DE3630368A1 - Schwingungswandler und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Schwingungswandler und verfahren zu seiner herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungswandler zum Erfassen einer Änderung in der Schwingungsfrequenz eines aus einem Silizium-Einkristall geformten Schwing(ungs)stabs oder -balkens (beam) aufgrund einer Änderung einer Kraft oder Umgebungsbedingung, während der Schwingbalken auf seiner Eigenfrequenz schwingt.
In der GB-Patentanmeldung Nr. 24 186 (1978) (entsprechend JP-OS 55 26 487) ist ein Wandler mit Schwingbalken aus einem Halbleiter beschrieben, der im folgenden anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert ist. Die Fig. 1 und 2 zeigen diesen Wandler in perspektivischer Darstellung bzw. in Aufsicht. Ein Silizium-Substrat 1 wird dabei lokal in bestimmten Bereichen (zwei als Ansätze oder Vorsprünge 12 zurückbleibenden Bereichen und als Schwingbalken 14 zurückbleibenden Bereichen) mit Bor in einer Dichte von 4 × 101 9 Atome/cm3 oder mehr dotiert und in einem als Rahmen 10 zurückbleibenden Abschnitt maskiert. Sodann wird das Silizium-Substrat anisotrop in einer wässrigen Lösung aus Brenzkatechin und Diaminsäure geätzt, um den Rahmen 10, die Vorsprünge 12, eine Trennwand 13 und die Schwingbalken 14 auszubilden. Die Schwingbalken 14 befinden sich dabei auf der Oberseite der Vorsprünge 12.
Fig. 3 veranschaulicht den Wandler in Teilschnittdarstellung. Die Schwingbalken 14 sind mit Abstand zum Boden 21 des Wandlers angeordnet, wobei auf diesem Boden eine Wandler-Treiberelektrode 22, eine Abnehmerelektrode 23 und eine Schutzelektrode 24 angeordnet sind. Wenn der Wandler als Druckmeßfühler eingesetzt wird, wird ein Ende von ihm bzw. sein Rahmen an einer zu messenden Druckquelle angebracht.
Da im Silizium-Substrat 1 durch Fremdatom-Dotierung mit Bor in einer Dichte von 4 × 1019 Atome/cm3 eine p⁺-Schicht mit einer Tiefe von 1 µm ausgebildet ist, ist der bisherige Schwingungswandler mit folgenden Nachteilen behaftet:
1. Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der Silizium- und Boratome entsteht eine Gleitlinie oder -ebene (slip line) durch einen Gitterfehler, wodurch sich die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Kristalls verschlechtern. Infolgedessen ist der Wandler mit einer großen Restspannung behaftet, während sein Temperaturkoeffizient variiert. Es ist somit schwierig, einen Wandler herzustellen, der hoch empfindlich ist und zuverlässig arbeitet.
2. Da für die Injektionsdichte der Fremdatome ein Grenzwert besteht, können
a) eine pn-Flächendiode oder ein -transistor zur Erfassung einer Verformung (distortion) im Wandler nicht ausgebildet werden.
b) ein MOSFET oder ein Puffer im Wandler nicht erzeugt werden, auch wenn ein piezoelektrischer Film zum Schwingen (lassen) der Schwingbalken durch elektrolytische Abscheidung aufgebracht wird, und
c) ein piezoelektrischer Widerstand zur Erfassung einer Verformung der Schwingbalken im Wandler nicht ausgebildet werden.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Schwingungswandlers, der äußerst empfindlich und zuverlässig und einfach aufgebaut ist und mit hoher Genauigkeit arbeitet.
Diese Aufgabe wird bei einem Schwingungswandler zum Schwingenlassen (vibrating) eines auf einem Silizium-Einkristall ausgebildeten Schwingbalkens auf seiner Eigenfrequenz und zum Erfassen oder Abgreifen einer von einer Änderung einer Kraft oder Umgebungsbedingung abhängigen Änderung der Schwingfrequenz des Schwingbalkens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine n-Typ-Schicht durch lokale Fremdatomdotierung des Silizium-Einkristalls erzeugt ist, der Schwingbalken aus der n-Typ-Schicht durch selektives Ätzen ausgebildet ist, der Schwingbalken mindestens einen Festlegungspunkt aufweist und eine Schwingungsmeßeinrichtung zur Erfassung der Eigenschwingungsfrequenz des Schwingbalkens vorgesehen ist. Der Schwingungswandler vermag Druck, Temperatur, Dichte usw. durch Erfassen oder Abgreifen (detecting) einer Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingbalkens zu messen. Der Schwingbalken wird in einer alkalischen wässrigen Lösung ausgebildet, während eine negative Gleichspannung oder eine pulsierende Spannung an eine p-Typ-Schicht und eine positive Gleichspannung oder eine pulsierende Spannung an eine n-Typ- Schicht angelegt werden.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines bisherigen Schwingungswandlers (vibratory transducer),
Fig. 2 eine Aufsicht auf den Wandler nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Teilschnittansicht des Wandlers nach Fig. 1,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines als Druckmeßfühler verwendeten Schwingungswandlers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung eines in Fig. 4 angedeuteten Abschnitts A des Schwingungswandlers,
Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 5,
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Schaltung zum Schwingenlassen (vibrating) eines Schwing(ungs)balkens und zum Erfassen oder Abgreifen der Schwingung des Schwingbalkens beim Schwingungswandler nach Fig. 4,
Fig. 8 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung eines Abschnitts (entsprechend dem Abschnitt A in Fig. 4) eines Schwingungswandlers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 9 ein schematisches Schaltbild einer an den Schwingungswandler nach Fig. 8 angeschlossenen elektrischen Schaltung,
Fig. 10 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einem Strom und einer Spannung für die Fall, daß sich ein Schwingbalken in einer Diode (E) gemäß Fig. 9 verformt,
Fig. 11 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht eines Abschnitts (entsprechend dem Abschnitt A gemäß Fig. 4) eines Schwingungswandlers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 12 eine Schnittansicht eines als Freiträger (canti- lever) verwendeten Schwingungswandlers gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 13 ein Schaltbild eines Schwingkreises für den Schwingungswandler nach Fig. 12,
Fig. 14 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 15 eine (schematische) Schnittdarstellung einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 16 eine Schnittdarstellung einer siebten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 17(a) und 17(b) schematische Darstellungen einer achten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 18 eine Aufsicht auf einen Abschnitt (entsprechend dem Abschnitt A in Fig. 4) eines Schwingungswandlers gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung sowie ein Schaltbild einer an den Schwingungswandler angeschlossenen elektrischen Schaltung,
Fig. 19(a) und 19(b) Schaltbilder für die Anordnung nach Fig. 18,
Fig. 20 eine perspektivische Darstellung eines Schwingungswandlers gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 21 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Ätzen eines Silizium-Substrats,
Fig. 22 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines anderen Verfahrens zum Ätzen eines Silizium- Substrats,
Fig. 23 eine graphische Darstellung der Wellenform einer anzulegenden pulsierenden Spannung und
Fig. 24 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines abgewandelten Verfahrens zum Ätzen eines Silizium- Substrats.
Die Fig. 1 bis 3 sind eingangs bereits erläutert worden.
Die Fig. 4 bis 7 veranschaulichen einen Schwingungswandler gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dabei enthält ein Silizium-Einkristall 30 (als Substrat) des p-Typs Fremdatom(e) in einer Dichte von 1015 oder 1017 Atome/cm3 oder weniger. Eine Membran 31 ist durch Ätzen des Silizium- Substrats 30 ausgebildet. Auf der Oberfläche der Membran 31 ist durch Fremdatomdotierung in einer Dichte von 1017 bis 1018 Atome/cm3 lokal eine n⁺-Diffusionsschicht 32 ausgebildet. Die p-Schicht der Membran 31 ist, mit Ausnahme eines Flächenteils der n⁺-Diffusionsschicht 32, unterätzt, so daß ein aus einer n⁺-Schicht bestehender Schwing(ungs)balken oder -stab 34 gebildet ist, der sich über einer Ausnehmung 35 befindet und sich auf zwei beabstandeten Punkten abstützt. Piezoelektrische Elemente 36, 36 a (aus z.B. ZnO) sind in der Nähe der Abstützpunkte des Schwingbalkens 34 jeweils in Form eines dünnen Films (oder einer dünnen Schicht) einer Dicke von etwa 1 µm angeordnet. Elektroden 37, 37 a dienen dazu, die piezoelektrischen Elemente 36, 36 a schwingen zu lassen, und sind über nicht dargestellte Zuleitungen in isolierter Beziehung zur p-Schicht der Membran 31 zum Schwingbalken 34 mit einer externen Schaltung verbunden. Eine durch chemisches Aufdampfen bzw. nach dem CVD-Prozeß auf der p- Schicht der Membran 31 in einer Dicke von etwa 4 µm ausgebildete SiO2-Schicht weist eine Öffnung oder Aussparung 33 über dem Schwingbalken 34 auf. Eine Silizium-Deckschicht 39 einer Dicke von z.B. etwa 5 µm besteht aus demselben Werkstoff wie die Membran 31. Die Deckschicht 39 und die SiO2- Schicht 38 auf der Membran 31 werden durch anodisches Verbinden im Vakuum zum Evakuieren eines Bereichs, in welchem der Schwingbalken ausgebildet ist, miteinander verbunden.
