DE4310324C2

DE4310324C2 - Struktur eines Mikro-Pirani Sensors und dessen Temperaturkompensationsverfahren

Info

Publication number: DE4310324C2
Application number: DE4310324A
Authority: DE
Inventors: Jin-Shown Shie; Ping-Kuo Weng
Original assignee: Opto Tech Corp
Current assignee: Opto Tech Corp
Priority date: 1993-03-25
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2013-03-31
Also published as: US5347869A; DE4310324A1

Description

Hintergrund zur Erfindung

Vorliegende Erfindung betrifft einen Meßfühler für ein Mikro-Pirani Unterdruckmeßgerät des thermischen Leitfähigkeits Typs mit einem neuen Aufbau und einer Schaltkreisauslegung zur Temperaturkompensation

Das Gebiet der Unterdrucktechnik hat sich seit sehr vielen Jahren entwickelt. In wissenschaftlichen Studien und industrieller Anwendung ist der Gebrauch von Unterdruck-Ausrüstungen weit verbreitet. Ein Meßgerät zur Erfassung des Grads oder Wertes des Unterdrucks ist als ein wesentliches Teil einer solchen Ausrüstung anzusehen. Dementsprechend viele Vakuum-Meßgeräte gibt es auf dem Markt. Die folgende Tabelle stellt verschiedene Leistungsbereiche (in Torr) der üblichen Meßgeräte zusammen. Allgemein gilt, daß der Meßbereich eines einzigen Unterdruck-Meßgerätes diesen angegebenen Druckbereich nicht abdecken kann. Um einen solchen Druckbereich erfassen zu können, sollten alternativ zwei Vakuum-Meßgeräten benutzt werden.

Tabelle 1

Druckbereiche verschiedener Vakuum-Meßgeräte

Zur Zeit beruhen die gebräuchlichen Vakuum-Meßgeräte auf dem Prinzip der thermischen Leitfähigkeit. Dabei um fassen die bekannten thermischen Leitfähigkeits Unter druck-Meßgeräte im wesentlichen zwei Arten: Pirani Un terdruck-Meßgeräte und Thermoelement Unterdruck-Meß geräte. Die herkömmlichen Pirani Unterdruck-Meßge räte arbeiten entsprechend dem Zusammenhang zwischen dem Wärmeverlust eines im Vakuum erhitzten Heizfadens und dem Vakuum- oder Unterdruck innerhalb eines geeignet ge wählten Bereiches im Meßgerät, das heißt der Beziehung, wann die mittlere freie Weglänge von Molekülen unter ei nem bestimmten Vakuumdruck der inneren Größe eines Hohlraums oder Kammer entspricht, in den der erhitzte Gegenstand eingebracht ist. Die Fig. 16a und 16b zei gen das Wärmeabstrahldiagramm beziehungsweise die Wärme abstrahlkurven eines erhitzten Gegenstands im Vakuum (das heißt, des erwärmten Heizfadens in dieser Figur). Wie es aus der Fig. 16a ersichtlich ist, kommt der Wär meverlust des Heizdrahtes 19 zustande durch

(1) die massiven Zuführungsdrähte zum Heizfaden (Leitung im Festkörper, wie mittels Pfeil 1 angegeben),
(2) die Oberfläche des Heizfadens (Strahlung, wie mittels des Pfeils 2 angegeben) und
(3) in Form von Dampfmolekülen (Gas-Übertragung, wie mittels des Pfeils 3 angegeben).

Wenn der Wärmeverlust des erhitzten Gegenstandes auf grund der Dampfmoleküle unwesentlich für den Vakuumdruck ist oder sehr klein ist im Vergleich zu dem Wärmever lust, der durch die beiden anderen Arten entstanden ist, kann der Vakuumdruck nicht gemessen werden. Wenn bei der Wärmeübertragung der Dampfmoleküle diese den Heizfaden 19 treffen, wird ein Teil der thermischen Energie des Heizfadens 19 in kinetische Energie der Moleküle umge wandelt und von den Molekülen dem Heizfaden entnommen. Wenn die mit kinetischer Energie versehenen Moleküle auf die Wand der Kammer, die sich auf einer niedrigeren Tem peratur befindet, auftreffen, wird ein Teil der kinetischen Energie der Moleküle über die Wand der Kam mer nach außen übertragen. Je höher die Anzahl der auf die Wand auftreffenden Moleküle ist, desto größer ist die übertragende Wärme. Außerdem wird unter konstanten Ausgangsvoraussetzungen die einhergehende Temperaturän derung des Heizfadens umgekehrt proportional zu der An zahl der auftreffenden Moleküle sein. Die Änderung der Heizfadentemperatur verursacht eine Änderung seines Wi derstands. Deswegen kann eine Brückenschaltung dazu be nutzt werden, die Änderung des Heizfadenwiderstands zu messen, daraus die Dichte der Moleküle zu errechnen und daraus anschließend auf den Unter- oder Vakuumdruck zu schließen.

Das zuvor beschriebene, nach dem Prinzip der thermischen Leitfähigkeit arbeitende Unterdruck-Meßgerät ist je doch nur innerhalb gewisser Druckbereiche einsetzbar, die sich aus der Konstruktion des Heizfadens, des Hohlraums oder der Kammer und der Zuführungsdrähte zum Heizfaden er geben. Die Abb. 16b zeigt entsprechende Wärmeabstrahl kurven der massiven Zuführungsdrähte (1), der Oberfläche des Heizfadens (2) und der Dampfmoleküle (3). Wie es aus der Kurve (3) ersichtlich ist, wird im Falle eines hohen Unterdrucks, obwohl die Anzahl der Moleküle, die auf den Heizfaden auf treffen, proportional zum Anstieg des Drucks zunimmt, die mittlere freie Weglänge der Moleküle invers dazu abnehmen, so daß der Wärmeverlust nicht mehr wirkungsvoll über die Wand der Kammer nach außen übertragen werden kann. Das bedeutet, daß, wenn der Vakuumdruck einen Grenzwert übersteigt, die Druck änderung nicht weiter die Gasübertragungsrate beeinflussen wird und daß zu diesem Zeitpunkt das Unterdruck-Meßgerät seine maximale Meßgrenze erreichen wird, die bestimmt wird durch das Verhältnis der mittleren freien Weglänge der Mole küle und dem Abstand zwischen dem Meßgerät und der Kammer wand. Außerdem wird im Falle eines extrem niedrigen Drucks (d. h. Hochvakuumbereiche) die Anzahl der Moleküle stark ab nehmen, was dazu führt, daß vom Gas verursachte Wärmeübertra gung kleiner ist als die Wärmeübertragung von den Zuführungs drähten und von der Oberfläche des Heizfadens. Deswegen wird die Änderung der Gastemperatur zu klein werden, um vom Unter druck-Meßgerät gemessen zu werden. Unter diesen Bedingungen erreicht das Unterdruck-Meßgerät seine untere Meßgrenze.

