DE60313327T2

DE60313327T2 - Druckaufnehmer

Info

Publication number: DE60313327T2
Application number: DE60313327T
Authority: DE
Inventors: Raffaele Correale; Mario Busso; Cristian Maccarrone
Original assignee: Varian SpA
Current assignee: Varian SpA
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2023-11-08
Also published as: JP2005140780A; US20050126295A1; EP1530036A1; DE60313327D1; DE60330919D1; EP1808685B1; EP1530036B1; US7059192B2; EP1808685A2; EP1808685A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Drucksensor mit einem Schwingungselement, dessen Oszillationsfrequenz und -amplitude durch die Druckbedingungen der äußeren Umgebung beeinflußt werden und daher zum Messen von Druckänderungen in der umliegenden Umgebung verwendet werden kann.
Drucksensoren oder Sensoren anderer physikalischer Größen wie Temperatur, Dichte usw., die ein Schwingungsteil verwenden, sind bereits bekannt. Die Sensoren nutzen den Einfluss des Drucks, der Temperatur und/oder der Dichtebedingungen der umliegenden Umgebung auf die Oszillationsfrequenz und -amplitude des Schwingungselements und erhalten die Änderungen der interessierenden physikalischen Größe aus der Messung der Abweichungen der Oszillationsfrequenz und -amplitude gegenüber den erwarteten Werten.
Sensoren wie oben beschrieben sind z.B. offenbart in EP 435,553 , EP 505,177 und US 4,841,775 .
Jedoch sind die bekannten Sensoren nicht geeignet für Anwendungen bei denen eine Miniaturisierung des Sensors nötig ist, um den Druck in kleinen Kammern zu messen oder für Situationen in denen ein nicht-miniaturisierter Sensor nicht vernachlässigbare Störungen auf die umliegende Umgebung verursachen könnte.
Die EP 1,026,491 offenbart einen Sensor, der geeignet ist, Druckänderungen unter Verwendung einer mikro-mechanischen Struktur zu detektieren, nämlich einen Mikrobalken. Neben dem Mikrobalken schließt der offenbarte Sensor eine Ansteuerelektrode und Abtastelektrode ein. Die Abtastelektrode detektiert die Änderung der Kapazität zwischen dem Mikrobalken und der Abtastelektrode selbst und die Druckänderung wird aus der Kapazitätsänderung erhalten.
Das US Patent US 6,532,822 und "Packaged bulk micromachined resonant force sensor for high temperature application" im Namen von Haueis et al, offenbart ähnlich einen Drucksensor, der mikro-mechanische resonante Sensoren verwenden.
Die US 5,528,939 offenbart eine mikro-mechanische Druckanzeige, wobei ein freitragender Balken sowohl als Schwingungselement als auch als die erste Ansteuerelektrode wirkt, wobei eine zweite Elektrode der elektrostatischen Ansteuerung auf dem Substrat des freitragenden Balkens vorgesehen ist; ein Maß der nötigen Ansteuerspannung, um den freitragenden Balken bei einer festen Amplitude schwingen zu lassen, liefert ein Maß des Drucks in der umliegenden Umgebung.
Die EP 435,553 bezieht sich auf einen Drucksensor, der einen resonant schwingenden, auf einer Membran befestigten, Balken aufweist, wobei ein optisches Anregungssignal durch eine optische Faser auf den Sensor angewendet wird und die Schwingung des Balkens durch die gleiche optische Faser optisch abgetastet wird. Das Ende der optischen Faser und der Balken sind derart angeordnet, dass sie einen Spalt festlegen, der sich wie ein Fabry-Perot Resonator verhält, so dass das reflektierte Licht mit der Schwingungs-Frequenz des Balkens moduliert wird.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch das Vorsehen eines Drucksensor mit einer sehr begrenzten Größe in der Ordnung von 10² μm die oben genannten Nachteile zu überwinden.
Die obige und andere Aufgaben werden durch den Drucksensor, wie in den anhängenden Ansprüchen beansprucht, gelöst.