Der Schwingbalken 34 kann beispielsweise folgende Abmessungen besitzen:
Dicke h = 2 µm
Länge l = 200 µm
Breite d = 5 µm
Die Beständigkeit gegenüber einem auf den Bereich, in welchem der Schwingbalken 34 ausgebildet ist, einwirkenden statischen Druck kann durch ausreichende Vergrößerung des Verhältnisses l 4/l 3 der Breite 2l 3 der Ausnehmung (hole) gemäß Fig. 6 und der Dicke l 4 der Silizium-Deckschicht 39 erzielt werden. Wenn beispielsweise l 3 = 5 µm, l 4 = 5 µm und die maximale Spannung des Siliziums 10 kg/mm2 beträgt, bestimmt sich die Druckbeständigkeit oder Festigkeit Po zu:
Po = (l 4/l 3)2 · σmax = 1000 kg/cm2.
Eine etwaige Verformung (distortion) des Schwingbalkens 34 aufgrund von axial auf ihn einwirkenden phasengleichen Drücken kann durch ausreichende Verkleinerung von l 3/R (mit R = Länge der einen Seite der Membran; vgl. Fig. 4) vernachlässigt bzw. unwirksam gemacht werden. Der Schwingbalken 34 kann nach einem photolithographischen Verfahren fein geätzt werden.
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung zum Schwingenlassen des Schwingbalkens 34 und zum Abgreifen seiner Schwingung. Der Schwingbalken 34 wird durch das an seinem einen Ende ausgebildete piezoelektrische Element 36 a in Schwingung versetzt, und seine Schwingungsverformung (-auslenkung) wird durch das daraufhin ein Signal liefernde piezoelektrische Element 36 erfaßt oder abgegriffen. Das Signal vom piezoelektrischen Element 36 wird durch einen Verstärker 41 verstärkt und durch eine positive Rückkopplungs- oder Mitkopplungsschleife über ein Filter 42 zum piezoelektrischen Element 36 a rückgekoppelt, um die Schaltung in die Lage zu versetzen mit Selbsterregung auf der Eigenfrequenz des Schwingbalkens 34 zu schwingen. Das (die) Ausgangssignal(e) des Verstärkers 41 wird (werden) durch einen Zähler 43 gezählt, und das von letzterem gelieferte Frequenzsignal wird durch einen Signalprozessor 44 verarbeitet.
Bei Festlegung des Schwingungswandlers mittels einer nicht dargestellten Fixiereinrichtung und Anlegung eines Drucks an die Membran 31 in Richtung des Pfeils P in Fig. 4 wird die Membran unter Auslenkung (to distort) des Schwingbalkens 34 zwecks Änderung seiner Eigenfrequenz deformiert. Das dabei erzeugte Frequenzsignal wird zur Erfassung oder Messung der Größe des einwirkenden Drucks verarbeitet.
Die Verformungs- oder Auslenkempfindlichkeit (distortion sensitivity) S des Schwingungswandlers läßt sich ausdrücken zu:
Dabei bedeutet ε = Verformung.
Unter der Voraussetzung, daß der Schwingbalken 34 die Maße h = 2 µm und l = 200 µm besitzt, gilt:
S = 0,118 · 104 · ε
Wenn ε = 100 ppm, so gilt:
Δ f/fo = 0,12 (12%)
Bei der beschriebenen Ausführungsform ist im Bereich der Membran 31 nur ein einziger Schwingbalken ausgebildet. Wenn ein weiterer Schwingbalken zentral in der Membran ausgebildet ist, sind die Schwingbalken jeweils Druck- bzw. Zugkräften unterworfen, so daß damit eine Differentialanordnung realisiert werden kann. Die Ausgangsfrequenzen der beiden Schwingbalken werden (so) berechnet, daß eine von einer Temperaturänderung herrührende thermische Verformung aufgehoben wird.
Da bei der beschriebenen Ausführungsform der Schwingbalken im Vakuum in der Druckmeß-Membran ausgebildet worden ist, wird ein Schwingungswandler eines einfachen Aufbaus erhalten, der ein Frequenzsignal zu liefern vermag, einen hohen Q-Faktor aufweist und stabil bzw. zuverlässig arbeitet.
Fig. 8 veranschaulicht einen Teil entsprechend dem Abschnitt (oder Ausschnitt) A Fig. 4 eines Schwingungswandlers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Eine Membran 31 weist eine in einem Substrat 30, das demjenigen bei der ersten Ausführungsform entspricht, ausgebildete Fremdatomdiffusions-Schicht 32 auf, deren Fremdatomdichte dieselbe ist wie bei der ersten Ausführungsform. Die Diffusionsschicht 32 ist zur Ausbildung einer ersten Aussparung 53 lokal auf eine bestimmte Tiefe geätzt worden. Bei der Fertigung wird hierauf die n⁺-Diffusionsschicht der ersten Aussparung 53 zur Ausbildung von Schlitzen geätzt, worauf die P-Schicht der Membran 31 zur Ausbildung einer zweiten Aussparung 55 unterätzt wird, um auf diese Weise einen an seinen Enden gehalterten und aus einer n⁺-Schicht bestehenden Schwingbalken 54 auszubilden. Der Schwingbalken 54 besitzt beispielsweise die folgenden Abmessungen:
Dicke h = 2 µm
Länge l = 200 µm
Breite d = 5 µm
Eine p⁺-Schicht 56 ist durch Diffusion in einem Teil des Schwingbalkens 54, in welchem die Schwingungsverformung oder -auslenkung stattfindet, ausgebildet. Eine nicht dargestellte Zuleitung geht von der p⁺-Schicht 56 zu einer externen Schaltung in isolierter Beziehung zur p-Schicht der Membran 31 ab. Eine Silizium-Deckschicht 39 besteht aus demselben Werkstoff wie die Membran 31. Die Silizium-Deckschicht 39 und die Membran 31 werden durch anodisches Verbinden im Vakuum, um erste und zweite Aussparung 53 bzw. 55 zu evakuieren, miteinander verbunden. Eine SiO2-Schicht dient beispielsweise als Verbindungs- und Isolierelement.
Fig. 9 veranschaulicht den Wandler mit weggelassener oberseitiger Silizium-Deckschicht 39 im Schnitt und zeigt auch eine an den Wandler angeschlossene elektrische Schaltung.
Wenn eine gegenüber der Membran 31 positive Vorspannung an die n⁺-Diffusionsschicht 32 auf der Membran 31 angelegt wird, werden oder sind die p-Typ-Membran 31 und der Schwingbalken 54 gegeneinander isoliert. Durch Hinzufügung oder Überlagerung einer Wechselspannung zur Vorspannung kann auf den Schwingbalken 54 eine wechselnde elektrostatische Kraft ausgeübt werden. Gleichzeitig wird eine konstante Vorspannung an die p⁺-Diffusionsschicht 56 am einen Ende des Schwingbalkens 54 angelegt, während letzterer an einem gemeinsamen (common) Potential liegt, woraufhin ein Diodenstrom von der p⁺-Diffusionsschicht 56 zum Schwingbalken 54 fließt. Dieser Diodenstrom variiert ständig in Abhängigkeit von der auf die Diode einwirkenden Verformung. Durch Leitung des Diodenstroms über eine Rückkoppelungsschleife zu einem externen Verstärker 59 kann der Schwingbalken 54 in Schwingung auf seiner Eigenfrequenz gehalten werden.
Fig. 10 zeigt einen Strom, der durch einen in Fig. 9 durch die strichpunktierte Linie umschlossenen, eine Diode E bildenden Abschnitt fließt, wobei in Fig. 10 der Strom auf der lotrechten Achse aufgetragen ist, während eine Spannung auf der waagerechten Achse aufgetragen ist. Unter dem Einfluß der Verformung ε verschiebt sich die durch die ausgezogene Linie dargestellte V/I-Kennlinie (I) auf die durch die gestrichelte Linie angegebene V/I-Kennlinie (II), wobei der Strom bei der Spannung Vb von I 1 auf I 2 variiert. Fig. 10 zeigt, daß der Strom aufgrund der Verformung ε variiert, auch wenn eine Gegenvorspannung oder ein Sperrstrom anliegt.
Die Eigenfrequenz des Schwingbalkens 54 variiert mit der auf die Membran 31 einwirkenden Kraft, und seine Verformungsempfindlichkeit S läßt sich durch die für die erste Ausführungsform angegebene Gleichung (1) ausdrücken.