Gleichermaßen mißt das oben erwähnte Pirani Unterdruck Meßgerät den Unterdruck entsprechend den Temperatur änderungen und so den Widerstand des Heizfadens aufgrund der Änderung des Gasdrucks. Üblicherweise wird die Änderung des Heizfadenwiderstands mittels eines Brückenschaltkreises, wie er in der Fig. 17 dargestellt ist, gemessen. Bei Anwendung des dort gezeigten Brückenschaltkreises zur Messung des Unterdrucks sollte der Brückenschaltkreis in einem ersten Arbeitsgang durch folgende Schritte auf den Nullpunkt kalibriert werden:

(1) Dem Aussetzen des Unterdruck-Meßgerätes einem sehr niedrigen Unterdruck (d. h. einem sehr hochgradigen Vakuum), der extrem klein ist im Vergleich zur untersten Grenze des Unterdruck-Meßgerätes, so daß der sehr niedrige Unterdruck als ein pseudo-absolutes Vakuum be zeichnet werden kann. In diesem Zustand kann davon aus gegangen werden, daß der Wärmeverlust des Heizfadens nur von den massiven Zuführungsleitungen und der strahlenden Oberfläche des Heizfadens herrührt;
(2) Justieren eines Spannungsteilers R₂, des Brückenschaltkreises, so daß der Ausgang des Brücken schaltkreises auf Null gestellt ist, das heißt, daß der Ausgang des Brückenschaltkreises abgeglichen ist. Dies bedeutet, daß ein elektrisches Signal, das als Folge ei nes Wärmeaustausches des festen Wärmeübergangs (Zufüh rungsleitungen) und des Wärmeübergangs aufgrund der strahlenden Oberfläche erzeugt wird, eliminiert wird. Der Justierschritt wird bei einer konstanten Temperatur vorgenommen (d. h., einer Referenztemperatur, wie sie im folgenden erwähnt wird); und
(3) Füllen des Vakuumsystems mit einem Gas bis zu einem Bereich linearen Drucks des Meßgerätes und an schließendem Messen des Ausgangs des Brückenschaltkrei ses mit dem Pirani Unterdruck-Meßgerät beziehungsweise einem Standardmeßgerät. Dann wird die Empfindlichkeit des Unterdruck-Meßgerätes mit Hilfe der mindestens zwei gemessenen Werte berechnet und das ermittelte Er gebnis wird in einem Speicher zum späteren Gebrauch ab gelegt.

Das herkömmliche Pirani Unterdruck-Meßgerät weist je doch das Problem auf, daß sich die Temperatur und damit der Widerstand des Heizfadens mit der Umgebungstemperatur ändern, so daß ein Drifteffekt aufgrund der Umgebungs temperatur auftritt. Dieser von der Umgebungstemperatur hervorgerufene Drifteffekt ändert das gemessene Signal des Meßgerätes. Eine herkömmliche Vorgehensweise zur Vermeidung dieses Problems besteht, wie es in der Fig. 17 gezeigt ist, darin, zur Kompensation eine Dummy- oder Blindröhre S' in einem Zweig des Brückenschaltkreises vorzusehen, die in ihrer Ausführung einer wirklichen Sensorröhre G' ähnlich ist. Die wirkliche Sensorröhre G' wird dann in den anderen Zweig des Brückenschaltkreises gelegt, was ebenfalls in Fig. 17 gezeigt ist. Die Blindröhre S' ist eine in einem pseudo-absoluten Vakuum versiegelte Röhre und wird daher durch den Unterdruck nicht beeinflußt werden. Außerdem wird die Temperatur des Heizfadens der Blindröhre S' auf den gleichen Wert gesetzt, wie ihn die Sensorröhre G' hat. Nebenbei bemerkt sind die Blindröhre und die Sensorröhre sehr dicht zueinander angeordnet, so daß ihre Umgebungstemperaturen sehr ähnlich sind. Dementsprechend wird eine Änderung der Umgebungstemperatur gleichzeitig beide Röhren aber nicht den Ausgang des Brückenschaltkreises beeinflussen. Die Realität jedoch zeigt, daß die Konstruktion und die räumliche Anordnung der beiden Röhren zueinander nicht identisch sind, und daß die Temperaturkompensation noch nicht hinreichend perfektioniert ist. Diese Vorgehensweise kann daher das Problem der Umgebungstemperaturdrift nicht vollkommen lösen. Das heißt, daß das von der Umgebungstemperatur hervorgerufene Driftstörsignal die Genauigkeit und den unteren Grenzwert des vom Unterdruck-Meßgerät gemessenen Unterdrucks immer noch beeinflußt.

Die Betriebsverfahren des Pirani Unterdruck-Meßgerätes umfassen:

(1) eine Konstant-Vorspannungs Methode: Der Unterdruck wird entsprechend der Spannungsdifferenz des Brücken schaltkreises gemessen; da der Widerstand der meisten Metalle mit steigender Temperatur zunimmt und da sich die Heizfadentemperatur mit dem Unterdruck proportional ändert, kann der Unterdruck mit Hilfe einer Ermittlung des Heizfadenwiderstandes gemessen werden (d. h., der Spannungsdifferenz am Ausgang des Brückenschaltkreises); und
(2) eine Konstant-Temperatur oder Konstant-Widerstands Methode: Diese Methode sieht vor, die Heizfadentempera tur beizubehalten, indem die Vorspannung des Brücken schaltkreises eingestellt wird (d. h., der Widerstand des Heizfadens ist konstant und der Brückenschaltkreis wird in einem abgeglichenen Zustand gehalten). Dann wird der Unterdruck entsprechend der abgegebenen Leistung oder dem Spannungsabfall am Heizfaden gemessen. Zur Zeit wen den die meisten Pirani Unterdruck-Meßgeräte das an zwei ter Stelle beschriebene Betriebsverfahren an, da das zweite Verfahren eine höhere Empfindlichkeit besitzt. Allgemein gilt, daß der Heizfaden aus einem Metall mit einem höheren Widerstands-Temperaturkoeffizienten (TCR) besteht. Üblicherweise enthalten die Materialien W, Ni oder andere Metallegierungen.

