Die SOI-Hochdrucksensoren kommen vor allem in Extrusionsanlagen zur Verarbeitung von Kunststoffen zum Einsatz. Bei diesen Anlagen ist es nötig, festzustellen, wann eine Form vollständig mit Plastik gefüllt ist. Der Hochdrucksensor misst in der Maschine den Druck und sendet ein Signal, sobald Gegendruck durch das Plastik besteht.

Die Hochdrucksensoren kommen häufig in Extrusionsanlagen zum Einsatz. Im Bild sieht man SOI-Chips (links) und Gehäuse (rechts) der Sensoren.

Die Hochdrucksensoren kommen häufig in Extrusionsanlagen zum Einsatz. Im Bild sieht man SOI-Chips (links) und Gehäuse (rechts) der Sensoren. Fraunhofer IZM

SOI steht für Silicon-on-Insulator und bezeichnet einen Sensor, der mit einer Sperrschicht aus Siliziumdioxid versehen ist. Diese Sperrschicht sorgt für die elektrische Isolation. Darüber befindet sich eine SOL-Schicht (Silicon-over-Layer), bei der alleinstehende Piezowiderstände in die Silikonmembran eingeätzt sind. Dagegen nutzen herkömmliche MEMS-Drucksensoren die Sperrschicht zwischen positiver und negativer Dotierung (p-n-Übergang) als Isolation. Die Sensoren auf MEMS-Basis eignen sich auch nur für Temperaturen bis 125 °C.

Außerdem funktioniert der SOI-Sensor ohne den Zusatz von Flüssigkeiten wie Öl, das häufig in herkömmlichen Sensoren zum Einsatz kommt. Beim Einsatz von Flüssigkeiten kann es vorkommen, dass sich die Sensorsignale durch eine temperaturbedingte Ausdehnung der Flüssigkeit verfälschen. Dennoch hält er hohen Temperaturen und rauen Bedingung stand. Um Umwelteinflüssen vorzubeugen, befindet sich der SOI-Chip außerdem in einem Keramikgehäuse ohne Verklebungen, an dem eine Stahlmembran angebracht ist, welche wiederum mit einem Stahlzylinder verbunden ist. Der Sensor ist passgenau eingebaut und wird daher auch als ‚floating‘ bezeichnet, das heißt,  er „schwebt“ quasi im Gehäuse zwischen den elektrischen Kontakten, wodurch weitere Fülltechnologien überflüssig werden. Die elektrische Verbindung zwischen dem SOI-Chip und dem Keramikgehäuse wird durch Drahtbonden erreicht.

In Zukunft, davon gehen die Forscher aus, sollen die Hochdrucksensoren sogar Temperaturen von bis zu 600 °C standhalten. Um das zu verwirklichen, muss jedoch das Silizium ersetzt werden, da es ab 400 °C selbstleitend wird. Eine Alternative wäre hierfür Silizium-Carbid, das bei hohen Temperaturen über bessere elektrische Leitfähigkeiten verfügt.