Eine verformungsabhängige Änderung der Schwingfrequenz des Schwingbalkens 54 kann durch eine an sich bekannte, nicht dargestellte Schwingungsmeßeinrichtung erfaßt werden.
Da beim Schwingungswandler gemäß der zweiten Ausführungsform der Schwingbalken im Vakuum in der Druckmeßmembran ausgebildet wird, können ideale Elastizitätseigenschaften erzielt und ein monolithischer Meßfühler eines hohen Q-Faktors und hoher Stabilität bzw. Zuverlässigkeit erzeugt werden.
Fig. 11 veranschaulicht in einer Ansicht entsprechend dem Abschnitt A gemäß Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der Erfindung nebst einer elektrischen Schaltung zum Schwingenlassen eines Schwingbalkens. Eine Membran 31 weist lokal in einem Substrat 30, das demjenigen bei der ersten Ausführungsform entspricht, durch Eindiffundieren von Fremdatomen mit einer Dichte im Bereich von 1017 bis 1018 Atome/cm3 ausgebildete n⁺-Schichten 62 a, 62 b, 62 c auf. Ein kleiner, an seinen beiden Enden festgelegter Schwingbalken 63 ist durch Unterätzen der Membran 31 unterhalb der n⁺-Schicht 62 b, mit Ausnahme ihrer beiden Enden, ausgebildet. Eine SiO2-Schicht 67 ist so ausgebildet, daß sie im wesentlichen den Mittelbereich des Schwingbalkens 63 frei bzw. unbedeckt läßt. Die SiO2-Schicht 67 bedeckt zwischen den n⁺-Schichten nach außen hin freiliegende p-Schichten 65 a, 65 b und erreicht die n⁺-Schichten 62 a, 62 c, wobei sie letztere mit Ausnahme kleiner Abschnitte 69 a, 69 b derselben ebenfalls bedeckt. Auf der SiO2-Schicht 67 ausgebildete Metallelektroden 64 a, 64 b aus z.B. Au sind an die in der SiO2-Schicht 67 freiliegenden n⁺-Schichten 69 a, 69 b angeschlossen. Eine Glasschicht 66 ist unter Freilassung eines Bereiches über dem Schwingbalken 63 ausgebildet und bildet eine über dem Schwingbalken 63 offene Ausnehmung 71. Eine aus demselben Werkstoff wie die Membran 31 bestehende Silizium-Deckschicht 39 ist durch anodisches Verbinden mit der Glasschicht 66 verbunden.
Die Metallelektroden 64 a, 64 b über dem Schwingbalken 63 und die den Metallelektroden 64 a, 64 b über die Ausnehmung 71 zugewandte Silizium-Deckschicht 39 bilden einen Kondensator.
Ein durch die doppelt strichpunktierten Linien umrahmter Schwingkreis M ist als externe Schaltung oder auf dem Siliziumsubstrat ausgebildet. Der Schwingkreis legt über Widerstände 72 a, 72 b eine Gleichstrom-Vorspannung VB zwischen die Silizium- Deckschicht 39 und die Metallelektroden 64 a, 64 b an, wobei letztere über Kondensatoren 73 a, 73 b, ein Filter 69 und einen Verstärker 74 wechselstrommäßig gekoppelt (AC coupled) sind.
Der beschriebene Schwingungswandler bildet bei zweckmäßiger Wahl der Verstärkungsphasen des Verstärkers 74 und des Filters 69 einen positiven Rückkopplungs- oder Mitkopplungskreis, so daß der Schwingbalken 63 auf seiner Eigenfrequenz zu schwingen vermag.
Fig. 12 veranschaulicht eine vierte Ausführungsform, bei welcher ein Schwingungswandler 90 als Freiträger (auskragender Bauteil) benutzt wird. In einem Silizium-Substrat 91, das dem bei der ersten Ausführungsform entspricht, ist eine Diffusionsschicht 95 ausgebildet, wobei ein freitragender oder auskragender Schwingbalken 92 durch Unterätzen, mit Ausnahme des einen Endes der Diffusionsschicht 95, ausgebildet ist. Am Ende der Diffusionsschicht 95 ist eine p-Typ-Diffusionsschicht 93 ausgebildet.
Das p-Typ-Siliziumsubstrat 91, der auskragende n-Typ-Schwingbalken 92 und die p-Typ-Diffusionsschicht 93 bilden gemeinsam einen pnp-Transistor. Durch Einschaltung eines emittergeerdeten Verstärkers 94 zwischen das Silizium-Substrat 91 und den auskragenden Schwingbalken 92 bildet der pnp-Transistor einen selbsterregten Schwingkreis.
Fig. 13 veranschaulicht einen Schwingkreis für den Schwingungswandler gemäß Fig. 12. Der Schwingkreis enthält eine Bezugs- oder Referenzdiode 96 zur Lieferung eines konstanten Stroms, wobei eine elektrostatische Kapazität Cp zwischen dem auskragenden Schwingbalken 92 und dem Silizium-Substrat 91 gemäß Fig. 12 hergestellt ist. Der Schwingkreis wird durch Anlegung einer Spannung Vcc an das als Kollektor dienende Silizium- Substrat 91 über einen LC-Kreis 97 in selbsterregter Schwingung gehalten.
Da der Schwingkreis aus der Diode und dem Transistor auf dem Silizium-Substrat 91 gebildet ist, besitzt der Schwingungswandler kleine Abmessungen und eine stabile Betriebsleistung.
Fig. 14 veranschaulicht eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein pyroelektrisches Element an einem auf dieselbe Weise wie die bei der ersten Ausführungsform ausgebildeten Schwingbalken befestigt ist. Bei Belichtung ist das pyroelektrische Element einer Elektrostriktion unterworfen, so daß der Schwingbalken verformt wird und mit selbsterregter Schwingung schwingen kann. In Fig. 14 sind mit 200 ein Schwingbalken, mit 201 ein pyroelektrisches Element aus z.B. PZT oder ZnO, mit 202 eine optische Faser bzw. Lichtleitfaser, mit 203 eine Leuchtdiode und mit 204 ein halbdurchlässiger Spiegel bezeichnet. Das von der Leuchtdiode 203 emittierte Licht fällt durch den halbdurchlässigen Spiegel 204 und die Lichtleitfaser 202 auf das pyroelektrische Element 201, das daraufhin Pyroelektrizität (pyroelectricity) erzeugt. Wenn das pyroelektrische Element 201 der Elektrostriktion unterworfen ist, wird der Schwingbalken 200 verformt und dadurch ausgelenkt, wodurch sich die auf das pyroelektrische Element 201 fallende Lichtmenge ändert und der Schwingbalken 200 daher mit selbsterregter Schwingung schwingen kann. Die Schwingfrequenz des Schwingbalkens 200 variiert mit der auf die in nicht dargestellte Membran einwirkenden Kraft. Eine solche Frequenzänderung wird über die Lichtleitfaser 202, den halbdurchlässigen Spiegel 204, einen Spiegel 205, einen Verstärker 206, ein Filter 207 und einen Verstärker 209 zur Leuchtdiode 203 rückgekoppelt. Durch Abnehmen der Schwingfrequenz von einer Stelle zwischen dem Verstärker 209 und der Leuchtdiode 203 kann die auf die Membran einwirkende oder ausgeübte Kraft gemessen werden.
Fig. 15 veranschaulicht eine sechste Ausführungsform der Erfindung. Dabei sind magnetische Elemente 302 aus z.B. Ni jeweils an den beiden Enden eines Schwingbalkens 301 angebracht, der auf einem p-Typ-Silizium-Substrat 300 auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet ist. In der Nähe der magnetischen Elemente 302 sind Elektromagnete 303 angeordnet. Der Schwingbalken 301 schwingt auf seiner Eigenfrequenz wenn ein Wechselstrom von einer Stromquelle 304 durch die Elektromagnete 303 geleitet wird.
Fig. 16 zeigt eine siebte Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform ist so ausgelegt, daß eine Änderung eines Nullpunktes aufgrund einer Änderung der Schwingfrequenz verhindert wird, die von einer Änderung oder Abweichung der (Dotierungs-)Dichte um einen Schwingbalken 401 herum, der auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform auf einem Silizium-Substrat 400 ausgebildet ist, herrühren würde. Ein aus einem Werkstoff, wie Au, einer großen Dichte bestehendes Element ist an einem Schwingungsspitzen-Abschnitt des Schwingbalkens 401 angebracht, um die Empfindlichkeit für Dichteschwankungen herabzusetzen.
Die Fig. 17(a) und 17(b) veranschaulichen eine achte Ausführungsform der Erfindung. Fig. 17(a) zeigt in vergrößerter Aufsicht eine Membran, auf der ein Schwingbalken 51 auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet ist. Fig. 17(b) ist ein Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 17(a). Bei dieser Anordnung wird ein Gleichspannungs- Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zur Schwingungsrichtung des Schwingbalkens 501 angelegt, und der Schwingbalken 501 wird durch Hindurchleiten eines Wechselstroms durch ihn in Schwingung versetzt.
