DE4137167A1 - Mikromechanischer sensor - Google Patents
Mikromechanischer sensorInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mikromechanischen
Sensor.
Mikromechanik ist die Technologie, mittels derer mechanische
Vorrichtungen wie beispielsweise Streifen, Federn und Membrane
unter Einsatz von Verfahren hergestellt werden, wie sie bei
der Herstellung von monolithischen integrierten Schaltungen
verwendet werden. Die Herstellung mikromechanischer
Vorrichtungen aus Silizium ist in J.B. Angell, S.C. Terry und
P.W. Barth, "Silicon Micromechanical Devices", Scientific
American, Band 248, Nr. 4, Seiten 44-55 (1983) beschrieben.
Mikromechanische Vorrichtungen werden gewöhnlich aus Silizium
hergestellt; andere Werkstoffe wie Galliumarsenid, gewisse
Keramiksorten und Quarz werden jedoch ebenfalls verwendet.
Ein Bearbeitungsverfahren eines Siliziumplättchens zur Ausbil
dung einer Siliziummembran wird zum besseren Verständnis
vorweg unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben.
Die Fig. 2A zeigt ein einkristalliges <100< Siliziumplättchen
2 mit gegenüberliegenden Hauptflächen 4 und 6. Eine Schicht 8
aus Siliziumdioxid wird über beiden Oberflächen 4 und 6
ausgebildet und anschließend von Oberfläche 4 entfernt, wobei
Oberfläche 6 bedeckt bleibt. Bor wird durch die Oberfläche 4
in das Plättchen hinein diffundiert und bildet in der Nähe
dieser Oberfläche eine dünne Schicht 10. Eine rechteckige
Ausnehmung 12 (Fig. 2B) wird in der Oxidschicht 8 unter
Anwendung bekannter phototechnischer Vorgänge ausgebildet,
wobei die Seiten der Ausnehmung parallel zu den <110<
Richtungen des Plättchens sind. Der freiliegende Abschnitt der
Oberfläche 6 wird einem anisotropen Ätzmittel ausgesetzt,
welches eine grubenartige Vertiefung 14 in dem Silizium
bildet, die schräge Seiten 16 parallel zu den {111} Ebenen
sowie einen flachen Boden 18 hat. Der Ätzvorgang geht weiter,
bis die gedopte Schicht 10 erreicht ist, die als Ätzstop
fungiert (Fig. 2C). Der Abschnitt der Schicht 10 am Boden der
Vertiefung bildet somit eine Membran 20.
Es ist bekannt, durch Mikro-Materialbearbeitung an der Ober
fläche einen streifenförmigen Freiträger aus Silizium herzu
stellen. Eine Schicht aus Siliziumdioxid kann beispielsweise
auf der Vorderfläche eines Siliziumplättchens ausgebildet wer
den, und eine Schicht aus Polysilizium wird über der Schicht
aus Siliziumdioxid aufgebracht. Die Polysiliziumschicht ist
gemustert und definiert einen Streifen, der im rechten Winkel
zu einem Rand eines größeren Bereiches verläuft, und eine
Schicht aus Photoresistlack wird über der Vorderfläche des
bearbeiteten Plättchens aufgebracht. Eine Ausnehmung ist in
der Schicht aus Photoresistlack vorgesehen und derartig dimen
sioniert und angeordnet, daß der Polysiliziumstreifen frei
liegt. Die Vorderfläche der Struktur wird dann einem Ätzmittel
ausgesetzt, welches Siliziumdioxid, aber nicht Silizium, weder
in polykristalliner noch in monokristalliner Form, entfernt.
Demgemäß wird das Siliziumdioxid unter dem Polysilizium
streifen entfernt. Der Photoresistlack wird dann abgenommen.
Die sich ergebende Struktur ist ein Freiträger, der über einer
Ausnehmung in der Siliziumdioxidschicht verläuft.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Freiträgers durch
Massen-Mikromaterialbearbeitung ist in J.B. Angell, S.T. Terry
und P.W. Barth, wie voranstehend erwähnt, beschrieben.
