LEHRSTUHL FÜR TECHNISCHE ELEKTROPHYSIK TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN. Vorlesung. Halbleitersensoren. Gerhard Wachutka

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1 LEHRSTUHL FÜR TECHNISCHE ELEKTROPHYSIK TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Vorlesung Halbleitersensoren Gerhard Wahutka Wahlpflihtfahvorlesung (WP) für Studierende der Elektrotehnik und Informationstehnik in den Studienmodulen WP EI-GM-D, WP EI-SM-C1, WP EI-SM-C5, WP EI-SM-D1, WP EI-SM-E2, WP EI-SM-E3 sowie für Studierende der Physik und Betriebswirtshaftslehre den Studiengängen ALLG-PHYS und BWL-TNF (ab dem 4. Semester) ECTS-LP: 4.5 SS 2009 Dienstag 14:00 16:30 Uhr N 1414 Folie 1.1

2 LEHRSTUHL FÜR TECHNISCHE ELEKTROPHYSIK TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Vorlesung Halbleitersensoren SS 2009 Gerhard Wahutka Kap. 1 Folie 1.2

3 Milliarden Überblik zur Vorlesung Halbleitersensorik Mashinen Prozesse Sensormarkt Kfz Flug/Shiff 1998 (ist) 2008 (erwartet) Consumer Rest Folie 1.3

4 1. Überblik Vorlesung 1.2 Eigenshaften von Sensoren Der Sensorbegriff Sensor = neuer Begriff auh: Meßfühler, Meßaufnehmer, Umwandler,... allgemein: Transduer Transduer (Überführer) Ein Transduer wandelt eine Energieform (mehanishe, thermishe, elektrishe,...) in eine andere Energieform (mehanishe, thermishe, elektrishe,...) um. meh.energie therm.energie magn.energie elektr.energie hem.energie hem.energie elektr.energie magn.energie therm.energie meh.energie Strahlung Strahlung zugeführte Energie Umweltenergie Strahlung meh.energie Sensor Sensor hemisher Sensor therm.energie magn.energie elektr.energie hem.energie Ausgangsenergie Als Sensor wird im allgemeinen ein spezieller Transduer bezeihnet, der äußere, nihtelektrishe Eingangsenergien in elektrishe Signale umwandelt Folie 1.4

5 1. Überblik Vorlesung 1.2 Eigenshaften von Sensoren Die Vielfalt der Wandlerprinzipien Beispiel für eine Größe (Durhfluß), die mit vielen Wandlerprinzipien gemessen werden kann Strom Heizer Strom Sensor Aus Änderung der Leitfähigeit des Sensors Rükrehnung auf übertragene Wärme und dann auf Anzahl der Teilhen Ist diese Anordnung damit ein: Wärmetransportsensor Wärmetransportsensor?? oder oder ein ein Flußsensor Flußsensor?? Strom Heizer Strom Sensor Aus Änderung der Leitfähigeit des Sensors Rükrehnung auf übertragene Wärme und dann auf Anzahl der Teilhen Ist diese Anordnung damit ein: Leitfähigkeitssensor Leitfähigkeitssensor?? oder oder doh doh ein ein Flußsensor Flußsensor?? Messe radioaktive Partikel/Zeit Benennung Benennung des des Sensors Sensors nah nah Meßprinzip Meßprinzip?? oder Messe Füllmenge/Zeit oder nah nah Meßgröße Meßgröße?? Folie 1.5

6 1. Überblik Vorlesung 1.2 Eigenshaften von Sensoren Aufbau- und Verbindungstehnik für Sensoren Sensoren Sensoren erfordern erfordern eine eine Umweltzugänglihkeit Umweltzugänglihkeit Problem der Verkapselung Problem der Querempfindlihkeit Verkapslung: Bei konventionellen elektrishen und elektronishen Anwendungen (Lihtshalter, Bohrmashine, CD-Spieler, Mikrohip,...) stellt die Umwelt eine Störgröße dar (Temperatur, Feuhte, Chemikalien,...), die zur Shädigung der Anwendung führen können. Beim Sensor soll aber gerade die Umwelt eine erkennbare Änderung hervorrufen. Sensoren benötigen daher eine spezielle Gehäusetehnik, die störanfällige Komponenten gegen die Umwelteinflüsse abshirmt, aber das sensitive Element zugänglih läßt. Es wird eine spezielle Aufbau- und Verbindungstehnik (AVT) benötigt. Auf Leiterplatte geklebter und kontaktierter Sensorhip Quelle: LS ME, TU Münhen Biohips im Gehäuse Quelle: IZFM, Uni Stuttgart Thermisher Strömungssensor Folie 1.6

