DE19815399A1 - Resistive component, especially for a pressure sensor or a current modulator - Google Patents
Resistive component, especially for a pressure sensor or a current modulatorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Widerstandsbauelement mit einem Wi derstandsmaterial, das einen druckabhängigen spezifischen Wi derstand besitzt. Die Erfindung betrifft auch einen Drucksensor und eine Strommodulatoreinrichtung, die ein derartiges Wider standsbauelement enthalten.The invention relates to a resistance component with a Wi derstandsmaterial that a pressure-dependent specific Wi the state owns. The invention also relates to a pressure sensor and a current modulator device which has such a counter stand component included.
In allen Gebieten der modernen Verfahrenstechnik oder Maschi nentechnik besteht ein Interesse am Einsatz möglichst robuster und zuverlässiger Sensoren zur Erfassung interessierender Sy stemparameter (wie z. B. Tempertur, Druck, Beschleunigung, Durchflußgeschwindigkeit, Füllstand u. dgl.). Dabei wird gene rell die Verwendung von Festkörper-Sensoren wegen ihrer einfa chen Handhabbarkeit und mechanischen Stabilität bevorzugt. Die Funktion von Festkörper-Sensoren basiert auf der Abhängigkeit des jeweiligen Sensormaterials von dem zu erfassenden Systempa rameter. Es sind beispielsweise Festkörper-Drucksensoren be kannt, die auf der Umsetzung einer äußeren Druckänderung in ei ne meist elektrisch meßbare Änderung einer Sensoreigenschaft basieren.In all areas of modern process engineering or machinery There is an interest in using technology that is as robust as possible and reliable sensors for the detection of systems of interest stem parameters (such as temperature, pressure, acceleration, Flow rate, level u. Like.). It is gene rell the use of solid-state sensors because of their simple Chen preferred handling and mechanical stability. The Function of solid state sensors is based on the dependency of the respective sensor material from the system pair to be detected parameters. There are solid-state pressure sensors, for example knows that on the implementation of an external pressure change in egg ne mostly electrically measurable change in a sensor property based.
Es sind Festkörper-Drucksensoren auf Siliziumbasis bekannt. Derartige Sensoren, die in der Regel mit halbleitertechnologi schen und/oder mikromechanischen Verfahrensweisen hergestellt werden, sind gewöhnlich für den Niederdruckbereich ausgelegt. Eine Druckmessung erfolgt über die Druckabhängigkeit einer pie zoelektrischen oder kapazitiven Größe des Sensormaterials. Der Nachteil von Festkörpersensoren auf Siliziumbasis besteht neben deren Beschränkung auf bestimmte Druckbereiche insbesondere in der ungenügenden Zeit- und Temperaturstabilität, die in Signal fehlern resultiert oder häufige Kalibrierungen erfordert.Solid-state pressure sensors based on silicon are known. Such sensors, usually with semiconductor technology and / or micromechanical procedures are usually designed for the low pressure range. A pressure measurement is made via the pressure dependence of a pie zoelectric or capacitive size of the sensor material. Of the There is also the disadvantage of solid-state sensors based on silicon their limitation to certain pressure ranges, especially in insufficient time and temperature stability, which in signal results in errors or requires frequent calibrations.
Es ist ferner aus "Druckmessung und Druckerzeugung" von C. Edelmann (Akademie-Verlag Berlin, 1982) ein Widerstandsmanome ter bekannt, das schematisch in Fig. 6 dargestellt ist. Das Wi derstandsmanometer, im dargestellten Beispiel aus Manganin be stehend, stellt einen Festkörper-Drucksensor dar, dessen druck abhängiges Sensormaterial in Form einer Spule 61 bei Einwirkung eines äußeren Druckes den spezifischen elektrischen Widerstand ändert. Die Widerstandsänderung wird über die Elektroden 62, 63 gemessen und bei geeigneter Kalibrierung in einen Druckwert um gerechnet.It is also known from "pressure measurement and pressure generation" by C. Edelmann (Akademie-Verlag Berlin, 1982) a resistance manometer, which is shown schematically in Fig. 6. The Wi derstandsmanometer, be standing in the example shown from manganine, represents a solid-state pressure sensor, the pressure-dependent sensor material in the form of a coil 61 changes the specific electrical resistance when exposed to an external pressure. The change in resistance is measured via the electrodes 62 , 63 and converted into a pressure value with suitable calibration.
