DE602004004263T2

DE602004004263T2 - Integriertes widerstandsnetzwerk für mehrfunktionsverwendung im konstantstrom- oder konstantspannungsbetrieb eines drucksensors

Info

Publication number: DE602004004263T2
Application number: DE602004004263T
Authority: DE
Inventors: L. Russell New Brighton JOHNSON
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2024-05-20
Also published as: CA2526047A1; WO2004104542A1; DE602004004263D1; JP2007529002A; US20040245585A1; US6870236B2; CN1823268A; EP1625372B1; EP1625372A1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Drucksensoren und insbesondere ein einziges integriertes Widerstandsnetzwerk für multifunktionelle Verwendung entweder in Konfigurationen mit konstantem Strom oder in Konfigurationen mit konstanter Spannung unter Verwendung desselben Sensorchips.
Allgemeiner Stand der Technik
Piezoresistive Brückendrucksensoren werden in einer großen Bandbreite von Anwendungen verwendet einschließlich Fahrzeug-, Industrie-, Medizin- und Umweltanwendungen. Derartige Sensoren enthalten in der Regel ein Silikondiaphragma, das eine implantierte piezoresistive Wheatstone-Brücke umfasst. Der angelegte Druck biegt das Diaphragma und versetzt die Brücke in Ungleichgewicht, wodurch ein differenzielles ratiometrisches Ausgangssignal erzeugt wird, das zu dem Produkt der Änderung in dem Widerstand proportional ist, welche durch den Druck und die Brückenanregungsspannung verursacht wird.
In Hochleistungsdrucksensoranwendungen (siehe z.B. US-B-6329825) enthält der Sensor auch eine integrierte vollständige Wheatstone-Brücke zum Erfassen von Temperatur, die in der Regel an dem Diaphragma gebildet ist, um seine Druckempfindlichkeit zu minimieren. Die Temperaturbrücke wird typischerweise unter Verwendung zweier Arten von implantierten Widerständen hergestellt, wobei eine Art einen Hochtemperatur-Koeffizienten des Widerstands (TCR) für eine Gruppe diagonal gegenüberliegender Schenkel der Brücke aufweist, und die andere Art einen niedrigen TCR für die andere Gruppe diagonal gegenüberliegender Schenkel der Brücke aufweist. Die angelegte Temperatur versetzt die Brücke in Ungleichgewicht, wodurch ein differenzielles ratiometrisches Ausgangssignal erzeugt wird, das zu der Temperatur und der Anregungsspannung proportional ist.
Weitere implantierte Widerstände können auch auf dem Chip verwirklicht werden, um Vorspannungs- und Rückkopplungsverstärkungswiderstände zur Verbindung mit einem externen Betriebsverstärker bereitzustellen, der dann eine einendige verstärkte und signalbearbeitete Ausgabe sowohl für Temperatur als auch für Druck bereitstellt. Die Temperaturausgabe kann entweder als alleinstehende Temperaturmessung verwendet werden oder für Analogtemperaturkompensation oder, gebräuchlicher, in mikroprozessorbasierten Umwandlern verwendet werden, um die Drucksensorausgabe über die vollen Betriebsbereiche von Druck und Temperatur genau zu kalibrieren und auszugleichen.
In der Druckbrückenkonfiguration variiert der Widerstand diagonal gegenüberliegender Schenkel gleich und in derselben Richtung wie eine Funktion der mechanischen Deformation, die durch Druck verursacht wird. Da der Widerstand einer Gruppe von diagonal gegenüberliegenden Schenkeln unter Druck ansteigt, verringert sich der Widerstand der anderen Gruppe und umgekehrt. An zwei gegenüberliegenden Knoten der Brücke wird die Brückenanregung in Form einer Spannung oder eines Stroms angelegt. Diese Knoten werden gewöhnlich als Anregungseingaben oder Brückenantriebseingaben bezeichnet. Das beim Anlegen von vollem Druck an den Ausgangsknoten der Brücke ausgegebene piezoresistive Brückendifferenzial ist gleich dem Produkt des piezoresistiven Dehnungsfaktors und der Brückenanregungsspannung, wobei der Dehnungsfaktor definiert ist als die Änderung des Widerstand aufgrund der bei vollen Druckbedingungen induzierten Spannung (ΔR) geteilt durch den Widerstand (R) bei Bedingungen mit einer Druckeingabe von Null. Angenommen, dass die Größen von (ΔR)/R des Brückenelements gleich sind, wird die Differenzialspannung (ΔV) bei vollem Druck wie folgt ausgedrückt: (ΔV)(@FS) = (ΔR/R)x Vbridge.
Bei piezoresistiven Sensoren aus Silikon kann der Dehnungsfaktor (ΔR/R) bei 25°C von 0,03 bis 0,12 reichen, abhängig von den Beschränkungen der Anwendung, wie beispielsweise der Linearität und der Überdruckbelastbarkeit. Dieser Bereich des Dehnungsfaktors entspricht den vollständigen Ausgabebereichen von 150 mV bis 600 mV bei einer Brückenanregung von 5 Volt, was signifikant (ungefähr 100 Mal) größer als typische Sensoren vom Metalldehnungsmessstreifentyp ist. Die Vollspannenausgabe (FSO) eines nicht kompensierten piezoresistiven Sensors kann jedoch eine starke nicht-lineare Abhängigkeit von der Temperatur aufweisen, die durch die intrinsische nicht-lineare Abhängigkeit des piezoresistiven Dehnungsfaktors (ΔR/R) von der Temperatur verursacht wird, wogegen der Nulldruckversatz und die Nullversatzabhängig von der Temperatur im Vergleich dazu gering gehalten wird.
Die Vollspannenausgabe ist definiert als die Differenz in der Sensorausgabe entsprechend dem Maximum und Minimum des angelegten Drucks. Die Spannenverschiebung mit der Temperatur ist als die Spannung als Funktion der Temperatur geteilt durch die Spanne bei 25°C definiert. Die Spannenverschiebung (T) in Prozent ist gleich 100·[Spanne (T°C)/Spanne (25°C)]. Die Spannenverschiebungskurve ist nicht-linear mit einer negativen Steigung mit Temperatur, wie in 4 dargestellt, und ist in 4 als K3 gekennzeichnet, wobei K3 definiert ist als ein Verhältnis der Druckempfindlichkeit (ΔR/R) der schweren implantierten piezoresistiven Brücke als eine Funktion der Temperatur, die auf den Wert bei 25°C normalisiert ist. In Gleichungsform: K3(T) = [(ΔR/R(T)]/[ΔR/R(25°C)] und kann durch das folgende Polynom fünfter Ordnung ausgedrückt werden: K3(T) = –(6.265753E – 14)·T^5 + (5.393845E – 11)·T^4 – (2.440481E – 08)·T^3 + (8.022881E – 06)·T^2 – (2.585262E – 03)·T + (1.058300)
Die Größe der Steigung nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Ein typischer Wert von K3 bei 25°C ist –0,25 %/°C. In den meisten Anwendungen muss die Sensorbrückenausgabe daher kompensiert werden, insbesondere für die Spannenverschiebung (T), bevor sie in der Praxis verwendet werden kann.
