[发明专利]载体衬底和铁电层组成的传感器布置以及用于制造和使用的传感器布置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由载体衬底和铁电层组成的传感器布置以及用于制造和使用布置的方法。

背景技术

众所周知，在绝缘的可极化的材料（所谓的电介质）中，通过外部电场E(Vm^-1)可导致极化Pi(Asm^-2)。对于电介质在压电的材料中除外部电场以外还由压力，拉力或扭力导致的外部机械变形导致载荷位移并因此材料的电极化。对此正和负晶格组合件通过变形如此位移，使得产生电偶极矩，由此感应在向外中性晶体的表面上的显见的载荷。压电的那些材料整合在概念热电下，其还在没有外部电场具有电偶极矩，偶极矩基于晶格中的扭曲和因此沿着载荷重心的位移引起，并且因此导致晶体的电极化。之后这个物质已经在没有电场的情况下自发地极化。具有电偶极矩的那些物质最终整合在概念铁电下，其通过提供外部电场改变自发极化的方向。在材料有关的居里温度之上该现象消失，并且材料转变为顺电状态。这个过程是可逆的，也就是在在低于居里温度的情况下开始具有结构改变的相位转变并且材料重新转变为铁电状态。通常介电常数，因此还有介电常数的改变，在转变的范围中的温度的情况下最大。介电常数的可逆的尽可能大的改变在此直接在相位转变之上温度范围上实现。

多数铁电体是氧化物。已知铁电体是具有钙钛矿结构（Perowskit-Struktur）的离子晶体，例如BaTiO₃。一些材料示出仅仅在薄层中铁电特性，例如SrTiO₃。铁电层基本上在集成电路中并且在移动无线电技术中使用。

根据对铁电体的新开发(R.Wördenweber，E.Hollmann，R.Ott，T.Hürtgen，Kai Keong Lee(2009). Improved ferroelectricity of strained SrTiO₃ thin films on sapphire. J Electroceram 22:363-368)可知，由铁电SrTi03(STO)制成的薄膜可通过取向附生生长和晶格参数的接受例如在CeO₂暂存的蓝宝石上支撑。支撑的STO的绝缘特性通过层的电容获得。

压力和弯曲传感器的工作原理通常基于将要测量的参数转化为电信号。这可以直接或间接进行。压力和弯曲传感器可以用来直接测量压力或者弯曲并且用于其他参数（例如温度，流量或位置）的间接确定。

根据应用，期望的测量精度和成本使用例如(压)电阻传感器，压电的传感器，电感传感器，电容传感器和光学传感器。经常例如在高莱探测器（Golay-Zelle）中使用这些传感器的组合。

压电的压力传感器特征在于，在具有相对轴的晶体中借助于要测量的压力感应载荷分离，该载荷分离产生电压。这因此还作为压电的效应对已知状态起作用，通过压力在晶体的内部中使离子位移，离子在表面上与机械施加的力成比例地形成电载荷。例如借助于放大器载荷转化成与其成比例的电压。在压力电阻传感器的情况下相反材料的特定电阻改变直到其拉力或压力负载中断。这个效果也在没有相对轴的晶体（例如在如硅的半导体中）上出现。

压电的压力传感器和在应变传感器中使用的压力电阻传感器布置的通常的问题为，其构建相对复杂并且因此成本高。这个传感器的灵敏度同样需要提高。

此外缺点在于，热电在技术相关用于领域中经常导致干扰的人工损坏，其覆盖了真正感兴趣的压电结果。焦热电材料制成的压力传感器可以指示错误的正信号，因为其在加热信号下出现，虽然根本没有压力改变存在。

发明内容

本发明的任务和解决方案

本发明的任务为提出一种传感器布置，其相对于根据现有技术的压电的和焦热电的传感器具有提高的敏感性和灵敏度并且在此尤其简单并且低成本地制造。

本发明的进一步的任务为，给出用于制造传感器布置的方法以及传感器布置的使用。

该任务通过权利要求1所述的传感器布置以及根据从属权利要求的其制造的方法以及其使用来解决。对此，有利扩展方案在需要时分别从回引其的权利要求得出。

本发明的描述

传感器布置由载体衬底以及在载体衬底上布置的层组成。铁电层可以全平面地布置在载体衬底上，或仅仅在边缘上由载体衬底承载。在铁电层上可以布置电容器布置作为用于读出铁电层的介电系数的装置。该电容器布置用于根据垂直在铁电层上施加的超压或不足压读出层的电特性。