J. Clarke, "SQUIDs, Brains and Gravity Waves", Physics Today,
März 1986, Seite 36, beschreibt das supraleitende Quanten
interferenzgerät oder SQUID und erläutert, daß das SQUID als
hochsensibler Magnetflußdetektor verwendet werden kann (der
Begriff "SQUID" wird in der Figurenbeschreibung näher erläu
tert).
Es gibt zwei Arten von SQUID, die entwickelt wurden, und zwar
das zweiübergängige oder Gleichstrom-SQUID und das einübergän
gige oder Hochfrequenz-SQUID. Ein Gleichstrom-SQUID ist
schematisch in Fig. 3 dargestellt und umfaßt eine Schleife 30
aus leitendem Material, die mit zwei Anschlüssen 32 und 34
verbunden ist, welche um die Schleife herum beabstandet sind,
und zwei Josephson-Übergänge 36 auf den zwei Seiten der
Schleife. Wird das SQUID durch einen konstanten Strom zwischen
den Anschlüssen 32 und 34 vormagnetisiert, ist die Spannung
zwischen den Anschlüssen in dem in die Schleife 30 "einfädeln
den" Magnetfluß periodisch. Die Periode der Spannungsänderung
ist gleich dem Flußquantum, welches ungefähr 2 E (-15) Wb
beträgt. Die Spannungsveränderung kann mit herkömmlichen Prüf-
und Meßinstrumenten beobachtet werden, weshalb sich das
Gleichstrom-SQUID zur Messung sehr kleiner Veränderungen im
Magnetfluß verwenden läßt. Es ist bekannt, Gleichstrom-SQUIDs
unter Einsatz von Dünnschichttechnologie herzustellen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Sensor der beschriebenen
Art mit verbesserten Qualitäten, insbesondere höherer
Sensibilität verfügbar zu machen.
Gemäß einer ersten Lösung umfaßt die vorliegende Erfindung
einen mikromechanischen Sensor mit einer Unterlage, die ein
mikromechanisches Element bildet. Beim Anlegen eines Stimulus
reagiert die Unterlage beweglich. Eine erste Wandlerkom
ponente wird von dem mikromechanischen Element getragen und
mit diesem bewegt. Eine zweite Wandlerkomponente ist bezüglich
der Unterlage stationär. Eine der ersten und zweiten
Wandlerkomponenten ist ein Teil zum Aufbau eines Magnetfeldes.
Die andere der ersten und zweiten Wandlerkomponenten ist ein
SQUID, das in dem Magnetfeld zur Erfassung einer Änderung im
Magnetfeld aufgrund der relativen Bewegung des mikromechani
schen Elementes und der Unterlage angeordnet ist.
Gemäß einer weitergehenden Ausbaustufe der ersten Lösung der
vorliegenden Erfindung wird ebenfalls von einer mikromecha
nischen Sensorvorrichtung mit einer Unterlage ausgegangen. Es
werden jedoch eine Vielzahl von mikromechanischen Freiträgern
vorgesehen, welche bezüglich der Unterlage unabhängig vonein
ander beweglich sind. Ebenso ist eine Vielzahl von Wandlern
vorhanden, die jeweils mit den Freiträgern zusammenwirken.
Jeder Wandler umfaßt eine erste Wandlerkomponente, die von dem
Freiträger getragen wird und mit ihm beweglich ist. Eine zwei
te Wandlerkomponente ist bezüglich der Unterlage stationär.
Eine der ersten und zweiten Wandlerkomponenten ist ein Längen
segment eines elektrischen Leiters und die andere ein SQUID.
Eine Vorrichtung legt einen elektrischen Strom an jedes
Längensegment des elektrischen Leiters an, wobei Magnetfelder
aufgebaut werden. Eine Vorrichtung mißt die Spannung, die sich
zwischen den Anschlüssen eines jeden SQUID aufgrund der rela
tiven Bewegung zwischen dem mikromechanischen Freiträgern und
der Unterlage entwickelt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und zur Erläuterung,
wie diese sich praktisch umsetzen läßt, wird nunmehr beispiel
haft auf die Zeichnung Bezug genommen. Weitere Einzelheiten,
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung.
