Sensorik/Aktorik
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Fertigung<br />
• n-Si-Epitaxie auf p-Si-Substrat<br />
• Implantation der DMS und Passivierung<br />
• Absolutdrucksensoren:<br />
– Anisotropes Freiätzen der Membran von unten<br />
– Auflegieren eines Silizium-Wafers mit einer dicken Aluminiumschicht (Al-Si-Eutektikum),<br />
um hermetisch dichte Dose zu bilden<br />
– Kontaktierung (Metallisierung)<br />
• Relativdrucksensoren:<br />
– Kontaktierung<br />
– Anisotropes Freiätzen der Membran von unten<br />
– Anodisches Bonden einer Pyrex-Platte mit Anschlußöffnungen für den Referenzdruck<br />
• Ätzstop: pn-Übergang<br />
• elektrolytische Ätzung<br />
• Membran darf nicht zu dünn werden (Nichtlinearitäten) → Unterteilung in kleine Teilstücke<br />
6.2.4 Piezoelektrische Kraft- und Drucksensoren<br />
Piezoelektrischer Effekt<br />
• meist bei ferroelektrischen Materialien (Verschiebung der Ionen im Kristall bei anliegendem elektrischen<br />
Feld zur Minimierung der Energie), aber nicht nur<br />
• Keramiken und Mischkristalle haben oft eine Gitterstruktur ohne Punktsymmetriezentrum<br />
• eine mechanische Verformung hat eine Polarisation zur Folge<br />
• ein elektrisches Feld hat umgekehrt eine mechanische Verformung zur Folge<br />
• zusätzlich pyroelektrischer Effekt: Temperaturänderung erzeugt ebenfalls Polarisation<br />
D i = ɛ ij E j + e ik ɛ m k + p m (T − T 0 ) (14)<br />
ɛ m i = s ij σ j + d ik E k (15)<br />
• erzeugt Spannung bei bestimmter Kraft proportional Wandlervolumen (???)<br />
• Piezostack: Hintereinanderschalten mehrerer Elemente → höhere Spannung<br />
Beschleunigungssensor<br />
• seismische Masse drückt auf Piezoscheiben<br />
• PZT billig und große Empfindlichkeit, aber nicht gut reproduzierbar und langzeitstabil → Quarzeinkristalle<br />
• Vorteile:<br />
– niedriger Temperaturkoeffizient<br />
– geringes Rauschen<br />
– hoher Wirkungsgrad<br />
• Nachteile:<br />
– empfindliche Auswerteelektronik nötig<br />
– Spricht nur auf Änderungen an, statische Auslenkungen sind nur schwer erfaßbar (parasitäre<br />
Leitwerte sorgen für Ladungsausgleich)<br />
6.2.5 Kapazitive und induktive Aufnehmer<br />
• mechanische Verlagerung einer Kondensatorplatte<br />
• Variation des Abstands (nichtlinear) oder der überdeckten Fläche (seitliches Verschieben)<br />
• Vorteile: einfach, elektrisch und mechanisch stabil<br />
• Nachteile: Kapazitätsmessung nötig, nichtlinear<br />
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