweise der Energiegehalt eines Brenngases bestimmen. Das Patent EP3362790B1 beispielsweise offenbart ein Verfahren zum Bestimmen von Eigenschaften eines kohlenwasserstoffhaltigen Gasgemisches.
Um die thermophysikalischen Eigenschaften des Gases möglichst präzise bestimmen zu können, ist die Kenntnis der genauen Temperatur des Gases am Ort wo die eigentliche Messung der thermophysikalischen Eigenschaft des Gases stattfindet notwendig. Üblicherweise werden hierzu eine Temperatursensorelement und ein davon beabstandeter Sensor zur Bestimmung der thermophysikalischen Eigenschaft, beispielsweise ein Dichtesensor und/oder ein Viskositätssensor in die Messstelle eingebracht. Eine Messung der Temperatur genau an dem Ort wo auch der Sensor zur Bestimmung der thermophysikalischen Eigenschaft misst, ist jedoch nicht möglich, sodass die Ermittlung der thermophysikalischen Eigenschaft des Gases anhand der durch das Temperatursensorelement bestimmten Temperatur relativ ungenau ist. Die genaue Kenntnis der Temperatur am eigentlichen Ort wo die thermophysikalische Eigenschaft bestimmt wird ist umso wichtiger je kleiner der Sensor bzw. das Sensorelement zur Bestimmung der thermophysikalischen Eigenschaft wird. Insbesondere bei Halbleiter-Sensoren, die durch mikromechanische Verfahren hergestellt werden, ist die genaue Kenntnis der Temperatur am Ort der eigentlichen Messung der thermophysikalischen Eigenschaft von großem Vorteil, da aufgrund der kleinen Dimensionen es leicht zu Beeinflussungen kommen kann, beispielsweise durch die Erwärmung elektronsicher Bauteile auf einer Platine.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen wie thermophysikalische Eigenschaften von Gasen noch genauer bzw. präziser ermittelt werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung einer thermophysikalischen Eigenschaft, insbesondere einer Dichte und/oder einer Viskosität eines Gases umfasst:

- zumindest einen aus einem Halbleiter-Wafer, insb. einem SOI-Wafer hergestellten ersten Kragbalken mit einem Schwingungsbereich der zum Anregen einer Schwingung mit einer ersten Frequenz dient und der dem Gas aussetzbar ist, wobei in dem Schwingungsbereich zumindest eine Isolationsschicht auf den ersten Kragbalken aufgebracht ist, wobei zumindest in dem Schwingungsbereich ferner ein erster piezoelektrischer Wandler aufgebracht ist, der den Schwingungsbereich des ersten Kragbalkens mit der ersten Frequenz zum Schwingen anregt, wobei der erste piezoelektrische Wandler aus einer, vorzugsweise Aluminium-Nitrid aufweisenden piezoelektrischen Schicht, die zwischen einer ersten auf die Isolationsschicht aufgebrachten, elektrisch leitfähigen, vorzugsweise Platin aufweisenden Elektrodenschicht und einer zweiten elektrisch leitfähigen, vorzugsweise Platin aufweisenden Elektrodenschicht ausgebildet ist,

- zumindest ein auf dem Schwingungsbereich, vorzugsweise aus zumindest einer der beiden Elektrodenschichten ausgebildetes Temperatursensorelement mit einem temperaturabhängigen Widerstandswert zum Erfassen einer Temperatur des Gases;
- eine Auswerte- und/oder Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, den temperaturabhängigen Widerstandswert in einen entsprechenden Temperaturwert zu wandeln und zumindest anhand der Frequenz und der Schwingungsgüte die thermophysikalische Eigenschaft des Gases bei dem Temperaturwert zu bestimmen und auszugeben.

Der aus dem Halbleiter-Wafer mikromechanisch gefertigte Kragbalken (Cantilever) besteht aus einem beweglichen und einem unbeweglichen/festen Bereich. Der bewegliche Teil ist vorzugsweise in Form einer rechteckigen stabförmigen Struktur (Träger) ausgebildet, die länger als breit ist und eine Dicke aufweist, die kleiner als ihre Länge und/oder Breite ist. Der bewegliche Bereich wird durch einen piezoelektrischen Wandler zum Schwingen angeregt, weswegen er nachfolgend auch als Schwingungsbereich bezeichnet wird. Beispielsweise kann der Kragbalken eine Dicke im Bereich von 2 - 20 Mikrometern, vorzugsweise 5 - 10 Mikrometern, eine Breite im Bereich von 50 - 400 Mikrometern, vorzugsweise im Bereich von 100 - 300 Mikrometern, besonders bevorzugt im Bereich von 100- 200 Mikrometern und eine Länge im Bereich von 200 - 1000 Mikrometern, vorzugsweise im Bereich von 500 - 700 Mikrometern, bevorzugt von 300, 500, 600 oder 700 Mikrometern aufweisen.
