Sensorik/Aktorik

• k-Faktorn zwischen -153 (n-Si [100]) und 200 (p-Si [111]), aber stark temperatur- und dotierabhängig
(Zahl der umbesetzten Elektronen; weniger dotiert → hohes k)
• im p-Si Aufspaltung der Löcherbänder und Reduktion der Beweglichkeit; zusätzlich Umbesetzung
• Temperaturabhängigkeit durch Vollbrücke und Stromspeisung kompensierbar
Ausführungsformen
• mechanische Spannung parallel zum elektrischen Feld
• mechanische Spannung senkrecht zum elektrischen Feld
• Scherspannung: eingeprägter Strom und Spannungsmessung senkrecht zueinander
• durch Diffusion in Membranen integriert: Wheatstone-Anordnung am Ort der stärksten Belastung,
Kristallrichtung !
• Poly-Si: k-Faktoren bis 40, aber starke Schwankungen durch Prozeß
• anderer Effekt: Piezojunction-Effekt an pn-Übergang
6.1.3 Keramische Dehnmeßstreifen
• k ∼ 6
• reaktiv gesputtertes oder gedampftes TiN
• Anwendung: für Kraft- und Drucksensoren, Beschleunigungssensor
6.2 Kraft- und Drucksensoren
6.2.1 Absolutdruck- und Relativdrucksensoren
• Kraftaufnahme über mechanische Vorrichtung (Biegebalken, Membran, . . . )
– Messung der Verbiegung mit DMS (an der Rändern der Oberfläche aufgebracht, also einseitig)
und Brückenschaltung
– für Druckmessung: Membrane auf Druckmeßdose, Abnahme über Biegebalken oder direkt
aufgebrachte DMS
– Ausnutzung komprimierter und gedehnter Bereiche für Brücke
– Kreismembran mit verstärktem Mittelbereich linearer
– einfache Topfmembran bis 2000 bar
• Drehmomente: DMS auf tordiertem Zylinder (Schermodus)
• Übersprechen der Beschleunigung (bei MST weniger wichtig)
6.2.2 Ausführungsform, metallische Federmaterialien
• hohe Duktilität → kein Sprödbruch (Zuverlässigkeit, Überlastsicherheit bis 1000% oder 1500 bar)
• korrosionsfest, aber teuer
• dieselben Eigenschaften wie Gehäuse oder sogar dasselbe Werkstück
• Hystere des Festkörpers bei starker Belastung
6.2.3 Halbleiterdrucksensoren
• monokristalline Membran mit eindiffundierten DMS
• Hysterese ähnlich Metallen
• Vorteil: keine plastische Verformung oder Ermüdung
• Nachteile: Sprödbruch möglich, komplexere AVT
• Kennlinie temperaturabhängig (bis 150 ◦ C möglich) und nur bis 0,05% Dehnung linear
• Einsatz des Pseudo-Halleffekts (45 ◦ gegen Plattenrand verdreht eindiffundiert) reduziert Toleranzanforderungen
(nur eine Struktur), ist aber nicht unter Magnetfeldern einsetzbar
• Kompensation der Temperatur durch Zusatzthermistor
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