DE69308298T2 - Messgerät-herstellungsverfahren - Google Patents
Messgerät-herstellungsverfahrenInfo
- Publication number
- DE69308298T2 DE69308298T2 DE69308298T DE69308298T DE69308298T2 DE 69308298 T2 DE69308298 T2 DE 69308298T2 DE 69308298 T DE69308298 T DE 69308298T DE 69308298 T DE69308298 T DE 69308298T DE 69308298 T2 DE69308298 T2 DE 69308298T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- silicon
- cavity
- measuring device
- direct bonding
- silicon dioxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 31
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 26
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims abstract description 11
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 15
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 3
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 claims 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 14
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 11
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0076—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means
- G01L9/0077—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means for measuring reflected light
- G01L9/0079—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means for measuring reflected light with Fabry-Perot arrangements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/001—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Meßvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 festgelegten Art. Außerdem betrifft die Erfindung eine Meß vorrichtung, die in Ubereinstimmung mit dem Verfahren hergestellt ist.
- Die hauptsächliche Anwendung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Druck in Verbrennungsmotorzylindern zu messen. Um den Wirkungsgrad des Motors zu optimieren, ist es erwünscht, in der Lage zu sein, den Druck der Abgase innerhalb des Zylinderkompressionsraums verzögerungsfrei zu messen. Es wäre vorteilhaft, eine zu diesem Zweck ausgelegte Vorrichtung in das vorhandene Zünd- und Kraftstoffeinspritzsystem des Fahrzeugs einzubauen, was mit Hilfe elektronischer Mittel geeigneter Konfiguration zu sorgfältig gesteuerten Kraftstoffeinspritzbedingungen und zu einem vorteilhafteren Verbrennungsprozeß führen könnte. Infolge davon wäre es möglich, einen stärker optimierten Zündpunkt zu erzielen und eine vollständigere Kraftstoffverbrennung und infolge davon eine Verbesserung des Motorwirkungsgrads.
- Höhere Drücke und Temperaturen sowie ernsthafte elektrische Störungen sind charakteristisch für die speziell extremen Umgebungsbedingungen, denen ein Drucksensor ausgesetzt ist, der im Zylinder angeordnet ist. Außerdem müssen Drucksensoren dieses Typs in Verbindung mit dem Herstellungsprozeß in einer großen Anzahl von Fahrzeugen eingebaut werden, die in Großserie hergestellt werden, weshalb sie als Bestandteil des elektrischen Systems des Fahrzeugs eingebaut werden müssen. Ein Drucksensor dieser Art muß deshalb mehrere hohe Anforderungen in bezug auf die Genauigkeit, Zuverlässigkeit, und nicht zuletzt niedrige Herstellungskosten und eine zufriedenstellende Reproduzierbarkeit des Herstellungsprozesses erfüllen.
- Angesichts der umgebungsbedingungen im Zylinder ist es schwierig, Druckmessungen auf Grundlage einer direkten Wandlung in elektrische Größen zu bewirken. Eine Lösung auf Grundlage einer Faseroptik, gemäß welcher der Sensorkörper hauptsächlich aus Silizium besteht und die Wandlung des Signals vom Druck in eine mechanische Größe, die ihrerseits in eine optische Größe gewandelt wird, die durch eine optische Faser übertragen wird, würde die erforderlichen Vorteile bereitstellen, um das Meßproblem zu lösen. Bislang existieren jedoch keine Sensoren, die in der Lage sind, den Umweltbedingungen zu Kosten zu widerstehen, die aus dem produktionswirtschaftlichen Gesichtspunkt akzeptabel sind.
- Relevante Vorrichtungen in diesem Hinblick sind Drucksensoren auf Grundlage des Prinzips, demnach der Umgebungsdruck die Dicke eines Hohlraums beeinflußt, der im Sensor gebildet ist, und wobei eine optische Interferenz innerhalb des Hohlraums erzeugt wird, wenn einfallendes Licht den Hohlraum über eine optische Faser trifft. Das Verfahren basiert auf der Verwendung eines Resonators, der als Fabry-Perot-Resonator bekannten Art. Eine faseroptische Vorrichtung dieser Art für Druckmessungen ist bereits aus der deutschen Patentschrift DE- 3 611 852 bekannt. Diese Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik weist einen Fabry-Pérot-Resonator auf, der an einem Ende einer optischen Faser angeordnet ist. Ein optisches Signal, das der Faser zugeführt wird, wird durch den Fabry- Pérot-Resonatar mit einer Intensität reflektiert, die vom Druck abhängt, der den Resonator beeinflußt.