Die herkömmlichen Unterdruck-Meßgeräte des thermischen Leitfähigkeits Typs haben jedoch große Volumina und es ist schwierig, die entsprechenden Temperaturen des Unterdruck-Meßgerätes und der Blindröhre gut aneinander anzupassen. Der lineare Druckbereich des Unterdruck-Meß gerätes liegt daher nur zwischen 1 bis 10^-3-10^-4 Torr und es ist schwierig, ihn herabzusetzen. Zu oben genanntem Nachteil kommt hinzu, daß solche Unterdruck- Meßgeräte lediglich in Einzelanfertigung hergestellt werden und nicht als Massenprodukt, was die Kosten des Meßgerätes hochschraubt.

Kürzlich wurde in weiten Kreisen überlegt, die Halblei ter Mikrotechnologie zur Herstellung der verschiedensten Mikrosensoren heranzuziehen. Ein solches Verfahren erlaubt die Herstellung der Sensoren als Massenprodukt und das Volumen eines jeden so hergestellten Sensors ist sehr klein. Diese Technologie weist auch den Vorteil der Fertigung eines signalverarbeitenden integrierten Schaltkreises (IC) mit Mikrosensor für vielseitige An wendung auf. Einer von diesen Mikrosensoren ist, wie in der Fig. 18 dargestellt, von Mastrangelo angegeben. Die Vorrichtung umfaßt eine Schicht 181 aus Polysilizium, die mittels der Halbleitertechnik herge stellt wird, und die auf einem Substrat und mehreren dünnen Längsbalken 182 (von denen nur einer in der Figur gezeigt ist) floatet oder schwebt, die mittels eines anisotropischen Ätzverfahrens hergestellt sind und als Ersatz für den konventionellen Heizfaden dienen. Der Längsbalken 182 ist dazu bestimmt, dem Unterdruck-Meß gerät einen hohen thermischen Widerstand zu verleihen, aber, wie es auch beim herkömmlichen Heizfaden der Fall ist, ist seine Oberfläche zu klein, um eine ausreichende Auftreffmöglichkeit für die Moleküle zur Erhöhung der Empfindlichkeit bereitzustellen. Daher wird das Unter druck-Meßgerät kaum zum Messen von Drücken unterhalb von 10^-3-10^-4 Torr einsetzbar sein.

Um den Sensorbereich zu erweitern, wurde ein Thermosäulen Unterdruck-Meßgerät entworfen, dessen schwebende Platte eine im Vergleich zum in Fig. 18 ge zeigten Meßgerät größere Oberfläche aufweist. Wie es in Fig. 19 gezeigt ist, umfaßt das Unterdruck-Meßgerät eine schwebende Glasplatte 191, die an einem Ende mit einem Halbleitersubstrat 192 verbunden ist und deren an deres Ende sich in einen Hohlraum des Substrats 192 er streckt. Mehrere serielle Thermosäulen-Sensorelemente 193 und Heizelemente 194 sind auf der Oberfläche der schwebenden Glasplatte 191 angeordnet. Hier weist zwar das Meßgerät eine größere Oberfläche auf, jedoch ist die Querschnittsfläche der schwebenden Glasplatte 191 an ihrer Kontaktstelle mit dem Träger oder Substrat 192 groß, woraus eine schlechtere Wärmeisolation resultiert. Außerdem wird die Temperatur der schwebenden Platte in der Nähe des mit dem Substrat 192 verbundenen Endes langsamer ansteigen als an anderen Stellen. So wird die effektive Durchschnittstemperatur des Meßgerätes herabgesetzt und seine Druckempfindlichkeit verschlechtert sich.

Weitere Meßfühler für Mikro-Pirani Unterdruckmeßgeräte sind aus der US 4682503 und der US 4541286 bekannt.

Zusammenfassung der Erfindung

Mit der Erfindung soll das Problem des Umgebungstemperatur- Drift-Effektes gelöst werden sowie die Temperaturkompensation und -stabilisierung verbessert und außerdem der Druckmeßbereich erhöht werden.

Erfindungsgemäß wird dies durch einen Meßfühler für ein Mikro-Pi rani-Unterdruck-Meßgerät erreicht, das eine dünne schwebende Glasplatte aufweist, die nach Silizium-Halbleitertechniken hergestellt wurde, auf der ein thermisch empfindliches Element angeordnet ist. An den Rändern der dünnen schwebenden Platte ist eine Anzahl von Armen oder Stegen vorgesehen, die mit einem geätzten Hohlraum eines Substrates verbunden sind, um eine gute Wärmeisolation zum Substrat zu erreichen. Darüber hinaus ist ein Widerstandsschaltkreis zur Temperaturkompensation vorgesehen. Bei vorliegender Erfindung sollten zur Erzielung einer optimierten Empfindlichkeit der Bereich der dünnen schwebenden Platte die Länge und Breite der Arme in speziellen Verhältnissen zueinander stehen.

Es ist bevorzugt, daß der Meßfühler auf einem monolithischen, thermoelektrischem Kühlelement angeordnet ist und einen thermischen Schutz zur Abdeckung der gesamten Struktur der Sensorvorrichtung aufweist.

Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Meßfühlers werden Halbleitertechniken, insbesondere anisotrope Ätztechniken, zur gleichzeitigen Herstellung des Unterdruck-Meßgerätes und eines Blind- oder Dummy-Widerstandes zur Temperaturkompensation verwendet.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung und deren Ausbildung sind besser zu verstehen und einzuschätzen unter Bezugnahme auf die schriftlichen Darlegungen.

Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Meßvorrichtung, die nach einem Verfahren vorliegender Erfindung hergestellt wurde; besagte Vorrichtung weist einen guten Isolationseffekt auf;

Fig. 2 zeigt ein Temperatur-Verteilungs-Diagramm der Meßvor richtung nach Fig. 1 bei Erhitzung, wobei jeder der Träger arme der Meßvorrichtung beispielsweise eine Länge von A = 10 µm und eine Breite von B = 16 µm aufweist und der Hohlraum, über dem die Vorrichtung installiert ist, eine Breite C = 128 µm hat;

Fig. 3 stellt ein typisches Diagramm dar, das den Zusammen hang zwischen der thermischen Impedanz und dem aktiven Bereich der Meßvorrichtung und den Konstruktionsparametern A, B und C aufzeigt.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem minimal auflösbaren Druck und den konstruktiven Parametern A, B und C zeigt;

Fig. 5 ist ein Druckmeßdiagramm bei einem Betrieb mit konstanter Temperatur, wobei die schwarzen Punkte die von der Meßvorrichtung gemäß der Erfindung gemessenen Werte darstellen und die ausgezogene Linie theoretische Werte darstellt;

Fig. 6(a)-6(g) zeigen Herstellverfahrensdiagramme für die Herstellung der Meßvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Meßvorrichtung mit einem anisotropen V-Ätzverfahren hergestellt wird;

Fig. 7(a)-7(b) zeigen Herstellverfahrensdiagramme für die Herstellung der Meßvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Meßvorrichtung durch eine Schichtabbautechnik hergestellt wird;

Fig. 8(a)-8(h) zeigen Herstellverfahrensdiagramme für die Herstellung der Meßvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Meßvorrichtung durch eine niedrig-N-Konzentrations-Ätz stoptechnik hergestellt wird;

Fig. 9 zeigt ein Temperaturdrift-Kurvendiagramm der Ausgangssignale durch eine Vollkompensationsmethode (wie die Kurve (X)) und eine Unkompensationsmethode (wie die Kurve (Y));

Fig. 10 zeigt eine spezielle Temperaturkompensations schaltung gemäß der Erfindung, worin βR₄ eine konstante Impedanz darstellt, (1 - β)R₄ einen Resistor aus dem gleichen Material wie der Meßresistor R₃ darstellt und der Koeffizient β ein Wert zwischen 0,1 und 0,5 ist;

Fig. 11 ist ein Diagramm, das die optimierten Werte von für β eine optimale Temperaturkompensation in Materialien mit unter schiedlichem Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) zeigt;

Fig. 12 ist ein Kurvendiagramm, das den Zusammenhang zwischen der Temperaturempfindlichkeit und dem Druck nach Temperatur kompensation entsprechend vorliegender Erfindung aufzeigt, wo bei T-Ta = 100°C, α = 0,25%, A = 10 µm, B = 16 µm und C = 128 µm sind;

Fig. 13 zeigt einen konstruktiven Schichtaufbau mit der Meß vorrichtung, einem thermoelektrischen Kühlelement und einer Abdeckung zur Beibehaltung der Temperatur der Meßvorrichtung und zur Vermeidung des Umgebungstemperatur-Drifteffektes;

Die Fig. 14(a) und 14(b) zeigen eine Aufsicht, beziehungs weise eine Schnittdarstellung einer Meßvorrichtung, über der ein thermisches Schutzschild plaziert ist, um die Umfangs temperatur über der Meßvorrichtung beizubehalten, und um eine gegenseitige Beeinflussung von Wärmestrahlung zu vermeiden;

Die Fig. 15(a)-15(j) zeigen ein Herstellungsverfahren gemäß einer vierten Ausführungsform vorliegender Erfindung, das die Schritte zur Herstellung eines thermischen Schutz schildes umfaßt;

Fig. 16(a) ist ein Diagramm, das drei verschiedene Wärmeab strahlarten eines erwärmten Heizfadens in einem Unterdruck-Meß gerät des thermischen Leitfähigkeits Typs zeigt;

Fig. 16(b) ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Unterdruck und den drei verschiedenen Wär meabstrahlarten des in Fig. 16(a) gezeigten, erwärmten Heizfadens veranschaulicht;

Fig. 17 zeigt ein Schaltkreisdiagramm eines herkömmlichen Pirani Unterdruck-Meßgerätes des thermischen Leitfähigkeits Typs;

Fig. 18 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines herkömmlichen Mikro-Pirani Unterdruck-Meßgerätes des thermischen Leitfähigkeits Typs, worin der Heizfaden durch einen schwebenden Balken aus Polysilizium ersetzt wurde; und

Fig. 19 zeigt ein herkömmliches Thermosäulen Unterdruck- Meßgerät mit einem einseitig schwebenden bzw. befestigten Ausleger.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Der Aufbau des Mikro-Pirani Unterdruck-Meßgerätes (im folgenden kurz eine Meßvorrichtung genannt), wie es durch die Erfindung angegeben wird, ist in Fig. 1 dargestellt. Das Mikro-Pirani Unterdruck-Messgerät umfaßt einen Silizium Träger 14, in welchem mittels einer Ätztechnik ein rechteckiger Hohlraum 11 ausgebildet ist. Eine dünne, schwebende Glasplatte 12 ist oberhalb oder im oberen Bereich des rechteckigen Hohlraums angeordnet. Die schwebende Platte weist eine Anzahl von dünnen, bzw. schlanken Trägerarmen oder -stegen 13 auf, die sich von den Rändern oder, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, von den Ecken der schwebenden Platte zum Träger hin erstrecken, um die schwebende Platte 12 mit dem Silizium Träger 14 zu verbinden und sie in dem Hohlraum 11 aufgehängt zu halten. Aufgrund obigen Aufbaus wird das Unterdruck-Meß gerät eine bessere Wärmeisolation und einen sehr großen, effektiv den Druck erfassenden Bereich (d. h., den Füllungsgrad oder Füllfaktor, was dem Verhältnis der Oberfläche der schwebenden Platte 12 und dem Hohlraum 11, bzw. dessen rechteckigem Querschnitt entspricht) er reichen.

