DE4238545A1 - Pressure sensor e.g. for diesel engine, high-pressure lines or industrial processes - comprises heterostructure semiconductor diode with double barrier resonant tunnel or simple barrier tunnel structure - Google Patents

Pressure sensor e.g. for diesel engine, high-pressure lines or industrial processes - comprises heterostructure semiconductor diode with double barrier resonant tunnel or simple barrier tunnel structure

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DE4238545A1 DE19924238545 DE4238545A DE4238545A1 DE 4238545 A1 DE4238545 A1 DE 4238545A1 DE 19924238545 DE19924238545 DE 19924238545 DE 4238545 A DE4238545 A DE 4238545A DE 4238545 A1 DE4238545 A1 DE 4238545A1
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Abstract

The pressure sensor contains at least one semiconductor diode with a heterostructure. The semiconductor diode can have a double barrier resonant tunnel or DBRT structure or a simple barrier tunnel structure. By modifying the composition and form of the structure the measurement range and measurement sensitivity of the sensor, as well as its current/voltage characteristic, can be varied over a wide range. The DBRT diode can have at least two thin, undoped barrier layers (4,6); a first quantum wave layer (5); two thin, undoped spacer layers (3,7) and two highly doped feed regions (2,8) on a conducting substrate (1) with rear electrical contacts or on a semi-insulating substrate with contacts applied to the regions. USE/ADVANTAGE - High pressure sensor is suitable for miniaturisation, i.e. in dimensional range around 0.1x0.1x0.1 mm3. Exhibits high sensitivity over large pressure range.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung, sowie ein Meßverfahren nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1, 12 und 14.The invention relates to a pressure sensor and a method for its manufacture, as well as a measuring method according to The preamble of claims 1, 12 and 14.

Hochdrucksensoren werden heutzutage in unterschiedlichen Systemen als Meßsonden benötigt. Einer zuverlässigen und genauen Druckmessung kommt generell große Bedeutung zu, insbesondere durch die zunehmende Verschiebung des Ar­ beitsdrucks in technischen Systemen zu immer größeren Wer­ ten. Von besonderem Interesse sind dabei Drucksensoren mit einer hohen Empfindlichkeit bei gleichzeitig großem Druck­ meßbereich. Gegenüber herkömmlichen Drucksensoren bieten zudem Fühler mit einer sehr kleinen Bauform viele neue An­ wendungsbereiche. Ein wesentlicher Faktor ist auch die Störunempfindlichkeit bzw. die Kompensationsmöglichkeit von äußeren Parametern, wie z. B. der Umgebungstemperatur. Hinzu kommt der Bedarf nach Resistenz der Sensoren gegen­ über aggressiven Substanzen für die Anwendung in der Pro­ zeßtechnik der chemischen Industrie.High pressure sensors are used today in different ways Systems needed as measuring probes. A reliable and accurate pressure measurement is generally of great importance, especially due to the increasing shift of the Ar beitsdrucks in technical systems to ever larger who Pressure sensors are of particular interest high sensitivity with high pressure measuring range. Offer compared to conventional pressure sensors in addition, sensors with a very small design have many new attachments  application areas. Another important factor is that Immunity to interference or the possibility of compensation of external parameters, such as B. the ambient temperature. In addition, there is a need for resistance of the sensors to about aggressive substances for use in the pro measuring technology of the chemical industry.

In der Fahrzeugbranche arbeiten neuartige Dieseleinspritz­ verfahren heute bereits im Druckbereich von 1500 bar, um den Schadstoffausstoß weiter zu reduzieren. Drucksensoren sind ferner bin Hochdruckleitungen (z. B. Erdölexploration) und -speichern, in industriellen Prozeßanlagen, in hydrau­ lischen Systemen und im Labor- und Testbereich zur Druck­ messung und -überwachung von Wichtigkeit. Generell exi­ stieren nur sehr wenige Sensortypen, die im Hochdruck­ bereich über 1000 bar (= 1 kbar) verläßlich und genau ar­ beiten und einfach hantierbar sind.New types of diesel injection work in the vehicle industry already operate in the pressure range of 1500 bar further reduce pollutant emissions. Pressure sensors are also high pressure lines (e.g. petroleum exploration) and storage, in industrial process plants, in hydrau systems and in the laboratory and test area for printing measurement and monitoring of importance. Generally exi very few types of sensors that are in high pressure range above 1000 bar (= 1 kbar) reliably and precisely ar and easy to handle.