Erfindungsgemäß weist der Schwingungsbereich ein Temperatursensorelement zur Bestimmung der Temperatur des Gases auf, welches vorzugsweise aus einer der beiden Elektrodenschichten ausgebildet wird, die auch zur Ausbildung eines piezoelektrischen Wandlers verwendet werden. Dadurch, dass das Temperatursensorelement auf dem Schwingungsbereich ausgebildet ist, wird die Temperatur genau an dem Ort bestimmt, wo auch die eigentliche Messung der thermophysikalischen Eigenschaft erfolgt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass auf dem Schwingungsbereich, vorzugsweise aus der anderen der beiden Elektrodenschichten zusätzlich ein Heizelement ausgebildet ist und die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, das Heizelement so anzusteuern, dass es auf einen vorgegebene Temperaturwert heizt. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, das Heizelement anhand des Temperaturwertes auf den vorgegebenen Temperaturwert zu regeln.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ferner eine hygroskopische Schicht zur Aufnahme von Wassermolekülen oder eine ein Adsorptionsmittel umfassende Schicht zur Aufnahme von Spurengasmolekülen aufweisen, wobei die hygroskopische Schicht oder die das Adsorptionsmittel umfassende Schicht vorzugsweise auf der als Heizelement ausgebildeten Elektrodenschicht zumindest in dem Schwingungsbereich des ersten Kragbalkens aufgebracht ist. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die hygroskopische Schicht ein Hydrogel, ein Zeolith oder ein Silikagel aufweist oder die das Adsorptionsmittel umfassende Schicht ein Molekularsieb, insbesondere ein Zeolith, ein mesoporöses Silikat, ein Silikagel, eine Aktivkohle und/oder ein organisches Polymer aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass die Elektrodenschicht, die als Temperatursensorelement mit einem temperaturabhängigen Widerstandswert ausgebildet ist, so ausgeführt ist, dass diese Elektrodenschicht einen größeren Widerstandswert aufweist als die andere, vorzugsweise als Heizelement ausgebildete E lektrodensch icht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, das Heizelement so zu erhitzen, dass Wassermoleküle aus der hygroskopischen Schicht oder Moleküle des Spurengases aus der das Adsorptionsmittel umfassenden Schicht in mindestens einem Ausheizvorgang entfernt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ferner einen aus dem Halbleiter-Wafer, insb. einem SOI-Wafer hergestellten weiteren Kragbalken mit einem weiteren Schwingungsbereich der zum Anregen einer Schwingung mit einer weiteren Frequenz dient und der dem Gas aussetzbar ist aufweisen, wobei in dem weiteren Schwingungsbereich zumindest eine weitere Isolationsschicht auf den weiteren Kragbalken aufgebracht ist, wobei zumindest in dem weiteren Schwingungsbereich ferner ein weiterer piezoelektrischer Wandler aufgebracht ist, der den weiteren Schwingungsbereich des weiteren Kragbalkens mit der weiteren Frequenz zum Schwingen anregt, wobei der weitere piezoelektrische Wandler aus einer, vorzugsweise Aluminium-Nitrid aufweisenden weiteren piezoelektrischen Schicht, die zwischen einer ersten auf die weitere Isolationsschicht aufgebrachten, elektrisch leitfähigen, vorzugsweise Platin aufweisenden weiteren Elektrodenschicht und einer zweiten elektrisch leitfähigen, vorzugsweise Platin aufweisenden weiteren Elektrodenschicht ausgebildet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, die erste Frequenz in Relation zu der weiteren Frequenz zu setzen, um eine absolute Luftfeuchte oder ein Spurengasanteil des Gases zu bestimmen. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, anhand einer relativen zeitlichen Ableitung der weiteren Frequenz bezogen auf eine zeitliche Ableitung der ersten Frequenz die absolute Luftfeuchte oder den Spurengasanteil des Gases zu bestimmen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, anhand einer Differenzbildung, in die die erste Frequenz und die zweite Frequenz eingeht, die absolute Luftfeuchte oder den Spurengasanteil des Gases zu bestimmen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass der erste und der weitere Kragbalken derartig ausgebildet sind, dass eine Länge des Schwingungsbereichs des ersten Kragbalkens länger ist als eine Länge des Schwingungsbereichs des weiteren Kragbalkens, sodass der erste Schwingungsbereich mit der ersten Frequenz und der weitere Schwingungsbereich mit der zweiten, davon abweichenden Frequenz schwingt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ferner ein weiteres Temperatursensorelement zum Erfassen einer weiteren Temperatur des Gases aufweisend, wobei zumindest eine der beiden weiteren Elektrodenschichten des weiteren piezoelektrischen Wandlers als weiteres Temperatursensorelement mit einem weiteren temperaturabhängigen Widerstandswert ausgebildet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass wenigstens eines der Temperatursensorelemente und/oder der Heizelemente eine im Wesentlichen mäanderförmige Struktur aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass wenigstens ein der Temperatursensorelemente und/oder das Heizelemente durch einen Lift-off Prozess hergestellt sind bzw. werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Temperatur- oder Heizelement in der ersten (unteren) Elektrodenschicht mit einem Lift-off Prozess hergestellt ist, sodass ungewollte Kurzschlüsse zur zweiten (oberen) Elektrodenschicht vermieden werden können.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass der erste und weitere Kragbalken auf einem gemeinsamen Chip ausgebildet sind und vorzugsweise derartig aus dem Halbleiter-Wafer, insb. dem SOI-Wafer hergestellt sind, dass der Schwingungsbereich des ersten und/oder weiteren Kragbalkens frei über einer in den Halbleiter-Wafer eingebrachte Kavität liegt bzw. liegen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass der erste und weitere Kragbalken auf unterschiedlichen Chips ausgebildet sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass das erste und/oder das weitere Temperatursensorelement an einem freien Ende des ersten oder weiteren Schwingungsbereichs angeordnet ist und vorzugsweise eine Fläche von ca. 1/3 einer Gesamtfläche des ersten oder weiteren Schwingungsbereichs einnimmt, wobei der erste oder weitere piezoelektrische Wandler eine restliche Fläche des ersten oder weiteren Schwingungsbereichs einnimmt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung zur Bestimmung einer thermophysikalischen Eigenschaft, wie beispielsweise einer Dichte und/oder einer Viskosität, eines Gases,
2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung zur Bestimmung einer thermophysikalischen Eigenschaft, wie beispielsweise einer Dichte und/oder einer Viskosität, bei der zusätzlich ein Heizelement auf dem Schwingungsbereich ausgebildet ist,
3 a) ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung zur Bestimmung einer thermophysikalischen Eigenschaft, bei dem die Vorrichtung zwei Kragbalken aufweist,
3 b) ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung zur Bestimmung einer thermophysikalischen Eigenschaft, bei dem die Vorrichtung zwei Kragbalken aufweist,
3 c) ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung zur Bestimmung einer thermophysikalischen Eigenschaft, bei dem die Vorrichtung zwei Kragbalken aufweist, und
4 einen exemplarischen Schichtaufbau eines einzelnen Kragbalkens.