Vorteilhaft schließt der Drucksensor gemäß der Erfindung eine mikro-elektromechanische Schwingungsvorrichtung ein, die mittels der Technologie erhalten wird, die von der Entwicklung von MEMS (mikro-elektromechanische Systeme) Vorrichtungen bekannt ist und ein Substrat aufweist, auf welchem eine Einzelschicht- oder Mehrschichten Schwingungsanordnung ausgebildet ist. Das Substrat und die Schwingungsanordnung können z.B. aus Silizium, Siliziumoxid, Molybdän, Aluminium etc. hergestellt sein.
Wie bekannt, kennzeichnet der Begriff "MEMS" die miniaturisierten elektro-mechanischen Systeme, die auf einem Siliziumsubstrat die mechanischen Komponenten, die Sensoren, die Ansteuerungen und die entsprechende Elektronik integrieren. MEMS-Komponenten werden im Allgemeinen durch Mikrobearbeitungsprozesse erhalten, die gezielt Silizium ätzen, indem sie ausgewählte Teile des Silizium-Wafers entfernen oder neue strukturelle Schichten hinzufügen, um die mechanische und elektromechanische Komponente zu bilden. Dank dieser Technologie wurde es möglich, komplette Systeme, wie Mikroantriebe, auf einem Chip herzustellen.
Vorteilhaft verwendet die Technologie zur Herstellung von MEMS Herstellungsverfahren, die ähnlich zu denen der bei integrierten Schaltkreisen verwendeten sind, und kann daher von ähnlichen Graden der Qualität, Verlässlichkeit, Erfahrung und Billigkeit profitieren, die typisch für integrierte Schaltkreise sind.
Gemäß der Erfindung können die Änderungen der Oszillationsfrequenz und/oder -amplitude der mikro-elektromechanischen Schwingungsvorrichtung verwendet werden, um Druckänderungen der umliegenden Umgebung zu messen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung induzieren die Frequenz- und/oder -amplitudenänderungen eine messbare Änderung eines Parameters der elektrischen Schaltung, innerhalb der die mikro-elektromechanische Schwingungsvorrichtung verbunden ist, und ermöglicht es dadurch, die Druckänderungen aus dem Verhalten des variablen elektrischen Parameters zu erhalten.
Einige bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden – in Form von nichtbeschränkenden Beispielen – unten in Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1a eine perspektivische Draufsicht einer ersten Ausgestaltung der mikro-elektromechanischen Vorrichtung des Drucksensors gemäß der Erfindung ist;
1b eine Draufsicht der in 1 gezeigten mikro-elektromechanischen Vorrichtung ist;
2 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausgestaltung der mikro-elektromechanischen Vorrichtung des Drucksensors gemäß der Erfindung ist;
3 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausgestaltung der mikro-elektromechanischen Vorrichtung des Drucksensors gemäß der Erfindung ist;
4 eine Vorderansicht einer vierten Ausgestaltung der mikro-elektromechanischen Vorrichtung des Drucksensors gemäß der Erfindung ist;
5 eine schematische Ansicht des elektrischen Schaltkreises des Detektors des Drucksensors gemäß der Erfindung ist; und
6 eine schematische Ansicht der elektrischen Schaltung des Detektors des Drucksensors gemäß der Erfindung in einer abweichenden Ausgestaltung ist.
In Bezug auf 1a und 1b ist eine erste Ausgestaltung der mikro-elektromechanischen Vorrichtung des Drucksensors gemäß der Erfindung gezeigt.
Gemäß dieser Ausgestaltung ist eine schwingende planare elastische Membran 121 über einer Aussparung 13, die in einer tragenden Basis 15 ausgebildet ist, aufgehängt. Die Membran 121 hat im Wesentlichen eine rechteckige Form und ist am Umfangsrand 17, der die Aussparung 13 in der tragenden Basis 15 umgibt, an zwei rechteckigen Befestigungsbereichen 123a, 123b befestigt, die an die kurzen Seiten der Membran 121 angrenzen. Die Membran ist weiterhin mit einer Seitenausdehnung 125 versehen, die teilweise den Umfangsrand 17 überdeckt, um so einen entsprechenden Kontaktbereich 127 festzulegen.