Die Anordnung umfaßt ein p-Typ-Silizium-Substrat 31, auf welchem die Membran ausgebildet ist, einen durch Unterätzen geformten n-Typ-Schwingbalken 501, einen über dem Schwingbalken 501 angeordneten und sich praktisch zentral über letzteren erstreckenden Magneten 502 sowie einen als Isolierfilm oder -schicht SiO2-Film 503. Metallelektroden 504, 504 a aus z.B. Au sind mit den Enden über in der SiO2- Schicht vorgesehene Kontaktlöcher 505, 505 a mit einer vom Schwingbalken 501 abgehenden n⁺-Schicht und an den anderen Enden über Zuleitungen mit einer Stromversorgung 506 verbunden. Ein aus z.B. ZnO bestehendes piezoelektrisches Element 507 ist im Bereich des gehalterten Endes des Schwingbalkens 501 angeordnet und mit einer Metallelektrode 508 bedeckt. Weiter vorgesehen sind ein Verstärker 509 und ein Filter 510. Auf nicht dargestellte Weise wird eine Sperrspannung zwischen den Schwingbalken 501 und das Silizium-Substrat 31 angelegt, um diese Teile gegeneinander zu isolieren.
Wenn ein Wechselstrom i von der Stromversorgung 506 über die Metallelektroden 504, 504 a durch den Schwingbalken 501 geleitet wird, verformt sich letzterer unter einer Kraft, die in einer Richtung senkrecht zu den Richtungen des Magnetfeldes und des Stroms einwirkt. Bei der Verformung oder Deformation des Schwingbalkens 501 ändert sich die Größe der Ladungen des piezoelektrischen Elementes 507 als Funktion der Verformungsgröße des Schwingbalkens 501, wobei diese Ladungsgröße oder -menge durch die an das piezoelektrische Element 507 angeschlossene Metallelektrode 508 abgegriffen wird. Das Meßsignal wird durch den Verstärker 509 verstärkt und auf einer Mitkopplungsschleife über das Filter 510 zur Stromversorgung 506 rückgekoppelt. Das System schwingt daher mit selbsterregter Schwingung auf seiner Eigenfrequenz.
Eine neunte Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 18 und 19 dargestellt. Fig. 18 veranschaulicht dabei in vergrößerter Aufsicht eine Anordnung, bei welcher ein Schwingbalken auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet ist, sowie eine an den Schwingbalken angeschlossene elektrische Schaltung. Die Fig. 19(a) und 19(b) sind elektrische Schaltbilder der Anordnung nach Fig. 18. Fig. 19 (b) zeigt eine Stromversorgung zum Anlegen einer Gegenvorspannung zwischen eine p-Schicht und eine n⁺-Schicht.
Fig. 18 zeigt im einzelnen ein Silizium-Substrat 31, einen Schwingbalken 501, einen über dem Schwingbalken 501 angeordneten und sich praktisch mittig über diesen erstreckenden Magneten 502 sowie Metallelektroden 504, 504 a aus z.B. Al. Die Metallelektrode 504 a ist am einen Ende mit dem einen Ende des Schwingbalkens 501 über ein Kontaktloch 505 a in einer vom Schwingbalken 501 abgehenden SiO2-Schicht und am anderen Ende über eine Zuleitung mit einem Anschluß eines Vergleichswiderstandes Ro, der im wesentlichen denselben Widerstandswert wie der Schwingbalken 501 besitzt, und einem Anschluß eines Verstärkers 537 verbunden. Der Verstärker 537 weist eine Ausgangsklemme zum Abgeben eines Ausgangssignals auf; diese Ausgangsklemme ist mit der einen Seite einer Primärwicklung L 1 verbunden, deren andere Seite an eine gemeinsame oder Sammelleitung angeschlossen ist.
Der andere Anschluß des Vergleichswiderstandes Ro ist an die eine Seite einer Sekundärwicklung L 2 angeschlossen, deren Mittelanzapfung mit der Sammelleitung (d.h. Masse) verbunden ist. Die andere Seite der Sekundärwicklung L 2 liegt an einer am anderen Ende des Schwingbalkens 501 ausgebildeten Metallelektrode 504 a.
Zwischen die p-Schicht (Substrat 31) und die n⁺-Schicht (Schwingbalken 501) wird zum gegenseitigen Isolieren derselben eine Gegenvorspannung oder Sperrspannung angelegt, während durch den Schwingbalken 501 ein Wechselstrom i geleitet wird. Die Impedanz des Schwingbalkens 501 erhöht sich durch elektromagnetische Induktion bei seiner Resonanzfrequenz, so daß ein unsymmetrisches Signal an der n⁺-Schicht durch eine Brücke aus dem Vergleichswiderstand Ro und der Sekundärwicklung L 2 mit an die Sammelleitung angeschlossener Mittelanzapfung erzeugt wird. Das unsymmetrische Signal wird sodann durch den Verstärker 537 verstärkt und über eine Mitkopplungsschleife zur Primärwicklung L 1 geleitet, um damit das System mit selbsterregter Schwingung auf der Eigenfrequenz des Schwingbalkens schwingen zu lassen.
Die Impedanz R des Schwingbalkens 501 erhöht sich mit dessen Eigenfrequenz und läßt sich wie folgt ausdrücken:
In obiger Formel bedeuten:
E = Elastizitätsmodul
g = Erdbeschleunigung
γ = Schwingungsdichte
A = eine durch den Schwingungsmodus bestimmte Konstante
B = magnetische Induktion (Magnetflußdichte)
l = Länge des Schwingbalkens
b = Breite des Schwingbalkens
h = Dicke des Schwingbalkens
Q = Resonanzschärfe
Ro = Gleichspannungs-Widerstandswert
Da die Größe Q des Schwingbalkens in obiger Gleichung einen Wert von einem Mehrfachen von 100 bis zu einem Mehrfachen von 10000 besitzt, kann unter Resonanzbedingung ein Signal großer Amplitude als Ausgangssignal des Verstärkers geliefert werden. Wenn der Verstärkungsfaktor (gain) des Verstärkers für positive Rückkopplung oder Mitkopplung ausreichend groß gewählt ist, schwingt das System mit Selbsterregung auf der Eigenfrequenz. Bei der beschriebenen Ausführungsform verwendet der Schwingungswandler Spulen bzw. Wicklungen als Schwingungseinrichtungen, so daß er gegenüber einem kapazitiven Schwingungswandler die folgenden Vorteile besitzt:
(1) Der Schwingbalken besitzt eine niedrige Impedanz und kann leicht in Schwingung versetzt werden;
(2) der Schwingbalken kann leicht in Schwingung versetzt werden, auch wenn er kleine Abmessungen besitzt;
(3) es tritt keine elektrische Entladung auf, weil die Betriebsspannung niedrig ist; und
(4) der Schwingbalken schwingt stabil, weil keine übermäßige Zugspannung auf ihn einwirkt.
Fig. 20 veranschaulicht einen Schwingbalken bzw. Schwingungswandler gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung. Die Anordnung nach Fig. 20 verwendet, wie bei der ersten Ausführungsform, ein Silizium-Substrat. Eine elektrische Schaltung zum Schwingenlassen des Schwingbalkens besitzt die in Fig. 19(a) und 19(b) gezeigte Anordnung. Die Oberfläche des Silizium- Substrats 550 ist die mit (100) bezeichnete Kristallfläche. Eine Seite des Silizium-Substrats 550 ist zur Ausbildung einer rechteckigen Membran 551 mit einer Seite in der ⟨110⟩- Richtung geätzt. Eine andere (nicht geätzte) und die Membran 551 enthaltende Seite weist n⁺-Diffusionsschichten 552 a bis 552 c auf, die durch Dotierung mit Fremdatomen in einer Dichte im Bereich von 1017 bis 1018 Atome/cm3 ausgebildet sind. Auf der n⁺-Diffusionsschicht auf der Membran ist ein Schwingbalken 553 mit einer sich in ⟨100⟩-Richtung erstreckenden Längsachse ausgebildet. Der Schwingbalken 553 ist nach einem photolithographischen Verfahren und durch selektives Ätzen an den n⁺- und p-Schichten auf der Membran 551 erzeugt worden. Die Querschnittsform längs der Linie A-A entspricht derjenigen nach Fig. 17(b). Der Schwingbalken 553 ist an einer Stelle angeordnet, die von einer anschließenden oder benachbarten Seite der Membran 551 um etwa das 0,12-fache der Länge einer Seite der Membran beabstandet ist. Ein aus einer n⁺- Diffusionsschicht bestehender Vergleichswiderstand 554 ist auf der Membran 551 in Kontakt mit dem einen Ende des Schwingbalkens 553 in symmetrischer Anordnung angeordnet und besitzt denselben Widerstandswert wie der Schwingbalken 553. Aus z.B. Al bestehende Metallelektroden 557 a bis 557 c sind mit den n⁺-Diffusionsschichten 552 a bis 552 c, die vom Schwingbalken 553 abgehen, über in einer SiO2-Schicht 503 (vergl. Fig. 21 (b)) vorgesehende Kontaktlöcher 558 a bis 558 c verbunden. Eine Basis 560 weist eine Druckeinführöffnung 561 und eine Druckeinführrille 562 auf, wobei die Rille 562 die Druckeinführöffnung 561 und eine luftdicht geschlossene Ausnehmung zur Erzeugung der Membran 551 verbindet.