Die Vorrichtung umfasst zumindest einen mikromechanisch gefertigten Kragbalken 20, ein Temperatursensorelement 40, welches auf dem Kragbalken 20 ausgebildet ist und eine Auswerte- und/oder Recheneinheit 50.
Der Kragbalken 20 ist aus einem Halbleiter-Wafer 10 mittels in der Mikrotechnik üblicher mikromechanischer Verfahren hergestellt. Der Kragbalken 20 weist einen festen Bereich 22 und einen daran angrenzenden Schwingungsbereich 21 auf, der zum Anregen einer Schwingung mit einer ersten Frequenz f1 (Resonanzfrequenz) dient. Der Schwingungsbereich 21 ist dabei derartig auf dem Halbleiter-Wafer 10 ausgebildet, dass er frei über einer aus dem Halbleiter-Wafer heraus präparierten, insbesondere geätzten Kavität 11 steht. Auf den Schwingungsbereich 21 ist ein piezoelektrischer Wandler aufgebracht, über den der Schwingungsbereich 21 mit der ersten Frequenz f1 anregbar ist. Hierzu umfasst der piezoelektrische Wandler 30 eine piezoelektrische Schicht 31, die zwischen einer unteren und einer oberen als Elektrode dienende Elektrodenschicht 32, 33 ausgebildet ist. Die Elektrodenschichten 32, 33 sind über auf dem Wafer ausgebildete Leiterbahnen 34, 35 elektrisch kontaktierbar. Über die Leiterbahnen 34, 35 kann die Auswerte- und/oder Recheneinheit ein Wechselspannungssignal mit der ersten Frequenz an die als Elektroden dienenden Elektrodenschichten anlegen, sodass der piezoelektrische Wandler den Schwingungsbereich des Kragbalkens zum Schwingen anregt. Über den Schwingungsbereich wird im eigentlichen Messbetrieb ein Gas geführt. In 1 bis 3 c) ist die Strömung des Gases exemplarisch durch einen Pfeil angedeutet und strömt jeweils von links nach rechts. Grundsätzlich ist jedoch anzumerken, dass das Gas nicht zwingend strömen muss, sondern auch „stehen“ kann. Der Kragbalken 20 liegt vorzugsweise als ein aus dem Wafer 10 vereinzelter Chip 12 vor.
Erfindungsgemäß ist auf dem Schwingungsbereich 21 des Kragbalkens 20 ein Temperatursensorelement 40 ausgebildet. Insbesondere kann einer der beiden Elektrodenschichten 32, 33 zusätzlich auch als Temperatursensorelement 40 ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Temperatursensorelement 40 in einem vorderen Drittel des Schwingungsbereichs des Kragbalkens 20 aus der Elektrodenschicht ausgebildet sein. Der restliche Teil der Elektrodenschicht dient als Elektrode zur Anregung der piezoelektrischen Schicht. Die als Temperatursensorelement 40 dienende Elektrodenschicht ist aus einem Material mit einem temperaturabhängigen Widerstandswert, beispielsweise Platin, ausgebildet. Ferner ist das Temperatursensorelement 40 so ausgestaltet bzw. strukturiert, dass es bei einer Referenztemperatur, beispielsweise bei Raumtemperatur (20°C) einen definierten Widerstandswert aufweist. Beispielsweise kann das Temperatursensorelement 40 eine mäanderförmige Struktur aufweisen, wie dies z.B. bei PT100 oder PT1 000-Temperatursensorelementen der Fall ist. Beispielsweise kann die Elektrodenschicht des Temperatursensorelements so strukturiert sein, dass sie einen Widerstandswert zwischen 500-3000 Ohm bei einer Referenztemperatur von 20°C aufweist. Der Widerstandswert des Temperatursensorelements ändert sich in Abhängigkeit der Temperatur des vorbeiströmenden Gases, sodass über den Widerstandswert die Temperatur des Gases ermittelbar ist.
Um eine Kurzschlussbildung durch ein Überstehen der Kanten der Elektrodenschicht zu verhindern, kann die erste Elektrodenschicht optional mittels eines Lift-off Prozessschrittes hergestellt bzw. strukturiert sein. Alternativ kann die Elektrodenschicht aber auch durch in der Mikrotechnik übliche andere photolithographische Verfahren und einem daran anschließenden Ätzverfahren hergestellt sein. Zur Kontaktierung des Temperatursensorelements können ebenfalls Leiterbahnen 41, 42 auf dem Chip vorgesehen sein.