Die tragende Basis 15 ist bevorzugt ein Siliziumsubstrat oder Wafer, auf welchem die Aussparung 13 durch konventionelle Ätztechniken ausgebildet wurde. Eine Metall-Steuerelektrode 21 ist im Innern der Aussparung 13 in Kontakt mit dem Boden 19 angeordnet und ist mit einer Seitenausdehnung 23 versehen, die gegen eine Seitenwand 25 der Aussparung 13 gebogen ist. Diese Ausdehnung überdeckt teilweise den Umfangsrand 17 der tragenden Basis 15 und legt einen entsprechenden Kontaktbereich 27 fest.
Durch Anwenden eines Spannungssignals auf den Bereich 27 in der Steuerelektrode 21 und den Bereich 127 in der Membran 121 kann ein elektrisches Feld zwischen der Steuerelektrode 21 und der Membran 121 erzeugt werden, wodurch die Membran 121 zu der Elektrode 21 hingezogen wird. Wenn das auf die Kontaktbereiche 27, 127 angewendete Spannungssignal periodisch moduliert ist, wird die Schwingung der Membran 121 erhalten.
Unter reinen Vakuum-Bedingungen wird die Membran 121 mit ihrer Resonanzfrequenz und -amplitude schwingen oder, wenn das Signal ein sinusförmiges Signal ist, dessen Frequenzen sich von denen der Resonanzfrequenz unterscheiden, wird die Membran 121 mit der Frequenz schwingen, die durch das Signal aufgezwungen wird.
Wenn von den idealen Bedingungen des reinen Vakuums abgewichen wird, wird die Präsenz von Gasmolekülen oder -atomen in der um die Membran liegenden Umgebung die Frequenz und die Amplitude der Membranschwingungen beeinflussen, da die freie Schwingung der Membran durch den Zusammenstoß mit den Atomen und Molekülen gestört wird. Je höher die Anzahl der Atome und Moleküle, d.h. je höher der Druck, desto stärker ist der Einfluss.
Folglich können durch das Messen der Abweichung der Schwingungsfrequenz und/oder -amplitude der Membran 121 von den erwarteten Werten mittels eines geeigneten Detektors Druckänderungen in der umliegenden Umgebung erhalten werden.
Ein Beispiel eines Detektors für die Änderungen der Schwingungsfrequenz und/oder -amplitude der Membran 121 wird unten im Detail offenbart.
Geeignete Materialien zur Herstellung der Membran 121 können Aluminium, Molybdän, SiO₂, Si₃N₄, Si (einkristallin) sein. Zudem haben Membrane, die aus dielektrischem Material hergestellt sind, wie SiO₂ und Si₃N₄, eine Sandwichstruktur (Dielektrikum – Metall – Dielektrikum) mit einer Metallschicht, die zwischen zwei dielektrischen Schichten eingebettet ist: Die Membranschwingung kann daher durch das elektrische Feld gesteuert werden.
Bei einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Membran 121 eine Fläche von 100 μm × 20 μm und eine Dicke von 1 μm haben.
Zudem soll die Membran 121 ausreichend breite Befestigungsbereiche 123a, 123b haben, um zu verhindern, dass die Membran sich während des Schwingens von der Basis 15 loslöst. Zum Beispiel werden im Fall von Membranen von 100 μm × 20 μm × 1 μm die Befestigungsbereiche bevorzugt eine Fläche von wenigstens 20 μm × 20 μm haben.
Die Größe der Steuerelektrode 21 wird bevorzugt derart sein, dass die Anziehungskraft auf die Membran 121 auf etwa 50 % der Membranfläche angewendet wird, vorzugsweise über eine Länge in der Größenordnung von 25 μm bis 75 μm in der längslaufenden Richtung der Membran 121 und über die gesamte Breite der Membran 121. Der Abstand zwischen der Membran 121 und der Steuerelektrode 21 liegt vorzugsweise im Bereich von 5 μm bis 15 μm, abhängig vom verwendeten Material und abhängig von der Spannung, die an die Kontaktbereiche der Steuerelektrode 21 und der Membran 121 angelegt wird.