Die Nachteil eines derartigen Widerstandsmanometers gemäß Fig. 6 bestehen in der problematischen Handhabung der freitra genden Spule 61, in der zwingend erforderlichen Thermostatie rung des Gesamtmanometers und in den hohen Anforderungen, die an eine genügend genaue Widerstandsmessung gestellt werden. So ist ein derartiges Widerstandsmanometer wegen der geringen Wi derstandsänderung lediglich in Kombination mit einer empfindli chen Widerstandsmeßbrücke zu betreiben.The disadvantage of such a resistance manometer according to FIG. 6 consists in the problematic handling of the free-carrying coil 61 , in the mandatory thermostatting of the overall pressure gauge and in the high demands that are placed on a sufficiently precise resistance measurement. Such a resistance manometer can only be operated in combination with a sensitive resistance measuring bridge due to the small change in resistance.
Ein weiteres allgemeines Problem der Verfahrenstechnik besteht darin, zuverlässig arbeitende Stellelemente einzusetzen, mit denen in Abhängigkeit von einem Systemparameter (z. B. Druck, Temperatur oder dgl.) eine bestimmte Reaktion zur Beeinflussung des Systems (beispielsweise Einspeisung eines elektrischen Stromes oder dgl.) ausgelöst werden kann. Wie im Falle der Festkörper-Sensoren besteht auch hier ein Interesse daran, Ma terialien zu finden, die mit großer Zuverlässigkeit, Stabilität und Empfindlichkeit durch Änderung eines vorzugsweise elektri schen Materialparameters auf einem äußeren Druck oder eine äu ßere Kraft reagieren.There is another general problem in process engineering in using reliable working control elements with depending on a system parameter (e.g. pressure, Temperature or the like) a certain reaction to influence of the system (e.g. feeding an electrical Current or the like.) Can be triggered. As in the case of Solid state sensors are also interested in this, Ma to find materials with great reliability, stability and sensitivity by changing a preferably electrical material parameters on an external print or an external react to the force.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Wi derstandsbauelement anzugeben, das eine druckabhängige Wider standscharakteristik besitzt, die sich durch eine hohe Druck empfindlichkeit auszeichnet, und das einen mechanisch stabilen Aufbau aufweist, der einen breiten Einsatz in technischen Sy stemen auch unter Extrembedingungen (z. B. unter Einwirkung von aggressiven Medien oder starker Bestrahlung) ermöglicht. Aufga be der Erfindung ist es auch, Anwendungen eines derartigen Wi derstandsbauelements in der Sensortechnik und für die Regel technik anzugeben.The object of the invention is an improved Wi derstandsbauelement indicate that a pressure-dependent resistance has stand characteristics that are characterized by high pressure characterized sensitivity, and that a mechanically stable Structure that is widely used in technical sy systems under extreme conditions (e.g. under the influence of aggressive media or strong radiation). Task be the invention, applications of such a Wi derstandsbauelements in sensor technology and for the rule specify technology.
Diese Aufgaben werden durch ein Widerstandsbauelement, einen Drucksensor und eine Strommodulatoreinrichtung mit den Merkma len gemäß den Patentansprüchen 1, 8 bzw. 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These tasks are performed by a resistance component, a Pressure sensor and a current modulator device with the characteristics len solved according to claims 1, 8 and 9 respectively. Beneficial Embodiments of the invention result from the dependent Claims.
