DE102023000211B3

DE102023000211B3 - Widerstandsanordnung und Verfahren zur Bestimmung der Temperatur einer Widerstandsanordnung

Info

Publication number: DE102023000211B3
Application number: DE102023000211.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Schwarzkopf; Tobias Keck; Christoph Kästle
Original assignee: Wieland Werke AG
Current assignee: Wieland Werke AG
Priority date: 2023-01-25
Filing date: 2023-01-25
Publication date: 2024-04-25
Anticipated expiration: 2043-01-26
Also published as: TW202431286A; WO2024156426A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Widerstandsanordnung (2) umfassend mindestens ein Anschlusselement (3, 3') und mindestens ein Widerstandselement (4), wobei auf zumindest einem Teil (411) der Oberfläche (41) des Widerstandselements (4) als Substrat oder auf zumindest einem Teil (311) der Oberfläche (31) des Anschlusselements (3, 3') als Substrat eine Beschichtung (5) aufgebracht ist, die mindestens eine Lage (50, 51, 52, 53) aufweist. Gemäß der Erfindung ist die Beschichtung (5) so ausgeführt ist, dass an einer Grenzfläche (61) zwischen dem Substrat und der Beschichtung (5) ein Metall und ein Halbleiter in direktem Kontakt stehen, so dass an der Grenzfläche (61) ein p-n-Übergang gebildet ist und/oder dass mindestens an einer Grenzfläche (62) zwischen einer ersten Lage (50, 51) und einer zweiten Lage (52) der Beschichtung (5) ein Metall und ein Halbleiter in direktem Kontakt stehen oder ein erster Halbleiter und ein zweiter Halbleiter in direktem Kontakt stehen, so dass an der Grenzfläche (62) ein p-n-Übergang gebildet ist, wobei sowohl eine Lage (50, 51, 52, 53) der Beschichtung (5) einerseits als auch ein unbeschichteter Teil (412, 412') der Oberfläche (41) des Widerstandselements (4) beziehungsweise ein unbeschichteter Teil (312) der Oberfläche (31) des Anschlusselements (3, 3') andererseits oder sowohl die erste Lage (50, 51) einerseits als auch eine weitere Lage (52, 53) der Beschichtung (5) andererseits zur Erfassung von Messsignalen zur Bestimmung der Temperatur der Widerstandsanordnung (2) kontaktierbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Widerstandsanordnung mit einer Beschichtung zur Messung der Temperatur der Widerstandsanordnung sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur einer Widerstandsanordnung.
Für die Strommessung in elektronischen Schaltungen werden Messwiderstände verwendet, die in Reihe zu dem zu überwachenden Bauteil geschaltet sind. Dabei wird die Stromstärke nach dem Ohm'schen Gesetz aus der über dem als Shunt-Widerstand bezeichneten Messwiderstand abfallenden Spannung bestimmt. Der Wert des Widerstands wird dabei als bekannt vorausgesetzt. Die korrekte und verlässliche Messung der Stromstärke ist beispielsweise besonders wichtig in einem Batteriemanagementsystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Eine Widerstandsanordnung, die einen solchen niederohmigen Messwiderstand mit ungefähr 10 bis 50 µOhm sowie Anschlusselemente zum Verbinden der Widerstandsanordnung mit dem Stromkreis umfasst, kann aus einem längsnahtgeschweißten Verbundmaterial hergestellt werden. Dies ist beispielsweise aus der Druckschrift EP 0 605 800 A1 bekannt. Das Verbundmaterial wird aus drei Metallbändern hergestellt, indem die einzelnen Metallbänder jeweils über eine Längsnaht miteinander durch ein Elektronenstrahl- oder Laserschweißverfahren verbunden werden. Das mittlere Metallband besteht dabei aus einem Material mit sehr geringem Widerstandstemperaturkoeffizienten.
Aus diesem Material wird das eigentliche Widerstandselement des Messwiderstands gebildet. Die beiden äußeren Bänder bestehen üblicherweise aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer. Solche Materialien weisen meist einen im Vergleich zum Material des Widerstandselements großen Widerstandstemperaturkoeffizienten auf. Aus diesen beiden äußeren Bändern werden Anschlusselemente gebildet, über die der Messwiderstand an einen Stromkreis angeschlossen werden kann.