Es zeigen
Fig. 1A schematische Abbildungen von Komponenten eines
mikromechanischen Drucksensors,
Fig. 1B einen Drucksensor, der aus den in Fig. 3A
dargestellten Komponenten gebaut ist,
Fig. 2 die Herstellung einer mikromechanischen Membran,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Membran eines
Gleichstrom-SQUID,
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer Meßschaltung,
einschließlich dem Sensor aus Fig. 3B,
Fig. 5 und 6 schematische Abbildungen zweier Anordnungen von
SQUIDs und Sondenspulen,
Fig. 7A bis 7H verschiedene Schritte bei der Herstellung eines
Freiträgers durch Massen-Mikromaterialbearbeitung
eines Siliziumplättchens,
Fig. 7A, 7B und 7D Schnittansichten des Plättchens,
Fig. 7C eine Draufsicht, und
Fig. 7E bis 7H perspektivische Ansichten,
Fig. 8 einen Schnitt durch einen Schwingungssensor, und
Fig. 9 eine teilweise Draufsicht auf einen
Spektralanalysen-Schwingungssensor.
Ein in Fig. 1 dargestellter Sensor umfaßt zwei Plättchen 40,
42 aus einkristalligem Silizium. Das Plättchen 40 hat ebene
Ober- und Unterflächen; das Plättchen 42 jedoch wurde mikro
bearbeitet, auf die unter Bezugnahme auf die Fig. 2 beschrie
bene Art und Weise, um eine Membran 44 auf der Oberfläche des
Plättchens auszubilden. Ein Leiter 46 ist auf der mikrobear
beiteten Fläche des Plättchens 42 aufgebracht und verläuft
quer über die Unterseite der Membran 44.
Ein Gleichstrom-SQUID 50, also ein hochempfindlicher Sensor
für magnetische Felder auf der Basis der Supraleitung, ist
unter Einsatz bekannter Dünnschichttechnologie auf der oberen
Fläche des Plättchens 40 ausgebildet. Die beiden Plättchen 40
und 42 werden dann zusammengeklebt, wie es in Fig. 1B darge
stellt ist, so daß sich das SQUID zwischen der Oberfläche des
Plättchens 40 und der Membran 44 befindet. Das SQUID ist an
eine konstante Stromquelle 52 angeschlossen, und ein Span
nungsmeßgerät 54 ist mit den Anschlüssen des SQUID verbunden.
Zur Kühlung des SQUID auf eine supraleitende Temperatur wird
die Rückseite des Plättchens 40 in guten wärmeleitenden
Kontakt mit einem (nicht dargestellten) Kryokühler gebracht.
Ein elektrischer Strom wird durch eine Stromquelle 56 in dem
Leiter 46 aufgebaut, und dieser Strom bildet ein Magnetfeld in
der Nähe des Leiters. Der Magnetfluß des Feldes fädelt in die
Schleife des SQUID 50 ein.
Wird eine physische Erregung an den Sensor gelegt, so daß die
Membran abgelenkt wird, verändert sich der Abstand zwischen
dem Leiter 46 und dem SQUID 50, und damit auch der Fluß, der
in die Schleife des SQUID einfädelt. Durch Beobachtung der
Veränderung der Spannung über dem SQUID läßt sich ein Maß der
Ablenkung der Membran, und damit der an den Sensor angelegten
Erregung ableiten.
In normalen irdischen Umgebungen werden Veränderungen in dem
Magnetfeld infolge von Umgebungseinflüssen weitaus stärker
sein als Veränderungen in dem Feld aufgrund von Bewegung der
Membran. Der Sensor kann jedoch zunächst von dem Umgebungsfeld
abgeschirmt werden, indem er in einen geeigneten Behälter
eingesetzt wird. Zusätzlich oder alternativ kann der von der
Quelle 56 zugeführte Strom nicht konstant, sondern gemäß einer
vorbestimmten Funktion moduliert sein, wie in Fig. 4 darge
stellt. Ist der Magnetfluß aufgrund dieses Stromes moduliert,
geht er ebenfalls die Veränderung der Spannung über dem SQUID
ein. Ein Modulationsdetektor 58, der das Modulationssignal
empfängt, welches zur Steuerung der Stromquelle 56 verwendet
wird, kann dann unabhängig von Außeneinflüssen eine sehr
nützliche Signalinformation aus dem Ausgangssignal des
Instrumentes 54 mit einem hohen Störabstand entstehen lassen.