Bezugnehmend auf 2, in der die Elemente weggelassen wurden, die identisch zu denen in 1a und 1b gezeigten sind, wird eine zweite Ausgestaltung der Erfindung gezeigt, bei welcher die Schwingungspumpstufe mittels einer Planaren, im Wesentlichen H-förmigen elastischen Membran 221 erhalten wird, die zwei parallele längslaufende Balken 221a, 221b und einen querlaufenden zentralen Balken 221c aufweist.
Ähnlich zu der in 1a und 1b gezeigten Ausgestaltung sind beide parallele Balken 221a, 221b an ihren entsprechenden Enden 223a, 223b am Umfangsrand 17 der tragenden Basis 15 befestigt. Die H-formige Membran 221 ist daher über der in der tragenden Basis 15 ausgebildeten Aussparung 13 aufgehängt.
Dank einer solchen Konfiguration kann die H-förmige Membran einer Dreh-Oszillation unterworfen werden, die es erlaubt, hohe Resonanzfrequenzen und große -amplituden zu erzielen. Tatsächlich ist die Dreh-Resonzfrequenz viel höher als die der Biegung. Zum Beispiel wird eine Aluminiummembran, 150 μm lang, 15 μm breit und 1,5 μm dick, die folgenden Resonanzfrequenzen haben: Biegung 3,5e⁵ Hz, Drehung 2,0e⁶ Hz.
Der zentrale querlaufende Balken 221c sollte vorzugsweise leicht und dünn sein, damit die Resonanzfrequenz der Anordnung nicht übermäßig reduziert wird.
Nun ist in Bezug auf 3 eine dritte Ausgestaltung der Erfindung gezeigt, in welcher eine Mehrschicht-Schwingungsanordnung 321 vorgesehen ist.
Gemäß dieser Ausgestaltung weist die Anordnung 321 eine im Wesentlichen starre Membran 331 auf, die durch im Wesentlichen S-förmige elastische Elemente oder Tragfedern 333 unterstützt wird, die unter der Membran 331 an entsprechenden gegenüberliegenden Enden 323a, 323b davon angeordnet sind.
Die elastischen Elemente 323a, 323b werden wiederum an einer geradlinigen tragenden Basis 15' befestigt, auf welcher eine Steuerelektrode 21' vorgesehen ist, um die Anordnung 321 dank der Anwendung eines elektrischen Feldes zwischen der Elektrode 21' und der Membran 331 schwingen zu lassen.
Bezugnehmend auf 4, welche eine vierte Ausgestaltung der Erfindung zeigt, kann die Membran 331 vorteilhaft Öffnungen 329 haben, die der Membran eine Gitterstruktur geben, die eine ausreichende Steifheit gewährt, so dass die Membran im Wesentlichen parallel zu der Ebene, in welcher sie im Ruhezustand liegt, zum Oszillieren gebracht wird.
In Bezug auf den Fall der einfachen Membran (1a, 1b) oder der H-förmigen Membran (2) wird die Mehrschicht-Konfiguration der in 3 und 4 gezeigten Ausgestaltungen vorteilhaft dazu führen, dass die gesamte Fläche der Membran 331 die gleiche Empfindlichkeit gegenüber dem Druck der umliegenden Umgebung hat.
Tatsächlich bleibt die Membran 331 im Wesentlichen während der Oszillation planar und folglich wird die ganze Membranfläche gleichmäßig durch die Präsenz von Gasatomen oder -molekülen beeinflusst.
Bei einer beispielhaften Ausgestaltung kann die Mehrschicht-Anordnung 321 die folgenden Abmessungen haben:

– Membrandicke: 1 μm;
– Schwingungsflächenlänge: 15 μm–25 μm;
– Federlänge: 2–3 μm;
– Anordnungsdicke: 5 μm;
– Federdicke: 0,5 μm.

Nun wird in Bezug auf 5 die elektrische Schaltung einer Vorrichtung zur Erfassung der Oszillationsfrequenz- und Amplitudenänderungen der Schwingungsanordnungen 121, 221, 321 der 1 bis 4 gezeigt.
In der gezeigten elektrischen Schaltung ist die Schwingungsanordnung der mikro-elektromechanischen Vorrichtung als Gate G eines MOSFET-Transistors verwendet.