Es ist bekannt, daß die druckabhängige Widerstandsänderung von metallischen Legierungen und dotierten Halb­ leitern zur Druckmessung ausgenutzt werden kann. Metall­ drähte aus Manganin (84%Cu 12%Mn 4%Ni-Legierung) und aus Zeranin (93% Cu7% GeMn-Legierung) finden Anwendung im Druck­ bereich bis 20 kbar (I.L. Spain and J.Paauwe: High-Pres­ sure Technology, Vol. 1, Marcel Dekker, New York, 1977 und W.F. Sherman and A.A. Stadtmüller: Experimental Techniques in High Pressure Research, John Wiley, Chichester, 1987, und z. B. Othaman: Measurements of Electrical Properties of Materials Under High Hydrostatic Pressures, Transfer Report, University of Bath, Sept. 1991). Um eine akzep­ table Empfindlichkeit k = (ΔR/R)/Δp der Bauelemente zu er­ reichen werden in praxi Spulenanordnungen aus derartigen Drähten als Hochdrucksensoren verwendet, mit denen man Raumtemperaturempfindlichkeiten von typischerweise k = 2,4×10-3 kbar-1 (Manganin) und 1,5×10-3 kbar-1 (Zera­ nin) erreicht. Aufgrund der geringeren thermischen Beein­ flussung von Zeranin werden letztere hauptsächlich für An­ wendungen mit großen Temperaturschwankungen eingesetzt. Drucksensoren aus dotierten Halbleiterkristallen weisen Empfindlichkeiten im linearen Bereich von typischerweise k = 3,4×10-2 kbar-1 (InSb) auf. Generell werden die Widerstandsänderungen mit Hilfe einer elektrischen Vier­ punktmessung erfaßt, zwei Kontakte für die Stromein­ speisung und zwei Kontakte für die Spannungsmessung.It is known that the pressure-dependent change in resistance of metallic alloys and doped semiconductors can be used for pressure measurement. Metal wires made of manganin (84% Cu 12% Mn 4% Ni alloy) and Zeranin (93% Cu7% GeMn alloy) are used in the pressure range up to 20 kbar (IL Spain and J. Paauwe: High-Pres sure Technology , Vol. 1, Marcel Dekker, New York, 1977 and WF Sherman and AA Stadtmüller: Experimental Techniques in High Pressure Research, John Wiley, Chichester, 1987, and e.g. Othaman: Measurements of Electrical Properties of Materials Under High Hydrostatic Pressures , Transfer Report, University of Bath, Sept. 1991). In order to achieve an acceptable sensitivity k = (ΔR / R) / Δp of the components, in practice coil arrangements made of such wires are used as high-pressure sensors, with which room temperature sensitivities of typically k = 2.4 × 10 -3 kbar -1 (manganin ) and 1.5 × 10 -3 kbar -1 (Zera nin) reached. Due to the lower thermal influence of Zeranin, the latter are mainly used for applications with large temperature fluctuations. Pressure sensors made of doped semiconductor crystals have sensitivities in the linear range of typically k = 3.4 × 10 -2 kbar -1 (InSb). In general, the changes in resistance are recorded with the aid of an electrical four-point measurement, two contacts for the current supply and two contacts for the voltage measurement.

Desweiteren ist es durch der Mikromechanik ermöglicht, dünne Membranen oder Federzungen aus Silizium herzustel­ len, die als Drucksensoren eingesetzt werden können. Bis­ her ist allerdings die technische Nutzbarkeit nur für den Druckbereich um 1 bar demonstriert worden, jedoch nicht für den Hochdruckbereich (U. Theden, B. Müller und R.E. Boeters, Regelungstechnische Praxis 24 (7), pp. 223-230 (1982)).Furthermore, micromechanics make it possible to produce thin membranes or spring tongues from silicon len that can be used as pressure sensors. See you However, the technical usability is only for Pressure range around 1 bar has been demonstrated, however not for the high pressure range (U. Theden, B. Müller and R.E. Boeters, Regulatory Practice 24 (7), pp. 223-230 (1982)).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor an­ zugeben, der in einer Miniaturausführung herstellbar ist (z. B. 0,1×0,1×0,1 mm3) und über einen sehr großen Druckbe­ reich eine hohe Empfindlichkeit aufweist.The invention has for its object to admit a sensor that can be produced in a miniature version (z. B. 0.1 × 0.1 × 0.1 mm 3 ) and has a high sensitivity over a very large Druckbe.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil der Pa­ tentansprüche 1, 12 und 14 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.The task is carried out by the Claims 1, 12 and 14 specified features solved. Advantageous refinements and / or further developments are can be found in the subclaims.