Erfindungsgemäß wurde nach der Methode der endlichen Elemente berechnet und durch Versuche bestätigt, daß dann, wenn ein Druck P an eine quadratische Membran mit einer Seite (Seitenlänge) R angelegt wird, die Oberfläche der Membran einer maximalen Oberflächenauslenkung an einer um 0,12R vom einen Ende einer anschließenden Seite entfernten Stelle unterworfen ist. Nachdem bei dieser Ausführungsform der Schwingbalken 553 an dieser Stelle ausgebildet ist, kann ein maximaler Verformungs- oder Auslenkungsgrad des Schwingbalkens erzielt werden.
Die auf den Schwingbalken einwirkende Verformung (distortion) läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:
ε ≈ 0,1 (1/E) · (a/h)2 · P
In obiger Gleichung bedeuten:
E = Elastizitätsmodul
a = Länge einer Seite der quadratischen Membran
h = Dicke der Membran
P = Druck
Die Eigenfrequenz (Modus kleinster Ordnung) des Schwingbalkens läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:
f = fo (1 + αε)
α = 0,118 (l/t)2
Darin bedeuten:
l = Länge des Schwingbalkens
t = Dicke des Schwingbalkens
fo: = Eigenfrequenz im Fall von P = 0
Der auf diese Weise ausgebildete Schwingbalken kann mit Selbsterregung auf der Eigenfrequenz schwingen, indem er durch die elektrische Schaltung gemäß Fig. 19(a) und 19(b) in Schwingung versetzt wird.
Die Schwingfrequenz jedes Wandlers gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen variiert in Abhängigkeit vom Temperaturkoeffizienten und vom Elastizitätsmodul von Silizium. Diese Wandler können somit in einem Vakuumbehälter untergebracht und als Thermometer benutzt werden.
In einem solchen Anwendungsfall läßt sich die Schwingfrequenz des Schwingungswandlers durch folgende Gleichung ausdrücken:
f 2 = fo 2 (1 + γΔ T)
Darin bedeuten:
fo = Eigenfrequenz bei Bezugstemperatur
γ = Temperaturkoeffizient = 106,8 ppm/K (in⟨100⟩-Richtung)
Δ T = Temperaturdifferenz bei der Bezugstemperatur
Der Schwingungswandler kann auch als Dichtemesser verwendet werden.
In einem solchen Anwendungsfall läßt sich die Schwingfrequenz des Schwingungswandlers durch folgende Gleichung ausdrücken:
f 2 = fo 2 (1 +βρ)-1
Darin bedeuten:
fo = Eigenfrequenz im Vakuum
β = Strömungsmitteldichte-Empfindlichkeit
ρ = Strömungsmitteldichte
Im folgenden ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ätzen eines Silizium-Substrats beschrieben.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum selektiven Ätzen eines Halbleiter-Siliziumplättchens und ein Silizium- Ätzverfahren zum Ätzen eines oder jedes von durch einen pn- Übergang verbundenen Siliziumplättchen.
In IEEE, Electron Device Letters, Vol. ed1-2,NO. 2, Februar 1981, Seiten 44-45, ist das folgende Verfahren als Verfahren zum feinen Ätzen eines Silizium-Einkristalls beschrieben:
Eine Elektrode aus Platin (Pt) wird in eine alkalische wässrige Lösung von Ethylendiamin-Brenzkatechin (EDP) oder Kaliumhydroxid (KOH) eingebracht und kann (darin) selektiv geätzt werden, indem eine Spannung in der Größenordnung von +0,5 bis 0,6V an das p-Typ- oder n-Typ-Silizium angelegt wird.
Ein Versuch zum Ätzen eines Halbleiters nach dem obigen Verfahren erbrachte keine zufriedenstellenden Ergebnisse.
Dieses bisherige Verfahren ist mit den folgenden Mängeln behaftet:
(1) Der Ätzvorgang ist instabil, weil er nicht bei der Spannung von 0,5 bis 0,6V, abhängig von der Fremdatomdichte im Silizium, beendet ist;
(2) wenn der spezifische Widerstand der n-Schicht hoch ist, ist der Stromfluß an einer von dem an die Zuleitung angeschlossenen Punkt entfernten Stelle mangelhaft, und er wird nicht in einen passiven Zustand gebracht, so daß die Schicht lokal geätzt wird.
Fig. 21 veranschaulicht ein Silizium-Ätzverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 21 zeigt einen eine alkalische Lösung (z.B. von Kaliumhydroxid) 602 enthaltenden Behälter 601, eine Kombination 603 aus einem p-Typ-Siliziumsubstrat und einem darauf epitaxial gezüchteten n-Typ-Silizium sowie eine Gleichstromversorgung 605, von welcher eine positive Spannung an die n-Schicht und eine negative Spannung an die p-Schicht über eine Leitung 606 angelegt werden.
Bei dieser Anordnung wird eine Gegenvorspannung oder Sperrspannung zwischen die n- und p-Siliziumschichten angelegt. Aufgrund der von der Stromversorgung 605 an die n-Schicht angelegten Spannung fließt ein Strom durch die alkalische Lösung 602 zur p-Schicht. Infolgedessen bildet sich auf der Oberfläche der n-Schicht ein unlöslicher Film, der diese Schicht in einen passiven Zustand überführt. Nach Beendigung der Passivierung dieser Schicht wird der Strom stark verringert. Infolgedessen verringert sich die Geschwindigkeit des Ätzens der n-Schicht mittels der alkalischen Lösung. Da die Ätzgeschwindigkeiten an der n-Schicht und der p-Schicht stark unterschiedlich sind (z.B. 1 : 300 betragen), kann infolgedessen das Silizium-Substrat selektiv geätzt werden.
Wenn beim beschriebenen Ätzverfahren die n-Schicht des pn- Übergang-Siliziumsubstrats als Anode und seine p-Schicht als Kathode benutzt werden, fließt ein Anodenstrom nur von der n-Schicht, jedoch niemals von der p-Schicht in die alkalische Lösung. Da der passive oder passivierte Zustand nur durch den Anodenstrom hervorgerufen wird, kann die als Anode dienende n-Schicht stabil bzw. sicher passiviert werden.
Wenn eine p-Schicht einer kleinen Oberfläche auf der Fläche der n-Schicht (nach außen hin) freiliegt und nur diese p- Schicht geätzt werden soll, kann die p-Schicht nicht geätzt werden, wenn die Oberfläche der zu ätzenden p-Schicht klein ist (z.B. 0,1 mm2) beträgt. Es wird angenommen, daß dieser Mangel davon herrührt, daß bei Anlegung einer positiven Gleichspannung an die n-Schicht eine den Strom von Ionen verhindernde Barriere oder Sperrschicht entsteht.
Fig. 22 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Silizium-Ätzverfahrens. Dabei wird ein Silizium-Substrat mit einem pn-Übergang in eine alkalische Lösung eingetaucht, wobei eine pulsierende Spannung wiederholt zwischen die p- und n-Schichten des Silizium-Substrats oder letzteres und die alkalische Lösung angelegt wird.
Die Anordnung nach Fig. 22 umfaßt einen eine alkalische Lösung (z.B. Kaliumhydroxid (KOH 4N 80°C)) 702 enthaltenden Behälter 701, ein Silizium-Substrat 703 in Form einer p-Schicht, die, mit Ausnahme kleiner Flächen 714 a, 714 b, mit einer n-Schicht bedeckt ist, eine Impulsstromquelle 704, eine Leitung 705, eine am einen Ende einer n-Schicht 712 ausgebildete Elektrode 706 a und eine am einen Ende einer p-Schicht 713 ausgebildete Elektrode 706 b. Das Silizium-Substrat wird mit Ausnahme der Elektroden 706 a, 706 b in die alkalische Lösung eingetaucht. Von der Stromquelle 704 her wird eine pulsierende Spannung einer Rechteckwellenform gemäß Fig. 23 zwischen die Elektroden 706 a, 706 b angelegt, wobei die Spannung einen Spitzenwert von 5 V und eine Wiederholungsperiode von 0,04 Hz aufweist. Die n-Schicht 712 bedeckt praktisch die gesamte Oberfläche der p-Schicht 713, während die p-Schicht 714 a, 714 b in einem kleinen Bereich einer Breite von 10 µm und einer Länge von 100 µm freiliegen bzw. unbedeckt sind.