- Die Vorrichtung gemäß dieser deutschen Veröffentlichung zielt jedoch primär darauf ab, den Blutdruck im menschlichen Körper zu messen, und deshalb ist sie für vergleichsweise niedrige Drücke im Bereich von 1 bar ausgelegt, und für Temperaturen im Bereich von 20 bis 40ºC, d.h. nahe an Raumtemperaturen. Der zu messende Druck innerhalb eines Verbrennungsmotorzylinders kann andererseits bei normalen Betriebstemperaturen von 250ºC bis hin zu 200 bar betragen. Zusätzlich zu den Anforderungen an die Produktionsausbeute, wie vorstehend erläutert, muß ein Sensor dieser Art deshalb auch die hohen Anforderungen hinsichtlich Material, Herstellungstechnik und Zuverlässigkeit erfüllen, und der in der DE-3 611 852 offenbarte Sensor ist hierzu nicht geeignet.
- Ein der vorstehend genannten Vorrichtung innewohnender weiterer Nachteil betrifft die Art und Weise der Befestigung der optischen Faser, die in ihr vorgesehen ist, am Sensorkorper. Der Sensorkörper soll mit der Faser mittels Klemmen verbunden werden. Dieses Befestigungsverfahren, ebenso wie dauerhaftere Anbringungsverfahren, wie etwa Kleben, sind jedoch nicht ausreichend stark oder widerstandsfähig gegenüber Druck und Hitze, um die Anforderungen dieser Vorrichtungen zu erfüllen, die für Anwendungen der in Betracht stehenden Art, auf die die vorliegende Erfindung gerichtet ist, bestimmt sind. Außerdem stört die Klebeschicht, die vom Kleben einer optischen Faser an den Sensorkörper herrührt, den Pfad der Lichtstrahlen in den Sensorkörper hinein und aus diesem heraus.
- Eine weitere Vorrichtung zum Messen von Druck mit einem Hohlraum vom Fabry-Perot-Resonator-Typ ist in der US-A-4 825 262 offenbart. Diese Druckschrift beschreibt ein Fabry-Perot-Interferometer mit einem Einkristall-Siliziumsubstrat mit einem integral gebildeten Diaphragma, das zwischen Wänden getragen ist. Ein Glassubstrat ist benachbart zum Substrat mit einem dazwischen eingebetteten Abstandhalter angebracht. Die Abstandhalterschicht ist um den Umkreis des Substrats herum aufgewachsen, und das Glassubstrat ist mit der Abstandhalterschicht verbunden bzw. gebondet. Dieser Sensor ist dazu ausgelegt, in Mikrophonen und Hydrophonen Anwendung zu finden, und als solcher ist er für vergleichsweise niedrige Drücke ausgelegt.
- Die vorliegende Erfindung ist deshalb mit einem Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Messen der Drücke in einer Umgebung befaßt, in welcher hohe Drücke und Temperaturen ebenso vorherrschen wie ernsthafte elektrische Störungen, welche Vorrichtung außerdem unter niedrigen Kosten hergestellt und eingebaut werden kann. Diese Ziele werden mittels eines Verfahrens und einer Vorrichtung erreicht, deren spezielle Merkmale in den Kennzeichnungsteilen der Ansprüche 1 und 4 festgelegt sind.
- Das Anbringungs- oder Befestigungsproblem wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren gelöst, das als "Siliziumdirektbondieren" bekannt ist, auf das im folgenden als SDB bezug genommen wird. Dieses Verfahren, das seit 1986 bekannt ist (Lasky, Applied Physics Letters, Band 48, 5. 78, 1986) ermöglicht es, Silizium auf Silizium, Silizium auf Siliziumdioxid und Siliziumdioxid auf Siliziumdioxid zu bondieren. Der diesbezügliche Bondierprozeß wird durch Kontaktieren von zwei polierten Oberflächen von einer der vorstehend genannten Materialkombinationen bei einer Temperatur von 700 bis 1000ºC bewirkt (Bengtsson und Engström, Journal of Applied Physics, Band. 66, S. 1231, 1989, und Journal of Electrochemical Society, 137, 5. 2297, 1990). Die derart hergestellte Bondierung hat eine Zugfestigkeit entsprechend der Festigkeit der Bondiermaterialien als solche, und sie sind äußerst temperaturbeständig.
- Die Erfindung erlaubt es, daß der faseroptische Drucksensor in einem mechanischen Herstellungsprozeß hergestellt wird. Da der Sensorkörper aus Silizium besteht, steht die hochentwickelte Siliziumtechnik, die zur Herstellung gedruckter Schaltungen eingesetzt wird, für eine effiziente Chargen-Produktion von Sensorkörpern zur Verfügung.