Die Bestimmung der Stromstärke aus der über dem Messwiderstand abfallenden Spannung setzt eine genaue Kenntnis des Widerstandswerts voraus. Eine wichtige Rolle spielt dabei der Einfluss der Temperatur auf den spezifischen Widerstand der verwendeten Materialien. Deshalb muss die Temperatur der Widerstandsanordnung, die im Betrieb Werte zwischen -40 und +170°C annehmen kann, bekannt sein, um eine Kompensation des temperaturabhängigen Widerstandsverhaltens durchführen zu können. Die Temperatur der Widerstandsanordnung kann mit einem Temperatursensor gemessen werden und anhand dieser Information kann der Widerstandswert korrigiert werden. Dies ist beispielsweise aus den Druckschriften DE 199 06 276 A1 und EP 2 793 034 B1 bekannt. Die Bestimmung der Temperatur der Widerstandsanordnung erfolgt üblicherweise entweder mittels eines passiven analogen Sensors, beispielsweise eines NTC, PT100-Temperaturfühlers oder eines Thermoelements, oder mittels eines aktiven Sensors (IC), welcher eine Sensordatenauswertung und Kommunikationsschnittstelle besitzt. Der Temperatursensor ist ein zusätzliches Bauteil, das Kosten und konstruktiven Mehraufwand verursacht. Ferner reagiert ein Temperatursensor mit einer Zeitverzögerung auf Temperaturänderungen, was sich negativ auf die Genauigkeit auswirken kann. Dies ist insbesondere bei der Erfassung von Wärmeentwicklung bei kurzzeitigen Spitzen-Strömen, die beispielsweise bei extremer Beschleunigung eines Elektrofahrzeugs auftreten, von Bedeutung.
Die Druckschrift DE 42 06 174 A1 offenbart einen integrierten Sensor aus Silicium, der eine Widerstandsanordnung mit einem Anschlusselement und einem Widerstandselement darstellt. Das Widerstandselement ist mit dem Anschlusselement elektrisch leitend verbunden. Auf der Oberfläche des Widerstandselements ist eine Beschichtung aufgebracht, die so ausgeführt ist, dass an der Grenzfläche zwischen dem Widerstandselement und der Beschichtung ein pn-Übergang gebildet ist. Sowohl die Beschichtung als auch ein unbeschichteter Teil des Anschlusselements sind kontaktierbar. Es ist jedoch nicht offenbart, dass an der Grenzfläche zwischen dem Widerstandselement und der Beschichtung ein Metall und ein Halbleiter in direktem Kontakt stehen. Die Beschichtung ist nicht zur Bestimmung der Temperatur der Widerstandsanordnung geeignet.
Des Weiteren offenbart die Druckschrift US 4 553 125 A eine auf einem Silicium-Wafer als Träger basierende Widerstandsordnung mit einem Anschlusselement, einem Widerstandselement und einer Beschichtung aus SiO₂, die auf dem Widerstandselement aufgebracht ist. Das Widerstandselement wird durch Diffusion von Bor in eine n-Typ-Einkristall-Insel aus Silicium hergestellt. Auf diese Weise wird ein pn-Übergang zwischen dem Widerstandselement und dem Träger gebildet, nicht jedoch an der Grenzfläche zwischen dem Widerstandselement und der Beschichtung. Die Beschichtung ist nicht zur Bestimmung der Temperatur der Widerstandsanordnung geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Widerstandsanordnung anzugeben, die die vorstehend beschriebenen Nachteile überwindet. Insbesondere soll die Temperaturmessung schnell auf Änderungen der Temperatur der Widerstandsanordnung reagieren. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung der Temperatur einer Widerstandsanordnung anzugeben.
Die Erfindung wird bezüglich einer Widerstandsanordnung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich eines Messverfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 17 wiedergegeben. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft eine Widerstandsanordnung, die mindestens ein Anschlusselement zum Anschließen der Widerstandsanordnung an einen Stromkreis und mindestens ein Widerstandselement aufweist. Das Widerstandselement ist über eine Kontaktfläche mit dem Anschlusselement elektrisch leitend verbunden. Die Erstreckung des Widerstandselements in Richtung senkrecht zu der Kontaktfläche wird als Länge bezeichnet. Das mindestens eine Widerstandselement einerseits und das mindestens eine Anschlusselement andererseits bestehen aus unterschiedlichen, elektrisch leitenden Materialien, bevorzugt aus metallischen Materialien. Dabei kann der spezifische elektrische Widerstand des Materials des Widerstandselements mindestens um einen Faktor 10 größer als der spezifische elektrische Widerstand des Materials des Anschlusselements sein. Andererseits ist der Betrag des Widerstandstemperaturkoeffizienten des Materials des Anschlusselements viel größer, typischerweise mindestens um einen Faktor 80 größer als der Betrag des Widerstandstemperaturkoeffizienten des Materials des Widerstandselements. Insbesondere kann der Betrag des Widerstandstemperaturkoeffizienten des Materials des Widerstandselements weniger als 5·10^-5 1/K betragen, während der Widerstandstemperaturkoeffizient des Materials des Anschlusselements ungefähr 4·10^-3 1/K betragen kann. Das Anschlusselement der Widerstandsanordnung kann insbesondere aus Kupfer, einer bevorzugt niedriglegierten Kupferlegierung, aus Aluminium oder einer bevorzugt niedriglegierten Aluminiumlegierung bestehen oder mindestens einen dieser Werkstoffe umfassen. Das Widerstandselement kann aus einer Kupferlegierung sein, die als Widerstandslegierung üblicherweise verwendet wird. Das mindestens eine Anschlusselement kann Mittel zum Anschließen der Widerstandsanordnung an einen äußeren Stromkreis aufweisen, beispielsweise eine Bohrung. Die Widerstandsanordnung kann bevorzugt zwei Anschlusselemente aufweisen, zwischen denen das Widerstandselement angeordnet ist.