7 1. Überblik Vorlesung 1.2 Eigenshaften von Sensoren Querempfindlihkeit von Sensoren Querempfindlihkeit: In In aller aller Regel Regel sind sind aufgrund aufgrund des des Umwandlungsprinzipes Umwandlungsprinzipes Sensoren Sensoren auf auf alle alle äußeren äußeren Energien Energien mehr mehr oder oder weniger weniger empfindlih. empfindlih. Beispiel Gassensor: Widerstandsänderung Der selbe Wert der Widerstandsänderung kann durh untershiedlihe Gase mit untershiedlihen Konzentrationen hervorgerufen werden. Zusätzlih ist die Widerstandsänderung auh noh temperatur- und feuhteabhängig Abhilfemöglihkeiten: 1. man versuht ein selektives Sensorprinzip zu wählen 2. versuhen die ungewünshten Umweltbedingungen fernzuhalten 3. man versuht durh intelligente Auswertung (Sensorarrays, Temperaturkompensation,...) die gewünshte Größe zu selektieren Zusätzlih Zusätzlih können können Sensoren Sensoren einen einen Memory-Effekt Memory-Effekt zeigen, zeigen, das das Meßsignal Meßsignal ist ist von von der der Sensorvorgeshihte Sensorvorgeshihte abhängig abhängig Sensoren Sensoren können können altern, altern, d.h. d.h. ihre ihre Nahweiswahrsheinlihkeit Nahweiswahrsheinlihkeit verändert verändert sih sih mit mit der der Zeit Zeit Maßnahmen Maßnahmen gegen gegen obige obige Sensoreffekte Sensoreffekte führen führen in in aller aller Regel Regel zu zu hohen hohen Kosten. Kosten. Der Der Kostenfaktor Kostenfaktor ist ist ein ein entsheidender entsheidender Gesihtspunkt Gesihtspunkt und und kann kann die die Wahl Wahl des des eingesetzten eingesetzten Sensors Sensors entsheidend entsheidend beeinflussen. beeinflussen. Folie 1.7

8 1. Überblik Vorlesung 1.2 Eigenshaften von Sensoren Beispiel Temperaturmessung: Einordnung von Sensoren Beispiel 1 Kaffeemashine: Das Wasser soll sih erst im kohenden Zustand über den Kaffee ergießen. -> Gesuht ist ein Sensor, der das Erreihen von etwa 100 C erkennt und ein Ausgangssignal liefert (Sensor muß niht sehr präzise sein) und der in der Herstellung niht viel kostet (soll niht den Preis der Kaffeemashine bestimmen). -> In aller Regel wird niht mal ein elektronisher Sensor benutzt, sondern einfah ein Bimetallstreifen, dessen Verbiegung bei etwa 100 C das Wasserauslaufrohr öffnet (oder Überhitzungssensor in elektrishen Geräten) Beispiel 2 Verfahrenstehnik: In der Halbleiterherstellung werden Strukturgrößen von etwa 100nm hergestellt. Typishe Längenausdehnungen von Geräten (Metall) beträgt etwa 10-6 / C. Ausdehnung eines 10m Stükes um 10-6 bei T=1 C ergibt 10-7 m = 100nm, also eine Vershiebung um eine gesamte Strukturgröße. Hier muß die Temperatur auf ± 0.1 C konstant gehalten werden und daher noh genauer gemessen und geregelt werden. Hier werden hohgenaue temperaturabhängige Widerstände eingesetzt und gegen alle anderen Umwelteinflüsse kompensiert. Auh dieses Beispiel zeigt, daß ein und dieselbe Eingangsgröße (Temperatur) auf untershiedlihe Art und Weise in ein Ausgangssignal umgewandelt werden kann. Ebenso kann aber auh umgekehrt ein Umwandlungsprinzip zur Messung untershiedliher Eingangsgrößen verwendet werden (siehe Querempfindlihkeit). Diese Kombinatorik läßt vershiedene Ordnungsprinzipien zu: Sensoreinteilung Sensoreinteilung nah nah der der zu zu messenden messenden Größe, Größe, aber aber mit mit untershiedlihen untershiedlihen Meßprinzipien Meßprinzipien (z.b. (z.b. Strömungssensoren: Strömungssensoren: Strömungen Strömungen können können über über Druk, Druk, Drehräder, Drehräder, Wärmeübertragung,...) Wärmeübertragung,...) Sensoreinteilung Sensoreinteilung nah nah dem dem Umwandlungsprinzip Umwandlungsprinzip (z.b. Induktionssensor können Wegstreken, Drehzahlen,... messen) Kfz-Sensoren Einteilung Einteilung nah nah Einsatzgebiet Einsatzgebiet (z.b. (z.b. Kfz-Sensoren, Kfz-Sensoren, Umweltsensoren,...) Umweltsensoren,...) Haushaltsgeräte Umwelt Airbag-Sensor -> Beshleunigung Bremskraftregler -> Druk in Flüssigkeit... Kaffeemashine -> Temperatur Wetter -> Temperatur, Feuhte,.. Washmashine -> Füllstand, Wasserqualität,... Wasserqualität -> ph, O 2 -Anreiherung Folie 1.8