- Weitere Eigenschaften und spezielle Merkmale erschließen sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedener Ausführungsformen in bezug auf die beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
- Fig. 1 den Aufbau eines Fabry-Perot-Resonators,
- Fig. 2 einen Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung,
- Fig. 3 Beispiele von Ergebnissen, die aus Messungen erhalten wurden, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt wurden,
- Fig. 4 und 5 alternative Ausführungsformen der Erfindung, während
- Fig. 6 ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Gegenstands zeigt,
- Fig. 7 schematisch ein Druckmeßsystem zeigt, und
- Fig. 8 ein mögliches Montageverfahren einer Meßvorrichtung in einem Motorzylinder zeigt.
- Fig. 1 zeigt das an sich bekannte Arbeitsprinzip eines Fabry- Perot-Resonators. Licht, das in den Hohlraum 1 einfällt, wird durch beide Innenflächen desselben reflektiert. Resonanz wird erzeugt, wenn die Breite d des Hohlraums gleich einer Anzahl von Halbwellenlängen des Einfallslichts ist (d = (λ/2) x n, wobei n = 0, 1, 2 ...). In diesem Fall wird aus dem Hohlraum 1 kein Licht rückflektiert. Durch Variieren von d läuft die Intensität des reflektierten Lichts derart durch eine Anzahl von Maximal- und Minimalwerten, abhängig von der Beziehung zwischen der Breite d und der Wellenlänge des Lichts. Dieses Prinzip kann zu Druckmeßzwecken eingesetzt werden, weil davon ausgegangen werden kann, daß d vom Druck p um den Hohlraum 1 abhängt.
- Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zwei unterschiedliche Siliziumteile 2 und 3 sind mittels einer Schicht 4 aus Siliziumdioxid, die strukturiert ist, verbunden bzw. bondiert. Das derart hergestellte Sensorelement wird seinerseits mit dem Ende einer optischen Faser 5 unter Verwendung des SDB-Verfahrens verbunden. Da eines, 2, der Siliziumteile mit dem Silizium lediglich über einen begrenzten Abschnitt seiner Fläche beschichtet ist, ist ein Hohlraum 6 zwischen den Siliziumteilen 2 und 3 nach dem Bondieren gebildet, dessen Breite d durch die Dicke der Siliziumdioxid-Beschichtung 4 bestimmt ist. Es besteht keine Möglichkeit, das Anbringen der Siliziumdioxid-Beschichtung 4 an dem anderen Siliziumteil 3 ebenfalls zu verhindern, oder das Anbringen von strukturiertem Siliziumdioxid an beiden Siliziumteilen 2, 3. Die Vorrichtung ist in Fig. 2a vor dem Miteinanderverbinden gezeigt, während Fig. 2b das Endergebnis nach dem Verbindungsprozeß zeigt. Die Breite d des Hohlraums ist kritisch und muß mit einer Genauigkeit von Bruchteilen der Lichtwellenlänge λ des Interferenzlichts hergestellt werden, wenn reproduzierbare Sensorkörper in einem Herstellungsprozeß erhalten werden sollen. Aus diesem Grund wird die Siliziumdioxid-Schicht 4 bevorzugt durch thermische Oxidation erhalten. Dieser Prozeß ist in der Halbleitertechnik gut bekannt und führt seinerseits zu einer ausreichend präzisen Vorhersage der Dicke der Siliziumdioxid-Schicht 4. Auch bei dem Verfahren zum Anordnen von Oxid in einem Muster oder einer Struktur auf einer Siliziumoberfläche ist eine Routinepraxis in der Halbleitertechnik und kann mit äußerster Genauigkeit im Hinblick auf die Musterabmessungen ausgeführt werden. Bondieren unter Verwendung der SDB-Technik wird in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 1000ºC bewirkt. Die Druckempfindlichkeit wird durch die Dicke b von einem, 2, der Siliziumteile bestimmt. Diese Dicke b kann durch gut bekannte Ätzverfahren sorgfältig ermittelt werden, die in der Halbleitertechnik eingesetzt werden.
- Fig. 3 zeigt ein Meßergebnis, das mit einem Sensor erhalten wird, der in Ubereinstimmung mit Fig. 2 hergestellt ist. In diesem Fall betrug die Wellenlänge λ des Lichts ungefähr 1,4 µm und die Breite des Hohlraums 6 lag in derselben Größenordnung. Ein Druck von p = 0 ergibt deshalb einen Minimalwert für das innerhalb der Faser reflektierte Lichtsignal. Ein Druck von ungefähr p = 4,5 bar ergibt einen Maximalwert und die Resonanz tritt erneut bei 9 bar auf, wenn die Breite des Hohlraums 6 um die Hälfte verringert ist. Ein Sensor dieser Art ist zum Gebrauch innerhalb eines Druckbereichs von 0 bis 4 bar wohl am geeignetsten. Der Druckbereich kann leicht geändert werden, indem die Dicke b des Siliziumteils 2 geändert wird.