4 zeigt auch die Temperatureigenschaften der schweren implantierten Widerstände (K2) und der leichten implantierten Widerstände (K1). Die schweren implantierten Widerstände (K2) werden wie folgt definiert: K2 = Verhältnis des Widerstands des schweren Implantats als eine Funktion der auf den Wert bei 25°C normalisierten Temperatur. In Gleichungsform: K2 = [Rheavy(T)]/[Rheavy(25°C)] und kann durch das folgende Polynom fünfter Ordnung ausgedrückt werden: K2(T) = –(3.018497E – 14)·T^5 + (4.603604E – 11)·T^4 – (2.282857E – 08)·T^3 + (7.538750E – 06)·T^2 – (2.252834E – 05)·T + (0.9963789)
Die leichten implantierten Widerstände (K1) werden wie folgt definiert: K1 = Verhältnis des Widerstands des leichten Implantats als eine Funktion der auf den Wert bei 25°C normalisierten Temperatur. In Gleichungsform: K1(T) = [Rlight(T)]/{Rlight(25°C)] und kann durch das folgende Polynom fünfter Ordnung ausgedrückt werden. K1(T) = –(8.171496E – 14)·T^5 + (9.930398E – 11)·T^4 – (3.557091E – 08)·T^3 + (9.691127E – 06)·T^2 + (2.958093E – 03)·T + 0.923953
Es sei darauf hingewiesen, dass die Widerstandsänderung der leichten implantierten Widerstände als eine Funktion der Temperatur K1(T) viel größer als die der schweren implantierten Widerstände K2(T) ist.
In der Temperaturbrückenkonfiguration variiert der Widerstand diagonal gegenüberliegender Schenkel gleich und in derselben Richtung wie eine Funktion der Temperatur. Wenn der Widerstand einer Gruppe diagonal gegenüberliegender Schenkel aufgrund eines hohen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) mehr zunimmt, nimmt der Widerstand der anderen Gruppe weniger zu aufgrund eines niedrigen Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR). Die Brückenanregung in Form einer Spannung wird an zwei gegenüberliegende Knoten der Brücke angelegt. Diese Knoten werden in der Regel als Anregungseingaben oder Brückenantriebseingaben bezeichnet.
Daher enthalten piezoresistive Brückendrucksensoren häufig Signalkonditionier- und -kalibrierschaltungen. Beispielsweise kann ein temperaturstabiler Verstärker mit hoher Verstärkung und niedrigem Rauschen verwendet werden, um die Ausgabe an besser verwendbare Pegel anzupassen. Die Signalkonditionierschaltung enthält in der Regel auch eine Spannenkompensation. Der Gesamtwiderstand und die Piezoempfindlichkeit (das Verhältnis der Brückenausgabe zu der Anregungsspannung der Brücke) piezoresistiver Brückendrucksensoren sind temperaturabhängig. In der Regel erhöht sich der Brückenwiderstand mit der Temperatur, während die Piezoempfindlichkeit abnimmt.
Außerdem stellen gegenwärtige piezoresistive Drucksensoren nur ein einziges festes leichtes (hoher TCR) implantiertes Widerstandselement bereit, um die Verstärkung (Feedback) der Ausgabe der Temperaturbrücke auf dem Chip einzustellen. Dementsprechend stellt dieser Widerstand einen spezifischen Wert für einen bestimmten Betriebstemperaturbereich bereit und ist daher für verschiedene oder erweiterte Betriebstemperaturbereiche nicht optimal.
Gegenwärtige Drucksensoren (die für den konstanten Spannungsbetrieb ausgelegt sind) stellen außerdem keine integrierte Funktion für die einfache Spannenkompensation der schweren implantierten (geringer TCR) Druckbrücke bereit, wenn sie bei dem konstanten Strombetriebsmodus betrieben werden. Ebenso wenig stellen sie ein integriertes Spannungspotenzial bereit, das so ausgelegt ist, dass es an die Epitaxialschicht des Chips in SOI-(Silicon-On-Insulator)-Anwendungen angelegt werden kann, um Wärmeauftriebseffekte und nicht-ratiometrische Fehler der Druckbrückenausgabe zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung soll diese und andere Probleme lösen.
Kurze Darstellung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Sensor erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte, achte, neunte, zehnte, elfte und zwölfte Anschlüsse, eine piezoresistive Brücke, eine temperaturresistive Brücke, erste und zweite Widerstandsnetzwerke und erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte, achte, neunte, zehnte, elfte, zwölfte, dreizehnte Leitungswege auf. Der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte, achte, neunte, zehnte, elfte und zwölfte Anschluss ermöglichen externe Verbindungen an den Sensorchip. Die piezoresistive Brücke ist auf einem Substrat gebildet und die piezoresistive enthält erste und zweite Eingangsknoten und erste und zweite Ausgangsknoten. Die temperaturresistive Brücke ist auf dem Substrat gebildet und die temperaturresistive Brücke enthält dritte und vierte Eingangsknoten und dritte und vierte Ausgangsknoten. Das erste Widerstandsnetzwerk ist auf dem Substrat gebildet und das erste Widerstandsnetzwerk enthält erste, zweite und dritte Widerstände, die eine gemeinsame Verbindung haben. Das zweite Widerstandsnetzwerk ist auf dem Substrat gebildet und das zweite Widerstandsnetzwerk enthält vierte, fünfte und sechste Widerstände, die eine gemeinsame Verbindung haben. Der erste Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den ersten Eingangsknoten mit dem ersten Anschluss. Der zweite Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den zweiten Eingangsknoten mit dem zweiten Anschluss. Der dritte Leitungsweg enthält den dritten Widerstand, ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den ersten Ausgangsknoten mit dem dritten Anschluss des Sensorchips. Der vierte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den zweiten Ausgangsknoten mit dem vierten Anschluss des Sensorchips. Der fünfte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den sechsten Widerstand mit dem fünften Anschluss des Sensorchips. Der sechste Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den fünften Widerstand mit dem sechsten Anschluss des Sensorchips. Der siebte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den vierten Widerstand mit dem siebten Anschluss des Sensorchips. Der achte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den dritten Eingangsknoten mit dem zwölften Anschluss. Der neunte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den vierten Eingangsknoten mit dem neunten Anschluss. Der zehnte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den dritten Ausgangsknoten mit dem achten Anschluss des Sensorchips. Der elfte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den vierten Ausgangsknoten mit dem fünften Anschluss des Sensorchips. Der zwölfte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den zweiten Widerstand mit dem elften Anschluss des Sensorchips. Der dreizehnte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den ersten Widerstand mit dem zehnten Anschluss des Sensorchips.