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Sensoren
Am Institut MNT wurden bereits verschiedenste Sensoren realisiert. Dazu zählen Sensoren zur Detektion von Licht, Kraft, Druck oder Flüssen. Unten werden exemplarisch zwei Sensoren gezeigt.
Piezoresistiver Kraft- und Auslenkungssensor
Piezoresistive Sensoren werden zur Messung von Kräften, Auslenkungen, Drücken und mechanischen Spannungen verwendet. In diesem Fall wurde ein piezoresistiver Sensor zur Messung von Kräften und Auslenkungen in einen Biegebalken integriert.
Prinzip
Ein piezoresistiver Sensor ist ein Widerstand, der seinen Widerstandswert in Abhängigkeit der auf ihn einwirkenden mechanischen Spannung ändert. Wird der Biegebalken ausgelenkt, so wird eine mechanischer Spannung im Sensor induziert, welche zu einer messbaren Widerstandsänderung führt.
Über diesen Effekt und die Biegebalkentheorie kann die Auslenkung des Balkens und die auf ihn einwirkende Kraft ermittelt werden.
Die Biegebalken wurden mittels DRIE hergestellt.
Typische Kennwerte
- Biegebalkenbreite: 100 µm
- Biegebalkenlänge: 800 µm
- Biegebalkendicke: 4 µm
- Wiederstand: 10 kΩ
- Messbereich: 1 … 15 µN
Kapazitiver Drucksensor
Kapazitive Sensoren eigenen sich hervorragend um Auslenkungen bzw. Verbiegungen von Mikroelementen wie Balken oder Membranen zu messen. In diesem Fall wird das kapazitive Prinzip eingesetzt um die Auslenkung einer Membrane zu messen.
Prinzip
Der kapazitive Drucksensor besteht aus zwei Kammern, die durch eine dünne Membrane getrennt sind. Gefertigt wurde die Membrane in Silizium mittels Nassätzen (KOH). Auf dem Siliziumsubstrat befindet sich ein Glassubstrat mit einer Metallisierung.
Die Membrane bildet mit der gegenüberliegenden strukturierten Metallschicht auf dem Glassubstrat einen Plattenkondesator. Sobald ein Druckunterschied zwischen den Kammern auftritt, verbiegt sich die Membran. Diese Auslenkung verändert die elektrische Kapazität des Sensors, welche dann gemessen wird.
Typische Kennzahlen
- Membrandimension: 12 x 12 mm
- Membrandicke: 50 µm
- Elektrodenabstand: 14 µm
- Kapazität: 100 … 190 pF
- Messbereich (patm-pref): 0 … 1000 Pa
- Auflösung: 0.1 … 0.5 Pa
Dieser Sensor wird im Workshop Hands-on-MEMS prozessiert.