Außerdem ist die Temperatur auf der schwebenden Platte 12 gleichmäßig, wodurch ein Temperaturplateau, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, ausgebildet wird. Das Temperaturplateau ist aus dem Grund vorhanden, daß die gesamte Wärmeimpedanz der schwebenden Platte 12 durch die Wärmeimpedanz der schlanken Trägerarme 13 gesteuert oder bestimmt wird, so daß der Temperaturgradient nur in den Trägerarmen 13 auftritt. Entsprechend hat das Unterdruck-Meßgerät vorliegender Erfindung im Vergleich zum herkömmlichen Unterdruck-Meßgerät des Mikrotyps aufgrund der größeren Meßfläche und einer guten Wärme isolation eine bessere Temperaturempfindlichkeit. Da zu sätzlich die Meßfläche und die konstruktiven Parameter der Trägerarme (d. h., die Armlänge und Armbreite, sowie die Meßfläche) einstellbar sind, kann das Unterdruck-Meß gerät vorliegender Erfindung nach einem Optimierungsvorgang ausgelegt werden. Wie es in der Fig. 3 gezeigt ist, ist die gesamte Wärmeimpedanz des Unterdruck-Meßgerätes bei einer konstanten Armbreite B proportional zur Armlänge A. Eine Zunahme der Armlänge A hat jedoch eine Abnahme der effektiven Meßfläche der Meßvorrichtung zur Folge (d. h., der Füllfaktor wird grö ßer). Deswegen kann man bei einer konstanten Breite des Hohlraums 11 ein optimiertes Verhältnis der konstrukti ven Parameter, eine optimierte Vakuumempfindlichkeit und eine minimale Meßgrenze des Unterdrucks erreichen.

In Fig. 4 sind Kurven des kleinsten auflösbaren Druckes gezeigt, der sich aufgrund theoretischer Berechnungen in Abhängigkeit des B/C Verhältnisses ergibt. Bei einer Armlänge von A = 5 µm, einer Breite des Hohlraums von C = 128 µm, einem B/c Verhältnis von 0,06 und einem Störgeräusch des Systems von 4 µV (ein DMM Meßgerät des Modeltyps Hp 3478A), kann das Meßgerät einen minimalen Druck von ungefähr 10^-5 Torr erfassen, was effektiver ist als beim herkömmlichen Unterdruck-Meß gerät. Fig. 5 zeigt eine aus Versuchen erhaltene Meßkurve des Drucks bei konstanter Temperatur, wobei die schwarzen Punkte die gemessenen Meßwerte darstellen und die durchgezogene Linie die theoretische Kurve darstellt. Aus der Figur ist es ersichtlich, daß die Meßgenauigkeit bei einem Unterdruck in der Nähe von 5 . 10^-5 Torr relativ schlecht anfängt, weil zu dieser Zeit das Meßgerät noch von dem System-Störrauschen beeinflußt wird. Dieses Problem kann durch den Einsatz eines Meßschaltkreises mit niedrigerem Rauschen beseitigt werden.

Nachstehende Ausführung bezieht sich außerdem auf ein Herstellungsverfahren für das zuvor beschriebene Mikro-Pirani Unterdruck-Messgerät. Die Fig. 6(a) bis 6(g) zeigen das Herstellungsverfahren der Meßvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform vorliegender Erfindung. Das Verfahren umfaßt folgende Schritte:

(1) Aufwachsen einer ersten dünnen Oxidschicht 61 (SiO₂ oder eine Nitridschicht) auf einem Substrat 60 (wie es in der Fig. 6 (a) gezeigt ist), Festlegen von Ätzfenstern und anschließendes Ätzen der SiO₂ Schicht auf den Ätzfenstern mittels einer ersten Photolitographie, um eine Konstruktion, wie sie in der Fig. 6(b) gezeigt ist, zu erhalten;
(2) Aufbringen eines dünnen Platinfilms im Vakuum und Herstellung eines gewölbten, temperaturempfindlichen Widerstandes 15 (wie es in der Fig. 1 gezeigt ist) mittels eines zweiten photolithographischen Schrittes; Herstellung eines Blind- oder Dummywiderstandes 62d, der für die Temperaturkompensation vorgesehen ist, in dem gleichen Arbeitsschritt; der zu diesem Zeitpunkt erhal tene Aufbau ist in der Fig. 6(c) gezeigt;
(3) Aufbringen einer zweiten dünnen Oxidschicht 63 auf die Struktur der Fig. 6(c) und anschließendes Fest legen von Kontaktfenstern mittels eines dritten photolithographischen Schrittes; Ätzen der zweiten Oxidschicht auf den Bereichen der Kontaktfenster und Ätzfenster; der geätzte Aufbau ist in der Fig. 6(d) ge zeigt;
(4) Durchführung eines Metallisierungsschrittes, zum Beispiel durch Aufbringen eines Al Metalls 64 und anschließendes Herstellen von Metallverbindungsleitungen mittels eines vierten photolithographischen Schrittes (wie es in der Fig. 6(e) gezeigt ist);
(5) Herstellen einer LTO Passivierungsschicht 65 und Öffnungen, wodurch ein wie in der Fig. 6(f) gezeig ter Aufbau erhalten wird; und
(6) Ätzen des Silizium Materials in dem Bereich ei nes Hohlraums 66 mit einer anisotropischen V-förmigen Ätztechnik und anschließende Bildung einer Konstruktion einer schwebenden Platte 67, wie es in der Fig. 6(g) gezeigt ist.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform vorliegender Erfin dung wird ein Verlust-Schicht-Verfahren (Schichtabbau verfahren) einer mikro-Verfahrens Oberflächentechnik be nutzt, um den Aufbau mit einer schwebenden Platte herzustellen. Das Verfahren ist in den Fig. 7(a) bis 7(g) gezeigt und umfaßt folgende Arbeitsschritte:

(1) Aufwachsen einer ersten SiO₂ Schicht 71 mittels einer nassen Oxidation auf einem Siliziumsubstrat 70 (siehe Fig. 7(a)) und anschließendes Aufwachsen einer Polysiliziumschicht 72 ungefähr in der Dicke der abzu tragenden Schicht (siehe Fig. 7(b));
(2) Festlegen des Bereichs der schwebenden Platte und anschließendes Aufwachsen einer zweiten SiO₂ Schicht von ungefähr 1 µm Dicke auf den Bereich (siehe Fig. 7(c));
(3) Durchführung der zuvor beschriebenen Schritte (2) bis (5) der ersten Ausführungsform vorliegender Er findung, das bedeutet, das Aufbringen eines Meßwiderstandes 74 (wärmeempfindlicher Widerstand, siehe Fig. 7(d)) und einer dritten SiO₂ Schicht 75, das Ät zen von Kontaktfenstern (siehe Fig. 7(e)), das Ätzen von Öffnungen (siehe Fig. 7(f)) und das Herstellen von Metallverbindungsleitungen; und
(4) Ätzen der Polysilizium Abbauschicht 72, die in Schritt (1) hergestellt wurde, mittels eines Hydrozink Ätzverfahrens, um eine Konstruktion einer schwebenden Platte 76 zu erhalten, wie sie in der Fig. 7(g) gezeigt ist.

