DE102009036175B4

DE102009036175B4 - MEMS-Silizium-Resonatorbauelement und Verfahren zur Bestimmung seiner Resonanzfrequenz

Info

Publication number: DE102009036175B4
Application number: DE102009036175A
Authority: DE
Inventors: Markus Loehndorf; Wolfgang Raberg; Florian Schoen
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2029-08-06
Also published as: US8049490B2; DE102009036175A1; US20100045274A1

Abstract

MEMS-Silizium-Bauelement (MEMS = mikro-elektromechanisches System) (200; 300), das folgende Merkmale aufweist: ein Resonatorelement (204; 304), das einen magnetischen Abschnitt (206; 306) mit einer feststehenden Magnetisierung aufweist; zumindest ein Sensorelement (208; 308), das einen magnetoresistiven Abschnitt (210; 310) aufweist, wobei eine Magnetisierung und ein Widerstand des magnetoresistiven Abschnitts (210; 310) je nach einer Nähe des magnetischen Abschnitts (206; 306) zu dem Sensorelement (208; 308) variiert; und eine Trägerstruktur (202; 302), die zumindest einen Abschnitt eines Hohlraums (205; 305) definiert, wobei das Resonatorelement (204; 304) in dem Hohlraum (205; 305) angeordnet ist und das zumindest eine Sensorelement (208; 308) einen Teil der Trägerstruktur (202; 302) bildet, wobei das Sensorelement (208; 308) ein erstes Sensorelement, das in der Nähe eines ersten Endes des Resonatorelements (204; 304) angeordnet ist, und ein zweites Sensorelement, das in der Nähe eines zweiten Endes des Resonatorelements (204; 304) angeordnet...

Description

MEMS-Silizium-Resonatoren (MEMS = micro-electromechanical system, mikro-elektromechanisches System) können Frequenzreferenzanwendungen aufweisen, wobei üblicherweise Prinzipien einer kapazitiven Detektion und Betätigung verwendet werden. Beispielsweise können kleine Elektroden, die zwischen dem Resonator und der Trägerstruktur positioniert sind, relative Zwischenraumänderungen kapazitiv detektieren, während der Resonator schwingt. Dann kann die Resonanzfrequenz abgeleitet werden.
Derartige Konfigurationen weisen jedoch mehrere Nachteile auf. Ein Nachteil besteht darin, dass die Eingangs- und die Ausgangsimpedanz hoch sind. Außerdem üben parasitäre Kapazitäten mit sinkender Strukturgröße einen wachsenden Einfluss aus. Derartige Konfigurationen weisen jedoch mehrere Nachteile auf. Ein Nachteil besteht darin, dass die Eingangs- und die Ausgangsimpedanz hoch sind. Außerdem üben parasitäre Kapazitäten mit sinkender Strukturgröße einen wachsenden Einfluss aus. Mikromechanische Komponenten, bei denen eine Bewegung eines Elements der Komponente induktiv erfasst wird, sind z. B. in der US 2002/0178831 A1 , der WO 2006/106456 A1 und der US 2003/0030527 A1 beschrieben. Ferner beschreibt die DE 102 00 873 A1 einen MEMS Beschleunigungssensor, dessen beweglicher Abschnitt durch eine Beschleunigung ausgelenkt wird, was zu einer Änderung von zwischen feststehenden und beweglichen Elektroden gebildeten Kapazitäten führt. Die DE 10 2005 056 759 A1 beschreibt ein Mikrofon mit einer eine Elektrode bildenden Membran und seitlich dazu angeordneten weiteren Elektroden, so dass eine Auslenkung der Membran eine Änderung eine Kapazität zwischen den Elektroden und der Membran bewirkt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, MEMS-Silizium-Bauelemente sowie ein Verfahren mit verbesserten Charakteristika zu liefern.
Die Aufgabe wird durch ein MEMS-Silizium-Bauelement gemäß Anspruch 1 oder 6, und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst.