Es wird eine Halbleiterheterostruktur verwendet, deren Materialschichtenfolge aus mindestens zwei chemisch ver­ schieden zusammengesetzten Halbleitersubstanzen mit unterschiedlichen Energielücken besteht. Die Halbleiter­ schichten sind so aufeinander angeordnet, daß sie vorzugs­ weise eine sog. "Doppelbarrieren-Resonante-Tunnel" Struk­ tur (DBRT) oder mindestens eine "Einfachbarrieren-Tunnel" Struktur (EBT) bilden. Die Schichtzusammensetzungen und die Bauelementstruktur sind so gewählt, daß ein durch eine von außen angelegte Spannung verursachter Strom senkrecht durch die Schichten fließt. Der Strom wird durch einen quantenmechanischen Tunnelprozeß bestimmt, derart, daß der Ladungsträgertransport durch die elektronischen Barrieren von mindestens zwei verschiedenen Leitungsbandminima, z. B. Γ und X in AlxGa1-xAs, maßgeblich beeinflußt wird. Ent­ sprechend sind Ausführungen in anderen Materialsystemen, z. B. mit Heterostrukturen aus AlAs/InGaAs/InP Si/SiGe/Ge oder GaSB/InAs/AlSb möglich.A semiconductor heterostructure is used, the material layer sequence of which consists of at least two chemically differently composed semiconductor substances with different energy gaps. The semiconductor layers are arranged one on top of the other so that they form a so-called "double barrier resonant tunnel" structure (DBRT) or at least one "single barrier tunnel" structure (EBT). The layer compositions and the component structure are selected such that a current caused by an externally applied voltage flows perpendicularly through the layers. The current is determined by a quantum mechanical tunnel process, such that the charge carrier transport through the electronic barriers of at least two different conduction band minima, e.g. B. Γ and X in Al x Ga 1-x As, is significantly influenced. Accordingly, designs in other material systems, such. B. possible with heterostructures made of AlAs / InGaAs / InP Si / SiGe / Ge or GaSB / InAs / AlSb.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 näher erläutert.The invention is explained in more detail using exemplary embodiments with reference to FIGS. 1 to 3.

Als Substrat dient eine hoch-n-leitende GaAs-Substrat­ scheibe (1). Mit Hilfe einer Epitaxiemethode, vorzugsweise Molekularstrahlepitaxie, werden die Schichtenfolgen für eine DBRT-Struktur abgeschieden, die aus folgenden Einzel­ schichten bestehen (Fig. 1):A high-n-type GaAs substrate wafer ( 1 ) serves as the substrate. With the help of an epitaxy method, preferably molecular beam epitaxy, the layer sequences for a DBRT structure are deposited, which consist of the following individual layers ( FIG. 1):