Gemäß einer dritten Ausführungsform vorliegender Erfin dung wird eine Ätzstopmethode einer Mikroverfahrens technik benutzt, um den Aufbau einer schwebenden Platte herzustellen. Diese Ausführungsform benutzt als Substrat ein N-Typ Siliziumplättchen mit einer dotierten Konzen tration von weniger als 10¹⁶ /cm³ (das Bauteil ist in Fig. 8(a) mit 80 bezeichnet) und in dem für die schwe bende Platte vorgesehenen Bereich werden dotierte Ionen des P-Typs mit einer größeren Konzentration als die des Subtrats implantiert (entspricht den mit 81 bezeichneten Bereichen in der Fig. 8(a)). Die mit hoher Konzentra tion versehenen Bereiche 81 werden schließlich mittels einer Ätzlösung (HF: HNO3: CH₃ COOH = 10 : 30 : 80) weg geätzt, um den konstruktiven Aufbau einer schwebenden Platte zu schaffen. Das Verfahren wird im folgenden an hand der Fig. 8(a) bis 8(h) ausführlich beschrieben:

(1) Auf dem für die schwebende Platte bestimmten Bereich wird ein Teilbereich 81 mit einer höheren Im plantationskonzentration mittels eines Diffusions- oder Ionen-Implantierverfahrens hergestellt, wie es in der Fig. 8(a) gezeigt ist;
(2) eine Oxidationsschicht 82 wird auf den Aufbau nach Fig. 8(a) aufgebracht (siehe Fig. 8(b));
(3) die Kontaktfenster-Öffnungen werden entspre chend den in Fig. 8(c) mit 83 bezeichneten Bereichen geätzt;
(4) ein Meßwiderstand 84 wird mittels irgendeines bekannten Aufbringverfahrens hergestellt. Der Dummywiderstand 84d wird gleichzeitig hergestellt (siehe Fig. 8(d));
(5) das Aufbringen einer Oxidschicht 85 und das Ät zen der Öffnungen der leitenden Zuführungen oder Drähte wird ausgeführt, wie es in der Fig. 8(e) gezeigt ist;
(6) ein Metallisierungsschritt wird durchgeführt. Die in der Fig. 8(f) mit 86 bezeichneten Bereiche sind aus Metall;
(7) eine Niedertemperaturoxidation und ein Arbeits gang zur Bildung von Anschlußöffnungen wird durchge führt, wie es in der Fig. 8(g) gezeigt ist; und
(8) der Bereich 81 wird geätzt. Der Ätzvorgang wird auf dem Substrat 80 beendet. Dann wird die Konstruktion einer schwebenden Platte 87 erhalten, wie sie in der Fig. 8(h) gezeigt ist.

Es ist zu beachten, daß beim Betrieb des Pirani Unterdruck-Meßgerätes die Temperatur des Heizfadens mit einer Veränderung der Umgebungstemperatur driftet. Eine solche Drift bewirkt, daß der Heizfadenwiderstand von seinem ursprünglichen, korrigierten Referenzwert ab weicht, so daß das Ausgangssignal des Meßgerätes Fehler aufweisen wird. Dieses Problem senkt die meßbare untere Grenze des Drucks herab. Deshalb sollte vorliegende Er findung eine Temperaturkompensationvorrichtung enthal ten.

Dementsprechend verwendet vorliegende Erfindung einen Blind- oder Dummywiderstand, der die herkömmliche Dummyröhre, wie zum Beispiel die Röhre S' in Fig. 17, ersetzt. Der Dummywiderstand wird mit dem Aufbringen des dünnen Platinfilms, wie es in den Ausführungsformen der Fig. 6 bis 8 beschrieben ist (d. h., das Bauteil 62d in Fig. 6, das Bauteil 74d in Fig. 7 und das Bauteil 84d in Fig. 8), hergestellt.

Da das Material des Dummywiderstands dasselbe ist wie das des Meßelementes 15 auf der schwebenden Platte 12 und da er (zusammen mit diesem) in einem einzigen Ver fahrensschritt hergestellt werden kann, sind die Temperaturkoeffizienten beider Bauteile nahezu identisch. Außerdem kann das Siliziumsubstrat auf einem Metallblock oder einer Metallunterlage angebracht sein, um die Temperatur des Substrats in etwa der Umgebungs temperatur anzupassen. Wenn dann der Umgebungstemperatur-Drifteffekt auftritt, ändern sich die Temperatur und damit der Widerstand von beiden Bautei len, dem Dummywiderstand und dem Meßelement, gleichzei tig, so daß der Effekt einer Temperaturkompensation er reicht wird.

Obwohl die zuvor beschriebene Kompensation die Nachteile der herkömmlichen Unterdruck-Meßgeräte weitgehend besei tigt hat, hat diese Kompensationsart doch noch einige Nachteile. Allgemein gilt, daß die Temperatur und der Impedanzkoeffizient des dünnen metallischen Filmwider standes der folgenden Gleichung genügen:

ρ= ρ₀ [1 + α₀(T-Ta)]

worin α₀ der Temperaturkoeffizient des Widerstands ist, Ta die Umgebungstemperatur ist, T die Temperatur des Meßelementes ist (d. h., die Temperatur der schwebenden Platte) und ρ der spezifische Widerstand des Meßelementes ist.