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Sensorchip erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte, achte, neunte, zehnte, elfte und zwölfte Anschlüsse, eine erste resistive Brücke, eine zweite resistive Brücke, erste und zweite Widerstandsnetzwerk und erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte, achte, neunte, zehnte, elfte, zwölfte Leitungswege. Der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte, achte, neunte, zehnte, elfte, zwölfte Anschluss gestattet externe Verbindungen and den Sensorchip. Die erste resistive Brücke ist auf einem Substrat gebildet und die erste resistive Brücke enthält erste und zweite Eingangsknoten und erste und zweite Ausgangsknoten. Die zweite resistive Brücke ist auf dem Substrat gebildet und die zweite resistive Brücke enthält dritte und vierte Eingangsknoten und dritte und vierte Ausgangsknoten. Das erste Widerstandsnetzwerk ist auf dem Substrat gebildet und das erste Widerstandsnetzwerk enthält erste, zweite und dritte Widerstände, die eine gemeinsame Verbindung haben. Das zweite Widerstandsnetzwerk ist auf dem Substrat gebildet und das zweite Widerstandsnetzwerk enthält vierte, fünfte und sechste Widerstände, die eine gemeinsame Verbindung haben. Der erste Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den ersten Eingangsknoten mit dem ersten Anschluss. Der zweite Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den zweiten Eingangsknoten mit dem zweiten Anschluss. Der dritte Leitungsweg enthält den dritten Widerstand, ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den ersten Ausgangsknoten mit dem dritten Anschluss des Sensorchips. Der vierte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den zweiten Ausgangsknoten mit dem vierten Anschluss des Sensorchips. Der fünfte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den sechsten Widerstand mit dem fünften Anschluss des Sensorchips. Der sechste Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den fünften widerstand mit dem sechsten Anschluss des Sensorchips. Der siebte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den vierten Widerstand mit dem siebten Anschluss des Sensorchips. Der achte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den dritten Eingangsknoten mit dem zwölften Anschluss. Der neunte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den vierten Eingangsknoten mit dem neunten Anschluss. Der zehnte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den dritten Ausgangsknoten mit dem achten Anschluss des Sensorchips. Der elfte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den vierten Ausgangsknoten mit dem fünften Anschluss des Sensorchips. Der zwölfte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den zweiten Widerstand mit dem elften Anschluss des Sensorchips. Der dreizehnte Leitungsweg ist auf dem Substrat gebildet und verbindet den ersten Widerstand mit dem zehnten Anschluss des Sensorchips.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorchips das Folgende: Formen einer ersten resistiven Brücke, so dass die erste resistive Brücke erste und zweite Eingangsknoten und erste und zweite Ausgangsknoten aufweist, und so dass die erste resistive Brücke erste, zweite, dritte und vierte Widerstände aufweist; Formen einer zweiten resistiven Brücke, so dass die zweite resistive Brücke dritte und vierte Eingangsknoten und dritte und vierte Ausgangsknoten aufweist, so dass die zweite resistive Brücke fünfte, sechste, siebte und achte Widerstände aufweist; Formen mindestens neunter und zehnter Widerstände, so dass eine Summe der Resistivität des neunten und zehnten Widerstands, wie zur Verwendung als Spannkompensation für den konstanten Strombetrieb der ersten resistiven Brücke definiert, und die Summe der Resistivität des neunten und zehnten Widerstands, wie zur Verwendung als Feedbackwiderstand in einem die zweite Brücke enthaltenden Kanal für den konstanten Spannungsbetrieb der zweiten resistiven Brücke definiert, denselben Wert aufweisen; und Formen eines elften Widerstands, der an einem Ende mit einer Verbindung zwischen dem neunten und zehnten Widerstand verbunden ist, und an dem anderen Ende an eine Schicht des Sensorchips verbindbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und weitere Merkmale und Vorteile werden aus einer eingehenden Betrachtung der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen ersichtlicher, in denen:
1 einen Sensorchip gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 den Sensorchip aus 1 veranschaulicht, der für den konstanten Strombetrieb konfiguriert ist;
3 den Sensorchip aus 1 veranschaulicht, der für den konstanten Spannungsbetrieb konfiguriert ist;
4 die Eigenschaften der beiden Arten implantierter Widerstände und der Piezoresistor-Spannenverschiebung als eine Funktion der Temperatur gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5 die volle Spannausgabe der piezoresistiven Brücke bei konstantem Strombetrieb als eine Funktion der Temperatur sowohl mit als auch ohne Verwendung des unten für die Spannkompensation beschriebenen Multifunktionswiderstandsnetzwerks veranschaulicht und vergleicht, wobei der Sensorchip für den konstanten Strombetrieb, wie in 2 veranschaulicht, konfiguriert ist;
6 den Drucksensoreingabewiderstand bei konstantem Strombetrieb als eine Funktion der Temperatur sowohl mit als auch ohne Verwendung des unten beschriebenen Multifunktionswiderstandsnetzwerks veranschaulicht und vergleicht, wobei dies für den konstanten Strombetrieb, wie in 2 veranschaulicht, konfiguriert ist;
7 den Drucksensortemperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) bei konstantem Strombetrieb des Eingabewiderstands als eine Funktion der Temperatur sowohl mit als auch ohne Verwendung des unten beschriebenen Multifunktionswiderstandsnetzwerks veranschaulicht und vergleicht, wobei dies für den konstanten Strombetrieb, wie in 2 veranschaulicht, konfiguriert ist;
8 die Drucksensortemperaturspannung (VT) bei konstantem Strombetrieb als eine Funktion der Temperatur sowohl mit als auch ohne Verwendung des unten beschriebenen Multifunktionswiderstandsnetzwerks veranschaulicht und vergleicht, wobei dies für den konstanten Strombetrieb, wie in 2 veranschaulicht, konfiguriert ist;
9 die Linearität der Drucksensortemperaturspannung (VT) bei konstantem Strombetrieb als eine Funktion der Temperatur sowohl mit als auch ohne Verwendung des unten beschriebenen Multifunktionswiderstandsnetzwerks veranschaulicht und vergleicht, wobei dies für den konstanten Strombetrieb, wie in 2 veranschaulicht, konfiguriert ist;
10 den konstanten Spannungsbetrieb der Temperaturkanalausgabe über den Temperaturbereich von –55°C bis 225°C unter Verwendung des unten als ein nominaler Feedbackverstärkungswiderstand beschriebenen Multifunktionswiderstandsnetzwerks mit drei Anschlüssen veranschaulicht und vergleicht, wobei der Sensorchip für den konstanten Spannungsbetrieb, wie in 3 veranschaulicht, konfiguriert ist;
11 den konstanten Spannungsbetrieb der Temperaturkanalausgabe über den Temperaturbereich von –55°C bis 150°C unter Verwendung des unten als maximaler Feedbackverstärkungswiderstand beschriebenen Multifunktionswiderstandsnetzwerks mit drei Anschlüssen veranschaulicht und vergleicht, wobei der Sensorchip für den konstanten Spannungsbetrieb, wie in 3 veranschaulicht, konfiguriert ist; und
12 den konstanten Spannungsbetrieb der Temperaturkanalausgabe über den Temperaturbereich von –55°C bis 300°c unter Verwendung des unten als minimalen Feedbackverstärkungswiderstand beschriebenen Multifunktionswiderstandsnetzwerks mit drei Anschlüssen, wobei der Sensorchip für den konstanten Spannungsbetrieb veranschaulicht und vergleicht, wie in 3 veranschaulicht, konfiguriert ist.