Die Erfindung lässt sich aufgrund der folgenden ausführlichen Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen umfassender verstehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Diagramm eines bekannten Schwingbauelements;
2A ein Modell des Schwingbauelements der 1;
2B ein Modell eines Systems des Schwingbauelements der 1 und 2A;
3A ein Querschnittsdiagramm eines Schwingbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3B ein Querschnittsdiagramm in der Draufsicht des Schwingbauelements der 3A;
4 ein Diagramm eines Resonatorelements in verschiedenen Resonanzpositionen gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
5 ein Querschnittsdiagramm eines Schwingbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf MEMS-Technologie (MEMS mikro-elektromechanische Systeme), z. B. Silizium-Resonatorbauelemente, die xMR-Sensorstrukturen aufweisen. Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
In 1 zeigt ein MEMS-Silizium-Resonatorbauelement 100. Das Resonatorbauelement 100 ist auf einem Substrat 102 gebildet, und auf dem Substrat 102 ist eine isolierende Schicht 104, beispielsweise Siliziumdioxid, gebildet. Auf der Schicht 104 ist eine Elektrode 106 gebildet.
Das Resonatorbauelement 100 umfasst ferner ein Schwingelement 108, das mittels eines Ankers 112 mit einem oberen Abdichtabschnitt 110 gekoppelt ist. Das Schwingelement 108 ist durch einen Hohlraum 114 von der Elektrode 106 getrennt. Das Schwingelement 108 bewegt sich oder schwingt in der x-y-Ebene und erzeugt dabei eine Referenzfrequenz. Resonatoren können so ausgelegt sein, dass sie in anderen oder zusätzlichen Ebenen schwingen.
Das Schwingelement 108 und die Elektrode 106 sind einen Abstand d voneinander getrennt. Das Schwingelement 108 und die Elektrode 106 können somit als Parallelplattenkondensator, der eine Kapazität (C) aufweist, angenähert werden. C = εA / d – x
Bei der obigen Gleichung ist ε die Dielektrizitatskonstante, A ist der Elektrodenbereich, d ist der Zwischenraumabstand zwischen den zwei Platten und x ist die Bewegung im Betrieb.
Im Betrieb kann eine Kombination einer Wechselspannung und einer Gleichspannung an die Elektrode angelegt werden: U = u_dc + u_acsin(ωt)
Diese Spannung zwingt den Resonator dazu, sich zu bewegen. Der Resonator selbst kann als betätigtes Feder-Masse-Dämpfungssystem, z. B. als harmonischer, gedämpfter, angeregter Oszillator (forced oscillator), beschrieben werden:
wobei F die Betätigungskraft ist, m die Masse des Resonators ist, c der Dämpfungskoeffizient ist, k die Steifheit des Resonators ist und x seine Ablenkung ist. Die Kraft ist mm eine elektrostatische Kraft und kann wie folgt ausgedrückt werden: F = 1 / 2U² ∂C / ∂x
Falls die Frequenz der betätigenden Wechselspannung nun dieselbe ist wie die natürliche Frequenz des Resonators, beginnt der Resonator sich zu bewegen. Diese Bewegung bewirkt, dass ein Strom durch das Elektroden/Resonator-System fließt, der dann als Eingabe für einen Verstärker bereitgestellt werden kann.
Ausgehend von dem Obigen können Resonatorbauelemente mit einem Butterworth-van-Dyke-Modell elektrisch modelliert werden, wie in 2A gezeigt ist. Die Serienresonanzfrequenz f_s des Schwingelements 108 ist durch die Bewegungsinduktanz (L_m) und die Kapazität (C_m) und in Bezug auf die Mechanik durch die Steifheit (k) und die Masse (m) des Schwingelements 108 definiert.
Die Resonanzfrequenz f_s hängt somit nicht von dem Bereich der Elektroden 106 und des Schwingelements 108 ab.