- Der Drucksensor gemäß Fig. 2 hat den Nachteil, daß es möglich sein muß, das Licht durch das Siliziumteil 3 hindurch zu übertragen, das innerhalb des Resonators verwendet wird, der durch den Hohlraum 6 gebildet ist. Dies legt eine Beschränkung im Hinblick auf den nutzbaren Wellenlängenbereich des Lichts auf. Seine Photoenergie muß kleiner sein als die Bandlücke von Silizium, um den Durchtritt des Lichts zu erlauben. Mit anderen Worten, können nur solche Wellenlängen verwendet werden, die 1,1 µm übersteigen. Kommerziell verfügbare Lichtquellen und -detektoren für diese Wellenlängenbereiche sind jedoch vergleichsweise teuer. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu vermeiden, besteht in der Verwendung eines Siliziumteils 3 mit einer Dicke mit denselben Abmessungen wie die Eindringtiefe des Lichts, das verwendet wird. Für eine Wellenlänge von 0,9 µm des Lichts, die derjenigen Wellenlänge von kommerziellen lichtemittierenden Dioden aus Galliumarsenid entspricht, beträgt die Eindringtiefe etwa 10 µm. Um einen Siliziumkörper 3 mit einer Dicke dieser Größenordnung herzustellen, kann eine verfügbare Ätztechnik mit gutem Ergebnis verwendet werden.
- In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform wird das Problem dadurch gelöst, daß das Siliziumteil 3 durch ein Material ersetzt wird, das für Licht kürzerer Wellenlängen durchlässig ist, und das selbst das Bondieren mit Siliziumdioxid unter Verwenden der SDB-Technik zuläßt. Beispiele von Materialien dieser Art sind Quarz oder Saphir.
- Noch eine weitere Lösung ist in Fig. 4 gezeigt, gemäß welcher der Siliziumkörper 2 mit der Siliziumdioxid-Schicht 4, die darauf angebracht ist, direkt mit der optischen Faser 5 mittels der SDB-Bondiertechnik verbunden wird. In diesem Fall ist der Hohlraum 6 zwischen der Oberfläche der optischen Faser 5 und der Innenseite des Siliziumteils 2 gebildet, und infolge davon ist er für Licht willkürlicher Wellenlänge zugänglich.
- Weitere Ausführungsformen sind möglich, entsprechend welchen andere Materialien als thermisches Siliziumdioxid als die Schicht eingesetzt wird, welche die Breite d bestimmt. Siliziumdioxid, das durch ein chemisches Verfahren (dasjenige Verfahren, das als chemische Dampfabscheidung, CVD, bekannt ist) aufgebracht wird, Siliziumnitrid, polykristallines oder amorphes Silizium sind weitere Beispiele. Sämtliche dieser Materialien sind aus der Halbleitertechnik gut bekannt.
- Wie in Fig. 5 gezeigt, ist es möglich, in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform eine kontrollierte Breite a des Hohlraums 6 durch Bilden eines Hohlraums direkt in der Masse des Siliziumteils 7 zu erhalten. In diesem Fall wird das Siliziumteil 7 direkt mit der optischen Faser 5 ohne irgendeine Zwischenschicht (siehe Schicht 4 in Fig. 2 und 4) verbunden. In Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform wird der Hohlraum 6 in der in Fig. 6 gezeigten Weise hergestellt. Eine Siliziumscheibe 8 wird oxidiert, um eine vergleichsweise dicke Siliziumdioxid-Schicht über der gesamten Scheibenoberfläche herzustellen. Eine Öffnung 10 wird in das Siliziumdioxid unter Verwendung der Standard-Halbleitertechnik geätzt, wie in Fig. 6a gezeigt. Die Scheibe wird daraufhin einer zusätzlichen thermischen Oxidation unterworfen. Eine neue Siliziumdioxid-Schicht 11 wächst daraufhin innerhalb der öffnung (Fig. 6b) 9 Bei der thermischen Oxidation des Siliziums wird die Grenzfläche zwischen dem Siliziumdioxid und dem Silizium unter einem Abstand von der ursprünglichen Siliziumoberfläche gebildet, die ungefähr der Hälfte der Dicke der Siliziumdioxid-Schicht 11 entspricht. Da die Siliziumdioxid- Schicht 9 als Maske wirkt, die eine Oxidation des Rests der Siliziumoberfläche verhindert, wird die Siliziumdioxid/Siliziumgrenzfläche auf einer niedrigeren Höhe in der öffnung 10 angeordnet, als die Siliziumdioxid/Siliziumgrenzfläche im Rest der Scheibe. Durch darauffolgendes Ätzen der Scheibe mit einem Ätzmittel, das selektiv wirkt und lediglich Oxide ätzt (wie etwa HF), wird eine reine Siliziumoberfläche erhalten, die ein Pit 12 derjenigen Tiefe enthält, die durch die Dicke des Oxids bestimmt ist, das in der Öffnung 11 gewachsen ist (Fig. 6c). Auf diese Weise wird ein erhöhter Abschnitt 13 um das Pit 12 herum gebildet. Die Tiefe des Pit 12 kann durch sehr präzises Ermitteln im voraus bestimmt werden, weil es möglich ist, die Dicke der Siliziumdioxid-Schicht mit großer Genauigkeit vorherzusagen, und sie wird in derselben Weise verwendet wie der Hohlraum 6 in der Ausführungsform gemäß Fig. 5.