9 1. Überblik Vorlesung 1.2 Eigenshaften von Sensoren Beispiele für Kfz-Sensoren Sensoren im Kfz: 1990: 1990: etwa etwa : 2000: etwa etwa : 2005: etwa etwa durhshnittliher Sensorpreis: 3 durhshnittliher Sensorpreis: 3 Harte Harte Einsatzbedingungen: Einsatzbedingungen: Hohe Hohe Temperaturen, Temperaturen, Feuhtigkeit, Feuhtigkeit, Shmutz, Shmutz, Salz, Salz, Shmier- Shmierund und Treibstoffe, Treibstoffe, Vibrationen Vibrationen und und Stöße Stöße Im Kfz werden Sensoren hauptsählih in drei Bereihen eingesetzt: Siherheit: Airbag, ABS,... -> Zukunft: Abstandsradar,... Antrieb: Motorregelung, Abgassteuerung, Komfort: Klimaanlage, Kommunikation: wenige Sensoren Folie 1.9

10 1. Überblik Vorlesung 1.2 Eigenshaften von Sensoren Beispiele für Kfz-Sensoren Drehzahlsensor Drehzahlsensor (hier Wegaufnehmer z.b. für ABS, Kurbelwelle, Zündverteiler,...) U Spule Induktionsprinzip Weihmagnetkern Φ Die Zähne eines Zahnrades öffnen und shließen die Magnetfeldlinien und induzieren in der Spule eine Spannung 612 mv Zahnrad 10 mse Quelle: Induktionssensoren Signalverlauf eines ABS-Sensors +U H Magnetfeld x x x x x + x + + x + x + x Strom x x x -Ua x x x x -U H Hallsonde Durh einen Halbleiter fließt ein Strom. Ein Magnetfeld lenkt die Elektronen aus ihrer Bahn Magnet und lädt eine Seite positiv und die andere Seite negativ auf (Hallspannung). Der Zündfinger shiebt zwishen Magnet und Sensor eine Blende. Sensor Hallsensor Zündfinger Blende nur nur 3 3 Kabel Kabel!! Quelle: 8,7 V 20 mse Signalverlauf eines Hallsensors im Zündverteiler Folie 1.10

11 1. Überblik Vorlesung 1.2 Eigenshaften von Sensoren Beispiele für Kfz-Sensoren Temperatursensor Temperatursensor U R -Ua 1,3 V Ein konstanter Strom fließt durh einen Widerstand und führt zu einem Spannungsabfall U R. Bei Temperaturänderung ändert der Widerstand seinen Wert, es ändert sih der Spannungsabfall. Quelle: Temperatursensor (NTC) im Kühlmittel Signalverlauf des Temperatursensors 60 se Druksensor Druksensor +Up Kraft -Up Durh äußeren Druk trennen sih in manhen Kristallen die Ladungen (piezo-elektrisher Effekt). Diese Ladungen können als Spannung abgegriffen werden. Piezo-elektrisher Sensor Quelle: 5,1 V 10 mse Sensorsignal im Saugrohr einer Einspritzanlage Folie 1.11