Ausführliche Beschreibung
Wie in 1 gezeigt, kann ein Sensorchip 20 unter Verwendung von Standardtechniken zur Halbleiterverarbeitung hergestellt werden. Der Sensorchip 20 enthält ein Substrat 22, bei dem es sich um ein Silikonsubstrat handeln kann. Das Substrat 22 ist mit Anschlüssen 1–14 versehen, die gestatten, dass an verschiedenen Punkten in dem Sensorchips 20 externe Verbindungen hergestellt werden können. Der Sensorchip 20 kann auch mit einer Epitaxialschicht (wie beispielsweise einer Epitaxialschicht vom n-Typ) und einer Faraday-Abschirmungschicht (beide nicht gezeigt) versehen sein.
Der Sensorchip 20 enthält eine piezoresistive Druckbrücke 24, eine temperaturresistive Brücke 26 und ein erstes Widerstandsnetzwerk 28, das auf dem Substrat 22 gebildet ist. Das Widerstandsnetzwerk 28 umfasst einen oder mehrere Widerstände, wie die Widerstände 30, 32 und 34. Die piezoresistive Druckbrücke 24 enthält Piezowiderstände 36, 38, 40 und 42. Die temperaturresistive Brücke 26 enthält Widerstände 44, 46, 48 und 50. Der Sensorchip 20 enthält auch ein zweites Widerstandsnetzwerk 52, das auf dem Substrat 22 gebildet wird. Das zweite Widerstandsnetzwerk enthält Widerstände 54, 56 und 58.
Verschiedene Leitungswege sind außerdem auf dem Substrat 22 gebildet, um die Elemente des Sensorchips 20 auf die in 1 gezeigte Art intern zu verbinden, und die Anschlüsse 1–14 sind auf dem Substrat 22 gebildet, um die Elemente auf dem Sensorchip 20 in einer erwünschten Art und Weise, wie in den 2 und 3 gezeigt, extern zu verbinden.
Ein Leitungsweg 60 verbindet den Anschluss 1 intern an einen ersten Anregungseingabeknoten 62, der durch eine Verbindung der Piezowiderstände 36 und 38 gebildet wird. Ein Leitungsweg 64 verbindet intern einen zweiten Anregungseingabeknoten 66, der durch eine Verbindung der Piezowiderstände 40 und 42 mit dem Anschluss 2 gebildet ist.
Ein Leitungsweg 68 verbindet intern einen ersten Brückenausgangsknoten 70, der durch eine Verbindung der Piezowiderstände 36 und 40 mit dem Anschluss 4 gebildet ist. Ein Leitungsweg 72 verbindet intern ein Ende des Widerstands 54 mit einem zweiten Brückenausgangsknoten 74, der durch eine Verbindung der Piezowiderstände 38 und 42 gebildet ist, und ein Leitungsweg 76 verbindet das andere Ende des Widerstands 54 mit dem Anschluss 3. Ein Leitungsweg 78 verbindet intern das andere Ende des Widerstands 54 mit einem Ende des Widerstands 56 und ein Leitungsweg 80 verbindet das andere Ende des Widerstands 56 mit dem Anschluss 11. Ein Leitungsweg 82 verbindet intern die gemeinsame Verbindung der Widerstände 54 und 56 mit einem Ende des Widerstands 58 und ein Leitungsweg 84 verbindet intern das andere Ende des Widerstands 58 mit dem Anschluss 10.
Ein Leitungsweg 86 verbindet intern ein Ende des Widerstands 30 mit dem Anschluss 5 und ein Leitungsweg 88 verbindet intern das andere Ende des Widerstands 30 mit einem Ende des Widerstands 32. Ein Leitungsweg 90 verbindet intern das andere Ende des Widerstands 32 mit dem Anschluss 6. Ein Leitungsweg 92 verbindet intern die gemeinsame Verbindung der Widerstände 30 und 32 mit einem Ende des Widerstands 34 und ein Leitungsweg 94 verbindet intern das andere Ende des Widerstands 34 mit dem Anschluss 7. Somit weisen die Widerstände 30, 32 und 34 eine gemeinsame Verbindung auf und dieses erste Widerstandsnetzwerk 28 stellt Multifunktionsverwendungen mit einem gemeinsamen Sensoraufbau bereit.
Ein Leitungsweg 96 verbindet intern den Anschluss 12 mit einem ersten Anregungseingabeknoten 98, der durch eine Verbindung der widerstände 44 und 46 der temperaturresistive Brücke 26 gebildet ist. Ein Leitungsweg 100 verbindet intern einen zweiten Anregungseingabeknoten 102, der durch eine Verbindung der Widerstände 48 und 50 mit dem Anschluss 9 gebildet ist. Ein Leitungsweg 104 verbindet intern einen ersten Brückenausgabeknoten 106 mit dem Anschluss 8. Ein Leitungsweg 108 verbindet intern einen zweiten Brückenausgabeknoten 110 mit dem Anschluss 5.
Die Abschirmungsschicht des Sensorchips 20 ist intern mit dem Anschluss 14 durch einen geeigneten Leitungsweg verbunden und die Epitaxialschicht des Sensorchips 20 ist intern mit dem Anschluss 13 durch einen geeigneten Leitungsweg verbunden.
Durch entsprechende externe Verbindungen der Anschlüsse 1–14 kann der Sensorchip 20 aus 1 entweder in einer Anwendung mit konstantem Strom oder in einer Anwendung mit konstanter Spannung verwendet werden.
2 zeigt die entsprechenden Verbindungen mit den Anschlüssen 1–14 des Sensorchip 20 aus 1 für die Anwendung mit konstantem Strom. Die Anschlüsse 1 und 5 sind extern mit einer externen konstanten Stromquelle 112 so verbunden, dass ein konstanter Strom an dem ersten Anregungseingabeknoten 62, der piezoresistiven Druckbrücke 24 und an einem Ende des Widerstands 30 bereitgestellt ist. Die Anschlüsse 2 und 6 sind extern mit einem Bezugspotenzial wie Masse verbunden. Die Anschlüsse 3 und 4 sind die Ausgangsanschlüsse des Sensorchips 22 und können extern an geeignete Eingangsanschlüsse eines externen Impedanzdifferenzialverstärkers mit hoher Eingabe (nicht gezeigt) verbunden werden.
Die Anschlüsse 7, 13 und 14 sind miteinander verbunden. Die Anschlüsse 10, 11, 12, 8 und 9 werden offen gelassen.