Die Spannung von 5 V wird von der Impulsstromquelle 704 her mit der Periode von 0,04 Hz an die n-Schicht 712 angelegt. Solange die Spannung von 5 V aufgeprägt wird, bildet sich auf der Fläche der n-Schicht ein unlöslicher Film. Wenn die Spannung nicht (mehr) anliegt, beginnt das Anätzen des erzeugten unlöslichen Films durch die alkalische Lösung. Bevor jedoch die n-Schicht freigelegt wird, wird zur Erhaltung des unlöslichen Films die Spannung wieder angelegt. Wenn die an die n-Schicht angelegte Spannung 5 V beträgt, ist auf den kleinen unbedeckten Bereichen der p-Schicht eine ein Fließen von Ionen verhindernde Barriere oder Sperrschicht vorhanden. Wenn dagegen die an der n-Schicht anliegende Spannung Null beträgt, ist keine Barriere oder Sperrschicht vorhanden und können Ionen ungehindert fließen, so daß die p-Schicht auch in den kleinen Bereichen geätzt wird. Unter den angegebenen Bedingungen beträgt die Ätzgeschwindigkeit der kleinen Bereiche 714 a, 714 b der p-Schicht etwa 1,2 µm/min.
Während beim beschriebenen Ausführungsbeispiel bestimmte Zahlenwerte für die Bereiche oder Flächen der p-Schicht, die Art und Temperatur der alkalischen Lösung sowie die pulsierende Spannung angegeben sind, variiert die Ätzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Dichte und Temperatur der alkalischen Lösung. Die Erfindung ist daher nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
Fig. 24 veranschaulicht eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 22. Dabei sind den Teilen der Fig. 22 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht mehr im einzelnen beschrieben. Bei dieser Abwandlung ist die vom Minuspol der Impulsstromquelle 704 abgehende Leitung nicht an die p-Schicht, sondern an eine in die alkalische Lösung eingetauchte Platinelektrode 720 angeschlossen.
Nach dem Verfahren gemäß Fig. 22 und 24 können kleine Bereiche oder Flächen des Silizium-Substrats ohne weiteres geätzt werden; die dargestellten Anordnungen können auch als Prüfvorrichtung zur Feststellung der Leitfähigkeitstypen benutzt werden, wenn der Leitfähigkeitstyp einer auf einem Siliziumsubstrat ausgebildeten Schicht unbekannt ist.
Da erfindungsgemäß ein Schwingbalken aus einer n-Typ-Schicht auf einem Silizium-Einkristall ausgebildet wird, kann er unabhängig von seiner Fremdatomdotierungsdichte geätzt werden. Bei einem Schwingungswandler können somit eine Diode und ein Transistor, welche den Schwingbalken einschließen, erzeugt werden, so daß sich ohne weiteres Einrichtungen zum Schwingenlassen und zum Abgreifen der Schwingung des Schwingbalkens vorsehen lassen. Außerdem kann dabei der Schwingbalken fein, d. h. mit kleinen Abmessungen geätzt werden.

Claims (14)

1. Schwingungswandler zum Schwingenlassen (vibrating) eines auf einem Silizium-Einkristall ausgebildeten Schwingbalkens auf seiner Eigenfrequenz und zum Erfassen oder Abgreifen einer von einer Änderung einer Kraft oder Umgebungsbedingung abhängigen Änderung der Schwingfrequenz des Schwingbalkens, dadurch gekennzeichnet, daß eine n-Typ-Schicht durch lokale Fremdatomdotierung des Silizium-Einkristalls erzeugt ist, der Schwingbalken aus der n-Typ-Schicht durch selektives Ätzen ausgebildet ist, der Schwingbalken mindestens einen Festlegungspunkt aufweist und eine Schwingungsmeßeinrichtung zur Erfassung der Eigenschwingungsfrequenz des Schwingbalkens vorgesehen ist.
2. Schwingungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Fläche einer Membran eine Ausnehmung ausgebildet ist, deren eines Ende geschlossen und deren anderes Ende offen ist, und daß der Schwingbalken in dieser Ausnehmung ausgebildet ist.
3. Schwingungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Membran mit einem anderen Element bedeckt ist, um einen den Schwingbalken umgebenden Bereich unter einem Vakuum zu halten.
4. Schwingungswandler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen zwei Elektroden eingefügtes piezoelektrisches Material an einem einer Verformung unterworfenen Abschnitt des Schwingbalkens angebracht ist und daß der Schwingbalken durch Anlegung einer Wechselspannung zwischen die beiden Elektroden auf seiner Eigenfrequenz in Schwingung versetzbar ist.
5. Schwingungswandler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen zwei Elektroden eingefügtes piezoelektrisches Material an einem einer Verformung unterworfenen Abschnitt des Schwingbalkens angebracht ist, so daß die Größe von zwischen den Elektroden erzeugten Ladungen abgreifbar oder meßbar ist.
6. Schwingungswandler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannung in Form einer Kombination aus einer Gleichstrom-Gegenvor- oder -Sperrspannung und einer Wechselspannung der Eigenfrequenz des Schwingbalkens zwischen letzteren und eine nicht schwingende p-Schicht anlegbar ist, um damit den Schwingbalken auf der Eigenfrequenz schwingen zu lassen.
7. Schwingungswandler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein pn-Übergang durch lokale Fremdatomdiffusion in einem der Schwingungsverformung unterworfenen Bereich des Schwingbalkens ausgebildet ist und daß eine Einrichtung zur Zufuhr eines Stroms zum pn-Übergang zwecks Aufrechterhaltung seines Potentials auf einer konstanten Größe vorgesehen ist, wobei eine durch die Schwingungsverformung verursachte Änderung des Stroms verstärkt und an eine Einrichtung zum Schwingenlassen des Schwingbalkens angelegt wird, so daß ein positiver Rückkopplungs- oder Mitkopplungskreis zum Schwingenlassen des Schwingbalkens auf seiner Eigenfrequenz gebildet ist.
8. Schwingungswandler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine p-Schicht durch lokale Fremdatomdiffusion in einem der Schwingungsverformung unterworfenen Bereich des Schwingbalkens ausgebildet ist, so daß die Schwingungsverformung über einen Piezowiderstandseffekt der p-Schicht erfaßbar oder meßbar ist.
9. Schwingungswandler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein pyroelektrisches Material an einem Schwingungsknotenabschnitt des Schwingbalkens angebracht ist, so daß der Schwingbalken durch Bestrahlung des pyroelektrischen Materials mit Licht auf der Eigenfrequenz in Schwingung versetzbar ist.
10. Schwingungswandler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material großer Dichte an einem Schwingungsspitzenabschnitt des Schwingbalkens angebracht und damit die Empfindlichkeit für eine Dichteänderung eines um den Schwingbalken herum befindlichen Strömungsmittels herabgesetzt ist.
11. Schwingungswandler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichstrom-Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zur Schwingrichtung des Schwingbalkens angelegt ist, so daß der Schwingbalken bei Zufuhr eines Wechselstroms zu ihm auf der Eigenfrequenz schwingen kann.
12. Schwingungswandler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein dicht neben dem Schwingbalken angeordneter Magnetkreis ein Gleichstrom- Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Schwingbalkens erzeugt, eine Primär- und eine Sekundärwicklung magnetisch aneinander angekoppelt sind, die Sekundärwicklung eine mit einer Sammelleitung verbundene Mittelanzapfung aufweist, ein Vergleichswiderstand mit praktisch demselben Widerstandswert wie beim Schwingbalken in Reihe mit letzterem an die Sekundärwicklung angeschlossen ist und ein Übergang bzw. eine Verbindung zwischen dem Vergleichswiderstand und dem Schwingbalken an eine Eingangsklemme eines Verstärkers, der einen ausreichend großen Verstärkungsgrad (gain) aufweist und mit der Primärwicklung verbunden ist, angeschlossen ist, so daß ein Mitkopplungs-Schwingkreis gebildet ist, der mit Selbsterregung auf der Eigenfrequenz des Schwingbalkens zu schwingen vermag.
13. Schwingungswandler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die n-Typ-Schicht durch lokale Fremdatomdotierung der Oberfläche eines p-Typ- Siliziumsubstrats mit einer (100)-Fläche erzeugt ist, das Siliziumsubstrat durch selektives Ätzen zur Ausbildung des Schwingbalkens, der an gegenüberliegenden Enden festgelegt ist und eine ⟨100⟩-Längsrichtung aufweist, unterätzt bzw. unterseitig ausgeätzt ist, die entgegengesetzte (reverse) (100)-Fläche des Siliziumsubstrats, in welcher der Schwingbalken ausgebildet ist, zur Bildung einer rechteckigen Membran mit einer in einer ⟨100⟩-Richtung liegenden Seite geätzt ist, eine Einrichtung zum Anlegen eines Gleichstrom-Magnetfelds in einer Richtung senkrecht zum Schwingbalken und eine Einrichtung zum Hindurchleiten eines Stroms durch den Schwingbalken vorgesehen sind, die beiden Enden des Schwingbalkens sich an einer Stelle befinden, die von der angrenzenden Seite der Membran in einem Abstand von etwa dem 0,12-fachen der Länge der einen Seite der Membran angeordnet ist, und weiterhin ein Vergleichswiderstand vorgesehen ist, der auf der Membran in symmetrischer Anordnung in Kontakt mit dem einen Ende des Schwingbalkens gehalten ist und welcher den gleichen Widerstandswert wie der Schwingbalken besitzt.