- In Übereinstimmung mit noch einer weiteren Ausführungsform kann ein Siliziumteil 7 (gemäß Fig. 5) an ein Siliziumteil 3 gebondet werden, woraufhin der derart hergestellte Sensorkörper mit dem Ende der optischen Faser 5 verbunden wird.
- Fig. 7 zeigt schematisch ein Druckmeßsystem, das eines der Sensorelemente 18 enthzlt, die vorstehend erläutert sind. Das System weist eine Lichtquelle in Form einer lichtemittierenden Diode 14 auf, die mit einer Stromquelle 15 verbunden ist. Die lichtemittierende Diode ist mit einem Zweig 16 einer verzweigten optischen Faser 17 verbunden. Das Licht von der Diode 14 wird durch die Faser zu dem Sensorelement 18 in der vorstehend erläuterten Weise gesendet und durch die Faser 17 zurückgesendet. Ein Abschnitt des rückgeführten Lichts tritt in den Faserzweig 19 ein, der mit einem photoempfindlichen Element 20 verbunden ist, welches Element eine Photodiode oder ein Phototransistor sein kann. Das Element 20 ermittelt das modulierte Lichtsignal und wandelt es in ein elektrisches Signal, das durch einen Verstärker 21 verstärkt wird, und es stellt ein elektrisches Signal Uout am Verstärkerausgang bereit. Da die Intensität des Rückführlichts innerhalb der Faser vom Druck p abhängt, der an das Sensorelement 18 angelegt wird, stellt das elektrische Signal Uout von dem Verstärker ein Maß für den Druck p dar. Ein Teil des Lichts wird nicht reflektiert, sondern durch das Sensorelernent 18 moduliert. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, beträgt der modulierte Teil der Lichtintensität zumindest etwa 40% des gesamten Lichts, aus welchem Grund die Ermittlung einer beliebigen Veränderung des Drucks p bequem vorgenommen werden kann.
- In dem Druckmeßsystern 13 ist keine Einrichtung enthalten, um die Schwankungen der Intensität zu kompensieren, die als Ergebnis von Biegungen der Faser 17 auftreten. Wann immer erforderlich, kann eine derartige Kompensationsmaßnahme jedoch unter Verwenden eines beliebigen Verfahrens gemäß dem Stand der Technik bewirkt werden, wie beispielsweise desjenigen, das in der schwedischen Patentschrift SE-431 259 offenbart ist, und es kann in das Meßsystem 13 installiert werden.
- Offensichtlich kann der Meßverstärker mit den vorhandenen Zünd- und/oder Kraftstoffsystemen des Fahrzeugs verbunden oder alternativ in diese integriert sein, wodurch es möglich wird, das Drucksignal von der erfindungsgemäßen Vorrichtung als einer der Parameter dieser Systeme zu verwenden.
- Fig. 8 zeigt den oberen Teil eines Verbrennungsmotors 23, der in herkömmlicher Weise einen Kolben 24, Zündkerzen 25 und Ventile 26, 27 aufweist. Der Motor 23 kann mit einem elektronischen Kraftstoffeinspritzsystem ausgerüstet sein. Das Sensorelement 18 ist benachbart zur Verbrennungskammer 28 des Motors 23 derart angeordnet, daß der Außenrand des Sensorelements 18 im wesentlichen mit der Wand 29 der Verbrennungskammer 28 fruchtet. Zu diesem Zweck sind das Sensorelernent 18 und die ihm zugeordnete optische Faser 5 in einem Durchgangsloch mittels eines Nippelbolzens 30 angeordnet, der in der Zylinderwand 29 angebracht ist. Das Sensorelement 18 kann mit sehr geringen Abmessungen aufgebaut werden, die es ermöglichen, ihn innerhalb der Kanäle in oder benachbart zu anderen Zylinderzuleitelementen, wie etwa Zündkerzen und Ventilen, anzubringen.