Über die Leiterbahnen 41, 42 ist das Temperatursensorelement 40 mit der Auswerte- und/oder Recheneinheit elektrisch kontaktierbar. Die Auswerte- und/oder Recheneinheit 50, ist dazu eingerichtet, einen Widerstandswert des Temperatursensorelementes zu erfassen und daraus einen Temperaturwert abzuleiten.
Zur Bestimmung der Dichte des Gases ist die Auswerte- und/oder Recheneinheit 50 dazu eingerichtet, die erste Frequenz f1 und der Güte der Schwingung (Schwingungsgüte) dahingehend auszuwerten, dass anhand dieser zwei Größen die Dichte des Gases bestimmt wird. Dies kann bspw. derart erfolgen, dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit 50 eine zeitliche Veränderung der Frequenz f1 und der Schwingungsgüte aufgrund einer Dichteänderung des Gases mit Hilfe eines mathematisch-physikalischen Modells in eine entsprechende Dichte umwandelt.
Ergänzend oder alternativ kann zur Bestimmung der Viskosität des Gases die Auswerte- und/oder Recheneinheit 50 ferner dazu eingerichtet sein, anhand der Güte (Schwingungsgüte) und der Frequenz des mechanischen Schwingers die Viskosität zu bestimmen. Hierbei wird ausgenutzt, dass je höher die Viskosität des Gases ist, desto höher ist auch die Bedämpfung des Schwingkreises. Die Bedämpfung des piezoelektrischen Wandlers zur Bestimmung der Güte des Schwingkreises kann auf unterschiedliche Weise gemessen werden. So kann die Auswerte- und/oder Recheneinheit 50 bspw. dazu eingerichtet sein, die Leistungszufuhr, die benötigt wird, um den Schwingkreis mit einer konstanten Amplitude schwingen zu lassen, zu ermitteln, umso die Güte zu bestimmen.
Aufgrund der auf diese Weise bestimmten Dichte und/oder Viskosität des Gases und des ebenfalls ermittelten Temperaturwertes kann die Auswerte- und/oder Recheneinheit 50 die Dichte und/oder Viskosität zusammen mit dem Temperaturwert bei dem die Dichte und/oder Viskosität bestimmt wurde, ausgeben.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung zur Bestimmung einer thermophysikalischen Eigenschaft, wie beispielsweise einer Dichte und/oder einer Viskosität, bei der zusätzlich ein Heizelement 60 auf dem Schwingungsbereich 21 ausgebildet ist. Das Heizelement 60 ist vorzugsweise aus der anderen Elektrodenschicht als das Temperatursensorelement 40 ausgebildet. Auch hier kann, um ein Überstehen der Kanten der Elektrodenschicht zu verhindern, und somit auch die Bildung eines Kurzschlusses zu verhindern, die Elektrodenschicht optional mittels eines Lift-off Prozessschrittes hergestellt bzw. strukturiert sein.
Die Auswerte- und/oder Recheneinheit 50 kann ferner dazu eingerichtet sein, das Heizelement 60 so anzusteuern, dass es auf einen vorgegebenen Temperaturwert heizt. Dies kann beispielsweise dazu dienen, den Schwingungsbereich 21 zu reinigen, indem dieser kurzzeitig auf eine hohe Temperatur (ca. 200°C-300°C) erhitzt wird. Alternativ oder ergänzend kann die Auswerte- und/oder Recheneinheit 50 auch dazu eingerichtet sein, das Heizelement auf einen vorgegebenen Temperaturwert für eine vorbestimmte Zeitdauer zu erhitzen und dort zu halten (regeln). Durch die Regelung des Heizelementes 60 ist eine Bestimmung der thermophysikalischen Eigenschaft des Gases bei dem vorgebbaren Temperaturwert, welcher nicht der eigentlichen Temperatur des Gases entspricht, möglich, indem die Auswerte- und/oder Recheneinheit 50 neben der Regelung des Heizelements 60 auf den vorgebbaren Temperaturwert auch dazu eingerichtet ist, während der Reglungsphase anhand der Frequenz und der Schwingungsgüte die thermophysikalische Eigenschaft des Gases zu bestimmen.
Bei den in 3 a) bis c) dargestellten Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung jeweils zumindest zwei Kragbalken 20, 80 auf, wobei zumindest einer der beiden Kragbalken gemäß den Ausführungen des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels ausgebildet ist.