Wie bekannt weist ein MOSFET-Transistor, z.B. ein N-Kanaltyp, ein niedrig dotiertes P Siliziumsubstrat auf, in dem zwei hoch dotierte N-Bereiche (als Quelle S und Senke D bezeichnet) ausgebildet sind. Eine Steuerelektrode, das sogenannte Gate G, ist zwischen solchen Bereichen angeordnet. Durch Verändern der am Gate G angelegten Spannung wird die Ladungsverteilung und -dichte im unterliegenden Substratbereich zwischen Quelle S und Senke D durch den elektrischen Feldeffekt variiert und erzeugt dadurch einen sogenannten Kanal. Im oben beschriebenen Fall, in dem das Substrat vom P-Typ ist, wird der Kanal vom N-Typ sein, d.h. er ermöglicht einen Elektronen-Stromfluß. Im Fall eines N-Typ Substrates ermöglicht der Kanal, der durch das Potential des Gate G erzeugte wird, einen Loch-Stromfluß (P-Typ Kanal).
Daher ist der MOSFET eine Vorrichtung, die durch ein geeignetes Vorspannen des dritten Pols, des Gates G, den hindurchfließenden Strom I_D steuert, welcher Strom an einer Quelle S eintritt und an einer Senke D austritt.
Falls die Schwingungsanordnung der mikro-elektromechanischen Vorrichtung als Gate G verwendet wird und die Anordnung mit einer konstanten Spannung V_G vorgespannt ist, wird ein Spannungssignal erhalten, das aus der Überlagerung eines konstanten Gleichstromsignals und eines Frequenzsignals resultiert, da sich die Gate-Kanal-Ausdehnung in Abhängigkeit der Oszillationsamplitude und -frequenz der Schwingungsanordnung verändert.
Wenn V_G konstant ist, wird folglich der Strom I_D eine Schwingung erfahren, die proportional zur Membran-Schwingung ist.
Der Strom I_D wird sich entsprechend der Beziehung verändern: ID = {W·μho·(εr/tox)·[(VGS – VT)·VDS – ½VDS 2]·(1 – λ·VDS)}/Lfalls V_DS < V_DS(sat)
und entsprechend der Beziehung: ID = [W·μh0·(εr/tox)·(VGS – VT)2]·(1 – λ·VDS)]/2Lfalls V_DS > V_DS(sat)
wobei:

W: und L die (konstanten) geometrischen Dimensionen der Membran sind;
μ_ho: ein Steilheitsparameter ist;
t_ox: der Abstand zwischen der Schwingungsstruktur und der unterliegenden tragenden Basis ist;
ε_r: die Dielektrizitätskonstante des Mediums zwischen der Struktur und der Basis ist (im Vakuum, ε_r = 1);
V_GS: die Potentialdifferenz zwischen Gate und Quelle (V_G – V_S) ist;
V_T: das Schwellpotential ist und dem V_GS Wert entspricht, über welchem die Anwesenheit von sich bewegenden Ladungen zwischen Quelle und Senke möglich ist, d.h. über welchem der Kanal offen ist; V_T eine Funktion unter anderem von t_ox ist;
λ: die Kanallängenmodulation ist;
V_DS: die Potentialdifferenz zwischen Senke und Quelle (V_D – V_S) ist;
V_DS(sat): der Sättigungswert von V_DS ist, d.h. der V_DS-Wert über welchem der Strom I_D unabhängig von V_DS wird und nur von V_GS und V_T abhängt.

Während der Schwingungen in der Schwingungsanordnung variieren t_ox und V_T entsprechend einer Gesetzmäßigkeit, die der Oszillationsfrequenz und -amplitude der Anordnung unterliegt, und folglich variieren auch die Intensität und die Frequenz des Stroms I_D proportional zu den Frequenz- und/oder Amplitudenänderungen der Schwingungen.
Das Ausgangssignal kann z.B. bei V_ext abgenommen werden und durch Messen der Stromänderungen ist es möglich, die Änderungen der Schwingungsfrequenz und/oder -amplitude der mikro-elektromechanischen Schwingungsanordnung zu erhalten und aus diesen Änderungen die Druckänderungen der um die Anordnung liegenden Umgebung.
