Inertialsensorik

Direkte Integration von belastungsempfindlichen Feldeffekttransistoren für NEMS

© Fraunhofer ENAS
Sicht auf die druckempfindliche Membran und die Front-End-Elektronik.

Für die zukünftig geplante Anwendung von Sensoren in allen technischen Systemen ist für die Erzielung der notwenigen Preise eine weitere drastische Reduzierung der Chipfläche von siliziumbasierten Mikrosystemen notwendig. Während konventionelle Wandlerprinzipien, wie piezoresistive Widerstände oder die Messung über kapazitive Sensoren, in ihrer Skalierbarkeit beschränkt sind, bietet die Nutzung des piezoresistiven Effektes im Kanal eines Transistors eine sehr gute Skalierbarkeit.

Für die Herstellung geeigneter Testchips wurden Transistormodelle modifiziert und das Verhalten der Feldeffekttransistoren in einer Schaltungssimulation analysiert. Die monolithisch integrierten Wandlerelemente wurden charakterisiert und lieferten bei deutlich reduzierter Chipfläche vergleichbare Empfindlichkeiten zu konventionellen Wandlern und einen deutlich niedrigeren Temperatureinfluss.

 

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SEM-Aufnahme des stressempfindlichen Transistors in eine Halbbrückenschaltung.
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Outputcharakteristika eines p-Kanal Transducers, gezeigt ist die Stromstärkenänderung bei 1 bar Druckdifferenz für unterschiedlichen Gate-Source-Spannungen.