Die Grundidee der Erfindung besteht darin, ein Widerstandsmate rial anzugeben, das aus einer Verbindung aus einem Seltenerd- Element und Manganat (MnO3), im folgenden als Seltenerdmangana te bezeichnet, besteht. Die Seltenerdmanganate zeichnen sich durch einen Metall-Isolator-Übergang in einem zusammensetzungs- und dotierungsabhängigen Temperaturbereich aus. Erfindungsgemäß wird die Zusammensetzung und Dotierung der Seltenerdmanganate als Widerstandsmaterial derart gewählt, daß der Metall- Isolator-Übergang bei einer Temperatur liegt, die der Betriebstemperatur der beabsichtigten Anwendung des Wider standsbauelements entspricht.The basic idea of the invention is to provide a resistance material that consists of a compound of a rare earth element and manganate (MnO 3 ), hereinafter referred to as rare earth manganese. The rare earth manganates are characterized by a metal-insulator transition in a composition and doping-dependent temperature range. According to the invention, the composition and doping of the rare earth manganate is chosen as the resistance material such that the metal-insulator transition is at a temperature which corresponds to the operating temperature of the intended application of the resistance component.
Die Seltenerdmanganate besitzen vorzugsweise eine Perowskit- Struktur mit einer Zusammensetzung Ln1-xAxMnO3, wobei als Sel tenerd-Element Ln mindestens ein Element aus der Gruppe ausge wählt wird, die durch Lanthan (La), Praseodym (Pr) und Neodym (Nd) gebildet wird, und als Dotierung A mindestens ein Element aus der Gruppe ausgewählt wird, die durch zweiwertige Elemente wie beispielsweise Kalizium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) und Blei (Pb) gebildet wird. Seltenerdmanganate mit einer der artigen Zusammensetzung bzw. Dotierung besitzen einen Metall- Isolator-Übergang im Temperaturbereich zwischen 100 K und 400 K, wobei erfindungsgemäß gefunden wurde, daß der spezifi sche Widerstand derartiger Verbindungen speziell im Bereich des Metall-Isolator-Übergangs eine extrem starke Druckabhängigkeit zeigt.The rare earth manganates preferably have a perovskite structure with a composition Ln 1-x A x MnO 3 , with at least one element selected from the group consisting of lanthanum (La), praseodymium (Pr) and neodymium as the rare earth element Ln (Nd) is formed, and at least one element is selected as the doping A from the group formed by divalent elements such as, for example, calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) and lead (Pb). Rare earth manganates with such a composition or doping have a metal-insulator transition in the temperature range between 100 K and 400 K, and it has been found according to the invention that the specific resistance of such compounds, especially in the area of the metal-insulator transition, is extremely pressure-dependent shows.
Bevorzugte Anwendungen des Widerstandselements bestehen beim Aufbau eines Drucksensors bzw. einer Strommodulatoreinrichtung.Preferred uses of the resistance element are in Structure of a pressure sensor or a current modulator device.
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden un ter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zei gen:Details and advantages of the invention are un hereinafter ter described with reference to the accompanying drawings. It shows gene:
Fig. 1 ein experimentell ermitteltes Röntgegenbeugungs bild zur Illustration der Kristallinität und Pha senreinheit eines erfindungsgemäßen Widerstands materials; Figure 1 is an experimentally determined X-ray diffraction image to illustrate the crystallinity and Pha senreinheit an inventive resistance material.
Fig. 2 eine Kurvendarstellung der Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstands eines erfindungsge mäßen Widerstandsmaterials; Fig. 2 is a graph showing the temperature dependence of the specific resistance of a resistance material according to the invention;
Fig. 3 eine Kurvendarstellung der Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstands eines erfindungsge mäßen Widerstandsmaterials unter Wirkung ver schiedener externer Drucke; Fig. 3 is a graph showing the temperature dependency of the specific resistance of a resistance material according to the invention under the action of various external pressures;
Fig. 4 eine Kurvendarstellung der Temperaturabhängigkeit des Piezowiderstands eines erfindungsgemäßen Wi derstandsmaterials unter Einwirkung verschiedener externer Drucke; Fig. 4 is a graph showing the temperature dependence of the piezoresistor of a Wi derstandsmaterials under the influence of various external pressures;
Fig. 5A, B schematische Perspektivansichten zur Illustration eines Drucksensors (A) und einer Strommodula toreinrichtung (B) gemäß der Erfindung; und 5A, B are schematic perspective views for illustration of a pressure sensor (A) and a Strommodula gate device (B) according to the invention. and
Fig. 6 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Wi derstandsmanometers (Stand der Technik). Fig. 6 is a schematic view of a conventional Wi derstandsmanometer (prior art).