Bei der Serienresonanz ist die Gesamtimpedanz des Systems auf den Bewegungswiderstand (R_m) des Schwingelements 108 bezogen. Sie kann wie folgt beschrieben werden:
wobei Q der Qualitätsfaktor des Resonators ist und η die so genannte elektromechanische Kopplung ist, die auf eine angelegte Gleichstromvorspannung (u_dc), den Abstand zwischen der Elektrode 106 und dem Schwingelement (d) sowie auf die statische Kapazität zwischen denselben (C₀) bezogen ist.
Wenn man weiß, dass die statische Kapazität C₀ die Kapazität eines Parallelplattenkondensators ist, und dass in dem Zwischenraum kein Dielektrikum vorliegt, kann die elektromechanische Kopplung wie folgt ausgedrückt werden:
Der Bewegungswiderstand, der die Impedanz in der Serienresonanz regelt, wird dann;
Im Fall von Serienresonanz heben sich die Bewegungsinduktanz und die Bewegungskapazität gegenseitig auf, und die an dem Eingang und dem Ausgang des Resonators vorliegende Impedanz ist auf den Bewegungswiderstand bezogen. Um ein stabiles Schwingsystem zu haben, sollte ein mit dem Resonator verbundener Verstärker diesen Bewegungswiderstand kompensieren, d. h. der Verstärker sollte einen negativen Widerstand aufweisen, der im Betrieb gleich dem Bewegungswiderstand und zu Betriebsbeginn höher ist.
Unter Bezugnahme auf 2B ist ein Systemmodell des Resonators 100 und eines Verstärkers 120 gezeigt. Der Eingang des Verstärkers 120 ist der Ausgang des Resonators 100 und umgekehrt. Somit ist der durch den Resonator 100 fließende Strom der Eingang für den Verstärker 120, und er „erzeugt” an dessen Ausgang einen sinusförmigen Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall kann nun dazu verwendet werden, den Resonator 100 anzutreiben, während er auch als sinusförmiges Frequenzreferenzsignal dient.
Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung umfasst der Resonator ferner ein magnetisches Material in oder an dem Schwingelement, um ein definiertes magnetisches Streufeld zu liefern. Magnetowiderstandseffekt-Sensoren bzw. xMR-Sensoren können anschließend in geringem Abstand zu dem Magnetfeld in oder auf der Resonatorträgerstruktur positioniert werden. Relative Bewegungen des Resonatorelements können anschließend eine Veränderung des Magnetfelds hervorrufen und somit zu Veränderungen führen, die durch die xMR-Sensoren erfasst werden können. Eine Drehung einer Erfassungsschicht des xMR-Sensors führt zu einer Veränderung des magnetischen Widerstands, was detektiert und derart quantifiziert werden kann, so dass eine Resonanzfrequenz des Resonatorelements bestimmt werden kann.