Bei dem in 3 a) dargestellten dritten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung einen ersten Kragbalken 20, der gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgeführt ist, d.h. der erste Kragbalken 20 weist ein Temperatursensorelement 40 und ein Heizelement 60 auf dem Schwingungsbereich 21 auf. Der erste Kragbalken 20 kann optional eine hygroskopische Schicht zur Aufnahme von Wassermolekülen oder eine ein Adsorptionsmittel umfassende Schicht zur Aufnahme von Spurengasmolekülen 70 aufweisen. Derartige Spurengase können Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Schwefeldioxyd, Kohlendioxyd, Ozon oder eine flüchtige organische Verbindung wie beispielsweise Chlorkohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Methan, Ethan, Propan, Butan, Pentan, Hexan oder Alkohole wie beispielsweise Ethanol, Methanol, Isopropanol, Toluol sein. Die Schicht ist ebenfalls auf dem Schwingungsbereich 21 des ersten Kragbalkens 20 ausgebildet und vorzugsweise auf der als Heizelement 60 dienenden Elektrodenschicht angeordnet. Zur elektrischen Isolierung kann eine elektrisch nicht leitfähige Isolationsschicht 71 zwischen der hygroskopischen bzw. der das Adsorptionsmittel umfassenden Schicht 70 und der als Heizelement 60 dienenden Elektrodenschicht ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine weitere Aluminium-Nitrid-Schicht als elektrisch nicht leitfähige Isolationsschicht 71 dienen. Die hygroskopische Schicht kann beispielsweise ein Hydrogel, ein Zeolith oder ein Silikagel aufweisen. Die das Adsorptionsmittel umfassende Schicht kann beispielsweise ein Molekularsieb, insbesondere ein Zeolith, ein mesoporöses Silikat, ein Silikagel, eine Aktivkohle und/oder ein organisches Polymer aufweisen. Ferner umfasst die Vorrichtung in diesem Ausführungsbeispiel einen weiteren Kragbalken 80, der auf demselben Chip 12 wie der erste Kragbalken ausgeführt ist. Der weitere Kragbalken 80 ist in dem in 3 a) dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich mit einem piezoelektrischen Wandler 90 ausgeführt, über den der Schwingungsbereich 21 des weiteren Kragbalkens 80 mit einer weiteren Frequenz f2, insb. Resonanzfrequenz anregbar ist. Der weitere Kragbalken 80 weist kein Temperatur- oder Heizelement auf.
Bei dem in 3 b) dargestellten vierten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung einen ersten Kragbalken 20, der gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgeführt ist, d.h. der erste Kragbalken 20 weist ein Temperatursensorelement 40 auf dem Schwingungsbereich 21 auf. Ferner umfasst die Vorrichtung einen weiteren Kragbalken 80, der kein Temperatur- und/oder Heizelement aufweist, sondern lediglich einen weiteren piezoelektrischen Wandler 90 zur Anregung eines Schwingungsbereichs 81 des weiteren Kragbalkens mit einer weiteren Frequenz f2.
Bei dem in 3 c) dargestellten fünften Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung einen ersten Kragbalken 20, der gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgeführt ist, d.h. der erste Kragbalken weist ein Temperatursensorelement 40 und ein Heizelement 60 auf dem Schwingungsbereich 21 auf. Zusätzlich kann der erste Kragbalken 20 eine hygroskopische Schicht zur Aufnahme von Wassermolekülen oder eine ein Adsorptionsmittel umfassende Schicht zur Aufnahme von Spurengasmolekülen 70 aufweisen. Ferner umfasst die Vorrichtung einen weiteren Kragbalken 80, der gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgeführt ist, d.h. der weitere Kragbalken 80 weist ein weiteres Temperatursensorelement 100 auf dem weiteren Schwingungsbereich 81 auf.
Bei den in 3 a) bis 3 c) dargestellten Ausführungsbeispielen können die beiden Kragbalken 20, 80 derartig ausgebildet sein, dass sich ihre Schwingungsbereiche 21, 81 frei über einer gemeinsamen Kavität 11, die in den Chip 12 hinein präpariert worden ist, teilen. Alternativ können die beiden Kragbalken 20, 80 auch separat auf jeweils eigenen Chips ausgebildet sein. Vorzugsweise können die Schwingungsbereiche 21, 81 der Kragbalken 20, 80 so dimensioniert sein, dass der Schwingungsbereich 21 des ersten Kragbalkens L1 länger als ein Schwingungsbereich des weiteren Kragbalkens L2 ist. Die Anregung der beiden Kragbalken 20, 80 kann über die gleiche Auswerte- und/oder Recheneinheit erfolgen.
Durch die Kombination von zwei Kragbalken 20, 80, wovon zumindest einer der beiden Kragbalken gemäß den Ausführungen des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels ausgebildet ist, ergeben sich eine Reihe von Möglichkeiten hinsichtlich der Bestimmung der thermophysikalischen Eigenschaften des Gases. Beispielsweise kann die Auswerte- und/oder Recheneinheit 50 ferner dazu eingerichtet sein, anhand der ersten Frequenz f1 und/oder ersten Schwingungsgüte oder der ermittelten Dichte in Kombination mit der weiteren Frequenz f2 und /oder weiteren Schwingungsgüte oder einer durch die weitere Frequenz f2 und die weitere Schwingungsgüte ermittelten Dichte die absolute Luftfeuchte bzw. den Konzentrationsanteil des Spurengases zu bestimmen. Die durch die weitere Frequenz f2 und Schwingungsgüte ermittelte Dichte wird im Wesentlichen gleich ermittelt wie die durch die erste Frequenz f1 und die erste Schwingungsgüte ermittelte Dichte, d.h. es wird dasselbe mathematischphysikalische Modell zu Grunde gelegt. Dies bedeutet, dass solange die absolute Luftfeuchte des Gasgemisches unterhalb eines spezifischen Wertes, bspw. kleiner 5 ppm, bleibt, die beiden ermittelten Dichten im Wesentlichen einen gleichen Wert aufweisen. Steigt die absolute Luftfeuchte des Gases über den spezifischen Wert an, weichen die beiden ermittelten Dichten voneinander ab. Die Auswerte- und/oder Recheneinheit kann somit die beiden Frequenzen f1, f2 oder die beiden ermittelten Dichten in Relation zueinander setzen, um die Feuchte zu bestimmen. Entsprechendes gilt auch für die Auswertung des Konzentrationsanteils des Spurengases des Gasgemisches.