Da die Temperaturen des Dummywiderstands und des Meßelementes auf der schwebenden Platte im Betrieb nicht identisch sind (d. h., eines befindet sich auf Umgebungs temperatur und das andere auf der Temperatur der schwe benden Platte), sollten die Temperaturkoeffizienten (dρ/dT)/ρ davon nicht dieselben sein. Wenn sich die Um gebungstemperatur ändert, wird die Veränderungsrate beider Elemente unterschiedlich sein, so daß der Ausgang des Brückenschaltkreises driftet. Die Voraussetzungen sind jedoch anders als beim herkömmlichen Fall. Wie es in der Fig. 9 gezeigt ist, wird eine Temperaturdrift kurve, wie sie als Kurve X in Fig. 9 gezeigt ist, entstehen, wenn die Anordnung und Gestaltung sowie der Herstellungsprozeß des Dummywiderstands und des Meßwiderstands (Meßelements) übereinstimmen (was als Vollkompensation bezeichnet wird). Wenn der Dummywiderstand durch einen konstanten Widerstand mit einem Temperaturkoeffizienten Null ersetzt wird (was als unkompensiert bezeichnet wird), ergibt sich eine Temperaturdriftkurve wie sie als Kurve Y in Fig. 9 dar gestellt ist. Es ist aus der Figur ersichtlich, daß die Vollkompensation gegenüber der fehlenden Kompensation Vorteile besitzt, auch wenn der Temperaturdrifteffekt nicht vollständig beseitigt werden kann, wie es zuvor aus geführt wurde, da die Temperatur der beiden Widerstände unterschiedlich ist.

Interessanterweise wurde entdeckt, daß die Voll kompensation eine positive Drift mit sich bringt, wohingegen die Nichtkompensation eine negative Drift verursacht. Um das Problem des Umgebungstemperaturdrifteffekts vollständig zu lösen, kombiniert vorliegende Erfindung deswegen den voll kompensierten Widerstand mit dem unkompensierten Konstant widerstand in einem speziellen Verhältnis für die jeweilige Teilkompensation und bringt sie an die Position S' des Schaltkreises der Fig. 17. Das Verbindungsschema ist wie in der Fig. 10 gezeigt, in der der gemischte Dummywiderstand über βR4 (A) und (1-β)R4 (B) kombiniert ist, worin β das Ver hältnis des Konstantwiderstands zum gesamten Dummywiderstand bedeutet, das zwischen 0,1 und 0,5 liegt, worin β R4 ein Konstantwiderstand mit dem Temperaturkoeffizienten (TCR) Null ist und (1-β)R4 einen Widerstand darstellt, der aus dem gleichen Material gefertigt ist, wie der Widerstand R3.

Der Faktor β und der Temperaturkoeffizient A° des Meß widerstands stehen über die folgende Gleichung miteinander in Beziehung:

in der To die Referenztemperatur darstellt. Angenommen, daß der Widerstandskoeffizient einer schwebenden Platinplatte bei Raumtemperatur 0,25% beträgt und daß die Temperaturdifferenz der schwebenden Platte T - To gleich 100°C ist, dann ist β ungefähr 0,2. In der Praxis kann der dünne Platin Filmwiderstand durch andere temperatur empfindliche Materialien ersetzt werden, ohne den Schutz bereich vorliegender Erfindung zu verlassen. Deshalb werden sich die Temperatur der schwebenden Platte und der Temperaturkoeffizient α₀ mit dem Material und der Vorspannung des Meßwiderstands ändern, was eine Veränderung des Faktors β zur Folge hat. Die Fig. 11 zeigt eine Kurve des Faktors β bei optimaler Temperaturkompensation. Der optimale Wert von β, für verschiedene TCR Werte liegt zwischen 0,1 und 0,5, was durch die in der Fig. 12 gezeigten Kurve belegt ist. Fig. 12 zeigt Kurven der Temperaturempfindlichkeit bei ver schiedenen Drücken, wenn T - To = 100°C und α₀ = beträgt. Es wurde entdeckt, daß der Temperaturdrifteffekt unterhalb des nutzbaren Unterdrucks von 300 Torr vollständig unterdrückt werden kann, wenn β = 0,2 ist, was die Vorteile vorliegender Erfindung gegenüber dem Stand der Technik beweist.

Um den übrig bleibenden Temperaturdrifteffekt weiter zu eliminieren, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung noch ein Temperatur-gesteuertes Gerät offenbart, wie es in der Fig. 13 gezeigt ist, das die den Unterdruck messende Vorrichtung in einem Zustand hält, in welchem sie eine Referenztemperatur hat. Wie es in der Figur gezeigt ist, ist die Meßvorrichtung S an ein monolithisches thermoelektrisches Kühlelement C befestigt, wobei die Bauteile mit den Bezugszeichen 131 und 132 den Dummywiderstand (Bauteil B in Fig. 10) beziehungsweise das Pirani Meßelement dar stellen. Auf der den Unterdruck messenden Vorrichtung S ist ein erster Temperaturfühler T' installiert. Der Temperatur fühler T' kann, wie auch der Dummywiderstand, in demselben Verfahren wie der wärmeempfindliche Widerstand hergestellt werden. Das monolithische thermoelektrische Kühlelement C ist außerdem an eine Grundplatte oder Basis F eines Gehäuses oder einer anderen Ummantelungsvorrichtung befestigt, an der ein weiterer Temperaturfühler T installiert ist. Beide Temperaturfühler sind an getrennte, externe Temperatur steuerschaltkreise (nicht gezeigt) anschließbar. Der Tem peraturfühler T wird dazu benutzt, die Kühlleistung des thermoelektrischen Kühlelementes C (Haupt-Temperatursteuerung) zu steuern, wohingegen der Temperaturfühler T' dazu benötigt wird, die geringe Heizleistung selbst zu steuern (Fein- Temperaturkontrolle). Die Temperatur der Unterdruckmeßvor richtung kann daher effektiver gesteuert werden.