Bei der Anordnung von Manganaten mit Perowskit-Struktur wird jeweils ein Mn-Atom von einem O-Oktaeder umgeben. Die Band struktur und somit die festkörperelektronischen Eigenschaften werden wesentlich durch die Gestalt der Mn-O-Mn-Bindungen beeinflußt, die wiederum über einen Mechanismus der Änderung der Atomabstände oder der Bindungswinkel von der Wirkung äuße rer Kräfte, insbesondere von einem äußeren Druck, abhängig ist. Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, daß die Druckabhängigkeit des spezifischen elektrischen Widerstands von Seltenerdmangana ten besonders stark im Temperaturbereich des Metall-Isolator- Übergangs ist, wenn die Perowskit-Struktur im gesamten Wider standsmaterial monokristallin gebildet ist. Zur Herstellung des monokristallinen Widerstandsmaterials wird dieses vorzugsweise durch epitaktisches Wachstum dünner Schichten hergestellt. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die hohe Druckempfindlichkeit epitaktischer Widerstandsmaterial schichten die Änderung des elektrischen Widerstands selbst bei kleinsten Flächenausdehnungen der Widerstandsschichten genügend genau gemessen werden können. Dies ist ein wichtiger Vorteil beispielsweise gegenüber polykristallinen Materialien, die we niger stark ausgeprägte Druckabhängigkeiten zeigen.When arranging manganates with a perovskite structure one Mn atom is surrounded by an O octahedron. The band structure and thus the solid-state electronic properties become essential through the shape of the Mn-O-Mn bonds influenced, which in turn has a mechanism of change the atomic distances or the bond angle from the effect rer forces, especially from an external pressure. According to the invention it was found that the pressure dependence the electrical resistivity of rare earth mangana particularly strong in the temperature range of the metal insulator Transition is when the perovskite structure is reflected throughout Stand material is formed monocrystalline. To make the monocrystalline resistance material, this is preferred produced by epitaxial growth of thin layers. A Particular advantage of the invention is that high pressure sensitivity epitaxial resistance material layer the change in electrical resistance itself smallest areas of the resistance layers are sufficient can be measured accurately. This is an important advantage for example compared to polycrystalline materials that we niger show pronounced pressure dependencies.
Ein erfindungsgemäßes Widerstandsbauelement wird durch eine Dünnschichtabscheidung eines Seltenerdmanganats mit Perowskit- Struktur der Zusammensetzung Ln1-xAxMnO3 (Ln = La, Pr, Nd; A = Ca, Sr, Ba, Pb) auf einem geeigneten Substratmaterial herge stellt. Als Abscheidungsverfahren wird die Laser-Pulsdeposition oder ein herkömmlicher Sputter- oder Kathodenzerstäubungsver fahren bevorzugt. Als Substrat ist jedes Trägermaterial geeig net, das ein epitaktisches Wachstum des Seltenerdmanganats er möglicht. Vorzugsweise werden als Substrat perowskitartige, oxidische Einkristalle verwendet. Ein Beispiel für ein derarti ges Substratmaterial ist Strontiumtitanat. Ein weiteres Bei spiel für ein geeignetes Substrat sind Neodym-Aluminat- Substrate. Fig. 1 zeigt Ergebnisse von Röntgenuntersuchungen an La2/3Ca1/3MnO3-Schichten auf Strontiumtitanat. Die Schärfe bzw. die Lage der Röntgenbeugungsreflexe zeigen die Qualität des epitaktischen Wachstums bzw. die Phasenreinheit der erzielten Schichten. Bei La-Ca-Manganaten wird der Ca-Anteil x in Bezug auf den La-Anteil im Bereich 0 < × ≦ 50% ausgewählt, wobei der Bereich von 10 ≦ x ≦ 40%, in dem auch der angegebene Wert von x rd. 