12 1. Überblik Vorlesung 1.2 Eigenshaften von Sensoren Beispiele für Kfz-Sensoren Chemishe Chemishe Sensoren Sensoren O 2 (Referenz) MeO O2 (im Abgas) Ein Metalloxid befindet sih zwishen Außenluft und Abgas. Bei untershiedlihem Sauerstoffgehalt wandern Sauerstoffionen in das MeO und verändern dessen Leitfähigkeit Quelle: 1se λ = mv Sauerstoffsensor (Lambda-Sonde) Ausgangssignal der Lambda-Sonde Beshleunigungssensor Beshleunigungssensor Kapazitätsänderung U M Ua Zwishen zwei festen Kondensatorplatten kann eine beweglihe Platte shwingen. Bei Beshleunigungen verändert die Annäherung die Kapazität und damit die Kondensatorspannung. Quelle: Beshleunigungssensor (Auslöser für Airbag) Folie 1.12

13 1. Überblik Vorlesung 1.3 Sensormarkt Beispiel: der Markt für Kfz-Sensoren Geshwindigkeit Temperatur Kfz-Sensormarkt Klopfen Luftdurhsatz Druk Position Sauerstoff Rest Weltmarkt Weltmarkt Kfz-Sensoren/Jahr: Kfz-Sensoren/Jahr: 1999: 1999: Mrd. Mrd. 2004: 2004: Mrd. Mrd. 2006: 2006: Mrd Mrd Wahstumsraten zur Zeit (2005) etwa 11% / Jahr Millionen Millionen Stük Geshwindigkeit Kfz-Sensormarkt Temperatur Klopfen Luftdurhsatz Druk Position Sauerstoff Weltmarkt Weltmarkt Kfzs/Jahr: Kfzs/Jahr: 2001: 2001: Mill. Mill. Kfz Kfz erwartet erwartet 2007: 2007: Mill.Kfz Mill.Kfz Rest Stükpreise aus beiden Graphiken (für 1997): Geshwindigkeit: Geshwindigkeit: 5 5 Temperatur: Temperatur: 2 2 Klopfen: Klopfen: 5 5 Luftmassen: Luftmassen: Position: Position: 7 7 Sauerstoff: Sauerstoff: 6 6 Rest: Rest: 6 6 Kfz-Sensoren Kfz-Sensoren dürfen dürfen niht niht viel viel kosten kosten!! Quelle: Siemens, FuE 1/1997 Quelle: AMA, Fahverband für Sensorik, Zeitshrift Sensorik Aktuell, 2/2004 Folie 1.13

14 1. Überblik 1.3 Sensormarkt Milliarden Mashinen Prozesse Der Gesamtsensormarkt Sensormarkt Kfz Flug/Shiff Consumer 1998 (ist) 2008 (erwartet) Rest Marktvolumen (ohne Militär): 1980: 7 Mrd. 1990: 16 Mrd. 1998: 32 Mrd. 2003: 42,2 Mrd. 2008: 50,6 Mrd. Größtes Volumen und Wahstum für den Kfz-Bedarf Top Ten der Sensortypen nah Marktanteil (2005): Top Ten der Sensoren mit den höhsten Zuwahsraten (2005): 1. Temperatur Sensoren 2. Absolutdruksensoren 3. Flußsensoren 4. Positions-Shaltsensoren (Lihtshranken, Annäherung) 5. Positionssensoren 6. Chemishe Sensoren in Flüssigkeiten 7. Füllstandsensoren (inl. Differenzdruksensoren) 8. Geshwindigkeits-/Umdrehungssensoren 9. Chemishe Gassensoren 10. Kamin- und Feuersensoren 1. Regen-Sensoren 2. Dikensensoren 3. Flüssigkeitsreinheitssensoren 4. Navigationssensoren 5. Neigungssensoren 6. Photodetektoren 7. Glasbruhsensoren 8. Biosensoren 9. Magnetfeldsensoren 10. Bewegungsdetektoren Quelle: Folie 1.14