Auf zumindest einem Teil der Oberfläche des Widerstandselements als Substrat oder auf zumindest einem Teil der Oberfläche des Anschlusselements als Substrat ist eine Beschichtung aufgebracht, die mindestens eine Lage aufweist. Die Beschichtung kann eine Lage oder mehrere Lagen aufweisen. Unter dem Begriff „Lage“ wird hier eine räumliche Anordnung eines einheitlichen Materials verstanden, wobei die Erstreckung des Materials in der Raumrichtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats, also die Dicke der Lage, wesentlich geringer ist als die Erstreckung des Materials in den Raumrichtungen parallel zur Oberfläche des Substrats.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist die Beschichtung so ausgeführt, dass an einer Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Beschichtung ein Metall und ein Halbleiter in direktem Kontakt stehen, so dass an dieser Grenzfläche ein p-n-Übergang gebildet ist. Bevorzugt bildet das Material des Substrats dabei das Metall und die Lage der Beschichtung, die unmittelbar mit dem Substrat in Kontakt steht, ist als Halbleiter ausgeführt. Sowohl eine Lage der Beschichtung einerseits als auch ein unbeschichteter Teil der Oberfläche des Substrats andererseits, also des Widerstandselements beziehungsweise des Anschlusselements, sind zur Erfassung von Messsignalen zur Bestimmung der Temperatur der Widerstandsanordnung kontaktierbar. Ist die Beschichtung auf dem Widerstandselement aufgebracht, dann sind sowohl mindestens eine Lage der Beschichtung einerseits als auch ein unbeschichteter Teil der Oberfläche des Widerstandselements andererseits zur Erfassung von Messsignalen zur Bestimmung der Temperatur der Widerstandsanordnung kontaktierbar. Ist die Beschichtung auf dem Anschlusselement aufgebracht, dann sind sowohl mindestens eine Lage der Beschichtung einerseits als auch ein unbeschichteter Teil der Oberfläche des Anschlusselements andererseits zur Erfassung von Messsignalen zur Bestimmung der Temperatur der Widerstandsanordnung kontaktierbar. Bevorzugt ist die Lage der Beschichtung kontaktierbar, die mit dem Substrat in direktem Kontakt steht.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist die Beschichtung so ausgeführt, dass mindestens an einer Grenzfläche zwischen einer ersten Lage der Beschichtung und einer zweiten Lage der Beschichtung ein Metall und ein Halbleiter in direktem Kontakt stehen oder ein erster Halbleiter und ein zweiter Halbleiter in direktem Kontakt stehen, so dass an dieser Grenzfläche ein p-n-Übergang gebildet ist. Sowohl die erste Lage der Beschichtung einerseits als auch mindestens eine weitere Lage der Beschichtung, insbesondere die mit der ersten Lage in direktem Kontakt stehende zweite Lage der Beschichtung, andererseits sind zur Erfassung von Messsignalen zur Bestimmung der Temperatur der Widerstandsanordnung unmittelbar oder mittelbar kontaktierbar.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, das Temperaturverhalten der Strom-Spannungskennlinie eines p-n-Übergangs zur direkten Temperaturbestimmung zu nutzen. Die Strom-Spannungskennlinie eines p-n-Übergangs lässt sich wie eine Dioden-Kennlinie mittels der Shockley-Gleichung beschreiben. Die Shockley-Gleichung enthält temperaturabhängige Größen, nämlich Temperaturspannung und Sperrstrom. Die Strom-Spannungskennlinie eines p-n-Übergangs verändert sich somit mit der Temperatur. Wenn der durch den p-n-Übergang fließende Strom und die über den p-n-Übergang abfallende Spannung bekannt sind, kann anhand der als bekannt vorausgesetzten Temperaturabhängigkeit der Strom-Spannungskennlinie die am p-n-Übergang herrschende Temperatur ermittelt werden. Die messtechnische Erfassung eines solchen p-n-Übergangs als Temperatursensor kann beispielweise mittels diskreter Bauteile wie einer Konstantstromquelle und einem Operationsverstärker oder Analog-Digital-Wandler (ADC) oder alternativ in einem integrierten Baustein (IC) erfolgen.
