Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente und Strukturen, insbesondere Sensoren und Aktuatoren, anwend- bar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrun- deliegende Problematik in bezug auf einen in der Technol- gie der Silizium-Oberflächenmikromechanik herstellbaren mi- kromechanischen Coriolis-Beschleunigungssensor eines Dreh- ratensensors erläutert.

Beschleunigungssensoren im allgemeinen, und insbesondere mikromechanische Beschleunigungssensoren in der Technologie

der.Oberflächen- bzw. Volumenmikromechanik, gewinnen immer größere Marktsegmente im Kraftfahrzeugausstattungsbereich und ersetzen in zunehmendem Maße die bisher üblichen piezo- elektrischen Beschleunigungssensoren.

Die bekannten mikromechanischen Beschleunigungssensoren funktionieren üblicherweise derart, daß die federnd gela- gerte seismische Masseneinrichtung, welche durch eine ex- terne Beschleunigung in mindestens eine Richtung auslenkbar ist, bei Auslenkung eine Kapazitätsänderung an einer damit verbundenen Differentialkondensatoreinrichtung bewirkt, die ein Maß für die Beschleunigung ist. Diese Elemente sind üb- licherweise in Polysilizium, z. B. Epitaxie-Polysilizium, über einer Opferschicht aus Oxid strukturiert.

Mikromechanische Sensorelemente werden allgemein aber nicht nur zur Detektion von linearen und rotative Beschleunigun- gen, sondern auch zur Detektion von Neigungen und Rotati- onsgeschwindigkeiten verwendet. Meist findet dabei das be- sagte differenzkapazitive Messprinzip Anwendung, bei dem die Messgröße, beispielsweise die Beschleunigung, eine La- geänderung einer beweglichen Kondensatorelektrode einer mi- kromechanischen Sensorstruktup hervorruft, wodurch durch zwei entsprechende feststehende Kondensatorelektroden, wel- che beiderseits der beweglichen Kondensatorelektrode ange- ordnet sind, gegenläufig ihrer elektrischen Messkapazdtä- tenwerte ändern. Mit anderen Worten nimmt die Kapazität des einen Kondensators um einen bestimmten Betrag zu, und die Kapazität des anderen derart gebildeten Kondensators um ei-

nen entsprechenden Wert ab, und zwar aufgrund entsprechen- der Anderungen der Kondensatorelektrodenabstände.

Kleinste Unsymmetrien in der Nulllage solcher Messstruktu- ren oder in den parasitären Kapazitätsanteilen des betref- fenden mikromechanischen Sensorelement führen dabei zu ei- nem elektrischen Offset bzw. einer elektrischen Nullpunkt- verschiebung am Ausgang des Sensorelements. Solch ein Off- set wird üblicherweise beim individuellen Sensorabgleich durch Addition einer entsprechenden Spannung bzw eines entsprechenden Stroms im betreffenden Signalpfad der Diffe- renzkapazität-Erfassungseinrichtung kompensiert.

Durch solch ein Eingriff in den betreffenden Signalpfad beim Offsetabgleich des Sensors können unbeabsichtigt wich- tige andere Funktionsparameter negativ beeinflusst werden, beispielsweise können Temperaturgänge im Offset entstehen oder eine gleichzeitige Änderung der Signalverstarkungen und der Sensorempfindlichkeit o. a. auftreten. Dies führt dann zu weiteren Kompensation-und Abgleichanforderungen und erhöht den Sensorabgleichaufwand erheblich.

Des weiteren ist die Stufung eines derartigen Offsetab- gleichs von der Gesamtverstärkung des betreffenden Signal- pfads abhängig, beispielsweise von der abzugleichenden Nennempfindlichkeit, sofern zumindest ein Teil des Verstär- kungsabgleichs erst hinter dem Offsetkompensationspunkt durchgeführt wird.

VORTEILE DER ERFINDUNG Das erfindungsgemäße Verfahren zum elektrischen Nullpunkt- abgleich für ein mikromechanisches Bauelement mit den Merk- malen des Anspruchs 1 bzw. die entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 4 weisen'den Vorteil auf, daß der Offsetab- gleich bzw. Nullpunktabgleich eines mikromechanischen, ka- pazitiv ausgewerteten Sensorelements außerhalb des empfind- lichen Signalpfads, d. h. unabhängig von Verstärkungsfakto- ren, und ohne Einbringen parasitärer Signalverzerrungen, z. B. durch Temperaturgänge, erfolgen kann.

Die der. vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee be- steht darin, daß das an das Substrat angelegte vierte elek- trische Potential zum elektrischen Nullpunktabgleich für den Betrieb der Differenzkapazitäts-Erfassungseinrichtung verändert wird.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbil- dungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die zur Diffe- renzkapazitäts-Erfassung erforderlichen Potentiale getaktet anlegbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das mikromechanische Bauelement eine Interdigital-Kondensator-

einrichtung miL einer Vielzahl von beweglichen und festen Kondensatorelektroden auf.