14. Verfahren zur Herstellung eines Schwingungswandlers, dadurch gekennzeichnet, daß ein Silizium- Einkristall zur Erzeugung von n-Typ- und p-Typ-Schichten lokal mit Fremdatomen dotiert wird und zur Ausbildung eines Schwingbalkens in einer alkalischen Lösung eine negative Gleichspannung oder eine pulsierende Spannung an die p-Typ-Schicht und eine positive Gleichspannung oder eine pulsierende Spannung an die n-Typ-Schicht angelegt werden.
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GB (1) GB2180691B (de)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0322093A2 (de) * 1987-12-21 1989-06-28 Ford Motor Company Limited Geradlinig und linear biegbares Element, hergestellt aus einer einzigen Platte
DE3815800A1 (de) * 1988-05-09 1989-11-23 Asea Brown Boveri Anordnung zum messen einer gasdichte
EP0343784A2 (de) * 1988-05-27 1989-11-29 Ford Motor Company Limited Herstellungsverfahren eines Silizium-Kraftwandlers
DE3833354A1 (de) * 1988-05-27 1989-11-30 Yokogawa Electric Corp Schwingtyp-wandler und verfahren zu seiner herstellung
EP0391512A1 (de) * 1989-03-06 1990-10-10 Ford Motor Company Limited Aus Silizium geätzter Kraftaufnehmer und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0524381A1 (de) * 1991-07-22 1993-01-27 Landis & Gyr Business Support AG Mikrotechnisch hergestellte Sensorvorrichtung
DE19535634A1 (de) * 1994-09-23 1996-03-28 Trw Vehicle Safety Systems Verfahren und Vorrichtung zum Testen von Strömungsmitteldruck in einem abgedichteten Gefäß
WO1998018011A1 (de) * 1996-10-21 1998-04-30 Robert Bosch Gmbh Verfahren und vorrichtung zum messen einer physikalischen grösse

Families Citing this family (84)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8701556D0 (en) * 1987-01-24 1987-02-25 Schlumberger Electronics Uk Sensors
GB2209245A (en) * 1987-08-28 1989-05-04 Gen Electric Co Plc Method of producing a three-dimensional structure
GB8720355D0 (en) * 1987-08-28 1987-10-07 Emi Plc Thorn Measuring fluid density
US4906840A (en) * 1988-01-27 1990-03-06 The Board Of Trustees Of Leland Stanford Jr., University Integrated scanning tunneling microscope
GB8806214D0 (en) * 1988-03-16 1988-04-13 Avery Ltd W & T Vibrating force sensor
FR2639114B1 (fr) * 1988-05-27 1994-02-04 Yokogawa Electric Corp Transducteur de type vibrant servant a mesurer une grandeur physique associee a une deformation
FR2639113B1 (fr) * 1988-05-27 1994-02-04 Yokogawa Electric Corp Procede de fabrication d'un transducteur de type vibrant
US5009108A (en) * 1988-09-16 1991-04-23 Yokogawa Electric Corporation Vibrating type transducer
US5206806A (en) * 1989-01-10 1993-04-27 Gerardi Joseph J Smart skin ice detection and de-icing system
US5398547A (en) * 1989-01-10 1995-03-21 Innovative Dynamics, Inc. Apparatus for measuring ice distribution profiles
US5060526A (en) * 1989-05-30 1991-10-29 Schlumberger Industries, Inc. Laminated semiconductor sensor with vibrating element
US5023503A (en) * 1990-01-03 1991-06-11 Motorola, Inc. Super high frequency oscillator/resonator
US5188983A (en) * 1990-04-11 1993-02-23 Wisconsin Alumni Research Foundation Polysilicon resonating beam transducers and method of producing the same
US5090254A (en) * 1990-04-11 1992-02-25 Wisconsin Alumni Research Foundation Polysilicon resonating beam transducers
EP0456029B1 (de) * 1990-05-10 1994-12-14 Yokogawa Electric Corporation Druckaufnehmer mit schwingendem Element
US5165289A (en) * 1990-07-10 1992-11-24 Johnson Service Company Resonant mechanical sensor
FR2664979B1 (fr) * 1990-07-20 1992-11-06 Sextant Avionique Micro-capteur de pression.
GB9018148D0 (en) * 1990-08-17 1990-10-03 De Beers Ind Diamond Vibration rod transducer
US5101664A (en) * 1990-10-15 1992-04-07 United Technologies Corporation Optical pressure transducer
FR2687783B1 (fr) * 1992-02-20 1994-05-20 Sextant Avionique Micro-capteur de pression.
GB2276976B (en) * 1993-04-07 1996-10-23 British Aerospace Method of manufacturing a motion sensor
US5559358A (en) * 1993-05-25 1996-09-24 Honeywell Inc. Opto-electro-mechanical device or filter, process for making, and sensors made therefrom
US5511427A (en) * 1993-07-21 1996-04-30 Honeywell Inc. Cantilevered microbeam temperature sensor
JP3323343B2 (ja) * 1994-04-01 2002-09-09 日本碍子株式会社 センサ素子及び粒子センサ
US5956292A (en) * 1995-04-13 1999-09-21 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Monolithic micromachined piezoelectric acoustic transducer and transducer array and method of making same
CA2176052A1 (en) * 1995-06-07 1996-12-08 James D. Seefeldt Transducer having a resonating silicon beam and method for forming same
US6021675A (en) * 1995-06-07 2000-02-08 Ssi Technologies, Inc. Resonating structure and method for forming the resonating structure
US5736430A (en) * 1995-06-07 1998-04-07 Ssi Technologies, Inc. Transducer having a silicon diaphragm and method for forming same
US5925972A (en) * 1996-09-27 1999-07-20 Ngk Insulators, Ltd. Multiple element particle sensor and signal processing electronics
US5808210A (en) * 1996-12-31 1998-09-15 Honeywell Inc. Thin film resonant microbeam absolute pressure sensor
US5874675A (en) * 1997-03-20 1999-02-23 Interscience, Inc. Wideband vibration sensor
US6220096B1 (en) 1997-03-20 2001-04-24 Interscience, Inc. Differential wideband vibration
US5932953A (en) * 1997-06-30 1999-08-03 Iowa State University Research Foundation, Inc. Method and system for detecting material using piezoelectric resonators
US6300706B1 (en) * 1999-07-14 2001-10-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Compound semiconductor monolithic frequency sources and actuators
US6693033B2 (en) 2000-02-10 2004-02-17 Motorola, Inc. Method of removing an amorphous oxide from a monocrystalline surface
US6392257B1 (en) 2000-02-10 2002-05-21 Motorola Inc. Semiconductor structure, semiconductor device, communicating device, integrated circuit, and process for fabricating the same
JP2004503920A (ja) 2000-05-31 2004-02-05 モトローラ・インコーポレイテッド 半導体デバイスおよび該半導体デバイスを製造する方法
US6501973B1 (en) 2000-06-30 2002-12-31 Motorola, Inc. Apparatus and method for measuring selected physical condition of an animate subject
WO2002009187A2 (en) 2000-07-24 2002-01-31 Motorola, Inc. Heterojunction tunneling diodes and process for fabricating same
US6590236B1 (en) 2000-07-24 2003-07-08 Motorola, Inc. Semiconductor structure for use with high-frequency signals
US6555946B1 (en) * 2000-07-24 2003-04-29 Motorola, Inc. Acoustic wave device and process for forming the same
US6493497B1 (en) 2000-09-26 2002-12-10 Motorola, Inc. Electro-optic structure and process for fabricating same
US6638838B1 (en) 2000-10-02 2003-10-28 Motorola, Inc. Semiconductor structure including a partially annealed layer and method of forming the same
US6501121B1 (en) 2000-11-15 2002-12-31 Motorola, Inc. Semiconductor structure
US6559471B2 (en) 2000-12-08 2003-05-06 Motorola, Inc. Quantum well infrared photodetector and method for fabricating same
US20020096683A1 (en) 2001-01-19 2002-07-25 Motorola, Inc. Structure and method for fabricating GaN devices utilizing the formation of a compliant substrate
US6673646B2 (en) 2001-02-28 2004-01-06 Motorola, Inc. Growth of compound semiconductor structures on patterned oxide films and process for fabricating same
JP4188087B2 (ja) * 2001-03-23 2008-11-26 シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド 流体特性センサー
WO2002082551A1 (en) 2001-04-02 2002-10-17 Motorola, Inc. A semiconductor structure exhibiting reduced leakage current
US6709989B2 (en) 2001-06-21 2004-03-23 Motorola, Inc. Method for fabricating a semiconductor structure including a metal oxide interface with silicon