15 1. Überblik 1.3 Sensormarkt Der Gesamtsensormarkt 19% 6% 9% 3% 11% Deutshland 31% 21% RestEuropa USA RestAmerika Japan RestAsien Restwelt Ist-Weltmarkt Ist-Weltmarkt : : Mrd. Mrd. geshätzter geshätzter Weltmarkt Weltmarkt 2008: 2008: 50,6 50,6 Mrd. Mrd. bei bei etwa etwa gleiher gleiher Regionenverteilung Regionenverteilung Die Die USA USA stellen stellen allein allein aufgrund aufgrund ihrer ihrer Größe Größe den den größten größten Anteil Anteil an an der der Sensorproduktion Sensorproduktion Japan Japan entwikelte entwikelte einen einen großen großen Sensormarkt Sensormarkt aufgrund aufgrund begrenzter begrenzter Ressouren Ressouren und und dem dem großen großen Kfz-Markt Kfz-Markt Deutshland Deutshland hat hat einen einen hohen hohen Anteil Anteil am am Sensormarkt Sensormarkt aufgrund aufgrund des des großen großen Kfz-Marktes Kfz-Marktes Anteil an Halbleitersensoren: 1998 : 39 % 2008 (erwartet): 43 % Trotz vieler Realisierungsmöglihkeiten für Sensoren stellen Halbleitersensoren inzwishen den größten Marktanteil Trotz vieler Realisierungsmöglihkeiten für Sensoren stellen Halbleitersensoren inzwishen den größten Marktanteil Folie 1.15

16 1. Überblik 1.3 Sensormarkt Vorteile von Halbleitersensoren + + Halbleitermaterialien Halbleitermaterialien und und der der Stromtransport Stromtransport in in ihnen ihnen sind sind auf auf alle alle Umwelteffekte Umwelteffekte mehr mehr oder oder weniger weniger sensitiv. sensitiv. + + Halbleitersensoren Halbleitersensoren können können deutlih deutlih kleinere kleinere Abmessungen Abmessungen als als andere andere Werkstoffrealisierungen Werkstoffrealisierungen aufweisen aufweisen Beispiel Druksensor (Manometer) klassishe Ausführung (mehanishe Ausführung) miniaturisierte Ausführung ( Dikshihttehnologie) Halbleiterausführung (Dünnshihttehnologie) Quelle: Shaumburg, Sensoren Quelle: Armaturenbau GmbH Wenn Halbleiter, dann am günstigsten in Silizium: In Silizium-CMOS-Tehnologie werden high-end hips (z.b. DRAMs mit 10 9 Shaltelementen) in etwa 800 Prozeßshritten für einige hergestellt + + Kleine Kleine Abmessungen Abmessungen und und etablierte etablierte Siliziumtehnologie Siliziumtehnologie erlauben erlauben die die Herstellung Herstellung großer großer Stükzahlen Stükzahlen zu zu geringen geringen Preisen Preisen ( ( ent) ent) + + Halbleitersensoren, Halbleitersensoren, untershiedlihe untershiedlihe Halbleitersensoren Halbleitersensoren und und Elektronik Elektronik können können auf auf einem einem hip hip integriert integriert werden. werden. Das Das bietet bietet in in der der Anwendung Anwendung den den Vorteil Vorteil extrem extrem kleiner, kleiner, preiswerter, preiswerter, leistungsfähiger leistungsfähiger und und anwendungsfreundliher anwendungsfreundliher Systeme. Systeme. Folie 1.16

17 1. Überblik 1.3 Sensormarkt Geshihte von Halbleitersensoren 1954: erste Si-Transistoren bei Texas-Instruments 1958: Dehnungsmesser in Silizium 1959: Feynmans "Plenty of room at the bottom" 1961: Druksensor in Silizium 1967: bei Westinghouse Erfindung des "Surfae Miromahining" -> Herstellung eines Resonant Gate FET 1970: erster Beshleunigungssensor in Silizium 1982: implantierbarer Blutdruksensor demonstriert 1982: LIGA-Prozeß 1988: erste MEMS-Konferenz 1993: Analog Devies verkauft ersten miromahined Beshleunigungssensor (ADXL50)... Folie 1.17