Unter Bezugnahme auf 3A und 3B ist ein Ausführungsbeispiel eines Resonatorbauelements 200 gezeigt. Das Resonatorbauelement 200 umfasst eine Trägerstruktur 202 und ein Resonatorelement 204. Die Trägerstruktur 202 definiert einen ganzen oder einen Teil eines Hohlraums 205, in dem das Resonatorelement 204 teilweise oder vollständig angeordnet ist. Obwohl dies in den 3A und 3B nicht gezeigt ist, kann die Trägerstruktur 202 einen auf einem Substrat gebildeten unteren Abschnitt umfassen, wie er beispielsweise in 1 gezeigt ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen können andere Strukturen und Konfigurationen verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Resonatorelement 204 anhand eines Ankers (nicht gezeigt), der eine Bewegung bei einer Resonanz des Resonatorelements 204 ermöglicht, mit der Trägerstruktur 202 gekoppelt. Wie Fachleuten einleuchten wird, können bei Ausführungsbeispielen eine Vielzahl von Ankerstrukturen, Positionen und Konfigurationen verwendet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel der 3A und 3B liegt die Resonanz des Resonatorelements 204 in der x-y-Ebene, obwohl das Resonatorbauelement 200 bei anderen Ausführungsbeispielen derart konfiguriert sein kann, dass das Resonatorelement 204 in anderen oder zusätzlichen Ebenen schwingt.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist auf dem Resonatorelement 204 ein magnetisches Dipolelement 206 gebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel der 3A und 3B ist das magnetische Dipolelement 206 entlang einer Länge und eines mittleren Abschnitts einer Breite des Resonatorelements 204 gebildet. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das magnetische Dipolelement 206 alternative Strukturen und Konfigurationen aufweisen, beispielsweise kann es sich entlang lediglich eines Abschnitts der Länge und/oder über eine schmalere, breitere oder gesamte Breite des Resonatorelements 204 erstrecken. Das magnetische Dipolelement 206 umfasst bei einem Ausführungsbeispiel ein hartes magnetisches Material, beispielsweise einen Dünnfilm oder ein Partikel und weist eine feststehende Magnetisierungsrichtung auf, wie durch den durchgezogenen Pfeil in jeder der 3A und 3B gezeigt ist. Diese feststehende Magnetisierung kann bei anderen Ausführungsbeispielen in einer alternativen Richtung, z. B. von rechts nach links, vorliegen.
Das Resonatorbauelement 200 umfasst ferner Sensorelemente 208, die in oder auf der Trägerstruktur 202 gebildet sind. Bei dem Ausführungsbeispiel der 3A und 3B ist ein erstes Sensorelement 208 in einem linken Abschnitt der Trägerstruktur 202 angeordnet, und ein zweites Sensorelement 208 ist in einem rechten Abschnitt der Trägerstruktur 202 (relativ zu der in 3A und 3B gezeigten Orientierung) angeordnet. Bei anderen Ausführungsbeispielen, beispielsweise einem nachstehend unter Bezugnahme auf 5 hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel, können die Sensorelemente 108 in anderen Positionen in oder auf der Trägerstruktur 202 oder relativ zu dem Resonatorelement 204 angeordnet sein. Allgemein sind die Sensorelemente 208 jedoch so positioniert, dass sie ein auf das magnetische Dipolelement 206 bezogenes Magnetfeld erfassen können.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Sensorelemente 208 Magnetowiderstandseffekt-Elemente oder -Abschnitte, die als xMR-Elemente 210 bezeichnet werden, in einer Erfassungsschicht 212. xMR-Elemente 210 umfassen Tunnel-magnetoresistive (TMR – tunneling magnetoresistive), Giant-magnetoresistive (GMR – giant magnetoresistive), anisotrop-magnetoresistive (AMR – anisotropic magnetoresistive) und andere. Bei einem Ausführungsbeispiel sind das magnetische Dipolelement 206 und die Sensorelemente 208 aus demselben Material oder denselben Materialien, beispielsweise einem Spin-Ventil-TMR-Stapel, gebildet.