- Das Sensorelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann mehr als einen Hohlraum aufweisen, beispielsweise dann, wenn ein Bedarf besteht, mehr als einen Bereich in der Vorrichtung zu messen.
Claims (10)
1. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Messen
eines Drucks mit einem Hohlraum (6) vom Typ eines Fabry-
Pérot-Resonators und einem ersten Teil (2) sowie einem
zweiten Teil (3), wobei die Teile (2,3) den Hohlraum (6) zwischen
sich einbetten, wobei zumindest der erste Teil (2) aus
Silizium besteht und ein Abstandshalterabschnitt (4) zwischen den
Teilen (2, 3) angeordnet ist, und wobei der Druck (P) um den
Hohlraum (6) durch Richten von Licht auf den Hohlraum (6)
gemessen wird uyld das Licht, das von dem Hohlraum (6)
zurückkehrt, danach erfaßt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Hohlraum durch Anordnen des Abstandshalterabschnitts (4)
auf zümindest den ersten Teil (2) unter Benutzung eines
Verfahrens zum Aufbauen molekularer Schichten und Entfernens
eines Teils des Abstandshalterabschnitts (4) durch ein
Ätzverfahren gebildet ist, und daß der Abstandshalterabschnitt (4)
mit dem zweiten Teil (3) unter Benutzung des als
"Direktbondieren", Siliziumdirektbondieren, SDB, bekannten
Verfahrens verbunden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Teil (2) einer thermischen Oxidation unterworfen
wird, daß die Siliziumdioxidschicht, die dann gebildet wird,
durch Ätzen teilweise entfernt wird, und daß das
Direktbondieren, SDB, zwischen den restlichen
Siliziumdioxidabschnitten (4) und dem zweiten Teil (3) vollzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Teil (8) einer thermischen Oxidation unterworfen
wird, daß danach ein Abschnitt (10) der Siliziumdioxidschicht
(9), die so gebildet wird, durch Ätzen entfernt wird, daß der
erste Teil (8), der mit der Siliziumdioxidschicht (9)
versehen ist, einen zweiten thermischen Oxidationsverfahren
unterworfen wird, in dem zumindest ein erhöhter Abschnitt (13) im
ersten Teil (8) gebildet wird, und daß die
Siliziumdioxidschichten (9, 11), die so gebildet werden, durch Ätzen
entfernt werden und daß das Direktbondieren, SDB, zwischen dem
erhöhten Abschnitt (13) und dem zweiten Teil (3) vollzogen
wird.
4. Vorrichtung zum Messen eines Drucks, die mittels des
Verfahrens nach Anspruch 1 hergestellt ist, mit einem
Hohlraum (6) des Typs eines Fabry-Perot-Resonators und einem
ersten Teil (2) sowie einem zweiten Teil (3), wobei die Teile
(2, 3) den Hohlraum (6) zwischen sich einbetten, wobei
zumindest der erste Teil (2) aus Silizium besteht, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Teil (2) mit einem
Abstandshalterabschnitt (4) ausgebildet ist, der mittels eines Verfahrens zum
Aufbauen molekularer Schichten und eines Ätzverfahrens
erzeugt ist, wobei der Abstandshalterabschnitt mit dem zweiten
Teil (3) unter Benutzung des als "Direktbondieren",
Siliziumdirektbondieren, SDB, bekannten Verfahrens verbunden ist.
5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Teil (5) der Endabschnitt einer optischen
Faser ist.
6. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Teil aus einer Substanz besteht, die gegenüber
sichtbarem Licht transparent ist.
7. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Teil aus Quarz, Saphir oder einem anderen
transparenten Material besteht.
8. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Teil aus einem Stück Silizium (3) besteht, daß
mit einer optischen Faser (5) mittels des Direktbondierens,
SDB, verbunden ist.
9. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Teil ein Stück ist, das gegenüber sichtbarem
Licht transparent ist und das mit einer optischen Faser (5)
mittels des Direktbondierens, SDB, verbunden ist.
10. Meßvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Teil aus Quarz oder Saphir besteht.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9201439A SE515191C2 (sv) | 1992-05-05 | 1992-05-05 | Förfarande för tillverkning av en anordning för mätning av tryck jämte anordning för mätning av tryck |
PCT/SE1993/000393 WO1993022644A1 (en) | 1992-05-05 | 1993-05-05 | A method of manufacturing a measuring device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE69308298D1 DE69308298D1 (de) | 1997-04-03 |
DE69308298T2 true DE69308298T2 (de) | 1997-09-11 |
Family
ID=20386175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE69308298T Expired - Fee Related DE69308298T2 (de) | 1992-05-05 | 1993-05-05 | Messgerät-herstellungsverfahren |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5619046A (de) |
EP (1) | EP0639266B1 (de) |
JP (1) | JP3409853B2 (de) |
AT (1) | ATE149248T1 (de) |
AU (1) | AU4031393A (de) |
DE (1) | DE69308298T2 (de) |
ES (1) | ES2102073T3 (de) |
SE (1) | SE515191C2 (de) |
WO (1) | WO1993022644A1 (de) |
Families Citing this family (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5731522A (en) * | 1997-03-14 | 1998-03-24 | Rosemount Inc. | Transmitter with isolation assembly for pressure sensor |
US5920391A (en) * | 1995-10-27 | 1999-07-06 | Schlumberger Industries, S.A. | Tunable Fabry-Perot filter for determining gas concentration |
SE9601336L (sv) * | 1996-04-10 | 1997-10-11 | Samba Sensors Ab | Anordning för mätning av tryck |
WO1999058944A1 (fr) * | 1998-05-14 | 1999-11-18 | Masayoshi Esashi | Capteur de pression et son procede de fabrication |
GB2338059B (en) * | 1998-05-20 | 2000-03-08 | Bookham Technology Ltd | An optically addressed sensing system |
DE19962442A1 (de) * | 1999-12-22 | 2001-07-12 | Micronas Gmbh | Verfahren zum Herstellen einer optischen Sende- und Empfangseinrichtung und danach hergestellte optische Sende- und Empfanseinrichtung |
US6738145B2 (en) | 2000-04-14 | 2004-05-18 | Shipley Company, L.L.C. | Micromachined, etalon-based optical fiber pressure sensor |
US6768590B2 (en) * | 2000-05-19 | 2004-07-27 | Shipley Company, L.L.C. | Method of fabricating optical filters |
US6843111B2 (en) * | 2001-10-19 | 2005-01-18 | Visteon Global Technologies, Inc. | LCC-based strain-gage sensor integrated with cylinder-head gasket |
GB2385665B (en) * | 2001-10-19 | 2004-06-02 | Visteon Global Tech Inc | Engine combustion monitoring and control with intergrated cylinder head gasket combustion sensor |
EP1480302B1 (de) * | 2003-05-23 | 2007-07-11 | Rohm and Haas Electronic Materials, L.L.C. | Halbleiterlaser mit externem Resonator enthaltend ein Etalon und Verfahren zur Herstellung desselben |
GB0408073D0 (en) * | 2004-04-08 | 2004-05-12 | Council Cent Lab Res Councils | Optical sensor |
JP4210245B2 (ja) * | 2004-07-09 | 2009-01-14 | セイコーエプソン株式会社 | 波長可変フィルタ及び検出装置 |
WO2007019676A1 (en) * | 2005-08-12 | 2007-02-22 | Fiso Technologies Inc. | Single piece fabry-perot optical sensor and method of manufacturing the same |
US7409867B2 (en) * | 2006-05-23 | 2008-08-12 | Rosemount Inc. | Pressure sensor using light source |
US7559701B2 (en) * | 2007-03-19 | 2009-07-14 | General Electric Company | High-temperature pressure sensor and method of assembly |
SE0801139L (sv) | 2008-05-16 | 2009-11-17 | Samba Sensors Ab | Metod och anordning för undersökning av fysisk storhet i ett vätske- eller gasfyllt element |
CN102384809B (zh) * | 2011-08-09 | 2013-05-08 | 天津大学 | 无胶封装的高稳定性光纤法-珀压力传感器及制作方法 |
CN102607761B (zh) * | 2012-03-22 | 2013-12-25 | 天津大学 | 双法-珀光纤压力传感器温度自校正及其制作方法 |
US20140046494A1 (en) * | 2012-08-13 | 2014-02-13 | Mcalister Technologies, Llc | Dynamic sensors |
US10823592B2 (en) | 2013-09-26 | 2020-11-03 | Rosemount Inc. | Process device with process variable measurement using image capture device |
EP3967998A4 (de) * | 2019-06-25 | 2023-01-18 | Nagano Keiki Co., Ltd. | Optischer sensor und vorrichtung zur messung physikalischer grössen |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4678904A (en) * | 1984-07-06 | 1987-07-07 | Technology Dynamics, Inc. | Optical measuring device using a spectral modulation sensor having an optically resonant structure |