18 1. Überblik 1.3 Sensormarkt Miltäranwendungen für Halbleitersensoren Folie 1.18

19 1. Überblik 1.4 Vorlesungsinhalte Vorlesungsinhalte "Halbleitersensoren" Einführung Materialgrundlagen Tehnologie Kraftsensoren (Kraft, Drehmoment, Druk, Beshleunigung) Temperatursensoren (Kontakt) Strahlungssensoren Magnetfeldsensoren Feuhte-Sensoren Chemishe Sensoren Biosensoren Smart-Sensors (Integrierte Sensoren) Sensorsysteme Folie 1.19

20 1. Überblik 1.4 Vorlesungsinhalte Kapitel 1: Überblik Milliarden Mashinen Prozesse Sensormarkt 1998 (ist) 2008 (erwartet) Kfz Flug/Shiff Consumer Rest 1.0 Hinweise zur Vorlesung und Prüfung 1.1 Sensoreigenshaften 1.2 Einsatzgebiete für Sensoren 1.3 Der Sensormarkt 1.4 Vorstellung der Vorlesungsinhalte Folie 1.20

21 1. Überblik 1.4 Vorlesungsinhalte Kapitel 2: Materialgrundlagen 2.1 Kostenvorteil von Halbleitersensoren 2.2 Aufbau der Materie Atomaufbau hemishe Bindung Kristalle Bandstruktur 2.3 Eigenshaften von Isolatoren und Metallen 2.4 Eigenshaften von Halbleitern d ( hkl ) = a h2 + k 2 + l 2 Folie 1.21

22 1. Überblik 1.4 Vorlesungsinhalte Kapitel 3: Tehnologie 3.1 Warum werden immer mehr Sensoren in Silizium-Tehnologie gefertigt? sonst Tehnologie 15% 3.2 Grundlagen der Silizium-Tehnologie Produktionsstätte Reinraum Herstellung von Silizium-wafern Reinigung der Wafer Thermishe Oxidation Photolithographie Dotieren Shihtabsheidung Ätzen Gesamtprozeßablauf MOS 85% 3.3 Sonderprozesse für Sensoren Anisotropes Naßätzen Elektrohemishes Naßätzen Laser-Ätzen bulk-miromahining surfae miromahining LIGA-Tehnik 3.4 Integration mit CMOS 3.5 Aufbau- und Verbindungstehnik (AVT) Substratverbindungstehnik (substrate bonding) Abdihten (sealing) Gehäusetehnik (Pakaging) Folie 1.22

23 1. Überblik 1.4 Vorlesungsinhalte Kapitel 4: Kraftsensoren 4.1 Definition mehanisher Größen Kraft Kraft σ = E ε[ ] 4.2 Elastizitätstheorie Flähe Flähe σ 1 11 σ σ Grundbegriffe: Hookeshes Gesetz, Querkontraktion, Elastizitätsmoduln σ Die Tensor-Darstellung der Elastizitätstheorie = σ der piezoresistive Effekt σ Grundbegriffe: k-faktor σ der Tensorharakter des piezoresistiven Effektes die piezoresistiven "Konstanten" im Halbleiter: Materialabhängigkeit, Messung, Praxis Beispielwerte aus Datenblättern von piezoresistiven Sensoren Entstehung des piezoresistiven Effektes in Halbleitern Meßtehnik für piezoresistive Sensoren: Meßbrüken, Temperaturkompensation Praktishe Ausführungen: Dehnungsmeßstreifen (Theorie und Datenblätter) Praktishe Ausführungen: Biegebalken (Gewihtsensoren, Druksensoren, Beshleunigungssensoren) 4.4 der piezoelektrishe Effekt Grundlagen: Entstehung des Effektes der Tensorharakter des piezoelektrishen Effektes piezoelektrishe Sensoren 4.5 Kapazitive Sensoren Das kapazitive Meßprinzip Kapazitive Druksensoren Kapazitive Flußsensoren Kapazitive Beshleunigungssensoren = ε ε1 ε 2 ε 3 ε 4 ε 6 ε 6 Folie 1.23