Im einfachsten Fall, kann die Auswertung derartig erfolgen, dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit 50 eine Subtraktion durchführt, bei der die Auswerte- und Recheneinheit die erste Frequenz f1 von der weiteren Frequenz f2 oder die durch die erste Frequenz f1 und Schwingungsgüte ermittelte Dichte von der durch die weitere Frequenz f2 und Schwingungsgüte ermittelten Dichte subtrahiert. Die Differenz bzw. eine Veränderung der Differenz kann der Auswerte- und/oder Recheneinheit 50 wiederum als ein Maß für die absolute Luftfeuchte des Gases oder des Konzentrationsanteils des Spurengases dienen bzw. einer Veränderung der absoluten Luftfeuchte oder des Konzentrationsanteils des Spurengases. Ferner kann die Auswerte- und/oder Recheneinheit 50 auch dazu eingerichtet sein, die absolute Luftfeuchte oder den Konzentrationsanteil des Spurengases anhand der relativen zeitlichen Ableitung der ersten Frequenz f1 und der weiteren Frequenz f2 zu ermitteln.
4 zeigt einen exemplarischen Schichtaufbau eines einzelnen aus einem Halbleiter-Wafer hergestellten Kragbalkens. Der Kragbalken 20 kann als ein aus dem Wafer vereinzelter Chip vorliegen. Beispielsweise kann ein SOI-Wafer (SOI steht für Silicon-on-Insulator) als Grundlage zur Herstellung des Kragbalkens 20 dienen. Ein derartiger SOI-Wafer weist eine dünne Siliziumschicht 10a, die durch eine isolierende Schicht 10b von einem Silizium-Substrat 10c getrennt ist, auf. Auf die dünne Siliziumschicht 10a ist eine Isolationsschicht 23 aufgebracht. Die Isolationsschicht 23 kann beispielsweise eine Siliziumoxidschicht sein, die vorzugsweise über einen nassen Oxidationsschritt auf der dünnen Siliziumschicht 10a ausgebildet ist. Auf die Isolationsschicht 23 ist in einem nächsten Herstellungsschritt optional eine Haftvermittlerschicht aufgebracht. Die Haftvermittlerschicht 24 kann beispielsweise Aluminiumnitrid (AIN) aufweisen, welches vorzugsweise mit einer Schichtdicke von kleiner 25 Mikrometern, bevorzugt von kleiner 20 Mikrometern, besonders bevorzugt von ca. 15 Mikrometern auf die Isolationsschicht 24 aufgebracht ist.
Auf die Haftvermittlerschicht 24 ist der piezoelektrische Wandler aufgebracht. Der piezoelektrische Wandler weist eine Schichtfolge aus einer unteren elektrisch leitenden Elektrodenschicht 32, die auf die Haftvermittlerschicht 24 aufgebracht ist, einer piezoelektrischen Schicht 31, die auf die untere Elektrodenschicht 32 aufgebracht ist, und eine obere Elektrodenschicht 34, die auf die piezoelektrische Schicht 31 aufgebracht ist, auf. Die Elektrodenschichten 32, 33 können beispielsweise Platin aufweisen. Bis hierin weisen sowohl der in den ersten bis fünften Ausführungsbeispielen beschriebene erste Kragbalken als auch der weitere Kragbalken den gleichen Schichtaufbau auf.
Zusätzlich kann bei der Herstellung des Kragbalkens nach der Aufbringung der unteren Elektrodenschicht diese derartig strukturiert werden, dass die untere Elektrodenschicht 32 ein separat vom restlichen Teil der Elektrodenschicht ausgebildetes Temperatursensorelement 40 umfasst. Dies kann beispielsweise durch einen Lift-off Prozess erfolgen. Bevorzugt wird die Elektrodenschicht dabei so strukturiert, dass sie eine mäanderförmige Struktur als Temperatursensorelement aufweist.
Ergänzend oder alternativ kann bei der Herstellung des Kragbalkens nach der Aufbringung der oberen Elektrodenschicht 33 diese derartig strukturiert werden, dass die obere Elektrodenschicht ein separat von dem restlichen Teil der Elektrodenschicht ausgebildetes Heizelement umfasst. Dies kann beispielsweise auch durch einen Lift-off Prozess erfolgen. Bevorzugt wird die Elektrodenschicht 33 dabei so strukturiert, dass sie auch eine mäanderförmige Struktur als Heizelement 60 aufweist. Vorzugsweise sind die Elektrodenschichten 32, 33 so ausgeführt, dass die untere Elektrodenschicht 32, aus der auch das Temperatursensorelement 40 ausgebildet ist, einen größeren Widerstandswert aufweist als die obere Elektrodenschicht 33, aus der ggfls. das Heizelement 60 ausgebildete ist. Hierzu kann beispielsweise die untere Elektrodenschicht 32 einen geringere Schichtdicke aufweisen als die obere Elektrodenschicht 33. Insbesondere kann die untere Elektrodenschicht 32 eine Schichtdicke kleiner 50 Mikrometern, bevorzugt kleiner 35 Mikrometern ganz besonders bevorzugt kleiner 30 Mikrometern aufweisen. Die oberer Elektrodenschicht kann eine Schichtdicke größer 30 Mikrometern, bevorzugt größer 35, besonders bevorzugt größer 45 Mikrometern aufweisen.