  • 1) - Niederohmige n+-Zuleitungsschichten (2) und (8) aus GaAs mit einer hohen Dotierkonzentration aus z. B. Si, vorzugsweise im Bereich von 5×1018cm-3 und einer Dicke von ca. 0,5 µm,1) - Low-resistance n + supply layers ( 2 ) and ( 8 ) made of GaAs with a high doping concentration of z. B. Si, preferably in the range of 5 × 1018cm -3 and a thickness of about 0.5 microns,
  • - Undotierte DBRT-Struktur bestehend aus zwei dün­ nen AlxGa1-xAs Barrieren (4) und (6), vorzugsweise AlAs mit z. B. 2,3 nm Dicke und einem Quantenwell aus GaAs (5) mit einer Dicke von z. B. 5 nm,- Undoped DBRT structure consisting of two thin Al x Ga 1-x As barriers ( 4 ) and ( 6 ), preferably AlAs with z. B. 2.3 nm thickness and a quantum well of GaAs ( 5 ) with a thickness of z. B. 5 nm,
  • - Dünne, undotierte Spacerschichten (3) und (7) aus GaAs mit einer Dicke von z. B. 5 nm.- Thin, undoped spacer layers ( 3 ) and ( 7 ) made of GaAs with a thickness of z. B. 5 nm.
  • 2) - Zusätzlich zu 1) kann zwischen dem Barrierenma­ terial (6) und der Spacerschicht (7) eine dünne Quanten­ wellschicht aus InyGa1-yAs mit z. B. y=0.2 und einer Dicke von 4 nm eingebaut werden.2) - In addition to 1) between the barrier material ( 6 ) and the spacer layer ( 7 ), a thin quantum well layer made of In y Ga 1-y As with z. B. y = 0.2 and a thickness of 4 nm.
  • 3) - Zusätzlich kann in die Schicht (5) eine dünne Quantenwellschicht aus InzGa1-zAs mit z. B. z=0.2 und einer Dicke von 4 nm eingebaut werden.3) - In addition, a thin quantum well layer made of In z Ga 1-z As where z in the layer (5). B. z = 0.2 and a thickness of 4 nm.
  • 4) - Zusätzlich zu 1) bis 3) kann substratseitig zwi­ schen Barrierenschicht (4) und Spacer (3) eine Quanten­ wellschicht analog 2) eingebaut werden.4) - In addition to 1) to 3), a quantum well layer analogous to 2) can be installed on the substrate side between the barrier layer ( 4 ) and spacer ( 3 ).
  • 5) - Alternativ, bzw. zusätzlich zu (2) bis (4) kann eine Vorbarrierenschicht aus AlGaAs eingebaut werden, des­ sen Al-Gehalt geringer ist als der Al-Gehalt der Barrie­ renschichten (4) und (6).5) - Alternatively, or in addition to ( 2 ) to ( 4 ), a pre-barrier layer made of AlGaAs can be installed, the Al content of which is lower than the Al content of the barrier layers ( 4 ) and ( 6 ).
  • 6) - Alternativ zu den Schichten (4) und (6) werden AlxGa1-xAs-Barrieren eingesetzt, mit x < 1.6) - As an alternative to layers ( 4 ) and ( 6 ), Al x Ga 1-x As barriers are used, with x <1.

Durch die Modifikationen der DBRT-Struktur 1) läßt sich die Bandstruktur und folglich die Strom/Spannungskennliniencharakteristik (Stromdichte, Peak/Valleg-Stromverhältnis (PVR), Einsatzspannung und Temperaturverhalten) verändern. Damit können die Sensorkenngrößen über einen weiten Bereich beeinflußt wer­ den, wie z. B. Druckempfindlichkeit und Druckmeßbereich. Außerdem läßt sich durch einen asymmetrischen Schichtauf­ bau die Diodenkennlinie derart einstellen, daß unter­ schiedliche Druckempfindlichkeiten und Druckmeßbereiche des Sensors zwischen Vorwärts- und Rückwärtspolung er­ reicht werden. The modifications to the DBRT structure 1) allow the band structure and consequently the Current / voltage characteristic curve (current density, Peak / Valleg current ratio (PVR), threshold voltage and Temperature behavior) change. So that can Sensor parameters influenced over a wide range the, such as B. Pressure sensitivity and pressure measuring range. In addition, an asymmetrical layer can be used Build the diode characteristic so that under different pressure sensitivities and pressure measuring ranges of the sensor between forward and reverse polarity be enough.  

Die Halbleiterscheibe wird vorzugsweise rückseitig gedünnt auf eine Restdicke von z. B. 0,1 mm, anschließend mit einem photolithographischen Verfahren strukturiert und ohmsche Kontaktbereiche (K) auf der Vorderseite aufgebracht, z. B. kreisförmige Kontakte mit 20 µm Durchmesser. Die Rückseite wird ganz flächig metallisiert. Um eine Stromführung zu ge­ währleisten wird die Diode durch eine Mesaätzung oder, in völlig planarer Form, durch eine Isolationsimplantation, z. B. mit Bor-Ionen, definiert.The semiconductor wafer is preferably thinned on the back to a residual thickness of e.g. B. 0.1 mm, then with a structured photolithographic process and ohmic Contact areas (K) applied to the front, e.g. B. circular contacts with 20 µm diameter. The backside is metallized all over. In order to conduct electricity The diode is guaranteed by a mesa etching or, in completely planar form, through an isolation implantation, e.g. B. with boron ions defined.