Um zusätzlich zu verhindern, daß die schwebende Platte beim Betrieb des Unterdrucksystems von einer externen Wärme strahlung beeinflußt wird, umfaßt vorliegende Erfindung außer dem ein thermisches Schutzschild 135, das oberhalb der schwebenden Platte 12 angeordnet ist. Der genaue Aufbau des thermischen Schutzschildes 135 ist in den Fig. 14(a) und 14(b) dargestellt. Das thermische Schutzschild ist brücken artig mit den Rändern oder Ecken des Hohlraums 11 verbunden, um die schwebende Platte 12 abzudecken. An den entsprechenden Stellen der Trägerarre der schwebenden Platte 12 ist das thermische Schutzschild 135 nicht am Substrat befestigt und weist dort Öffnungen 136 oder Aussparungen auf, wie es in den Fig. 14(a) und (b) gezeigt ist. Das Herstellungsverfahren für das Schutzschild entspricht dem zuvor anhand der Fig. 7 beschriebenen Verfahren zur Abbauschicht 72. Jetzt wird das Beispiel des Verfahrens nach Fig. 6 herangezogen, um den Herstellungsprozeß des thermischen Schutzschildes 135 zu beschreiben. Die Diagramme des Verfahrens sind in den Fig. 15(a) bis 15(j) gezeigt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das thermische Schutzschild 135 entsprechend dem Verfahren zur Abbauschicht 72 nach dem Beispiel der Fig. 7 gefertigt. Daher sollten, wenn das Beispiel nach der Fig. 6 herangezogen wird, die Arbeitsschritte der Fig. 7(g) und 7(h) zwischen die Schritte der Fig. 6(f) und 6(g) eingefügt werden, um das thermische Schutzschild 135 herzustellen. Wie es in den Fig. 15(a) und 15(b) gezeigt ist, wird nach dem Schritt der Fig. 15(f) (d. h., Fig. 6(f)) eine Polyimid Abbauschicht 15 auf den Bereich, der für die schwebende Platte ausgewählt ist, mittels eines photolithographischen Verfahrens (siehe Fig. 15(g)) aufgewachsen. Anschließend wird eine Metallschicht 16 aufgebracht, um den Bereich des thermischen Schutzschil des 135 zu definieren. In dem Verfahrensschritt der Fig. 15(i) wird mittels eines Differenzialätzverfahrens die Polyamidschicht 15 unter der Metallschicht 16 weg geätzt, so daß die Metallschicht 16 (d. h., das thermische Schutzschild 135) oberhalb des Bereiches, der für die schwebende Platte ausgesucht wurde, aufgehängt ist. Abschließend wird die schwebende Platte 17 durch Ätzen des Siliziums mittels der anisotropen Ätztechnik unterhalb der schwebenden Platte 17 ausgeformt.

Der aus der schwebenden Platte und dem thermischen Schutzschild bestehende, resultierende Aufbau ist in der Fig. 15(j) gezeigt. Das gleiche Verfahren kann auch auf die Ausführungsformen der Fig. 7 und 8 angewendet werden, ohne daß der Schutzbereich der Erfindung verlas sen wird.

Es ist offensichtlich, daß bei vorliegender Erfindung die Temperatur des thermischen Schutzschildes nahezu dieselbe ist, die auch das Substrat aufweist, da das thermisch sehr gut leitende Schutzschild an dem Substrat befestigt ist. Deshalb werden die Bereiche unten und un terhalb der schwebenden Platte 17 durch die Steuerung des thermoelektrischen Kühlelementes auf einer konstan ten Temperatur gehalten, so daß der Nachteil einer Wär mebeeinflussung von außen vollständig beseitigt ist.

In Anbetracht der obigen Ausführungen kann festgestellt werden, daß auf Grund der temperaturgesteuerten Vorrich tung die Temperatur der schwebenden Platte und die Umge bungstemperatur des Unterdruck-Meßgerätes vorliegender Erfindung konstant gehalten werden und daß der Umgebung stemperatur-Drifteffekt durch die Maßnahme des Mischwi derstands-Temperatur-Kompensationsschaltkreises außer Kraft gesetzt wird. Das auf dem Prinzip der Wärmeleit fähigkeit beruhende Mikro-Pirani Unterdruck-Meßgerät vorliegender Erfindung hat daher eine hohe Empfindlich keit beim Messen des Unterdrucks und eine nahezu per fekte Grenze für den Meßdruck.

Claims

1. Meßfühler für ein Mikro-Piraniunterdruck-Meßgerät mit:

(a) einer schwebenden Platte (12) die über einem Hohlraum (11) eines Siliziumsubstrates (14) aufgehängt ist, wobei auf der schwebenden Platte (12) ein Meßwiderstand (15) angeordnet ist;
(b) mehreren hängenden Armen (13), die sich derart von der schwebenden Platte (12) wegerstrecken, daß diese am Rand des Hohlraums (11) mit dem Substrat (14) verbunden ist und über dem Hohlraum (11) gehalten aufgehängt ist; und
(c) einem gemischten Widerstandsschaltkreis zur Temperaturkompensation, der einen Konstantwiderstand (A) mit einem Temperaturkoeffizienten gleich Null und einen Widerstand (B) aufweist, der aus dem gleichen Material hergestellt ist, wie der Meßwiderstand (15), wobei der Konstantwiderstand (A) und der Widerstand (B) miteinander in Reihe geschaltet sind.

2. Meßfühler nach Anspruch 1 bei dem β das Verhältnis der Impedanz des Konstantwiderstandes (A) zur Gesamtimpedanz des gemischten Widerstandsschaltkreises (A, B) ist und β einen Wert zwischen 0,1 und 0,5 aufweist.

3. Meßfühler nach Anspruch 1 mit einem konvex und bogenförmig geformten thermischen Schutzschild (135), das die schwebende Platte (12) unter Bildung eines Spaltes zwischen dem thermischen Schutzschild (135) und der schwebenden Platte (12) abdeckt, wobei das thermische Schutzschild (135) an seinem Rand mit den Rändern des Hohlraums (11) des Substrates (14) derart befestigt ist, daß an den den hängenden Armen (13) der schwebenden Platte (12) entsprechenden Stellen Öffnungen gebildet sind.

4. Meßfühler nach Anspruch 1 oder 3 mit einem an einen externen Steuerschaltkreis anschließbaren Temperaturfühler (T'), welcher Meßfühler auf einem thermoelektrischen Kühlelement (C) mit einem Temperaturfühler (T) angeordnet ist, welches thermoelektrisches Kühlelement (C) auf einem Grundelement (F) einer Ummantelungsvorrichtung angeordnet ist, wobei der Temperaturfühler (T) an einen von dem externen Steuerschaltkreis für den Temperaturfühler (T') des Meßfühlers getrennten externen Steuerschaltkreis anschließbar ist, mit dem die Kühlleistung des thermoelektrischen Kühlelementes derart steuerbar ist, daß es eine konstante Referenztemperatur aufweist.

5. Meßfühler nach Anspruch 1, bei dem das Material der schwebenden Platte (12) SiO₂, Si₃N₄ oder SiON ist.

6. Meßfühler nach Anspruch 1, bei dem das Material des Meßwiderstandes (15) ein Material mit hoher thermischer Empfindlichkeit ist.