24 1. Überblik 1.4 Vorlesungsinhalte Kapitel 5: Temperatursensoren (Kontakt) 5. Berührende thermishe Halbleitersensoren 5.1 Thermoelemente 5.2 Thermowiderstände 5.3 Thermodioden 5.4 Thermotransistoren Folie 1.24

25 1. Überblik 1.4 Vorlesungsinhalte Kapitel 6: Strahlungssensoren 6.1 Überblik zu Strahlungsarten 6.2 Grundlagen für Elektromagnetishe Strahlungssensoren Das elektromagnetishe Strahlungsspektrum Strahlungsgesetze, Photonen Nahweiswahrsheinlihkeiten für Sensoren 6.3 Thermishe Strahlungssensoren (Bolometer) resistive Bolometer thermoelektrishe Bolometer pyroelektrishe Bolometer 6.4 Quantensensoren das Auge Photofilme die Photozelle der Photowiderstand die Photodiode der Phototransistor die CCD CMOS-Sensoren Smart-Color Sensoren 6.5 Teilhen-Sensoren das Teilhenspektrum Halbleiter-Teilhenzähler Folie 1.25

26 1. Überblik 1.4 Vorlesungsinhalte Kapitel 7: Magnetfeldsensoren 7.1 Definitionen zu Magnetfeldern 7.2 Hall-Sensoren + Usupply Elektronen F F elstat L Der Hall-Effekt Der Hall-Effekt in Halbleitern Geometrien von Hall-Sensoren in Halbleitertehnologie Praxisproblem: Offset Anwendungen für Hall-Sensoren Integrierte Hall-Sensoren -U Hall d Magnetfeld B w -U supply Elektronenstrom (= neg.ladung -> Kraft nah hinten) 7.3 Feldplatten 7.4 AMR - Sensoren Folie 1.26

27 1. Überblik 1.4 Vorlesungsinhalte Kapitel 8: Feuhtesensoren 8.1 Anwendungen für Feuhtesensoren 8.2 Grundlagen Feuhte 8.3 Klassishe Feuhtesensoren Haar-Hygrometer Psyhrometer Sättigung Wasser [g/m³] abs.feuhte [g/m³] flüssig gasförmig Temperatur [ C] 8.4 Halbleitersensoren resistive Feuhtesensoren Kapazitive Feuhtesensoren Alternative Feuhtesensoren 8.5 Alternative Mikrosensoren SAW-Sensoren Folie 1.27

28 1. Überblik 1.4 Vorlesungsinhalte Kapitel 9: Chemosensoren 9.1 Einführung 9.2 Elektrohemishe Sensoren Der Chemoresistor Der Chemoapaitor ChemFETs 9.3 Chemothermishe Sensoren Der Thermistor Pellistoren Folie 1.28

29 1. Überblik 1.4 Vorlesungsinhalte Kapitel 10: Biosensoren 9.1 Enzym-Sensoren (Hormone, Drogen, Antikörper) 9.2 DNS-Sensoren 9.3 Immuno-Sensoren 9.4 Chip-Labore 9.5 Intelligente Pillen 9.6 Mikro-Implantate Biohemishe Sensoren Biomedizinishe Sensoren Folie 1.29

30 1. Überblik 1.4 Vorlesungsinhalte Kapitel 11: Integrierte oder Smart-Sensoren 11.1 Einführung in die Begriffe - Integrierter Sensor - Intelligenter Sensor, Smart-Sensor 11.2 Grundkomponenten in Smart-Sensoren - Raushunterdrükung - Offset-Kontrolle - Temperaturkompensation - Signalumwandlung - Rükkopplung Signal-Anpassung Folie 1.30

31 1. Überblik 1.4 Vorlesungsinhalte Kapitel 12: Sensorsysteme 12.1 Anforderungen an Sensorsysteme 12.2 Mustererkennung mit Sensorsystemen Weltraum Kabel 12.3 Zusätzlihe Sensorkomponenten für Systemeinbindungen Tiefsee Folie 1.31