Ergänzend können die Kragbalken die ein Heizelement 60 auf dem Schwingungsbereich aufweisen zusätzlich auch eine hygroskopische Schicht oder eine ein Adsorptionsmittel aufweisende Schicht 70 umfassen. Die hygroskopische Schicht bzw. die das Adsorptionsmittel aufweisen Schicht 70 ist auf die obere Elektrodenschicht 33 aufgebracht. Zur elektrischen Isolierung kann eine elektrisch nicht leitfähige Isolationsschicht 71 zwischen der hygroskopischen bzw. der das Adsorptionsmittel umfassenden Schicht 70 und der als Heizelement 60 dienenden Elektrodenschicht aufgebracht sein, die beispielsweise Aluminiumnitrid (AIN) aufweist.
Bezugszeichenliste

10: Halbleiter-Wafer
10a: Dünne Siliziumschicht
10b: Isolierende Schicht
10c: Silizium-Substrat
11: Kavität
12: Vereinzelter Chip
20: Erster Kragbalken
21: Schwingungsbereich des ersten Kragbalkens
22: Fester Bereich des ersten Kragbalkens
23: Isolationsschicht
24: Haftvermittlerschicht
30: Erster piezoelektrischer Wandler
31: piezoelektrische Schicht
32: Erste Elektrodenschicht
33: Zweite Elektrodenschicht
34: Elektrische Leiterbahn zum Kontaktieren der einen Elektrodenschicht
35: Elektrische Leiterbahn zum Kontaktieren der anderen Elektrodenschicht
40: Temperatursensorelement
41: Leiterbahn zum Kontaktieren des Temperatursensorelements
42: Leiterbahn zum Kontaktieren des Temperatursensorelements
50: Auswerte- und/oder Recheneinheit
60: Heizelement
61: Leiterbahn zum Kontaktieren des Heizelements
62: Leiterbahn zum Kontaktieren des Heizelements
70: hygroskopische Schicht oder eine ein Adsorptionsmittel aufweisende Schicht
71: elektrisch nicht leitfähige Isolationsschicht
80: Weiterer Kragbalken
81: Schwingungsbereich des weiteren Kragbalkens
82: Weitere Isolationsschicht
83: Weitere Haftvermittlerschicht
90: Weiterer piezoelektrischer Wandler
91: Weitere piezoelektrische Schicht
92: Erste weitere Elektrodenschicht
93: Zweite weitere Elektrodenschicht
100: Weiteres Temperatursensorelement
L1: Länge des Schwingungsbereichs des ersten Kragbalkens
L2: Länge des Schwingungsbereichs des weiteren Kragbalkens
f1: Schwingungsfrequenz (Resonanzfrequenz) des ersten Kragbalkens
f2: Schwingungsfrequenz (Resonanzfrequenz) des weiteren Kragbalkens

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3362790 B1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung einer thermophysikalischen Eigenschaft, insbesondere einer Dichte und/oder einer Viskosität eines Gases, aufweisend: - zumindest einen aus einem Halbleiter-Wafer (10), insb. einem SOI-Wafer hergestellten ersten Kragbalken (20) mit einem Schwingungsbereich (21) der zum Anregen einer Schwingung mit einer ersten Frequenz dient und der dem Gas aussetzbar ist, wobei in dem Schwingungsbereich (21) zumindest eine Isolationsschicht (23) auf den ersten Kragbalken (20) aufgebracht ist, wobei zumindest in dem Schwingungsbereich (21) ferner ein erster piezoelektrischer Wandler (30) aufgebracht ist, der den Schwingungsbereich (21) des ersten Kragbalkens (20) mit der ersten Frequenz zum Schwingen anregt, wobei der erste piezoelektrische Wandler (30) aus einer, vorzugsweise Aluminium-Nitrid aufweisenden piezoelektrischen Schicht (31), die zwischen einer ersten auf die Isolationsschicht aufgebrachten, elektrisch leitfähigen, vorzugsweise Platin aufweisenden Elektrodenschicht (32) und einer zweiten elektrisch leitfähigen, vorzugsweise Platin aufweisenden Elektrodenschicht (33) ausgebildet ist, - zumindest ein auf dem Schwingungsbereich (21), vorzugsweise aus zumindest einer der beiden Elektrodenschichten (32, 33) ausgebildetes Temperatursensorelement (40) mit einem temperaturabhängigen Widerstandswert zum Erfassen einer Temperatur des Gases; - eine Auswerte- und/oder Recheneinheit (50), die dazu eingerichtet ist, den temperaturabhängigen Widerstandswert in einen entsprechenden Temperaturwert zu wandeln und zumindest anhand der Frequenz und der Schwingungsgüte die thermophysikalische Eigenschaft des Gases bei dem Temperaturwert zu bestimmen und auszugeben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei auf dem Schwingungsbereich (21), vorzugsweise aus der anderen der beiden Elektrodenschichten (33, 32) zusätzlich ein Heizelement (60) ausgebildet ist und die Auswerte- und/oder Recheneinheit (50) ferner dazu eingerichtet ist, das Heizelement (60) so anzusteuern, dass es auf einen vorgegebene Temperaturwert heizt.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerte- und/oder Recheneinheit (50) ferner dazu eingerichtet ist, das Heizelement (60) anhand des Temperaturwertes auf den vorgegebenen Temperaturwert zu regeln.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine hygroskopische Schicht (70) zur Aufnahme von Wassermolekülen oder eine ein Adsorptionsmittel umfassende Schicht zur Aufnahme von Spurengasmolekülen, wobei die hygroskopische Schicht (70) oder die das Adsorptionsmittel umfassende Schicht vorzugsweise auf der als Heizelement (60) ausgebildeten Elektrodenschicht zumindest in dem Schwingungsbereich des ersten Kragbalkens (20) aufgebracht ist.