Während der Bildung der piezoresistiven Druckbrücke 24, der temperaturresistiven Brücke 26, des ersten Widerstandsnetzwerks 28, des zweiten Widerstandsnetzwerks 52 werden die Widerstände 30, 32, 34, 46, 48, 56 und 58 als leichte implantierte Widerstände gebildet und die Piezowiderstände 36, 38, 40 und 42 und die Widerstände 44, 50 und 54 werden als schwere implantierte Widerstände gebildet. Das Implantierungsmaterial kann beispielsweise Bor sein. Als Ergebnis dieser Implantierung weisen die Widerstände 30, 32, 34, 46, 48, 56 und 58, die Piezowiderstände 36, 38, 40 und 42 und die Widerstände 44, 50 und 54 jeweils eine vorbestimmte Dotierungskonzentration und Bogenresistivität auf.
Das Verhältnis der Resistivität eines leichten implantierten Widerstands zu der Resistivität eines schweren implantierten Widerstandes kann beispielsweise in der Größenordnung von sieben liegen. In einem ersten Beispiel kann ein leichter implantierter Widerstand eine Resistivität von 860 Ohm/Quadrat aufweisen und ein schwerer implantierter Widerstand kann eine Resistivität von 120 Ohm/Quadrat aufweisen. Somit kann in diesem ersten Beispiel jeder der Widerstände 30, 32, 34, 46, 48, 56 und 58 eine Resistivität von 860 Ohm/Quadrat aufweisen und jeder der Piezowiderstände 36, 38, 40 und 42 und der Widerstände 44, 50 und 54 kann eine Resistivität von 120 Ohm/Quadrat aufweisen. In einem zweiten Beispiel kann ein leichter implantierter widerstand eine Resistivität von 2064 Ohm/Quadrat aufweisen und ein schwerer implantierter Widerstand kann eine Resistivität von 288 Ohm/Quadrat aufweisen. Somit kann in diesem zweiten Beispiel jeder der Widerstände 30, 32, 34, 46, 48, 56 und 58 eine Resistivität von 2064 Ohm/Quadrat aufweisen und jeder der Piezowiderstände 36, 38, 40 und 42 und der Widerstände 44, 50 und 54 kann eine Resistivität von 288 Ohm/Quadrat aufweisen. Andere Verhältnisse und Resistivitäten können jedoch verwendet werden. Außerdem kann die Resistivität des Widerstands 30 so ausgewählt sein, dass sie gleich der Resistivität des Widerstands 32 ist.
Die Dotierungskonzentration des leichten implantierten Widerstand ist außerdem für beide Resistivitäten von 860 und 2045 Ohm/Quadrat dieselbe. Ebenso ist die Dotierungskonzentration des schweren implantierten Widerstands für beide Resistivitäten von 120 und 288 Ohm/Quadrat dieselbe. Die leichten implantierten Resistivitäten können beispielsweise eine Dotierungskonzentration in der Größenordnung von 3·10^17 Ionen/Kubikzentimeter aufweisen und die schweren implantierten Resistivitäten können einen Dotierungskonzentration in der Größenordnung von 1·10^19 Ionen/Kubikzentimeter aufweisen. Beide Kombinationen von leichten und schweren implantierten Resistivitäten der beiden obigen Beispiele werden unter Verwendung derselben Wafermaske und desselben Waferprozesses erreicht. Die Änderung der Resistivitätspegel wird durch die Parameter des Waferausgangsmaterials bestimmt, die die Enddicke der Widerstände steuert.
Für die in 2 gezeigte Anwendung mit konstantem Strom werden die Widerstände 30 und 32 des leichten implantierten Mehrzweckwiderstandsnetzwerks 28 über den ersten und zweiten Anregungseingabeknoten 62 und 66 der schweren implantierten piezoresistiven Brücke 24 in Reihe verbunden. Diese Verbindung stellt eine Spannkompensation der Ausgabe der piezoresistiven Brücke als eine Funktion der Temperatur, wie in 5 dargestellt, bereit, welche die Spannverschiebung der Ausgabe der Druckbrücke (ausgedrückt in einer Änderung in % bezüglich 25°C) als eine Funktion der Temperatur sowohl mit als auch ohne die parallelen Widerstände 30 und 32 darstellt. Die Zunahme des TCR des Eingangswiderstands erhöht wiederum die Anregungsspannung durch die erforderliche Menge, um die Spannausgabe der schweren implantierten piezoresistiven Druckbrücke 24, wie in 5 dargestellt, zu kompensieren. Dieser Eingangswiderstand wird definiert als der äquivalente Widerstand der in Reihe geschalteten Widerstände 30 und 32 parallel zu der der piezoresistiven Druckbrücke 24.
6 veranschaulicht den entsprechenden Eingangswiderstand als eine Funktion von Temperatur sowohl mit als auch ohne die parallelen Widerstände, welcher erforderlich ist, um die Spannkompensation der Druckbrückenausgabe, wie in 5 gezeigt, zu erzielen. Der TCR des Eingangswiderstands muss durch die Werte der Widerstände 30 und 32 verringert werden. Das Verringern der Werte der Widerstände 30 und 32 erhöht den TCR des Eingangswiderstands, was die Menge der Spannkompensation erhöht und das Erhöhen der Werte der Widerstände 30 und 32 verringert den TCR des Eingangswiderstands, was die Menge der Spannkompensation verringert. 6 veranschaulicht den Eingangswiderstand als eine Funktion von Temperatur sowohl mit als auch ohne parallele Widerstände, welche erforderlich ist, um das Beispiel der Spannkompensation der Druckbrückenausgabe, wie in 5 gezeigt, zu erzielen.
7 veranschaulicht den resultierenden TCR des in 6 als Funktion der Temperatur dargestellten Eingabewiderstands sowohl mit als auch ohne parallele Widerstände 30 und 32.
Der nominale Raumtemperaturwert der leichten implantierten Widerstände 30 und 32 kann beispielsweise durch den Wert bestimmt werden, der die erwünschte Spannkompensation bereitstellt. Dieser Wert wird durch Steuern des Anstiegs des Eingangswiderstands bestimmt und daher der über die Anschlüsse 1/5 und 2/6 gesehenen Eingangsspannung, um die Abnahme der Spanne der piezoresistiven Druckbrücke 24 an einer spezifischen gewünschten Temperatur zu versetzen. Für dieses Beispiel wurde die Spannkompensation so eingestellt, dass der Spannfehler von –11,5 % auf 0 bei 125°C, wie in 5 dargestellt, reduziert wird.
Bei 125°C erhöhte die Reihenkombination der leichten implantierten Widerstände 30 und 32, wenn sie parallel mit der schweren implantierten piezoresistiven Brücke verbunden waren, den Widerstand bei 125°C um +8 % bis +21 %, wie in 6 gezeigt. Dieser Widerstand erhöht wiederum proportional die Anregungsspannung über die Druckbrücke, welche die erwünschte Spannkompensation wie in 8 dargestellt, bereitstellte.
Zusätzlich sind die Anschlüsse 7 und 14 für SOI-(Silicon-on-Insulator)-Einrichtungen extern miteinander verbunden, so dass der Widerstand 34 mit der Epitaxialschicht verbunden ist. Diese Verbindung stellte ein Vorspannungspotenzial gleich 1/2 der Brückenspannung bereit, was Aufwärmeffekte verringert und die Ratiometrie der piezoresistiven Druckbrücke 24 verbessert.