30% liegt, bevorzugt wird.A resistance component according to the invention is produced by thin-layer deposition of a rare earth manganate with a perovskite structure of the composition Ln 1-x A x MnO 3 (Ln = La, Pr, Nd; A = Ca, Sr, Ba, Pb) on a suitable substrate material. Laser deposition or a conventional sputtering or cathode sputtering method is preferred as the deposition method. Any substrate is suitable as a substrate that enables epitaxial growth of the rare earth manganate. Perovskite-like, oxidic single crystals are preferably used as the substrate. An example of such a substrate material is strontium titanate. Another example of a suitable substrate are neodymium aluminate substrates. Fig. 1 shows results of X-ray studies of La 3.2 Ca 3.1 MnO 3 films on strontium titanate. The sharpness or the position of the X-ray diffraction reflections show the quality of the epitaxial growth or the phase purity of the layers obtained. In the case of La-Ca manganates, the Ca content x is selected in relation to the La content in the range 0 <× ≦ 50%, the range of 10 ≦ x ≦ 40%, in which the specified value of x approx. 30% is preferred.
Fig. 2 zeigt den ausgeprägten Verlauf des spezifischen Wider stands in Abhängigkeit von der Temperatur, insbesondere am Me tall-Isolator-Übergang am Beispiel der genannten La-Ca-Mn-O3- Verbindung ohne bzw. mit einem äußeren Magnetfeld H. Die Maxi malwerte des Widerstands liegen mit Rmax = 3492 Ω bei 219 K (H = 0, obere Kurve) bzw. mit Rmax = 1275 Ω bei 254 K (H = 5 Tesla, untere Kurve). Fig. 2 shows the pronounced course of the specific resistance depending on the temperature, in particular at the metal-insulator transition using the example of the above-mentioned La-Ca-Mn-O 3 connection without or with an external magnetic field H. The maxi The resistance values with R max = 3492 Ω are 219 K (H = 0, upper curve) and with R max = 1275 Ω at 254 K (H = 5 Tesla, lower curve).
Ein erste bevorzugte Anwendung der Erfindung liegt im Aufbau eines Drucksensors, dessen druckempfindliches Sensormaterial durch das oben beschriebene Widerstandsmaterial gebildet wird. Die Fig. 3 und 4 zeigen die Temperaturabhängigkeit des spezi fischen Widerstands p bzw. des Piezowiderstands {[R(o)-R(p)]/R(o)} mit dem Druck als Scharparameter (I = 10 µA). Es zeigt sich eine starke Abnahme des spezifischen Widerstands bei gegebener Temperatur mit zunehmendem Druck (Fig. 3) bzw. eine starke Abnahme des Piezowiderstands mit ab nehmendem Druck (Fig. 4). Die entsprechenden Druckkoeffizienten des spezifischen Widerstands bzw. des Piezowiderstands sind den Graphiken entnehmbar und betragen z. B. rd. 120 mΩ/kbar. Dies ergibt beispielsweise eine Veränderung des Piezowiderstands bei rd. 140 K vom Druck 0 zu einem Druck von 14.8 kbar um den Fak tor 250.A first preferred application of the invention lies in the construction of a pressure sensor, the pressure-sensitive sensor material of which is formed by the resistance material described above. FIGS. 3 and 4 show the temperature dependence of the specific resistance p fish or the piezoresistor {[R (o) -R (p)] / R (o)} with the pressure as a family parameter (I = 10 uA). There is a sharp decrease in specific resistance at a given temperature with increasing pressure ( FIG. 3) or a sharp decrease in piezoresistance with decreasing pressure ( FIG. 4). The corresponding pressure coefficients of the specific resistance or the piezoresistance can be seen in the graphics and are, for. B. approx. 120 mΩ / kbar. This results, for example, in a change in the piezoresistance at approx. 140 K from pressure 0 to a pressure of 14.8 kbar by factor 250.
