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Am CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik wurde eine skalierbare piezoresistive MEMS-Technologieplattform für hochpräzise und zugleich kostengünstige Sensoren entwickelt. Ziel war es, den bei piezoresistiven Messbrücken typischen Null-Offset sowie dessen Temperaturabhängigkeit bereits auf Wafer- und Chip-Ebene deutlich zu reduzieren. Dadurch sinkt der Bedarf an aufwendiger externer Kompensation, was die spätere Sensorintegration vereinfacht und Kosten spart.
Die Plattform basiert auf mikromechanisch gefertigten Strukturen mit dünner Membran und eignet sich für vielfältige Anwendungen, etwa in der Mikrokräfte- oder Differenzdruckmessung. Ein besonderer Fokus lag auf einem robusten Chip-Design, das strukturelle Asymmetrien, Fertigungstoleranzen und temperaturempfindliche Effekte minimiert. Dafür wurden umfangreiche Simulationen durchgeführt, verschiedene Chipvarianten entworfen und zahlreiche Prozessparameter der Wafertechnologie optimiert und qualifiziert.
So konnten Offsetwerte im Zielbereich von ±1 mV/V erreicht und ihre Temperaturabhängigkeit im Bereich von -40 bis 150 °C reproduzierbar begrenzt werden. Für Chips mit größeren Abweichungen wurden zusätzlich integrierte Kompensationsstrukturen genutzt. Dabei lassen sich über einen Stud-Bumping-Prozess gezielt kleine Widerstände zu- oder abschalten, um den Brückenabgleich direkt auf dem Chip zu verbessern. Ergänzend wurden auch Mikrosicherungen und Mikroheizer als skalierbare Optionen für On-Chip-Kompensation und Selbsttest untersucht.
Als Demonstrator zeigte die Plattform im Einsatz als Differenzdrucksensor im Nieder- bis Mitteldruckbereich Empfindlichkeiten von über 2 mV/V/kPa.