Wie oben nahegelegt kann Ionenimplantation zusammen mit einem Standardprozess für piezoresistive Silikonsensoren verwendet werden, um sowohl die leichten implantierten hochpositiven TCR-Widerstände, d.h. die Widerstände 30, 32, 34, 46, 48, 56 und 58 (in der Regel 2500 ppm/°C bei 25°C) und die schweren implantierten niedrig positiven TCR-Widerstände, d.h. die piezoresistiven Brückenwiderstände 36, 38, 40, 42, die Widerstände 46 und 54 und die Temperaturbrückenwiderstände 44 und 50 (in der Regel 500 ppm/°C bei 25°C) herzustellen.
Die Art der Implantate, die verwendet wird, um die Widerstände 30, 32 und 34 herzustellen, wird dadurch bestimmt, welches Implantat verwendet wird, um die Piezowiderstände 36, 38, 40 und 42 herzustellen, beispielsweise werden die Piezowiderstände 36, 38, 40 und 42 als schwere implantierte Widerstände hergestellt. Die Widerstände 30, 32 und 34 werden als leichte implantierte Widerstände hergestellt. Alternativ können die Piezowiderstände 36, 38, 40 und 42 als leichte implantierte Widerstände hergestellt werden, in welchem Fall die Widerstände 30, 32 und 34 als schwere implantierte Widerstände hergestellt werden.
Die folgende Prozesssequenz geht von 25°C aus und kann verwendet werden, um den Sensorchip 22 herzustellen. Zunächst wird der Endwiderstand R24 der piezoresistiven Druckbrücke 24 über die Anschlüsse 1 und 2 gemäß einer gewünschten vorbestimmten Spezifikation definiert.
Als zweites wird dann die Summe der Resistivitäten der Widerstände 30 und 32 als der Wert bestimmt, wenn die Widerstände 30 und 32 parallel zu der piezoresistiven Druckbrücke 24, wie in 2 gezeigt, verbunden werden (d.h. die Widerstände 30 und 32 werden über die Anschlüsse 1 und 2 in Serie verbunden) was eine vorbestimmte spezifizierte Spannkompensation für den Betrieb bei konstantem Strom erzielen wird, wobei der Wert des konstanten Stroms auf den erwünschten VT-Wert bei 25°C eingestellt wird (beispielsweise 5 Volt) geteilt durch den Widerstand Rin bei 25°C, wobei Rin als der Widerstand der piezoresistiven Druckbrücke 24 parallel mit der Reihenkombination der Widerstände 30 und 32 definiert wird.
Diese Bestimmung kann in zwei Schritten erfolgen. Im ersten Schritt wird die Transferfunktion VP fünfte, die Ausgabe der piezoresistiven Brücke 24 bei konstanter Stromanregung mit einer durch die Widerstände 30 und 32 parallel zu der piezoresistiven Brücke 24 bereitgestellten Spannkompensation abgeleitet. Für den Sensorchip 22 aus 2 wird diese Transferfunktion VP durch die folgende Gleichung gegeben:
wobei VT der Anregungseingang für die piezoresistive Druckbrücke 24, R36 die Resistivität des Piezowiderstands 36, R38 die Resistivität des Piezowiderstands 38, R40 die Resistivität des Piezowiderstands 40 und R42 die Resistivität des Piezowiderstands 42 ist.
Im zweiten Schritt wird die Leistung der Transferfunktion als eine Funktion der Temperatur für die vollen Druckbedingungen unter Verwendung geeigneter Resistivitäten für die piezoresistive Druckbrücke 24 und die Widerstände 30, 32, 34 modelliert, um die erwünschte Spannkompensation für den Betrieb bei vollem Druck des Sensortyps 20 über den geeigneten Temperaturbereich zu erzielen. Die Resistivität der piezoresistiven Druckbrücke 24 kann beispielsweise 10209 Ohm betragen und die Resistivität jedes des Widerstands 30 und 32 kann beispielsweise 5217,5 Ohm für eine Summe von 10435 Ohm betragen. Der Eingangswiderstand Rin wird für diese Beispiel auf 5160,4 Ohm (10209 parallel zu 10435) berechnet. Der konstante Strom (Icc), der erforderlich ist, um eine VT von 5 Volt bei 25°C bereitzustellen, wird beispielsweise auf 0,968921 Milli-Ampere berechnet. Für die konstante Stromkonfiguration kann VT(T) als Temperatursignal verwendet werden.
8 veranschaulicht VT Anschluss eine funktionale Temperatur über den Betriebsbereich von –55°C bis +225°C, sowohl mit als auch ohne die Reihenkombination der leichten implantierten integrierten Widerstände 30 und 32 parallel zu der piezoresistiven Druckbrücke 24. Die Durchschnittsempfindlichkeit von –55°C zu +225°C im Fall der parallelen Kombination beträgt +10272 Millivolt/°C verglichen mit +3372 Millivolt/°C für den Fall der nur piezoresistiven Brücke. Diese Empfindlichkeiten entsprechen einer dreifachen Steigerung in der Durchschnittsempfindlichkeit.
9 veranschaulicht die Linearität von VT als eine Funktion von Temperatur über den Betriebsbereich von –55°C bis +225°C sowohl mit als auch ohne Reihenkombination der leichten implantierten integrierten Widerstände 30 und 32 parallel mit der piezoresistiven Druckbrücke 24. Der maximale Anschlussbasislinearitätsfehler (MTBL) von –55°C bis +225°C für den Fall der Parallelkombination beträgt –11,03 % verglichen mit –44,70 % für den Fall der piezoresistiven Brücke. Diese Durchschnitts-MTBL-Fehler entsprechen einer vierfachen Steigerung in dem Durchschnitts-MTBL-Fehler.
Daher stellt dieselbe Kombination leichter implantierter Widerstände des integrierten Widerstandsnetzwerks 28, wenn parallel mit der schweren implantierten piezoresistiven Brücke 24 verbunden, gleichzeitig Spannkompensation der piezoresistiven Ausgabe über Temperatur bereit und erhöht signifikant die Empfindlichkeit und die Linearität der VT-Temperaturspannung.
Zur Erzielung von Multifunktionsverwendung ist drittens erforderlich, dass die Summe der Resistivitäten der Widerstände 30 und 32, wie zur Verwendung als Spannkompensation für konstanten Strombetrieb der piezoresistiven Druckbrücke 24 bestimmt, und die Summe der Resistivität der Widerstände 30 und 32, wie zur Verwendung als Feedbackwiderstand in dem Temperaturkanal für den konstanten Spannungsbetrieb der temperaturresistive Brücke 26 denselben Wert haben. Anders ausgedrückt sollten die Widerstände 30 und 32 dieselben Resistivitäten aufweisen, unabhängig davon, ob sie für Spannkompensation in einer konstanten Stromanwendung oder als Feedbackwiderstand in dem Temperaturkanal in einer konstanten Spannungsanwendung verwendet werden.