Die Zusammensetzung bzw. Dotierung des Widerstandsmaterials zur
Herstellung eines Drucksensors, dessen maximale Empfindlichkeit
im gewünschten Betriebstemperaturbereich liegt, wird im Rahmen
der Prozeduren eines "Band Engineering", ausgewählt. So ist die
kritische Temperatur des Metall-Isolator-Übergangs (Curiepunkt)
gemäß
The composition or doping of the resistance material for the production of a pressure sensor, the maximum sensitivity of which lies in the desired operating temperature range, is selected as part of the "band engineering" procedures. So the critical temperature of the metal-insulator transition (Curie point) is according to
Tc(x) = 9/10 [eB(x)] ξ (γ)
T c (x) = 9/10 [e B (x)] ξ (γ)
von der dotierungsabhängigen Bandlücke eB(x) und von einem Bei trag ξ(γ) abhängig, der von der mittleren Phononenfrequenz, der Elektron-Phonon-Kopplung und einem Polaronenbeitrag charakteri stisch ist. Für La2/3Ca1/3MnO3-Schichten liegt Tc bei 260 K. Die se kritische Temperatur läßt sich durch Änderung der Zusammen setzung bzw. Dotierung erhöhen, so liegt beispielsweise Tc bei La-Sr-MnO-Verbindungen oder bei Ba-dotierten Lanthanmanga naten bei rd. 350 K (siehe z. B. A. Barnabe et al. in "Chem. Mater.", Bd. 10, 1998, S. 252 ff.).dependent on the doping-dependent band gap e B (x) and on a contribution ξ (γ) which is characteristic of the mean phonon frequency, the electron-phonon coupling and a polaron contribution. For La 2/3 Ca 1/3 MnO 3 layers, T c is 260 K. The critical temperature can be increased by changing the composition or doping, for example T c is in La-Sr-MnO compounds or Ba-doped Lanthanmanga nat at approx. 350 K (see, for example, BA Barnabe et al. In "Chem. Mater.", Vol. 10, 1998, pp. 252 ff.).
Der Aufbau eines Drucksensors mit einem erfindungsgemäßen Wi derstandsbauelement erfolgt gemäß Fig. 5A anwendungsabhängig, indem das Widerstandsbauelement in geeigneter Weise (gegebenen falls mit einem Gehäuse) dem Raumbereich, in dem der Druck ge messen werden soll, ausgesetzt wird. Der Drucksensor 50A wird durch das Widerstandsmaterial 51A mit den Elektroden 52A, 53A auf einem Substrat 54A gebildet. Schaltungen zur Widerstands messung sind an sich bekannt und werden daher nicht darge stellt. Der Drucksensor ist sowohl für die Messung hydrostati scher Drucke als auch für uniaxiale Druck- oder Kraftmessungen einsetzbar. Er kann auch bei Kombination mit einem geeigneten Massenelement als Beschleunigungssensor zur Erfassung der Träg heitskraft des Massenelements bei Beschleunigung verwendet wer den. Eine weitere bevorzugte Anwendung liegt im Bereich der Druckmessung in Flüssigkeitssystemen (z. B. Druckmessung im Bremssystem eines Kraftfahrzeuges).The construction of a pressure sensor with a resistance component according to the invention is carried out according to FIG. 5A, depending on the application, in that the resistance component is exposed in a suitable manner (if appropriate with a housing) to the area in which the pressure is to be measured. The pressure sensor 50 A is formed by the resistance material 51 A with the electrodes 52 A, 53 A on a substrate 54 A. Circuits for resistance measurement are known per se and are therefore not shown. The pressure sensor can be used for the measurement of hydrostatic pressures as well as for uniaxial pressure or force measurements. It can also be used in combination with a suitable mass element as an acceleration sensor for detecting the inertial force of the mass element during acceleration. Another preferred application is in the field of pressure measurement in liquid systems (e.g. pressure measurement in the brake system of a motor vehicle).