Die Scheiben werden anschließend durch Ritzen und Brechen in kleine Vierecke von z. B. 0,1×0,1 mm2 geteilt und auf einen dünnen Substratträger, z. B. ein Keramikplättchen, geklebt, derart, daß die Halbleiterdiode nur an einer Kante oder einer Ecke auf dem Träger fixiert wird. Der Kleber ist elektrisch leitend und duktil, vorzugsweise über einen weiten Druck- und Temperaturbereich. Die Kera­ mik enthält Kontaktbereiche für die elektrische Verbindung des Diodensensors mit den Zuleitungsdrähten. Die elektri­ sche Verbindung vom Keramikkontaktbereich zum Diodenmesa­ kontakt (K) geschieht über einen Bonddraht.The slices are then cut and broken into small squares of e.g. B. 0.1 × 0.1 mm 2 divided and on a thin substrate support, for. B. a ceramic plate, glued, such that the semiconductor diode is fixed only at one edge or a corner on the carrier. The adhesive is electrically conductive and ductile, preferably over a wide pressure and temperature range. The ceramic contains contact areas for the electrical connection of the diode sensor to the supply wires. The electrical connection from the ceramic contact area to the diode mesa contact (K) is made using a bond wire.

Eine typische Kennlinie von einer DBRT-Diode bei Raumtem­ peratur ist in Fig. 2a dargestellt. Mit Hilfe eines einfa­ chen elektrischen Netzwerks wird an die Diode eine Span­ nung U0 + U sin(wt) angelegt, derart, daß der Gleichspan­ nungsanteil einen Arbeitspunkt im NDR-Bereich einstellt, typischerweise 0,5 V . . . 2 V, und dem ein Wechselsignal mit einer Amplitude deutlich über dem NDR-Spannungsbereich, z. B. U < 0,1 V mit einer Frequenz von z. B. 1 kHz aufmodu­ liert ist (Fig. 1b). Das Netzwerk ist so zu beschalten, daß es in Abhängigkeit der Ersatzschaltbildgrößen des Dioden­ sensors einen stabilen Arbeitspunkt im NDR-Bereich ein­ stellt. Stabilitätskriterien sind z. B. in C. Kidner, I. Mehdi, J.R. East, and G.I. Haddad: Power and Stability Li­ mitations of Resonant Tunneling Diodes, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 38 (1990), p. 864, ent­ halten.A typical characteristic of a DBRT diode at room temperature is shown in Fig. 2a. With the help of a simple electrical network, a voltage U 0 + U sin (wt) is applied to the diode in such a way that the DC voltage component sets an operating point in the NDR range, typically 0.5 V. . . 2 V, and an alternating signal with an amplitude well above the NDR voltage range, for. B. U <0.1 V with a frequency of z. B. 1 kHz is modulated ( Fig. 1b). The network should be wired in such a way that it sets a stable operating point in the NDR range depending on the equivalent circuit diagram sizes of the diode sensor. Stability criteria are e.g. B. in C. Kidner, I. Mehdi, JR East, and GI Haddad: Power and Stability Li mitations of Resonant Tunneling Diodes, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 38 (1990), p. 864, included.

Der Stromverlauf der Diode ist in Fig. 1c dargestellt. Die Maximalwerte entsprechen dem Diodenpeakstrom IP, die Mini­ malwerte dem Valleystrom IV im NDR-Bereich mit PVR = IP/IV und ΔI = IP-IV = IV (PVR-1).The current profile of the diode is shown in Fig. 1c. The maximum values correspond to the diode peak current I P , the minimum values to the valley current I V in the NDR range with PVR = I P / I V and ΔI = I P -I V = I V (PVR-1).

Im allgemeinen ist IP und insbesondere IV empfindlich vom umgebenden hydrostatischen Druck p abhängig. Die Abhängig­ keit der Stromamplitude ΔI bei Raumtemperatur als Funktion von p (normiert auf ΔI bei atmosphärischem Umgebungsdruck von p = 1 bar) ist für drei Drucksensoren in Fig. 3 darge­ stellt. Die DBRT-Strukturen sind entsprechend den Ausfüh­ rungen 1) aufgebaut. Der geforderte Druckmeßbereich wird z. B. über unterschiedliche AlAs-Dicken des Barrierenmate­ rials (4) und (6) eingestellt. Ein derartiger, z. B. für den Meßbereich von 6 kbar (12 kbar) ausgelegter Drucksensor weist eine Empfindlichkeit von ca. 0,2 kbar-1 (0,1 kbar-1) bei Raumtemperatur auf.In general, I P and especially I V is sensitive to the surrounding hydrostatic pressure p. The dependency of the current amplitude ΔI at room temperature as a function of p (normalized to ΔI at atmospheric ambient pressure of p = 1 bar) is shown for three pressure sensors in FIG. 3. The DBRT structures are constructed in accordance with versions 1). The required pressure measuring range is z. B. about different AlAs thicknesses of the barrier material ( 4 ) and ( 6 ). Such, e.g. B. for the measuring range of 6 kbar (12 kbar) designed pressure sensor has a sensitivity of about 0.2 kbar -1 (0.1 kbar -1 ) at room temperature.