Das magnetische Dipolelement 206 und die Sensorelemente 208 liefern eine Resonanzdetektion, die auf einem Widerstand beruht, im Gegensatz zu Kapazität, wie bei anderen MEMS-Resonatorstrukturen. Die Magnetisierung des magnetischen Dipolelements 206 ist gemäß magnetostatischen Gesetzen aufgrund des großen Seitenverhältnisses zwischen der Breite und der Länge des magnetischen Dipolelements 206 auf dem Resonatorelement 204 festgelegt, während die Magnetisierung der Sensorelemente 208, insbesondere der xMR-Elemente 210, ohne weiteres durch das Streufeld des magnetischen Dipolelements 206 verändert wird und aufgrund und mit der Resonanz des Resonatorelements 204 variiert. Die Änderung bzw. Drehung der Magnetisierung des xMR-Elements 210 in der Erfassungsschicht 212 der Sensorelemente 208 führt zu einer Änderung des magnetischen Widerstands R_f der Sensorelemente 208, der detektiert werden kann. Wie in 3A und 3B gezeigt ist, kann R_f an Messpunkten 214, bei Ausführungsbeispielen beispielsweise Elektroden, Kontaktpunkten oder Anschlüssen, gemessen werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen können andere Messelemente, Schaltungen, Positionen und Anordnungen verwendet werden. Bei Ausführungsbeispielen, die TMR-Elemente umfassen, sind Widerstandsänderungen in der Größenordnung von etwa 50 bis etwa 200 Prozent möglich. Somit können geringe Magnetfeldänderungen direkt in große Widerstandsänderungen übertragen werden, die ohne weiteres gemessen werden können. Ausgehend von dieser Widerstandsänderung kann eine Resonanzfrequenz des Resonatorelements 204 ermittelt werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung liefern somit eine empfindlichere Detektion und ermöglichen die Herstellung von kleineren MEMS-Resonatorbauelementen durch die Verringerung oder Eliminierung des Problems zunehmender parasitärer Kapazitäten, das bei standardmäßigen MEMS-Silizium-Resonatorbauelementen vorliegt.
Der Widerstand des linken (wiederum relativ zu der in 3A und 3B gezeigten Orientierung) Sensorelements 208 weist im Vergleich zu dem Widerstand des rechten Sensorelements 208 eine Phasendifferenz von 180 Grad auf, was eine Differenz-Ausleseanordnung liefert. Die elektrischen Eigenschaften der Sensorelemente 208 können unabhängig von den Eigenschaften des Resonatorelements 204 ausgelegt und bezüglich einer gewünschten Rückkopplungsschleife optimiert werden.
Unter Bezugnahme auf 4 ist das Resonatorelement 204 während der Resonanz in drei verschiedenen beispielhaften Positionen gezeigt. Lediglich eines der zwei Sensorelemente 208 ist in 4 gezeigt, hier das rechte Element. Das Sensorelement 208 umfasst den xMR-Abschnitt 210 in der Erfassungsschicht 212, und in jedem xMR-Abschnitt 210 sind die Referenzmagnetisierung (kleine gestrichelte Pfeile) und die Magnetisierung während des Schwingens des Resonatorelements 204 (kleine durchgezogene Pfeile) veranschaulicht.
An einer Position (A) befindet sich das Resonatorelement 204 in einer neutralen mittigen Position, wobei es von jedem Sensorelement 208 einen Abstand d₀ entfernt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt d₀ weniger als etwa ein Mikron. Der resultierende Widerstand des xMR-Sensorelements 208 liegt somit weder bei einer hohen noch einer niedrigen Position, wie auf der Kurve rechts gezeigt ist.
In der Position (B) hat sich das Resonatorelement 204 um Δd von dem Sensorelement 208 wegbewegt und weist einen Gesamttrennungsabstand von d₀ + Δd auf. In dieser Position ist die Magnetisierung des xMR-Abschnitts 210 dieselbe wie die Referenz- bzw. vorausgerichtete Magnetisierung, da die Effekte des magnetischen Dipolelements 206 minimiert sind, d. h. die Stärke des Magnetfeldes des magnetischen Dipolelements 206 an dem Sensorelement 208 ist gering. Der Widerstand ist deshalb relativ gering.
In der Position (C) hat sich das Resonatorelement 204 näher zu dem Sensorelement 208 hin bewegt, was zu einem Trennungsabstand von d₀ – Δd führt. In dieser Position steht die Magnetisierung des xMR-Abschnitts 210 der Referenzmagnetisierung gegenüber, da die Effekte des nun näher liegenden magnetischen Dipolelements 206, d. h. die Stärke des Magnetfeldes des magnetischen Dipolelements 206 an dem Sensor 208, hoch sind bzw. ist. Somit ist der Widerstand relativ hoch.