Ist der von dem Leiter 46 geführte Strom sehr gering, kann es
eine Verbesserung sein, eine Veränderung in dem in die
Schleife eines SQUID einfädelnden Fluß zu vergrößern, um die
Sensibilität des Sensors zu erhöhen. In Fig. 5 ist ein modifi
zierter Sensor dargestellt, der ein SQUID 126 und eine Sonden
spule 120 aus supraleitendem Material umfaßt. Die Spule 120
hat zwei Schleifen 122, 124 einer jeweiligen Fläche A′ bzw. A,
wobei A′ größer ist als A. Die Schleife 122 ist so angeordnet,
daß sie in dem zu messenden Fluß eingeschlossen ist und die
Schleife 124 befindet sich in einem flußverbindenden Verhält
nis mit dem SQUID 126. Verändert sich der zu messende Fluß
aufgrund einer Bewegung des Leiters 46 bezüglich der Sonden
spule, wird ein Strom in der Schleife 122 induziert, und da
die Schleife 124 mit der Schleife 122 in Reihe geschaltet ist,
durchfließt dieser Strom auch die Spule 124 und erzeugt eine
Flußveränderung, welche durch einen Faktor gleich A′/A mit der
Veränderung in dem die Schleife 122 verbindenden Fluß verbun
den ist. Dementsprechend wird die Veränderung des den SQUID
verbindenden Flusses bezüglich der Veränderung in dem die
Schleife 122 verbindenden Fluß um einen Faktor gleich dem
Verhältnis der Flächen der beiden Schleifen vergrößert.
In Fig. 6 ist ein Sensor dargestellt, bei dem eine Sondenspule
130 zwei Schleifen 132, 134 mit Flächen von jeweils A′ bzw.
A′′ hat, die so angeordnet sind, daß sie durch den zu messen
den Fluß verbunden werden, sowie eine einzelne Schleife 136
mit einer Fläche A, welche sich in flußverbindendem Verhältnis
mit einem SQUID 138 befindet. Die beiden Schleifen 132 und 134
sind gegenläufig verbunden, so daß der in Spule 130 als Reak
tion auf eine Flußveränderung erzeugte Strom von der Differenz
zwischen dem die Schleife 132 verbindenden Fluß und dem Fluß,
der Schleife 134 verbindet, abhängt. Der in Schleife 136
erzeugte Fluß ist dann proportional zu
ΔΦ(A′+A′′)/A
wobei ΔΦ die Differenz zwischen dem die Schleife 132 verbin
denden Fluß und dem die Schleife 134 verbindenden Fluß ist.
Ein Sensor ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten läßt sich als
Beschleunigungsmesser oder Schwingungsdetektor verwenden. Die
Verwendung einer Membran als bewegliches Element eines
Beschleunigungsmessers hat jedoch den Nachteil, daß der Dyna
mikbereich zum Ansprechen auf mechanische Erregung einer Mem
bran kleiner ist als beispielsweise derjenige eines frei
tragenden Streifens, eines "Freiträgers". Wie voranstehend
ausgeführt, haben Freiträger, die durch herkömmliche Ober
flächen- und Massenbearbeitungsverfahren gebildet werden, nur
begrenzte Einsatzmöglichkeiten, da sich der Freiträger bei
seiner Bildung aufrollt.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht eines einkristalligen <100<
Siliziumplättchens 70 mit einer Vorderfläche 72 und einer
Hinterfläche 74. Eine Schicht 76 aus Siliziumnitrid ist auf
der Hinterfläche 74 in einem Dickenbereich von ca. 200 nm bis
zu ca. 1000 nm durch ein chemisches Aufdampfverfahren aufge
bracht. Bor wird dann mit einer Dosis von 5 E 16 cm-2 über die
Vorderfläche 72 in das Plättchen unter Verwendung einer Span
nung von 180 kV implantiert, so daß sich eine Schicht 78 mit
einem hochkonzentrierten Borionengehalt in dem Plättchen un
terhalb der Vorderfläche bildet. Die Borionen werden in das
Plättchen getrieben, indem das Plättchen ca. 1,5 Stunden lang
auf eine Temperatur von ca. 1100°C erhitzt wird, und ent
sprechend wird die Schicht 78 in eine tiefere Schicht 78′
(Fig. 7B) umgewandelt, in der die Konzentration der Borionen
schwächer ist als in Schicht 78. Dennoch beträgt die Konzen
tration von Borionen in Schicht 78′ mindestens 1 E20 cm-3. Das
Eintreiben des Bors findet in einer Stickstoffatmosphäre
statt. Schichten 80, 82 aus Cr und Au werden dann nacheinander
durch Evaporation auf der Vorderfläche 72 in Dicken von je
weils ca. 10 nm bzw. 100 nm aufgebracht. Eine Schicht 84 aus
Photoresistlack ist auf Schicht 82 ausgebildet und derart
gemustert, daß durch Entfernen eines im wesentlichen U-förmi
gen Bereiches eine Ausnehmung 86 wird, wodurch Schicht 82
durch Ausnehmung 86 teilweise freiliegt (Fig. 7B, 7C). Das
Au, welches durch die Ausnehmung 86 in Schicht 84 freiliegt,
wird dann weggeätzt, wie auch das Cr, welches durch Entfernen
des Au freigelegt wird. Dementsprechend liegt die Schicht 78′
durch Ausnehmungen in der Photoresistlackschicht 84 und in
Schichten 80, 82 frei. Der verbleibende Photoresistlack wird
dann entfernt, und der Abschnitt von Schicht 78′, der durch
die Schichten 80 und 82 freiliegt, wird durch Plasmaätzung
entfernt (Fig. 7D, 7E). Der Plasmaätzvorgang ergibt keine
wesentliche Hinterschneidung der Schichten 80 und 82. Durch
das Entfernen der Schicht 78′ wird ungedoptes Silizium
freigelegt. Die Ränder des U-förmigen Siliziumbereiches,
welche durch Ausnehmungen in den Schichten 78′, 80, 82
freiliegen, sind entlang der <110< Richtungen ausgerichtet.
Die Vorderfläche der in den Fig. 7D und 7E dargestellten
Struktur wird dann einem anisotropen Ätzmittel, zum Beispiel
KOH bei 80°C, ausgesetzt, das Silizium angreift. Die
Geschwindigkeit, mit der das Silizium entfernt wird, ist in
der {100} Ebene höher als in den {111} Ebenen, und demgemäß
bildet sich eine Rille mit einem flachen Boden 84 und schrägen
Seiten 86 parallel zu den {111} Ebenen unterhalb der
Ausnehmung in Schicht 78′. Das anisotrope Ätzmittel greift
Schicht 78′ nicht an, da diese mit Bor gedopt ist.
Bei Bildung der Rille liegen die {221} Ebenen an den konvexen
Ecken der Rille frei. Die Geschwindigkeit, mit der die {221}
Ebenen geätzt werden, ist niedriger als die der {100} Ebenen
und höher als die der {111} Ebenen. Dementsprechend wird der
Abschnitt 88 von Schicht 78′ progressiv hinterschnitten (Fig.
7G). Schließlich weichen die {221} Ebenen auf die {111} Ebenen
zurück, und letztendlich ist der Abschnitt 88 vollständig
hinterschnitten (Fig. 7H). Folglich bildet Abschnitt 88 einen
Freiträger, der über eine Vertiefung hinausragt.
Das Ätzen der {100} Ebene geht weiter, bis die Schicht 76 aus
Siliziumnitrid an der Hinterfläche des Plättchens freiliegt.
Es wurde festgestellt, daß die Schichten von Cr und Au über
dem Freiträger 88 im wesentlichen ein nach oben gerichtetes
Aufrollen des Freiträgers verhindern, wenn das Silizium, wel
ches unter dem Freiträger liegt, entfernt wird. Ein Beschleu
nigungsmesser oder Schwingungsdetektor kann daher hergestellt
werden, indem ein stromtragender Leiter auf dem Freiträger
ausgebildet wird und ein SQUID in einer Stellung stationär zu
dem Grundmaterial des bearbeiteten Plättchens 70′ ausgebildet
wird. Beispielsweise kann die Schicht 76 entfernt werden und
das bearbeitete Plättchen 70′ auf einem zweiten Plättchen 90
mit einem SQUID 92 auf seiner Oberfläche befestigt werden, wie
es in Fig. 8 gezeigt ist.
Die Wärmedehnungskoeffizienten der Metallisierung und des
borgedopten Siliziums sind unterschiedlich, und daher ist die
Ablenkung des Freiträgers temperaturabhängig. Dementsprechend
läßt sich die in Fig. 7H dargestellte Vorrichtung bei der
Herstellung eines Temperatursensors verwenden.
Wie schematisch in Fig. 9 dargestellt, können mehrfache
Freiträger verschiedener Längen auf einem einzigen Silizium-
Plättchen gebildet werden, und ein stromführender Leiter 46
sowie ein SQUID 50 können mit jedem Freiträger verbunden sein.
Da die Freiträger verschiedene Längen haben, haben sie unter
schiedliche Resonanzfrequenzen, und dies ermöglicht die Spek
tralanalyse von Schwingungen. Soll der Sensor dazu verwendet
werden zu bestimmen, welche Komponenten der Schwingungsfre
quenz eine Schwellenamplitude überschreiten, und nicht zur
Messung der Amplituden der Komponenten der Schwingungsfre
quenz, ist es vorzuziehen, daß die stromführenden Leiter
Segmente eines einzelnen Leiters sind, der über alle Frei
träger verläuft. Da die Freiträger 88 Schichten von Metall
über ihren oberen Flächen haben, läßt sich ein stromführender
Leiter auf diesen Freiträgern durch teilweises Entfernen
dieser Schichten ausbilden, so daß ein Streifen definiert
wird, der elektrisch von dem verbleibenden Bereich der Schich
ten getrennt ist. In Fig. 9 ist ein einziger stromführender
Leiter 94 gezeigt, der über allen Freiträgern verläuft, wel
cher durch Entfernen der Metallschichten 80 und 82 entlang
eines Serpentinenstreifens 96 gebildet wird. Der Leiter 94 ist
an seinen gegenüberliegenden Enden mit einer Stromquelle 56
verbunden, und die Anschlüsse der SQUIDs 50 sind an das Span
nungsmeßinstrument 54 angeschlossen. Um einen hohen Q-Wert zu
erzielen, muß die Vertiefung unterhalb der Freiträger ausrei
chend tief sein, damit die in der Vertiefung vorhandene Luft
nicht die Schwingung der Freiträger dämpft.
Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die
hierin beschriebenen und dargestellten besonderen Ausführungs
formen beschränkt ist, und daß Variationen durchgeführt werden
können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den
Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert ist, abzugehen.
Beispielsweise ist die Erfindung nicht auf die Verwendung
eines einzigen linearen Leiters zur Erzeugung des Magnet
feldes, welches mit dem SQUID interagiert, beschränkt, da
Techniken zur Ausbildung von Spulen auf dem Plättchen einer
integrierten Schaltung weit entwickelt sind. Wenn es nicht
erforderlich ist, daß der in die Schleife des SQUID einfädeln
de Magnetfluß moduliert ist, beispielsweise da der Sensor
abgeschirmt ist oder in einer Umgebung mit im wesentlichen
konstanten Umgebungsmagnetfeld verwendet wird, kann auch ein
Dauermagnet anstelle des Leiters 46 und der Stromquelle 56
verwendet werden. Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf
ein Gleichstrom-SQUID beschrieben wurde, kann ferner statt
dessen auch ein Hochfrequenz-SQUID verwendet werden. Die
Erfindung ist nicht auf Verwendung mit SQUIDs beschränkt, die
zum Betrieb bei der Temperatur flüssigen Heliums (ca. 4 K)
ausgelegt sind, und läßt sich auch mit SQUIDs verwenden, die
bei höheren Temperaturen betrieben werden, einschließlich der
Temperatur flüssigen Stickstoffs (ca. 77 K).
Claims (8)
1. Ein mikromechanischer Sensor,
gekennzeichnet durch
eine Unterlage (42; 70′), ein mikromechanisches Element
(44; 88), welches bezüglich der Unterlage unter Anlegung
eines Stimulus beweglich ist, eine erste Wandlerkompo
nente, die von dem mikromechanischen Element getragen
wird und mit diesem beweglich ist, und eine zweite Wand
lerkomponente, die bezüglich der Unterlage stationär ist,
wobei eine der ersten und zweiten Wandlerkomponenten ein
Teil (46) zum Aufbau eines Magnetfeldes ist und die ande
re der ersten und zweiten Wandlerkomponenten ein SQUID
(50) ist, das in dem Magnetfeld zur Erfassung einer
Magnetfeldänderung aufgrund relativer Bewegung des mikro
mechanischen Elementes und der Unterlage angeordnet ist.
2. Sensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Teil einen elektrischen Leiter umfaßt, und der
Sensor weiterhin eine Vorrichtung (56) zur Anlegung eines
elektrischen Stromes an den Leiter umfaßt.
3. Sensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Teil einen Dauermagneten umfaßt.
4. Sensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das mikromechanische Element ein über der Unterlage
(70′) ragender Freiträger (88) ist, wobei das Teil zum
Aufbau des Magnetfeldes einen elektrischen Leiter (46)
umfaßt, einschließlich mindestens einem Längensegment auf
dem Freiträger (88), und das SQUID (50) bezüglich der
Unterlage stationär ist.
5. Mikromechanischer Sensor,
gekennzeichnet durch
eine Unterlage (70′),
eine Vielzahl mikromechanischer Freiträger (88), die über der Unterlage ragen, und
einen mit jedem Freiträger verbundenen Wandler, wobei je der Wandler eine erste und eine zweite Komponente umfaßt, wobei die erste Wandlerkomponente von dem mikromechani schen Freiträger getragen wird und mit diesem beweglich ist, und die zweite Wandlerkomponente bezüglich der Unterlage stationär ist, wobei eine der ersten und zweiten Wandlerkomponenten eines jeden Wandlers ein Teil (46) zum Aufbau eines Magnetfeldes und die andere ein SQUID (50) ist, welches in dem Magnetfeld zur Erfassung einer Magnetfeldänderung aufgrund der relativen Bewegung zwischen dem mikromechanischen Freiträger und der Unterlage angeordnet ist.
eine Unterlage (70′),
eine Vielzahl mikromechanischer Freiträger (88), die über der Unterlage ragen, und
einen mit jedem Freiträger verbundenen Wandler, wobei je der Wandler eine erste und eine zweite Komponente umfaßt, wobei die erste Wandlerkomponente von dem mikromechani schen Freiträger getragen wird und mit diesem beweglich ist, und die zweite Wandlerkomponente bezüglich der Unterlage stationär ist, wobei eine der ersten und zweiten Wandlerkomponenten eines jeden Wandlers ein Teil (46) zum Aufbau eines Magnetfeldes und die andere ein SQUID (50) ist, welches in dem Magnetfeld zur Erfassung einer Magnetfeldänderung aufgrund der relativen Bewegung zwischen dem mikromechanischen Freiträger und der Unterlage angeordnet ist.