Die Verstärkung G des Temperaturkanals, welche wie in Bezugnahme auf 3 gezeigt werden wird, einen externen Verstärker enthält, wird durch die folgende Gleichung gegeben
worin R46/50 die Parallelkombination der Widerstände 46 und 50 ist, R30 die Resistivität des Widerstands 30 ist und R32 die Resistivität des Widerstands 32 ist.
Die Verstärkung G kann als eine Funktion einer Gruppe von Aufbaukriterien spezifiziert werden. Eine beispielhafte Gruppe von Aufbaukriterien für den Sensorchip 20, der bei einer konstanten Spannungsanwendung betrieben wird, können die folgenden sein: die nominale Ausgabe bei –55°C sollte ungefähr 25 % der konstanten Spannung sein, die nominale Ausgabe bei +225°C sollte ungefähr 75 % der konstanten Spannung sein und die Ausgabe sollte innerhalb von 0 bis 100 für die ungünstigsten +10 %-Toleranzen der schweren und leichten implantierten Widerstände bleiben. Bei diesen beispielhaften Spezifikationen erfüllt eine Nominalverstärkung von 1,952 diese Spezifikationen. Basierend auf der Verstärkungsspezifikationen und basierend auf den beispielhaften Resistivitäten für die Widerstände 30 und 32, wie oben dargelegt, wird Rin dann gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
Bei diesem beispielhaften Aufbau betragen die Resistivitäten der Temperaturbrückenwiderstände 44, 46, 48 und 50 jeweils 23561 Ohm, 20494 Ohm, 20494 Ohm und 23561 Ohm. Diese Resistivitäten für die Temperaturbrückenwiderstände 44, 46, 48 und 50 sind erforderlich, um die Temperaturresistivitätsbrücke 26 im Gleichgewicht bei ungefähr 75°C zu bringen, wodurch die verstärkte Ausgabe auf den Mittelbereich eingestellt wird. Die Resistivitäten für jeden der Widerstände 36, 38, 40 und 42 können kann 10207 Ohm betragen, so dass die Druckbrücke bei Null Druck in diesem Beispiel elektrisch ausgeglichen ist.
Der Resistivitätswert des Widerstands 34 wird bestimmt, um zwei weitere optionale Verstärkungsauswahlen (eine höhere Verstärkung und eine niedriger Verstärkung bereitzustellen). Der Resistivitätswert des Widerstands 34 beträgt 9368 Ohm für die oben gegebenen beispielhaften Aufbauspezifikationen.
Wie oben erläutert, kann der Sensorchip 20 durch geeignete externe Verbindung mit den Anschlüssen 1–14 auch in einer konstanten Spannungsanwendung verwendet werden. 3 zeigt ein Beispiel einer konstanten Spannungsanwendung. Der Anschluss 1 ist extern mit einer konstanten Spannungsquelle 114 verbunden, so dass eine externe konstante Spannung als Bezugsspannung an den ersten Anregungseingangsknoten 62 der piezoresistiven Druckbrücke 24 bereitgestellt wird. Der Anschluss 2 ist extern mit einem Bezugspotenzial wie Masse verbunden. Die Anschlüsse 3 und 4 sind Ausgangsanschlüsse des Druckkanals des Sensorchips 20 und sind extern mit jeweiligen negativen und positiven Eingangsanschlüssen einer externen Verstärkung 116 verbunden.
Die Anschlüsse 1 und 10 sind extern miteinander verbunden, um eine Vorspannspannung an den negativen Eingang des externen Verstärkers 116 bereitzustellen und der Anschluss 11 ist extern mit dem Ausgang des externen Verstärkers 116 verbunden, um einen Feedbackwiderstand des externen Verstärkers 116 bereitzustellen.
Der Anschluss 12 ist extern mit der konstanten Spannungsquelle 114 verbunden, so dass eine externe konstante Spannung als Bezugsspannung an den ersten Anregungseingangsknoten 98 der temperaturresistiven Brücke 26 bereitgestellt wird. Der Anschluss 9 ist extern mit einem Bezugspotenzial wie Masse verbunden. Die Anschlüsse 5 und 8 sind die Ausgangsanschlüsse des Temperaturkanals des Sensorchips 20 und sind extern mit jeweiligen positiven Eingangsanschlüssen des externen Verstärkers 118 verbunden. Der Anschluss 6 ist extern mit dem Ausgang des externen Verstärkers 118 verbunden, um einen Feedbackwiderstand für den externen Verstärker 118 bereitzustellen.
Die Piezowiderstände 36, 38, 40, 42, 44, 50 und 54 sind wiederum schwere implantierte Widerstände und die Widerstände 30, 32, 34, 46, 48, 56 und 58 sind wiederum leichte implantierte Widerstände.
Für den konstanten Spannungsbetrieb stellt das Widerstandsnetzwerk 28 drei Verstärkungsoptionen für den Ausgang der temperaturresistiven Brücke 26 bereit, die für eine spezifischen Temperaturbetriebsbereich ausgerichtet ist. Diese Verstärkungsoptionen können durch Verwendung der Anschlüsse 6 und 7 abhängig von dem Betriebsbereich der temperaturresistiven Brücke 26 ausgewählt werden. Beispielsweise können verschiedene Kombinationen der Anschlüsse 6 und 7 an den externen Verstärker 118 angeschlossen werden, um die Verstärkung des externen Verstärkers 118 zu steuern.
10 zeigt beispielsweise die Temperaturkanalausgabe in % von Vref über den Temperaturbereich von –55°C bis +225°C für die Nominalverstärkungsoption, in der Anschluss 6 mit dem Ausgang des externen Verstärkers 118 verbunden ist, und der Anschluss 5 mit dem negativen Eingang des externen Verstärkers 118, wie in 3 gezeigt, verbunden ist.
11 veranschaulicht beispielsweise den Temperaturkanalausgang in % von Vref über den Temperaturbereich von –55°C bis +150°C für die Maximalverstärkungsoption, bei der der Anschluss 7 mit dem Ausgang des externen Verstärkers 118 verbunden ist, und der Anschluss 5 mit dem negativen Eingang des externen Verstärkers 118, wie in 3 gezeigt, verbunden ist.
12 veranschaulicht beispielsweise die Temperaturkanalausgabe in % von Vref über den Temperaturbereich von –55°C bis +300°C für die Minimumverstärkungsoption, wobei die Anschlüsse 6 und 7 mit der Ausgabe des externen Verstärkers 118 verbunden sind und der Anschluss 5 mit der negativen Eingabe des externen Verstärkers 118, wie in 3 gezeigt, verbunden ist.