ZEICHNUNGEN Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnun- gen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 eine partielle Schnittdarstellung von einem Be- schleunigungssensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem ersten Sub- stratpotential ; und Fig. 2 eine partielle Schnittdarstellung von dem Be- schleunigungssensor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem zweiten Sub- stratpotential.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.

Fig. 1 zeigt eine partielle Schnittdarstellung von einem Beschleunigungssensor gemäß einer Ausführungsform der vor-

liegenden Erfindung bei einem ersten Substratpotential. Die in Figur 1 gezeigte schematische Schnittdarstellung illu- striert drei Kondensatorelektroden für eine differenzkapa- zitive Signalauswertung.

Dabei bezeichnen in Fig. 1 Fl eine erste über einem Sub- strat SU fest aufgehängte Kondensatorelektrode, F2 eine zweite über dem Substrat SU fest aufgehängte Kondensator- elektrode und B eine dritte dazwischen angeordnete über dem Substrat SU auslenkbar aufgehängte Kondensatorelektrode.

Die dritte Kondensatorelektrode B ist über eine Federein- richtung in ihre Ruhelage zurückbringbar.

Die drei Elektroden F1, B, F2 sind mit einer (nicht gezeig- ten) Differenzkapazitäts-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Differenzkapazität der Kapazitäten Cl, C2 der derart gebildeten veränderlichen Kondensatoren F1, B ; B, F2 ver- bunden.

An der ersten feststehenden Kondensatorelektrode Fl liegt das elektrische Potential VF1, an der zweiten Kondensator- elektrode F2 liegt das elektrische Potential VF, und an der dritten Kondensatorelektrode liegt das elektrische Po- tential VB. Beispielsweise ist VFl = 5 V, Vr2 = 0 V und VB 2,5 V. Weiterhin liegt am Substrat SU das elektrische Po- tential Vs = V1 von z. B. 2,5 V. Schematisch angedeutet in Figur 1 ist weiterhin das sich daraus ergebene elektrische Feldlinienbild. Der Doppelpfeil in Figur deutet die Erfas-

sungsrichtungen für Auslenkungen der beweglichen dritten Kondensatorelektrode B an.

Die zur Kapazitätsmessung erforderlichen Potentiale werden dabei in der Praxis auf den Kondensatorelektroden nicht statisch angelegt, sondern getaktet.

Zur Vereinfachung der Diskussion sei eine völlige Symmetrie in den Abständen der Kondensatorelektroden F1, F2, B zuein- ander, aber eine Asymmetrie der parasitären Kapazitäten an- genommen, so daß ein Nullpunktabgleich erforderlich ist.

Die in der Erfassungsrichtung S wirkende resultierende Kraft auf die bewegliche dritte Kondensatorelektrode B bei den gemäß Fig. 1 angelegten elektrischen PotentialenVpi, VH, VF2, VS sei Null.

Fig. 2 zeigt eine partielle Schnittdarstellung von dem Be- schleunigungssensor gemäß der Ausführungsform der vorlie- genden Erfindung bei einem ersten Substratpotential.

Wird nun das elektrische Potential Vs des Substrats SU von Vl = 2, 5 V auf V2 = 3 V verändert, so kann je nach Ände- rungsrichtung durch eine entstehende unsymmetrische latera- le Feldlinienverteilung eine kleine elektrische Kraft K in einer Erfassungsrchtung S auf die betwegliche Kondensator- elektrode B ausgeübt werden. Mit anderen Worten werden durch die Veränderung des elektrischen Potentials Vs des Substrats SU von Vl = 2, 5 V auf V2 = 3 V die elektrischen

Feldlinien verzerrt, was zu der resultierenden Kraft K führt.

Diese Kraft K führt zu einer lateralen Auslenkung der be- weglichen Kondensatorelektrode B und damit zu einer Verein- stimmung der Kapazitätwerte C1, C2 auf neue Kapazitätwerte Cl\ C2'von beiden Kondensatoren Fl, B ; B, F2 und somit zu einer Veränderung des Nullpunkts am Ausgang der Differenz- kapazitäts-Erfassungseinrichtung.

Für ein elektrisches Potential Vs des Substrats SU, dass niedriger läge als dasjenige der beweglichen Kondensator- elektrode B, ergäbe sich eine Kraft in der entgegengesetz- ten Richtung im Vergleich zu Figur 2.

Wesentlich dabei ist, dass das elektrische Potential Vs des Substrat SU dabei vollkommen unabhängig vom Signalverstär- kungspfad variiert werden kann, und somit die beim Stand der Technik auftretenden Nachteile vermieden werden können.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise mo-. difizierbar.

In den obigen Beispielen ist der erfindungsgemäße Beschleu- nigungssensor in einfachen Formen zur Erläuterung seiner Grundprinzipien erläutert worden. Kombinationen der Bei- spiele und wesentlich kompliziertere Ausgestaltungen unter

Verwendung derselben Elemente bzw. Verfahrensschritte sind selbstverständlich denkbar.

Es können auch beliebige mikromechanische Grundmaterialien verwendet werden, und nicht nur das hiermit exemplarisch angeführte Siliziumsubstrat.