Wie zuvor erwähnt wurde, ist lediglich das rechte Sensorelement 208 in 4 gezeigt. Die Effekte des linken Sensorelements 208 in den Positionen (B) und (C) wären somit das Gegenteil der oben beschriebenen, d. h. 180 Grad phasenverschoben, wenn das Resonatorelement 204 in dem Raum zwischen den zwei Sensorelementen 208 schwingt.
5 zeigt ein weiteres Resonatorbauelement 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Resonatorbauelement 300 umfasst eine Trägerstruktur 302, die ähnlich der oben für das Resonatorbauelement 200 beschriebenen sein kann, und ein Resonatorelement 304. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Resonator 304 ein an jedem Ende positioniertes magnetisches Dipolelement 306, und Sensorelemente 308 sind in oder auf der Trägerstruktur 302 über dem Hohlraum 305 positioniert, in dem das Resonatorelement 304 schwingt. Die Sensorelemente 308 umfassen xMR-Abschnitte oder -Elemente 310. Andere Merkmale des Resonatorbauelements 300, beispielsweise weitere Abschnitte der Trägerstruktur 302, Messpunkte 314, Ankerkonfiguration, Materialien und dergleichen, können dieselben wie oder ähnlich den Ausführungsbeispielen des oben beschriebenen Resonatorbauelements 200 sein.
Somit liefern Ausführungsbeispiele der Resonatorbauelemente 200 und 300, die hierin gezeigt und beschrieben sind, eine stabile und empfindliche Bestimmung von Resonanzfrequenz durch Detektion von Änderungen des Widerstands von xMR-Sensorelementen. Ausführungsbeispiele der Erfindung verringern oder eliminieren daher die zuvor erwähnten Probleme, die mit anderen MEMS-Resonatoren verbunden sind.

Claims

MEMS-Silizium-Bauelement (MEMS = mikro-elektromechanisches System) (200; 300), das folgende Merkmale aufweist: ein Resonatorelement (204; 304), das einen magnetischen Abschnitt (206; 306) mit einer feststehenden Magnetisierung aufweist; zumindest ein Sensorelement (208; 308), das einen magnetoresistiven Abschnitt (210; 310) aufweist, wobei eine Magnetisierung und ein Widerstand des magnetoresistiven Abschnitts (210; 310) je nach einer Nähe des magnetischen Abschnitts (206; 306) zu dem Sensorelement (208; 308) variiert; und eine Trägerstruktur (202; 302), die zumindest einen Abschnitt eines Hohlraums (205; 305) definiert, wobei das Resonatorelement (204; 304) in dem Hohlraum (205; 305) angeordnet ist und das zumindest eine Sensorelement (208; 308) einen Teil der Trägerstruktur (202; 302) bildet, wobei das Sensorelement (208; 308) ein erstes Sensorelement, das in der Nähe eines ersten Endes des Resonatorelements (204; 304) angeordnet ist, und ein zweites Sensorelement, das in der Nähe eines zweiten Endes des Resonatorelements (204; 304) angeordnet ist, umfasst, und wobei das Resonatorelement (204; 304) derart beweglich gelagert ist, dass sich bei einer Schwingung des Resonatorelements (204; 304) ein Abstand zwischen dem ersten Sensorelement und dem ersten Ende des Resonatorelements (204; 304) vergrößert, wenn sich ein Abstand zwischen dem zweiten Sensorelement und dem zweiten Ende des Resonatorelements (204; 304) verkleinert, und umgekehrt.
Bauelement (200; 300) gemäß Anspruch 1, bei dem der magnetoresistive Abschnitt (210; 310) ein Material entweder mit Tunnel-Magnetowiderstandseffekt (TMR), mit Giant-Magnetowiderstandseffekt (GMR) oder mit anisotropem Magnetowiderstandseffekt (AMR) umfasst.