6 zeigt schematisch eine mögliche abweichende Ausgestaltung der Schaltung des Detektors der Änderungen der Oszillationsfrequenz und -amplitude der mikroelektromechanischen Schwingungsanordnung.
Gemäß einer solchen abweichenden Ausgestaltung bildet die Anordnung ein Gate G1 eines ersten MOSFET M₁. Die Quelle S1 des ersten MOSFET M₁ ist mit der Quelle S₂ eines zweiten MOSFET M₁ (parallele Verbindung) verbunden, der identisch zum ersten MOSFET ist, aber ein nicht veränderbares Gate G₂ hat. Die Senken D₁, D₂ der MOSFETs sind mit den Quellen S₃, S₄ eines dritten bzw. eines vierten MOSFET M₃, M₄ verbunden (Serienverbindung). Die dritten und vierten MOSFETs M₃, M₄ sind zueinander identisch und wirken als stabilisierende Widerstände, die die Schaltung stabiler zu machen.
Experimentelle Tests scheinen anzuzeigen, dass der Drucksensor gemäß der Erfindung ein effektives Erfassen von Druckänderungen in der umliegenden Umgebung ermöglicht. Insbesondere kann der Sensor gewöhnlich im Druckbereich von 10³ bis 10^–3 mbar verwendet werden. Innerhalb dieses Bereichs sind die Änderungen der Schwingungsfrequenz und/oder -amplitude der Schwingungsanordnung linear abhängig von den sie erzeugenden Druckänderungen.

Claims

Drucksensor, insbesondere für Hochvakuum, der aufweist: – eine mikro-elektromechanische (MEMS) Schwingungsanordnung (121; 221; 321), die an einer feststehenden tragenden Basis (15; 15') befestigt ist; – eine Steuervorrichtung (21; 21') für die Anordnung, um sie relativ zu der tragenden Basis mit einer bekannten Frequenz und Amplitude oszillieren zu lassen; und – eine Vorrichtung zum Detektieren der Abweichungen der Oszillationsfrequenz und -amplitude der Schwingungsanordnung von der bekannten Frequenz und Amplitude, wobei die Vorrichtung eine elektrische Schaltung aufweist, die einen MOSFET-Transistor mit einer Steuerelektrode oder einem Gate (G) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanordnung als Steuerelektrode oder Gate des MOSFET-Transistors arbeitet, wodurch sich die Gate-Kanal Erstreckung des MOSFET-Transistors in Abhängigkeit der Oszillationsamplitude und -frequenz der Schwingungsanordnung ändert.
Drucksensor nach Anspruch 1, wobei die tragende Basis (15; 15') einen Silizium-Wafer aufweist.
Drucksensor nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (21) zwischen der tragenden Basis (15; 15') und der Schwingungsanordnung (121; 221; 321) der mikro-elektromechanischen Vorrichtung platziert ist.
Drucksensor nach Anspruch 3, wobei die Steuervorrichtung (21) eine Elektrode ist, die derart angeordnet ist, dass sie im Gebrauch ein variables elektrisches Feld zwischen der Elektrode und der Schwingungsanordnung hervorruft, um eine Schwingung der Schwingungsanordnung relativ zu der tragenden Basis zu bewirken.
Drucksensor nach Anspruch 4, der Mittel aufweist zum Erzeugen des elektrischen Felds durch ein sinusförmiges Signal mit einer Frequenz, die gleich der Resonanzfrequenz der Schwingungsanordnung ist.
Drucksensor nach Anspruch 4, wobei eine Aussparung (13), die die Elektrode aufnimmt, in der tragenden Basis unter der Schwingungsanordnung ausgebildet ist.
Drucksensor nach Anspruch 1, wobei die Schwingungsanordnung eine planare elastische Membran ist.
Drucksensor nach Anspruch 7, wobei die Membran im Wesentlichen rechteckig ist und mit ihren Enden (123a, 123b), die den kürzeren Seiten des Rechtecks entsprechen, an der tragenden Basis befestigt ist.
Drucksensor nach Anspruch 7, wobei die Membran im Wesentlichen H-formig ist und an ihren vier Enden (223a, 223b) an der tragenden Basis befestigt ist.
