Ein MEMS-Vakuumsensor nach dem Reibungsprinzip

Die vorliegende Arbeit beschreibt einen MEMS Vakuumsensor, dessen Funktionsprinzip auf der druckabhängigen Squeezedämpfung in engen Spalten und der ebenfalls druckabhängigen Molekulardämpfung beruht. Nach einer kurzen geschichtlichen Einführung in die Vakuummeßtechnik und der technischen Klassifikation des MEMS-Sensors wird ein Modell zur mathematischen Beschreibung des Sensors hergeleitet. Methoden unterschiedlicher Autoren zur Berechnung der druckabhängigen Squeeze- und Molekulardämpfung werden diskutiert und mit eigenen Meßwerten verglichen. Anhand der Ergebnisse wird ein Modell zur Berechnung der druckabhängigen Dämpfung des Sensors aufgestellt. Neben der direkten elektrischen Kontaktierung zur Energieversorgung des Sensors werden Möglichkeiten einer indirekten induktiven und kapazitiven Energieübertragung ins Vakuum untersucht und die theoretischen sowie meßtechnischen Ergebnisse diskutiert. Eine Auswahl von Methoden zur Detektion der Sensorbewegung wird vorgestellt und deren Eignung für den Sensorbetrieb theoretisch und praktisch überprüft. Zur Bestimmung der druckabhängigen Dämpfung des Sensors gibt es unterschiedliche Verfahren, die beschrieben und bezüglich ihrer Anwendbarkeit bewertet werden. An gefertigten Sensoren wurden umfangreiche Messungen durchgeführt, um das reale Verhalten der Sensoren zu beschreiben und mit dem rechnerisch ermittelten zu vergleichen. Hierbei werden verschiedene Aspekte wie u. a. Meßbereich, Gasartabhängigkeit, Einsatztemperatur sowie Meß- und Wiederholgenauigkeit berücksichtigt. Die Arbeit wird mit einer Zusammenfassung der Ergebnisse und einem Ausblick auf weitere Verbesserungsmöglichkeiten des Sensors abgeschlossen.