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die hygroskopische Schicht (70) ein Hydrogel, ein Zeolith oder ein Silikagel aufweist oder die das Adsorptionsmittel umfassende Schicht ein Molekularsieb, insbesondere ein Zeolith, ein mesoporöses Silikat, ein Silikagel, eine Aktivkohle und/oder ein organisches Polymer aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrodenschicht (32, 33), die als Temperatursensorelement (40) mit einem temperaturabhängigen Widerstandswert ausgebildet ist, so ausgeführt ist, dass diese Elektrodenschicht (32, 33) einen größeren Widerstandswert aufweist als die andere, vorzugsweise als Heizelement ausgebildete Elektrodenschicht (33, 32).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerte- und/oder Recheneinheit (50) ferner dazu eingerichtet ist, das Heizelement (60) so zu erhitzen, dass Wassermoleküle aus der hygroskopischen Schicht oder Moleküle des Spurengases aus der das Adsorptionsmittel umfassenden Schicht in mindestens einem Ausheizvorgang entfernt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, ferner aufweisend einen aus dem Halbleiter-Wafer (10), insb. einem SOI-Wafer hergestellten weiteren Kragbalken (80) mit einem weiteren Schwingungsbereich (81) der zum Anregen einer Schwingung mit einer weiteren Frequenz dient und der dem Gas aussetzbar ist, wobei in dem weiteren Schwingungsbereich (81) zumindest eine weitere Isolationsschicht (82) auf den weiteren Kragbalken (80) aufgebracht ist, wobei zumindest in dem weiteren Schwingungsbereich ferner ein weiterer piezoelektrischer Wandler (90) aufgebracht ist, der den weiteren Schwingungsbereich (81) des weiteren Kragbalkens (80) mit der weiteren Frequenz zum Schwingen anregt, wobei der weitere piezoelektrische Wandler (90) aus einer, vorzugsweise Aluminium-Nitrid aufweisenden weiteren piezoelektrischen Schicht (91), die zwischen einer ersten auf die weitere Isolationsschicht (82) aufgebrachten, elektrisch leitfähigen, vorzugsweise Platin aufweisenden weiteren Elektrodenschicht (92) und einer zweiten elektrisch leitfähigen, vorzugsweise Platin aufweisenden weiteren Elektrodenschicht (93) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 und 8, wobei die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, die erste Frequenz in Relation zu der weiteren Frequenz zu setzen, um eine absolute Luftfeuchte oder ein Spurengasanteil des Gases zu bestimmen.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, anhand einer relativen zeitlichen Ableitung der weiteren Frequenz bezogen auf eine zeitliche Ableitung der ersten Frequenz die absolute Luftfeuchte oder den Spurengasanteil des Gases zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, anhand einer Differenzbildung, in die die erste Frequenz und die weitere Frequenz eingeht, die absolute Luftfeuchte oder den Spurengasanteil des Gases zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der erste und der weitere Kragbalken (20, 80) derartig ausgebildet sind, dass eine Länge des Schwingungsbereichs des ersten Kragbalkens (L1) länger ist als eine Länge des Schwingungsbereichs des weiteren Kragbalkens (L2), sodass der erste Schwingungsbereich mit der ersten Frequenz und der weitere Schwingungsbereich mit der zweiten, davon abweichenden Frequenz schwingt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, ferner aufweisend ein weiteres Temperatursensorelement (100) zum Erfassen einer weiteren Temperatur des Gases, wobei zumindest eine der beiden weiteren Elektrodenschichten des weiteren piezoelektrischen Wandlers (90) als weiteres Temperatursensorelement (100) mit einem weiteren temperaturabhängigen Widerstandswert ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eins der Temperatursensorelemente (40, 100) und/oder das Heizelemente (60) eine im Wesentlichen mäanderförmige Struktur aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein der Temperatursensorelemente (40, 100) und/oder das Heizelemente (60) durch einen Lift-off Prozess hergestellt sind bzw. werden.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und weitere Kragbalken auf einem gemeinsamen Chip ausgebildet sind und vorzugsweise derartig aus dem Halbleiter-Wafer (10), insb. dem SOI-Wafer hergestellt sind, dass der Schwingungsbereich des ersten und/oder weiteren Kragbalkens frei über einer in den Halbleiter-Wafer eingebrachte Kavität (11) liegt bzw. liegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der erste und weitere Kragbalken auf unterschiedlichen Chips ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder das weitere Temperatursensorelement an einem freien Ende des ersten oder weiteren Schwingungsbereichs angeordnet ist und vorzugsweise eine Fläche von ca. 1/3 einer Gesamtfläche des ersten oder weiteren Schwingungsbereichs einnimmt, wobei der erste oder weitere piezoelektrische Wandler eine restliche Fläche des ersten oder weiteren Schwingungsbereichs einnimmt.