Drucksensor nach Anspruch 9, wobei die H-förmige Membran einer Drehschwingung unterworfen ist.
Drucksensor nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Membran an der tragenden Basis entlang des die Ausnehmung (13) umgebenden Umfangsrands (17) befestigt ist, wodurch die Membran über der Vertiefung aufgehängt ist.
Drucksensor nach Anspruch 11, wobei die Membran eine Seitenausdehnung (125) aufweist, die teilweise den Umfangsrand überdeckt, um so einen entsprechenden ersten Kontaktbereich (127) festzulegen.
Drucksensor nach Anspruch 11, wobei die Elektrode eine Seitenausdehnung (23) aufweist, so dass die Elektrode teilweise den Umfangsrand (17) der tragenden Basis (15) überdeckt, um so einen entsprechenden zweiten Kontaktbereich (27) festzulegen.
Drucksensor nach Anspruch 13, der Mittel zum Anlegen des Spannungssignals an die Kontaktbereiche aufweist, um ein variables elektrisches Feld zwischen der Schwingungsanordnung und der Steuervorrichtung zu erzeugen, wobei das elektrische Feld eine Schwingung der Anordnung verursacht.
Drucksensor nach Anspruch 1, wobei die Schwingungsanordnung eine starre Membran (331) aufweist, die von zwischen der Membran und der tragenden Basis platzierten elastischen Teilen oder Tragfedern (333) getragen wird, wobei die elastischen Teile an der tragenden Basis befestigt sind.
Drucksensor nach Anspruch 15, wobei die Membran und die tragende Basis eine im Wesentlichen geradlinige, parallepiped-artige Form haben.
Drucksensor nach Anspruch 16, wobei die elastischen Teile S-förmig sind.
Druckssensor nach Anspruch 16, wobei die Membran mit Öffnungen (329) versehen ist, um der Membran eine ausreichend steife Gitterstruktur zu geben, die die Membran im Wesentlichen parallel zu der Ebene schwingen lässt, in der sie in spannungslosen Zuständen liegt.
Drucksensor nach einem der Ansprüche 7 bis 18, wobei der Abstand zwischen der Membran und der Elektrode im Bereich von etwa 5 μm bis 15 μm liegt.
Drucksensor nach Anspruch 7, wobei die rechteckige Membran eine Fläche von 100 × 20 μm und eine Stärke von 1 μm hat.
Drucksensor nach Anspruch 9, wobei die H-formige Membran 150 μm lang, 15 μm breit und 1,5 μm stark ist.
Drucksensor nach einem der Ansprüche 7 bis 21, wobei die Membran aus einem Material, ausgewählt aus Aluminium, Molybdän, SiO₂, Si₃N₄, Si (einkristallin), hergestellt ist.
Drucksensor nach Anspruch 1, wobei die Detektiervorrichtung eine elektrische Schaltung einschließt, in welcher wenigstens ein elektrischer Parameter in Abhängigkeit der Oszillationsamplitude und/oder -frequenz der Anordnung veränderbar ist.
Drucksensor nach Anspruch 23, wobei der elektrische Parameter ein Strom ist.
Drucksensor nach Anspruch 1, wobei das Gate (G) mit einer konstanten Spannung (V_G) vorgespannt ist.
Drucksensor nach Anspruch 1, wobei der MOSFET-Transistor (M₁), der die Schwingungsanordnung als sein Gate (G₁) aufweist, parallel zu einem zweiten MOSFET-Transistor (M₂) geschaltet ist.
Drucksensor nach Anspruch 26, wobei der zweite MOSFET Transistor (M₂) identisch zu dem ersten MOSFET-Transistor (M₁) ist, mit der Ausnahme, dass er ein stationäres Gate (G₂) aufweist.
Drucksensor nach Anspruch 27, wobei der erste bzw. der zweite MOSFET-Transistor (M₁, M₂) in Serie zu einem dritten bzw. einem vierten MOSFET-Transistor (M₃, M₄) geschaltet ist, wobei der dritte und der vierte MOSFET-Transistor die Aufgabe haben, die Schaltung stabiler zu machen.
Drucksensor nach Anspruch 28, wobei der dritte und der vierte MOSFET-Transistor zueinander identisch sind.