GB8506589D0 (en) * | 1985-03-14 | 1985-04-17 | Ici Plc | Pressure sensor |
JPS61235731A (ja) * | 1985-04-11 | 1986-10-21 | Sharp Corp | 感圧素子 |
ES2012346B3 (es) * | 1985-10-16 | 1990-03-16 | British Telecomm | Interferometro de fabry perot. |
US4933545A (en) * | 1985-12-30 | 1990-06-12 | Metricor, Inc. | Optical pressure-sensing system using optical resonator cavity |
GB2186360A (en) * | 1986-02-07 | 1987-08-12 | Ford Motor Co | Stress transducer |
GB2197069B (en) * | 1986-11-03 | 1990-10-24 | Stc Plc | Sensor device |
US4942767A (en) * | 1986-11-19 | 1990-07-24 | Massachusetts Institute Of Technology | Pressure transducer apparatus |
GB8718639D0 (en) * | 1987-08-06 | 1987-09-09 | Spectrol Reliance Ltd | Capacitive pressure sensors |
US4983824A (en) * | 1989-07-06 | 1991-01-08 | Metricor Inc. | Optically resonant sensor with increased monotonic range |
US5195374A (en) * | 1989-08-30 | 1993-03-23 | Schlumberger Industries Limited | Sensor systems |
US5309772A (en) * | 1992-08-03 | 1994-05-10 | United Technologies Corporation | Self-exciting optical strain gage |
-
1992
- 1992-05-05 SE SE9201439A patent/SE515191C2/sv not_active IP Right Cessation
-
1993
- 1993-05-05 WO PCT/SE1993/000393 patent/WO1993022644A1/en active IP Right Grant
- 1993-05-05 US US08/331,520 patent/US5619046A/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-05-05 DE DE69308298T patent/DE69308298T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-05-05 AT AT93924417T patent/ATE149248T1/de not_active IP Right Cessation
- 1993-05-05 JP JP51919393A patent/JP3409853B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1993-05-05 AU AU40313/93A patent/AU4031393A/en not_active Abandoned
- 1993-05-05 EP EP93924417A patent/EP0639266B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-05-05 ES ES93924417T patent/ES2102073T3/es not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ES2102073T3 (es) | 1997-07-16 |
ATE149248T1 (de) | 1997-03-15 |
EP0639266A1 (de) | 1995-02-22 |
US5619046A (en) | 1997-04-08 |
EP0639266B1 (de) | 1997-02-26 |
SE9201439D0 (sv) | 1992-05-05 |
SE9201439L (sv) | 1993-11-06 |
SE515191C2 (sv) | 2001-06-25 |
JPH08504032A (ja) | 1996-04-30 |
WO1993022644A1 (en) | 1993-11-11 |
JP3409853B2 (ja) | 2003-05-26 |
AU4031393A (en) | 1993-11-29 |
DE69308298D1 (de) | 1997-04-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69308298T2 (de) | Messgerät-herstellungsverfahren | |
DE3635462C2 (de) | ||
DE69732248T2 (de) | Absolutdrucksensor mit schwingendem mikromechanischem balken | |
DE68902534T2 (de) | Kapazitiver Beschleunigungsmesser und Verfahren zu seiner Herstellung. | |
DE69936794T2 (de) | Halbleiterdrucksensor und vorrichtung zur erfassung von drucken | |
DE3833354C2 (de) | ||
DE4244450C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Drucksensors | |
DE2505461A1 (de) | Messgroessenumformer | |
DE3616308A1 (de) | Sensor | |
DE3923980C2 (de) | ||
DE3419710A1 (de) | Halbleiterwandler | |
DE3432989C2 (de) | ||
DE102005001266A1 (de) | Fabri-Perot-Filter | |
EP2488851A1 (de) | Photoakustischer gassensor sowie verfahren zu seiner herstellung und verwendung | |
DE69532174T2 (de) | Dünnfilm-Sensorelement sowie Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE4309207A1 (de) | Halbleitervorrichtung mit einem piezoresistiven Drucksensor | |
DE3000364A1 (de) | Drucksensor | |
WO1992015851A1 (de) | Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen | |
DE602005005077T2 (de) | Photonisches kristallinterferometer | |
DE102019130755A1 (de) | Sensorvorrichtung, Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung und Sensorbaugruppe | |
EP0370248A1 (de) | Vorrichtung zur Messung der Partikelbelastung im Rauch- oder Abgas eines Verbrennungsprozesses | |
EP0939973B1 (de) | Verfahren zur herstellung mikromechanischer funktionselemente | |
DE19928297A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Sensors mit einer Membran | |
DE3640340A1 (de) | Variable interferometeranordnung | |
DE102004044138A1 (de) | Nadelförmiger Kraftsensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SAMBA SENSORS AB, GOETEBORG/GOTENBURG, SE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |