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Piezoresistive mikroelektromechanische Sensoren (MEMS) in Silizium sind hervorragend geeignet für die Messung verschiedener physikalischer Größen wie Druck, Kraft, Durchfluss, Beschleunigung sowie eine Vielzahl weiterer abgeleiteter Größen. Sie zeichnen sich unter anderem durch eine hohe Empfindlichkeit bei geringer Bauteilgröße, damit einhergehend ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis, hohe elektronische Stabilität sowie eine sehr lineare Kennlinie aus. Auf Grund dieser herausragenden Eigenschaften sowie die vergleichsweisen geringen Kosten der MEMS-basierten piezoresistiven Signalwandler ist eine Erweiterung des Anwendungs- und Einsatzbereiches derartiger Sensoren wünschenswert.
Speziell piezoresistive Drucksensoren sind üblicherweise für Einsatztemperaturen bis etwa 130°C ausgelegt.
Die Rohsignale des Sensorelementes werden mittels eines ASICs verarbeitet. Hier sind auch die Kalibrierdaten für die Temperaturkompensation des Ausgangssignals hinterlegt. Für Anwendungen im erweiterten Einsatztemperaturbereich sind derzeit kaum kommerzielle ASICs verfügbar. Bisher wurde der ASIC vom Messort des Drucksensorchips räumlich abgesetzt. Dies führt zur Verringerung der Messgenauigkeit, Vergrößerung des Bauraumes und Erhöhung der Herstellungskosten.
Um dieses Problem zu lösen, wurde eine analoge, auf dem Sensorchip integrierte Temperaturkompensation für Einsatztemperaturen bis etwa 300°C konzipiert und umgesetzt, die folgende Vorteile bietet:
• Es werden keine hochtemperaturtauglichen ASICs zur Temperaturkompensation benötigt.
• Es werden systematische Temperaturfehler vermieden, die dadurch entstehen, dass der (konventionelle) ASIC vom Ort des Sensors räumlich abgesetzt wird und somit beide Orte unterschiedliche Temperaturen haben (Ort der Druckmessung und Ort der Temperaturmessung). Gleichzeitig wird die Dynamik des Systems bei Temperaturwechseln verbessert.
• Der benötigte Bauraum des Messsystems sowie dessen Herstellungskosten können reduziert werden.

Durch Anpassung von Chipdesign und Halbleitertechnologie wurden piezoresistive Drucksensorchips im erweiterten Betriebstemperaturbereich von +40°C bis +300°C entwickelt und gefertigt.
Das Ergebnis ist auch auf klassische piezoresistive Si-Drucksensoren im Temperaturbereich bis 130°C als analoge Vorkompensation anwendbar. Vorteilhaft ist hier, dass für die Kalibrierungen weniger Temperaturstützstellen erforderlich werden, oder in Abhängigkeit von der angestrebten Genauigkeit, die Kalibrierung sogar ganz entfallen kann.

Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Analoge integrierte Temperaturkompensation für Hochtemperatur-Anwendungen“ (ANITHA) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.
Förderkennzeichen: 49MF180042