P9.3 - MEMS-Vakuummeter basierend auf der Leitfähigkeitsmessung von Gasen
- Event
- 18. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2016
2016-05-10 - 2016-05-11
Nürnberg, Germany - Chapter
- P9 Mechanische und akustische Sensoren
- Author(s)
- F. Giebel, M. Köhle, F. Münchenberger, K. Kallis, H. Fiedler - Technische Universität Dortmund, Dortmund (Deutschland)
- Pages
- 790 - 796
- DOI
- 10.5162/sensoren2016/P9.3
- ISBN
- 978-3-9816876-0-6
- Price
- free
Abstract
Es gibt bereits mehrere Ansätze für die Entwicklung von MEMS-Vakuummetern. Die meisten davon orientieren sich dabei an den Messkonzepten von bewährten makroskopischen Messgeräten. Wir stellen hier einen Ansatz zur Messung des Vakuumdruckes vor, der erst durch die Miniaturisierung der Sensoren möglich wird. Gase werden allgemeinhin als Isolatoren betrachtet. Daher werden in konventionellen Gasmessgeräten Energiequellen zur Ionisation der Gase genutzt um die Anzahl der Ladungsträger zu erhöhen. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass die Leitfähigkeit eines Gasvolumens zwischen zwei Elektroden mit dem Druck um mehrere Picoampere steigt. In dieser Studie wird nun die Frage untersucht, ob sich durch Miniaturisierung des Messvolumens die Leitfähigkeit soweit erhöhen lässt, dass sie zur Messung des Gasdrucks genutzt werden kann. Dazu wird zunächst das Design und die Herstellung eines für die Vakuum-Messung entwickelten Sensorchips und eine für die elektrischen Messungen konzipierte Vakuumumgebung vorgestellt. Die elektrischen Voruntersuchungen zeigen, dass es grundsätzlich möglich ist, mittels der Leitfähigkeit zwischen zwei Elektroden auf den Gasdruck zurückzuschließen. Die elektrischen Messungen mit einem ersten Sensorchip liefern eine Leitfähigkeit in der Größenordnung von Mikrosiemens. Damit eröffnet der hier vorgestellte Sensorchip, gefertigt in Standard-CMOS-Technologie, der ohne zusätzliche Energiequelle wie Röntgenröhre, UV-Quelle, Heizung etc. auskommt, die Möglichkeit, eine neue Art von kleineren, einfacheren und preisgünstigeren Vakuummetern zu entwickeln.