Claims

Sensorchip (20) mit ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten, siebten, achten, neunten, zehnten, elften und zwölften Anschlüssen, die externe Verbindungen an den Sensorchip (20) ermöglichen, wobei der Sensorchip (20) Folgendes umfasst: eine erste auf einem Substrat (22) gebildete Brücke (24), wobei die erste Brücke (24) erste und zweite Eingangsknoten (62, 66) und erste und zweite Ausgangsknoten (74, 70) enthält; eine zweite auf dem Substrat (22) gebildete Brücke (26), wobei die zweite Brücke (26) dritte und vierte Eingangsknoten (98, 102) und dritte und vierte Ausgangsknoten (106, 110) enthält; ein erstes auf dem Substrat (22) gebildetes Widerstandsnetzwerk (52), wobei das erste Widerstandsnetzwerk (52) erste, zweite und dritte Widerstände (58, 56, 54) mit einer gemeinsamen Verbindung enthält; ein zweites auf dem Substrat (22) gebildetes Widerstandsnetzwerk (28), wobei das zweite Widerstandsnetzwerk (28) vierte, fünfte und sechste Widerstände (34, 32, 30) mit einer gemeinsamen Verbindung enthält; einen ersten auf dem Substrat (22) gebildeten Leitungsweg (60), der den ersten Eingangsknoten (62) mit dem ersten Anschluss verbindet; einen zweiten auf dem Substrat (22) gebildeten Leitungsweg (64), der den zweiten Eingangsknoten (66) mit dem zweiten Anschluss verbindet; einen dritten Leitungsweg (72, 76), der den dritten auf dem Substrat (22) gebildeten Widerstand (54) enthält und den ersten Ausgangsknoten (74) mit dem dritten Anschluss des Sensorchips (20) verbindet; einen vierten auf dem Substrat (22) gebildeten Leitungsweg (68), der den zweiten Ausgangsknoten (70) mit dem vierten Anschluss des Sensorchips (20) verbindet; einen fünften auf dem Substrat (22) gebildeten Leitungsweg (86), der den sechsten Widerstand (30) mit dem fünften Anschluss des Sensorchips (20) verbindet; einen sechsten auf dem Substrat (22) gebildeten Leitungsweg (90), der den fünften Widerstand (32) mit dem sechsten Anschluss des Sensorchips (20) verbindet; einen siebten auf dem Substrat (22) gebildeten Leitungsweg (94), der den vierten Widerstand (34) mit dem siebten Anschluss des Sensorchips (20) verbindet; einen achten auf dem Substrat (22) gebildeten Leitungsweg (96), der den dritten Eingangsknoten (98) mit dem zwölften Anschluss verbindet; einen neunten auf dem Substrat (22) gebildeten Leitungsweg (100), der den vierten Eingangsknoten (102) mit dem neunten Anschluss verbindet; einen zehnten auf dem Substrat (22) gebildeten Leitungsweg (104), der den dritten Ausgangsknoten (106) mit dem achten Anschluss des Sensorchips (20) verbindet; einen elften auf dem Substrat (22) gebildeten Leitungsweg (108), der den vierten Ausgangsknoten (110) mit dem fünften Anschluss des Sensorchips (20) verbindet; einen zwölften auf dem Substrat (22) gebildeten Leitungsweg (80), der den zweiten Widerstand (56) mit dem elften Anschluss des Sensorchips (20) verbindet; und einen dreizehnten auf dem Substrat (22) gebildeten Weg (84), der den ersten Widerstand (58) mit dem zehnten Anschluss des Sensorchips (20) verbindet.
Sensorchip nach Anspruch 1, wobei der erste und fünfte Anschluss miteinander verbunden ist, der zweite und sechste Anschluss miteinander verbunden ist, der erste Anschluss mit einer konstanten Stromquelle verbunden ist, und wobei der zweite Anschluss mit einem Bezugspotenzial verbunden ist.
Sensorchip nach Anspruch 1, wobei die erste Brücke schwere implantierte Widerstände umfasst, der vierte, fünfte und sechste Widerstand entsprechende leichte implantierte Widerstände umfassen, wobei die schweren implantierten Widerstände eine erste Resistivität aufweisen und die leichten implantierten Widerstände eine zweite Resistivität aufweisen, wobei sich ein Verhältnis der zweiten Resistivität zu der ersten Resistivität in der Größenordnung von sieben befindet.
Sensorchip nach Anspruch 3, wobei der siebte Anschluss mit einer Epitaxialschicht des Sensorchips verbunden ist.
Sensorchip nach Anspruch 1, wobei der erste, zehnte und zwölfte Anschluss miteinander verbunden sind, der zweite und neunte Anschluss miteinander verbunden sind, der dritte und vierte Anschluss mit entsprechenden Eingängen eines ersten Verstärkers verbunden sind, der fünfte und achte Anschluss mit entsprechenden Eingängen eines zweiten Verstärkers verbunden sind, der elfte Anschluss mit einem Ausgang des ersten Verstärkers verbunden ist und wobei der sechste und/oder siebte Anschluss mit einem Ausgang des zweiten Verstärkers verbunden ist.
Sensorchip nach Anspruch 5, wobei der erste Anschluss mit einer konstanten Spannungsquelle verbunden ist.
Sensorchip nach Anspruch 5, wobei die erste Brücke, ein Teil der zweiten Brücke, und der dritte Widerstand schwere implantierte Widerstände umfassen, wobei der Rest der zweiten Brücke und der erste, zweite, dritte, vierte und sechste Widerstand entsprechende leichte implantierte Widerstände umfassen, wobei die schweren implantierten Widerstände eine erste Resistivität aufweisen und die leichten implantierten Widerstände eine zweite Resistivität aufweisen und wobei sich ein Verhältnis der ersten Resistivität zu der zweiten Resistivität in der Größenordnung von sieben befindet.
Sensorchip nach Anspruch 1, wobei die erste Brücke eine piezoresistive Brücke umfasst und die zweite Brücke eine temperaturresistive Brücke umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Sensorchips, umfassend: Formen einer ersten resistiven Brücke, so dass die erste resistive Brücke erste und zweite Eingangsknoten und erste und zweite Ausgangsknoten auf weist, und so dass die erste resistive Brücke erste, zweite, dritte und vierte Widerstände aufweist; Formen einer zweiten resistiven Brücke, so dass die zweite resistive Brücke dritte und vierte Eingangsknoten und dritte und vierte Ausgangsknoten aufweist, so dass die zweite resistive Brücke fünfte, sechste, siebte und achte Widerstände aufweist; Formen mindestens neunter und zehnter Widerstände, so dass eine Summe der Resistivität des neunten und zehnten Widerstands, wie zur Verwendung als Spannkompensation für den konstanten Strombetrieb der ersten resistiven Brücke definiert, und die Summe der Resistivität des neunten und zehnten Widerstands, wie zur Verwendung als Feedbackwiderstand in einem die zweite Brücke enthaltenden Kanal für den konstanten Spannungsbetrieb der zweiten resistiven Brücke definiert, denselben Wert aufweisen; und Formen eines elften Widerstands, der an einem Ende mit einer Verbindung zwischen dem neunten und zehnten Widerstand verbunden ist, und an dem anderen Ende an eine Schicht des Sensorchips verbindbar ist.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Bestimmen eines Widerstands R₃ gemäß der folgenden Gleichung:
wobei R₁ die Resistivität des ersten Widerstands, R₂ die Resistivität des zweiten Widerstands, G ein Konstruktionskriterium und R₃ die Resistivität ei ner parallelen Kombination des siebten und achten Widerstands ist.