Durch die o.g. Modifizierung des Schichtaufbaus nach den Ausführungen 2) bis 6) und Auswertung der Meßgröße PVR = IP/IV läßt sich die Empfindlichkeit k* = Δ(PVR)/Δp deutlich erhöhen und der Temperatureinsatzbereich auf deutlich über 100°C ausweiten. Damit lassen sich Empfindlichkeitswerte k* von deutlich über 0,6 bei einem Meßbereich von ca. 8 kbar erreichen, z. B. mit einer Struk­ tur nach H. Brugger, U. Meiners, C. Wölk, R. Deufel, A. Marten, M. Roßmanith, K. v. Klitzing, and R. Sauer: Pseudomorphic Two-Dimensional Electron-Gas-Emitter Reso­ nant Tunneling Devices, Microelectronic Engineering 15 (1991), pp. 663-666. The above-mentioned modification of the layer structure according to versions 2) to 6) and evaluation of the measured variable PVR = I P / I V can significantly increase the sensitivity k * = Δ (PVR) / Δp and extend the temperature range to well above 100 ° C . This allows sensitivity values k * of well over 0.6 to be achieved with a measuring range of approx. 8 kbar, e.g. B. with a structure according to H. Brugger, U. Meiners, C. Wölk, R. Deufel, A. Marten, M. Roßmanith, K. v. Klitzing, and R. Sauer: Pseudomorphic Two-Dimensional Electron-Gas-Emitter Resonant Tunneling Devices, Microelectronic Engineering 15 (1991), pp. 663-666.

Schwankungen in der Umgebungstemperatur (T) verändern die Kennlinie von DBRT-Dioden, derart, daß im allgemeinen, der Strom IP und die Spannung VP temperaturabhängig sind. Aus der Phasenverschiebung von U(t) und I(t) (Fig. 2b, c) läßt sich einfach der VP(T)-Verlauf und somit die Temperatur des Druckmediums ermitteln. Alternativ, bzw. zusätzlich, kann aus dem IP(T)-Verlauf ebenfalls T ermittelt werden. VP(T) und IP(T) werden durch Eichmessung ermittelt. Durch eine entsprechende Schichtauslegung der DBRT-Struktur, z. B. nach Ausführung 1) mit einer Dicke der Barrieren­ schichten (4) und (6) von 2,3 nm, ist IP nahezu unabhängig vom Druck. Somit ist die gemessene Änderung von IP direkt ein Maß für die Temperatur.Fluctuations in the ambient temperature (T) change the characteristic of DBRT diodes in such a way that in general the current I P and the voltage V P are temperature-dependent. From the phase shift of U (t) and I (t) ( Fig. 2b, c), the V P (T) curve and thus the temperature of the pressure medium can be easily determined. Alternatively, or additionally, T can also be determined from the I P (T) curve. VP (T) and IP (T) are determined by calibration measurement. By appropriate layer design of the DBRT structure, e.g. B. according to version 1) with a thickness of the barrier layers ( 4 ) and ( 6 ) of 2.3 nm, I P is almost independent of the pressure. The measured change in I P is therefore a direct measure of the temperature.