6. Mikromechanischer Sensorapparat,
gekennzeichnet durch
eine Unterlage (42; 70′),
ein mikromechanisches Element (44; 88), welches bezüglich der Unterlage unter Anlegung eines Stimulus beweglich ist,
einen Wandler, der eine erste Wandlerkomponente umfaßt, welche von dem mikromechanischen Element getragen wird und mit diesem beweglich ist, und eine zweite Wandlerkomponente, welche bezüglich der Unterlage stationär ist, wobei eine der ersten und zweiten Wandlerkomponenten ein elektrischer Leiter (46) und die andere ein SQUID (50) ist,
eine Stromquelle (56) zur Anlegung eines elektrischen Stromes an den Leiter, wodurch ein Magnetfeld aufgebaut wird, und
eine Vorrichtung (54) zur Messung der Spannung, die sich zwischen den Anschlüssen des SQUID aufgrund der relativen Bewegung des mikromechanischen Elementes und der Unterlage entwickelt.
eine Unterlage (42; 70′),
ein mikromechanisches Element (44; 88), welches bezüglich der Unterlage unter Anlegung eines Stimulus beweglich ist,
einen Wandler, der eine erste Wandlerkomponente umfaßt, welche von dem mikromechanischen Element getragen wird und mit diesem beweglich ist, und eine zweite Wandlerkomponente, welche bezüglich der Unterlage stationär ist, wobei eine der ersten und zweiten Wandlerkomponenten ein elektrischer Leiter (46) und die andere ein SQUID (50) ist,
eine Stromquelle (56) zur Anlegung eines elektrischen Stromes an den Leiter, wodurch ein Magnetfeld aufgebaut wird, und
eine Vorrichtung (54) zur Messung der Spannung, die sich zwischen den Anschlüssen des SQUID aufgrund der relativen Bewegung des mikromechanischen Elementes und der Unterlage entwickelt.
7. Sensorapparat nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stromquelle (54) in ihrem Betrieb einen Strom
anlegt, der als vorbestimmte Funktion der Zeit schwankt,
und der Apparat weiterhin eine Vorrichtung (58) zur
Erfassung der Modulation dieser Spannung gemäß dieser
vorbestimmten Funktion der Zeit umfaßt.
8. Mikromechanischer Sensorapparat mit mehreren Sensoren,
gekennzeichnet durch
eine Unterlage (70′),
eine Vielzahl mikromechanischer Freiträger (88), welche bezüglich der Unterlage unabhängig voneinander beweglich sind, eine Vielzahl von Wandlern, die jeweils mit den Freiträgern verbunden sind, wobei jeder Wandler eine erste Wandlerkomponente umfaßt, die von dem Freiträger getragen wird und mit diesem beweglich ist, und eine zweite Wandlerkomponente, die bezüglich der Unterlage stationär ist, wobei eine der ersten und zweiten Wandlerkomponenten ein Längensegment (46) eines elek trischen Leiters (94) und die andere ein SQUID (50) ist,
eine Vorrichtung (56) zur Anlegung eines elektrischen Stromes an jedes Längensegment des elektrischen Leiters, wobei Magnetfelder aufgebaut werden, und
eine Vorrichtung (54) zur Messung der sich zwischen den Anschlüssen eines jeden SQUID aufgrund der relativen Bewegung des mikromechanischen Freiträgers und der Unterlage entwickelnden Spannung.
eine Unterlage (70′),
eine Vielzahl mikromechanischer Freiträger (88), welche bezüglich der Unterlage unabhängig voneinander beweglich sind, eine Vielzahl von Wandlern, die jeweils mit den Freiträgern verbunden sind, wobei jeder Wandler eine erste Wandlerkomponente umfaßt, die von dem Freiträger getragen wird und mit diesem beweglich ist, und eine zweite Wandlerkomponente, die bezüglich der Unterlage stationär ist, wobei eine der ersten und zweiten Wandlerkomponenten ein Längensegment (46) eines elek trischen Leiters (94) und die andere ein SQUID (50) ist,
eine Vorrichtung (56) zur Anlegung eines elektrischen Stromes an jedes Längensegment des elektrischen Leiters, wobei Magnetfelder aufgebaut werden, und
eine Vorrichtung (54) zur Messung der sich zwischen den Anschlüssen eines jeden SQUID aufgrund der relativen Bewegung des mikromechanischen Freiträgers und der Unterlage entwickelnden Spannung.
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