Ein besonderer Vorteil des Drucksensors besteht in dessen Mi niaturisierbarkeit. Die Fläche, die dem äußeren Druck ausge setzt werden soll (Fläche der Seltenerdmanganat-Schicht 51A), kann vom mm-Bereich bis zu charakteristischen Dimensionen im µm-Bereich miniaturisiert werden. Erfindungsgemäße Drucksenso ren sind z. B. für Druckmessungen im Bereich von Atmosphären druck bis einige 10 kbar einsetzbar. Typische Schichtdicken des Widerstandsmaterials liegen im Bereich von 50 bis 200 nm, vor zugsweise rd. 100 nm. Es ist ferner eine Strukturierbarkeit durch naßchemisches Ätzen oder Ionenstrahlätze möglich.A particular advantage of the pressure sensor is that it can be miniaturized. The area to be exposed to external pressure (area of the rare earth manganate layer 51 A) can be miniaturized from the mm range to characteristic dimensions in the µm range. Pressure sensors according to the invention are, for. B. for pressure measurements in the range of atmospheric pressure up to some 10 kbar can be used. Typical layer thicknesses of the resistance material are in the range from 50 to 200 nm, preferably approx. 100 nm. It can also be structured by wet chemical etching or ion beam etching.
Ein weiterer Vorteil des Drucksensors besteht in seiner verein fachten Temperierbarkeit. Da der spezifische Widerstand der Seltenerdmanganate auch von der Temperatur abhängig ist, muß die Widerstandsmessung bei einer bekannten Temperatur erfolgen, um den gemessenen Widerstandswert kalibrieren zu können. Der Drucksensor erlaubt wegen der Schichtform und der Miniaturi sierbarkeit des Widerstandsbauelements eine Einbettung in ein Gehäuse, das als Wärmebad wirkt, dessen Temperatur im Zeitver lauf nicht oder nur geringfügig schwankt und einstell- und/oder meßbar ist.Another advantage of the pressure sensor is its association fold temperature control. Since the specific resistance of the Rare earth manganate also depends on the temperature the resistance measurement is carried out at a known temperature, to be able to calibrate the measured resistance value. Of the Pressure sensor allowed because of the layer shape and the miniature embeddability of the resistance component in an Housing that acts as a heat bath, the temperature of which in time does not run or fluctuates only slightly and adjustment and / or is measurable.
Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Widerstandsbauele ments liegt im Aufbau einer Strommodulatoreinrichtung 50B, wie sie schematisch in Fig. 5B gezeigt ist. Die Strommodulatorein richtung 50B ist als Heterostruktur aus einer Seltenerdmanga nat-Schicht 51B und einer piezoelektrischen Deckschicht 55B aufgebaut. Die Seltenerdmanganat-Schicht 51B mit einer wie oben beschriebenen Zusammensetzung ist auf einem geeigneten Substrat 54B gebildet und mit zwei Elektroden 52B, 53B versehen. Die piezoelektrische Deckschicht 55B (piezoelektrische Elektrode) ist beispielsweise ein PZT-Film (Blei-Titan-Zirkonat). Auf der Oberseite der piezoelektrischen Deckschicht 55B ist eine Elek trode 56B vorgesehen, die wegen der Analogie der Transistor funktion als "Gate-Elektrode" bezeichnet wird. Die piezoelek trische Schicht 55B besitzt eine größere Fläche als die Sel tenerdmanganat-Schicht 51B, so daß bei deren Überdeckung eine Überlappung mit dem Substrat 54B erfolgt. Im Bereich der Über lappung haftet die piezoelektrische Deckschicht 55B fest am Substrat 54B. Another application of the resistor component according to the invention is in the construction of a current modulator device 50 B, as is shown schematically in FIG. 5B. The current modulator device 50 B is constructed as a heterostructure from a rare earth manganese layer 51 B and a piezoelectric cover layer 55 B. The rare earth manganate layer 51 B with a composition as described above is formed on a suitable substrate 54 B and provided with two electrodes 52 B, 53 B. The piezoelectric cover layer 55 B (piezoelectric electrode) is, for example, a PZT film (lead titanium zirconate). On the top of the piezoelectric cover layer 55 B, an electrode 56 B is provided, which is referred to as the “gate electrode” because of the analogy of the transistor function. The piezoelectric layer 55 B has a larger area than the Sel tenerdmanganat layer 51 B, so that when they overlap there is an overlap with the substrate 54 B. In the area of overlap, the piezoelectric cover layer 55 B adheres firmly to the substrate 54 B.