US6992321B2 (en) 2001-07-13 2006-01-31 Motorola, Inc. Structure and method for fabricating semiconductor structures and devices utilizing piezoelectric materials
US6531740B2 (en) 2001-07-17 2003-03-11 Motorola, Inc. Integrated impedance matching and stability network
US6646293B2 (en) 2001-07-18 2003-11-11 Motorola, Inc. Structure for fabricating high electron mobility transistors utilizing the formation of complaint substrates
US6693298B2 (en) 2001-07-20 2004-02-17 Motorola, Inc. Structure and method for fabricating epitaxial semiconductor on insulator (SOI) structures and devices utilizing the formation of a compliant substrate for materials used to form same
US7019332B2 (en) 2001-07-20 2006-03-28 Freescale Semiconductor, Inc. Fabrication of a wavelength locker within a semiconductor structure
US6855992B2 (en) 2001-07-24 2005-02-15 Motorola Inc. Structure and method for fabricating configurable transistor devices utilizing the formation of a compliant substrate for materials used to form the same
US6667196B2 (en) 2001-07-25 2003-12-23 Motorola, Inc. Method for real-time monitoring and controlling perovskite oxide film growth and semiconductor structure formed using the method
US6594414B2 (en) 2001-07-25 2003-07-15 Motorola, Inc. Structure and method of fabrication for an optical switch
US6585424B2 (en) 2001-07-25 2003-07-01 Motorola, Inc. Structure and method for fabricating an electro-rheological lens
US6589856B2 (en) 2001-08-06 2003-07-08 Motorola, Inc. Method and apparatus for controlling anti-phase domains in semiconductor structures and devices
US6639249B2 (en) 2001-08-06 2003-10-28 Motorola, Inc. Structure and method for fabrication for a solid-state lighting device
US20030034491A1 (en) 2001-08-14 2003-02-20 Motorola, Inc. Structure and method for fabricating semiconductor structures and devices for detecting an object
US6673667B2 (en) 2001-08-15 2004-01-06 Motorola, Inc. Method for manufacturing a substantially integral monolithic apparatus including a plurality of semiconductor materials
JP3681670B2 (ja) * 2001-09-25 2005-08-10 シャープ株式会社 半導体集積回路の製造装置および製造方法
US20030071327A1 (en) 2001-10-17 2003-04-17 Motorola, Inc. Method and apparatus utilizing monocrystalline insulator
US6916717B2 (en) 2002-05-03 2005-07-12 Motorola, Inc. Method for growing a monocrystalline oxide layer and for fabricating a semiconductor device on a monocrystalline substrate
US7169619B2 (en) 2002-11-19 2007-01-30 Freescale Semiconductor, Inc. Method for fabricating semiconductor structures on vicinal substrates using a low temperature, low pressure, alkaline earth metal-rich process
US6885065B2 (en) 2002-11-20 2005-04-26 Freescale Semiconductor, Inc. Ferromagnetic semiconductor structure and method for forming the same
US6965128B2 (en) 2003-02-03 2005-11-15 Freescale Semiconductor, Inc. Structure and method for fabricating semiconductor microresonator devices
US7020374B2 (en) 2003-02-03 2006-03-28 Freescale Semiconductor, Inc. Optical waveguide structure and method for fabricating the same
EP1808685B1 (de) * 2003-11-07 2010-01-06 VARIAN S.p.A. Drucksensor mit Schwingungselement
US7499604B1 (en) 2004-12-12 2009-03-03 Burns David W Optically coupled resonant pressure sensor and process
US7443509B1 (en) 2004-12-12 2008-10-28 Burns David W Optical and electronic interface for optically coupled resonators
US7605391B2 (en) * 2004-12-12 2009-10-20 Burns David W Optically coupled resonator
US7379629B1 (en) 2004-12-12 2008-05-27 Burns David W Optically coupled resonant pressure sensor
US7176048B1 (en) 2004-12-12 2007-02-13 Burns David W Optically coupled sealed-cavity resonator and process
ITTO20050316A1 (it) * 2005-05-10 2006-11-11 Varian Spa Sensore di pressione
JP5007912B2 (ja) * 2005-08-22 2012-08-22 横河電機株式会社 半導体梁を有する構造体
JP2012150029A (ja) * 2011-01-20 2012-08-09 Yokogawa Electric Corp 振動式トランスデューサおよび振動式トランスデューサの製造方法
KR20130022853A (ko) * 2011-08-26 2013-03-07 삼성전자주식회사 에너지 변환 소자와 그 제조 및 동작방법
CN109520889B (zh) 2012-01-16 2022-04-05 仪宝科技公司 用于测量流体物理性能的方法、装置、和系统
US20150355035A1 (en) * 2014-06-05 2015-12-10 Intel Corporation In-package temperature sensor and methods therefor
DE102017117514A1 (de) 2017-08-02 2019-02-07 Truedyne Sensors AG Verwendung einer Messanordnung umfassend ein Messgerät zur Dichtebestimmung mit einem Messaufnehmer vom Vibrationstyp
US11619558B2 (en) * 2020-09-04 2023-04-04 Precise Downhole Services Ltd. Vibrating wire piezometer with modified wiring

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1588669A (en) * 1978-05-30 1981-04-29 Standard Telephones Cables Ltd Silicon transducer
EP0060185A1 (de) * 1981-03-04 1982-09-15 The Bendix Corporation Drehungsfühler mit Schwingbalken
US4372173A (en) * 1980-10-20 1983-02-08 Quartex, Inc. Resonator force transducer

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5237949A (en) * 1975-09-19 1977-03-24 Nishi Nippon Densen Kk Crosslinking method
US4332000A (en) * 1980-10-03 1982-05-25 International Business Machines Corporation Capacitive pressure transducer
JPS6333146Y2 (de) * 1981-05-26 1988-09-05
JPS58171866A (ja) * 1982-03-31 1983-10-08 Sanyo Electric Co Ltd 圧力センサ
JPS60138434A (ja) * 1983-12-27 1985-07-23 Fuji Electric Co Ltd 半導体形静電容量式圧力センサの製造方法
GB8426915D0 (en) * 1984-10-24 1984-11-28 Marconi Instruments Ltd Fabricating devices on semiconductor substrates

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1588669A (en) * 1978-05-30 1981-04-29 Standard Telephones Cables Ltd Silicon transducer
US4372173A (en) * 1980-10-20 1983-02-08 Quartex, Inc. Resonator force transducer
EP0060185A1 (de) * 1981-03-04 1982-09-15 The Bendix Corporation Drehungsfühler mit Schwingbalken

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US-Z: IEEE, Electron Device Letters, Vol. EDL-2, No. 2, Februar 1981, S. 44-45 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0322093A2 (de) * 1987-12-21 1989-06-28 Ford Motor Company Limited Geradlinig und linear biegbares Element, hergestellt aus einer einzigen Platte
EP0322093A3 (de) * 1987-12-21 1991-05-08 Ford Motor Company Limited Geradlinig und linear biegbares Element, hergestellt aus einer einzigen Platte
DE3815800A1 (de) * 1988-05-09 1989-11-23 Asea Brown Boveri Anordnung zum messen einer gasdichte
EP0343784A2 (de) * 1988-05-27 1989-11-29 Ford Motor Company Limited Herstellungsverfahren eines Silizium-Kraftwandlers
DE3833354A1 (de) * 1988-05-27 1989-11-30 Yokogawa Electric Corp Schwingtyp-wandler und verfahren zu seiner herstellung
EP0343784A3 (de) * 1988-05-27 1991-05-08 Ford Motor Company Limited Herstellungsverfahren eines Silizium-Kraftwandlers
EP0391512A1 (de) * 1989-03-06 1990-10-10 Ford Motor Company Limited Aus Silizium geätzter Kraftaufnehmer und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0524381A1 (de) * 1991-07-22 1993-01-27 Landis & Gyr Business Support AG Mikrotechnisch hergestellte Sensorvorrichtung
DE19535634A1 (de) * 1994-09-23 1996-03-28 Trw Vehicle Safety Systems Verfahren und Vorrichtung zum Testen von Strömungsmitteldruck in einem abgedichteten Gefäß
WO1998018011A1 (de) * 1996-10-21 1998-04-30 Robert Bosch Gmbh Verfahren und vorrichtung zum messen einer physikalischen grösse
US6324910B1 (en) 1996-10-21 2001-12-04 Robert Bosch Gmbh Method and device for measuring a physical variable

Also Published As

Publication number Publication date
GB8620782D0 (en) 1986-10-08
GB2180691A (en) 1987-04-01
GB2180691B (en) 1989-08-16
JPS6263828A (ja) 1987-03-20
DE3630368C2 (de) 1988-10-13
US4841775A (en) 1989-06-27
JPH0518050B2 (de) 1993-03-10

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