Weiterhin wird vorgeschlagene die Druckmessung mit einer EBT-Diode durchzuführen. Hierzu wird im Schichtaufbau von Fig. 1 die DBRT-Struktur, bestehend aus den Schichten (4), (5) und (6) durch eine einzige Barriere aus AlxGa1-xAs er­ setzt, vorzugsweise mit x = 0,2 . . . 1,0 und einer Dicke zwi­ schen 20 nm und 80 nm. Der EBT-Strom I hängt exponentiell vom hydrostatischen Druck ab, derart, daß sich die Ein­ satzspannung der EBT-Diode mit zunehmendem Druck zu klei­ neren Werten verschiebt. Die-Druckbestimmung erfolgt über die Messung der (Einsatz-) Spannungsverschiebung ΔV bei konstantem Diodenstrom. Über das Netzwerk wird ein Ar­ beitspunkt im Durchlaßbereich eingestellt. Der Einfluß der Temperatur wird wieder durch eine Eichmessung erfaßt. Anstelle der Temperaturkorrektur der Kennlinien durch Eichmessungen kann eine direkte Temperaturmessung des Druckmediums mit einem T-Fühler durchgeführt werden, der relativ druckunempfindlich ist, vorzugsweise mit Metall­ thermopaaren.It is also proposed to carry out the pressure measurement with an EBT diode. For this purpose, the DBRT structure consisting of layers ( 4 ), ( 5 ) and ( 6 ) is replaced by a single barrier made of Al x Ga 1-x As in the layer structure of FIG. 1, preferably with x = 0.2 . . . 1.0 and a thickness between 20 nm and 80 nm. The EBT current I depends exponentially on the hydrostatic pressure, such that the threshold voltage of the EBT diode shifts with increasing pressure to smaller values. The pressure is determined by measuring the (operational) voltage shift ΔV with a constant diode current. An operating point is set in the pass band via the network. The influence of the temperature is again measured by a calibration measurement. Instead of the temperature correction of the characteristic curves by means of calibration measurements, a direct temperature measurement of the pressure medium can be carried out with a T-sensor, which is relatively insensitive to pressure, preferably with metal thermocouples.

Claims (15)