Bei Anlegen einer Spannung an die Gate-Elektrode 56B wird die piezoelektrische Deckschicht 55B deformiert, so daß eine Kraft wirkung auf die Seltenerdmanganat-Schicht 51B erfolgt. Entspre chend der Kraftwirkung ändert sich der spezifische Widerstand, so daß der über die Elektroden 52B, 53B fließende Strom I ver ändert wird. Bei Verschaltung der Strommodulatoreinrichtung mit einer Konstantspannungsquelle kann somit durch die Gate- Spannung an der Gate-Elektrode 56B der Strom I moduliert wer den.When a voltage is applied to the gate electrode 56 B, the piezoelectric cover layer 55 B is deformed, so that a force effect is exerted on the rare earth manganate layer 51 B. Accordingly, the force effect changes the specific resistance, so that the current flowing through the electrodes 52 B, 53 B current I changes. When the current modulator device is connected to a constant voltage source, the current I can be modulated by the gate voltage at the gate electrode 56 B.
Eine Anwendung der Strommodulatoreinrichtung besteht in der Realisierung einer Transistorfunktion. Der Aufbau gemäß Fig. 5B kann wiederum bis zu den Dimensionen üblicher elektronischer Bauelemente verkleinert werden. Die Strommodulatoreinrichtung kann mit besonderem Vorteil Halbleiterschaltungen in solchen Anwendungsfällen ersetzen, in denen aufgrund der Umgebungsbedi gungen (z. B. Strahlungsbelastung) die Halbleiterschaltungen ausfallen würden.One application of the current modulator device is to implement a transistor function. The structure shown in Fig. 5B can again up to the dimensions of conventional electronic components can be reduced. The current modulator device can replace semiconductor circuits with particular advantage in those application cases in which the semiconductor circuits would fail due to the ambient conditions (e.g. radiation exposure).
Claims (9)
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| DE1998115399 DE19815399A1 (en) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | Resistive component, especially for a pressure sensor or a current modulator |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1726443A1 (en) * | 1989-10-18 | 1992-04-15 | Уральский Научно-Исследовательский Химический Институт Научно-Производственного Объединения "Кристалл" | Method for preparation of rare-earth and alkali-earth element manganates |
| DE4310318A1 (en) * | 1993-03-30 | 1994-10-06 | Siemens Ag | Sensor material having a perovskite-like crystal structure and an enhanced magnetoresistive effect, and method for preparing the material |
| WO1996017970A2 (en) * | 1994-11-28 | 1996-06-13 | Advanced Technology Materials, Inc. | Chemical vapor deposition method of growing oxide films with giant magnetoresistance |
-
1998
- 1998-04-06 DE DE1998115399 patent/DE19815399A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1726443A1 (en) * | 1989-10-18 | 1992-04-15 | Уральский Научно-Исследовательский Химический Институт Научно-Производственного Объединения "Кристалл" | Method for preparation of rare-earth and alkali-earth element manganates |
| DE4310318A1 (en) * | 1993-03-30 | 1994-10-06 | Siemens Ag | Sensor material having a perovskite-like crystal structure and an enhanced magnetoresistive effect, and method for preparing the material |
| WO1996017970A2 (en) * | 1994-11-28 | 1996-06-13 | Advanced Technology Materials, Inc. | Chemical vapor deposition method of growing oxide films with giant magnetoresistance |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BARNABE, A., In: Chem. Materials, Bd. 10, 1998, S. 252 * |
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