Bauelement (200; 300) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Trägerstruktur (202; 302) einen ersten Seitenabschnitt, einen zweiten Seitenabschnitt und einen dritten Seitenabschnitt, der den ersten und den zweiten Seitenabschnitt miteinander verbindet, umfasst, und bei dem das erste Sensorelement zumindest teilweise in dem ersten Seitenabschnitt angeordnet ist und das zweite Sensorelement zumindest teilweise in dem zweiten Seitenabschnitt angeordnet ist.
Bauelement (200; 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Trägerstruktur (202; 302) einen ersten Seitenabschnitt, einen zweiten Seitenabschnitt und einen dritten Seitenabschnitt, der den ersten und den zweiten Seitenabschnitt miteinander verbindet, umfasst, und bei dem das erste und das zweite Sensorelement zumindest teilweise in dem dritten Abschnitt angeordnet sind.
MEMS-Silizium-Bauelement (MEMS = mikro-elektromechanisches System) (200; 300), das folgende Merkmale aufweist: eine Trägerstruktur (202; 302), die einen Hohlraum (205; 305) definiert; ein Resonatorelement (204; 304), das in dem Hohlraum (205; 305) angeordnet ist und einen magnetischen Abschnitt (206; 306) mit einer feststehenden Magnetisierung umfasst; zumindest einen magnetoresistiven Abschnitt (210; 310), der in der Trägerstruktur (202; 302) angeordnet ist und eine Magnetisierung aufweist, die dahin gehend konfiguriert ist, je nach einer Nähe des magnetischen Abschnitts (206; 306) zu variieren; und eine Schaltungsanordnung, die mit dem zumindest einen magnetoresistiven Abschnitt (210; 310) gekoppelt und dahin gehend angepasst ist, einen Widerstand des magnetoresistiven Abschnitts (210; 310) zu erfassen, wobei der magnetoresistive Abschnitt (210; 310) einen ersten und einen zweiten magnetoresistiven Abschnitt umfasst, die entlang einer Länge des Resonatorelements (204; 304) voneinander beabstandet sind, und wobei das Resonatorelement (204; 304) derart beweglich gelagert ist, dass sich bei einer Schwingung des Resonatorelements (204; 304) ein Abstand zwischen dem ersten magnetoresistiven Abschnitt und einem ersten Ende des Resonatorelements (204; 304) vergrößert, wenn sich ein Abstand zwischen dem zweiten magnetoresistiven Abschnitt und einem zweiten Ende des Resonatorelements (204; 304) verkleinert, und umgekehrt.
Bauelement (200; 300) gemäß Anspruch 5, bei dem der magnetoresistive Abschnitt (210; 310) ein Material entweder mit Tunnel-Magnetowiderstandseffekt (TMR), mit Giant-Magnetowiderstandseffekt (GMR) oder mit anisotropem Magnetowiderstandseffekt (AMR) umfasst.
Bauelement (200; 300) gemäß Anspruch 5 oder 6, das ferner eine Schaltungsanordnung umfasst, die dahin gehend angepasst ist, ausgehend von den Widerständen der magnetoresistiven Abschnitte eine Resonanzfrequenz des Resonatorelements (204; 304) zu ermitteln.
Verfahren zum Bestimmen der Resonanzfrequenz eines Bauelements (200; 300) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, das folgende Schritte umfasst: Messen der Widerstände der beiden magnetoresistiven Abschnitte (210; 310) des Resonatorelements (204; 304); und Ermitteln einer Resonanzfrequenz des Resonatorelements (204; 304) ausgehend von der Differenz der Widerstände der beiden magnetoresistiven Abschnitte (210; 310).
Verfahren gemäß Anspruch 8, das ferner folgenden Schritt umfasst: Erfassen einer Änderung der Magnetfeldstärke an den beiden magnetoresistiven Abschnitten (210; 310).
Verwenden der gemäß dem Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 bestimmten Resonanzfrequenz des Resonatorelements (204; 304) als Frequenzreferenz.