1. Drucksensor, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksen­ sor zumindest eine Halbleiterdiode mit einer Heterostruk­ tur enthält.1. Pressure sensor, characterized in that the pressure sensor contains at least one semiconductor diode with a heterostructure. 2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterdiode eine Doppelbarrieren-Resonante- Tunnel (DBRT)-Struktur besitzt.2. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the semiconductor diode has a double barrier resonant Has tunnel (DBRT) structure. 3. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterdiode eine Einfachbarrieren-Tunnel- Struktur besitzt.3. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the semiconductor diode has a single barrier tunnel Has structure. 4. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Modifizierung des Aufbaus und der Zusammenset­ zung der Heterostruktur der Sensormeßbereich und die Sensormeßempfindlichkeit, sowie das Strom/Spannungskennlinienverhalten über einen weiten Be­ reich einstellbar sind.4. Pressure sensor according to claim 2, characterized in that by modifying the structure and assembly heterostructure, the sensor measuring range and the  Sensor measurement sensitivity, as well as that Current / voltage characteristic behavior over a wide range are richly adjustable. 5. Drucksensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die DBRT-Diode zumindest
  • - zwei dünne, undotierte Barrierenschichten (4, 6),
  • - eine erste Quantenwellschicht (5),
  • - zwei dünne, undotierte Spacerschichten (3, 7)
  • - zwei hochdotierte Zuleitungsbereiche (2, 8) enthält, die auf einem
  • - leitfähigen Substrat (1) mit rückseitigem elektrischen Kontakt (K) oder
  • - halbisolierenden Substrat (1) mit auf der Schicht (2) aufliegenden elektrischen Kontaktbereich aufgewachsen sind.
5. Pressure sensor according to claim 4, characterized in that the DBRT diode at least
  • - two thin, undoped barrier layers ( 4 , 6 ),
  • - a first quantum well layer ( 5 ),
  • - two thin, undoped spacer layers ( 3 , 7 )
  • - Contains two highly doped lead areas ( 2 , 8 ) on one
  • - Conductive substrate ( 1 ) with rear electrical contact (K) or
  • - Semi-insulating substrate ( 1 ) with electrical contact area lying on the layer ( 2 ) have been grown.
6. Drucksensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Barrierenschicht (6) und der Spacer­ schicht (7) eine zweite dünne Quantenwellschicht enthalten ist.6. Pressure sensor according to claim 5, characterized in that between the barrier layer ( 6 ) and the spacer layer ( 7 ) a second thin quantum well layer is included. 7. Drucksensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Quantenwellschicht (5) eine dritte Quantenwellschicht aus einem von der Schicht (5) verschie­ denem Halbleitermaterial enthält.7. Pressure sensor according to claim 5 or 6, characterized in that said first quantum well layer (5) includes a third quantum well layer of the layer (5) various denem semiconductor material. 8. Drucksensor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß substratseitig zwischen Barrieren­ schicht (4) und Spacerschicht (3) eine vierte Quantenwell­ schicht enthält, die aus einem zu den Schichten (3, 4) unterschiedlichen Halbleitermaterial besteht. 8. Pressure sensor according to one of claims 5 to 7, characterized in that the substrate side between the barrier layer ( 4 ) and spacer layer ( 3 ) contains a fourth quantum well layer, which consists of a different from the layers ( 3 , 4 ) semiconductor material. 9. Drucksensor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorbarrierenschicht zusätzlich zu den Barrierenschichten (4, 6) in der Halbleiterschichten­ folge enthalten ist.9. Pressure sensor according to one of claims 5 to 8, characterized in that a pre-barrier layer is included in addition to the barrier layers ( 4 , 6 ) in the semiconductor layers sequence. 10. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenstruktur einen asym­ metrischen Schichtaufbau besitzt, derart, daß die Barrie­ renschichten unterschiedliche Schichtdicken oder Zusammen­ setzungen aufweisen.10. Pressure sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the diode structure has an asym has metric layer structure, such that the Barrie layers different thicknesses or together have settlements. 11. Drucksensor nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Diodenstruktur eine erste Zulei­ tungsschicht, eine erste Spacerschicht, eine Bar­ rierenschicht, eine zweite Spacerschicht und eine zweite Zuleitungsschicht enthält.11. Pressure sensor according to claims 1 and 3, characterized ge indicates that the diode structure a first Zulei tion layer, a first spacer layer, a bar barrier layer, a second spacer layer and a second Contains supply layer. 12. Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors nach den vorhergehenden Ansprüchen 1, 2, 4 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet,
  • - daß auf einem Substrat (1) eine Heterostruktur-Halblei­ terschichtenfolge für eine DBRT- oder Einfachbarrieren- Tunnel-Diode epitaktisch gewachsen wird,
  • - daß entsprechende Halbleiterschichten als elektrische Zuleitungen ausgebildet werden,
  • - daß das Substrat gedünnt wird,
  • - daß substratseitig und auf der Oberfläche der Halblei­ terschichtenfolge Kontaktbereiche hergestellt werden, und
  • - daß die Diode mesageätzt oder durch geeignete Isolati­ onsimplantation planar ausgebildet wird.
12. A method for producing a pressure sensor according to the preceding claims 1, 2, 4 to 11, characterized in that
  • - That a heterostructure semiconductor layer sequence for a DBRT or single barrier tunnel diode is grown epitaxially on a substrate ( 1 ),
  • corresponding semiconductor layers are formed as electrical feed lines,
  • - that the substrate is thinned,
  • - That substrate areas and on the surface of the semiconductor layer sequence contact areas are produced, and
  • - That the diode is mesage etched or onsimplantation planar by suitable Isolati.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode auf einen dünnen Träger derart aufgebracht wird, daß lediglich die Kante oder eine Ecke der Diode auf dem Träger fixiert wird, und daß am Träger Kontaktbereiche und elektrische Verbindungen zum Drucksensor hergestellt werden.13. The method according to claim 12, characterized in that that the diode is applied to a thin support in such a way that only the edge or corner of the diode is on is fixed to the carrier, and that contact areas on the carrier and electrical connections to the pressure sensor become. 14. Verfahren zur Druckbestimmung mit einem Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet,
  • - daß der Diodenpeakstrom IP und der Valleystrom IV in Ab­ hängigkeit vom hydrostatischen Druck p und der Umgebungs­ temperatur T gemessen werden und der Wert ΔI = IP-IV be­ stimmt wird,
  • - daß aus der Änderung von ΔI mit dem Druck p der Druck bestimmt wird, und
  • - daß aus der Änderung von PVR = IP/IV der Druck bestimmt wird.
14. A method for determining pressure with a pressure sensor according to one of the preceding claims, characterized in that
  • - That the diode peak current I P and the valley current I V are measured as a function of the hydrostatic pressure p and the ambient temperature T and the value ΔI = I P -I V is determined,
  • - That the pressure is determined from the change in ΔI with the pressure p, and
  • - That the pressure is determined from the change in PVR = I P / I V.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Spannung VP der Diode mit dem Druck p und der Umgebungstemperatur T bestimmt wird, daß eine Tem­ peraturkorrektur mittels einer Eichmessung von IP und VP durchgeführt wird, und daß daraus die Temperatur des Druckmediums ermittelt wird.15. The method according to claim 14, characterized in that the change in the voltage V P of the diode with the pressure p and the ambient temperature T is determined that a temperature correction is carried out by means of a calibration measurement of I P and V P , and that the Temperature of the print medium is determined.
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