Gemäß der Erfindung wird ein solcher p-n-Übergang durch eine Beschichtung auf der Widerstandsanordnung realisiert. Die Beschichtung ist im Vergleich zum Substrat dünn und sie weist nur eine geringe thermische Masse auf. Andererseits erfolgt die thermische Ankopplung der Beschichtung an das Substrat über eine große Fläche. Deshalb ist die Temperatur am p-n-Übergang in sehr guter Näherung immer identisch mit der Temperatur des Substrats. Auch schnelle Änderungen der Temperatur werden ohne signifikanten Zeitversatz detektiert. Die Beschichtung kann entweder auf dem Widerstandselement oder auf einem Anschlusselement aufgebracht sein. Dementsprechend kann die Temperatur des Widerstandselements oder des Anschlusselements bestimmt werden.
Der p-n-Übergang kann unmittelbar an der Grenzfläche zwischen Substrat und Beschichtung realisiert sein. Das elektrisch leitende, bevorzugt metallische Substrat wirkt dabei aufgrund der freien Elektronen als n-Teil des p-n-Übergangs. Die unmittelbar mit dem Substrat in Kontakt stehende Lage der Beschichtung muss dann so gewählt werden, dass sie in Kombination mit dem Substrat wie ein Halbleiter wirkt, also verglichen mit dem Substrat einen Mangel an freien Elektronen aufweist. Sie bildet dann den p-Teil des p-n-Übergangs. Eine Widerstandsanordnung, die einen solchen p-n-Übergang aufweist, kann hergestellt werden, indem auf einer Oberfläche der Widerstandsanordnung beispielsweise ein kupferbasierter Werkstoff, vorzugsweise ein Oxid, als Schicht abgeschieden oder aufgebaut wird. Durch die gewählte Materialpaarung wird ein p-n-Übergang gebildet, der eine spezifische Strom-Spannungskennlinie besitzt.
Alternativ kann der p-n-Übergang an einer Grenzfläche zwischen einer ersten Lage und einer zweiten Lage der Beschichtung, also durch einen geeigneten Lagenaufbau der Beschichtung, realisiert sein. An dieser Grenzfläche stehen entweder ein Metall und ein Halbleiter oder ein erster Halbleiter und ein zweiter Halbleiter in direktem Kontakt zueinander.
Geeignete Materialkombinationen, bei denen die beschriebenen Halbleiter-Eigenschaften bekannt sind und Kupfer als ein Ausgangsmaterial verwenden, sind beispielsweise Cu/Cu(I)O, p-Cu₂O/n-ZnO, SnF₂:SnO₂ / CuAlO₂ oder p-Cu₂O/n-Cu₂O. Die beispielhaft genannten Oxide weisen Eigenschaften eines Halbleiters auf. Sie können als „oxidische Halbleiter“ bezeichnet werden. Bei solchen Oxiden liegt der energetische Abstand zwischen Valenzband und Leitungsband (Bandlücke) in der gleichen Größenordnung wie bei Halbleitern, also im Bereich weniger Elektronenvolt (eV). Durch thermische Anregung können Elektronen vom Valenzband in das Leitungsband angehoben werden. Deshalb nimmt die elektrische Leitfähigkeit der Oxide mit der Temperatur zu. Die genannten Materialpaarungen bilden einen Materialübergang, der eine Strom-Spannungskennlinie aufweist, die sich wie bei einer Halbleiter-Diode durch die Shockley-Gleichung beschreiben lässt. Ausgehend von den genannten Beispielen lassen sich weitere Materialpaarungen finden, die ähnliche Eigenschaften aufweisen. In solchen Materialpaarungen wirken Oxide wie Halbleiter und können somit im Rahmen dieser Erfindung unter den Begriff „Halbleiter“ fallen.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der durch die Beschichtung gebildete Temperatursensor nicht punktuell, sondern flächig auf der Widerstandsanordnung aufgebracht ist. Somit besteht eine gute thermische Ankopplung zwischen dem Sensor und dem Objekt, dessen Temperatur gemessen werden soll. Ferner hat Beschichtung nur eine sehr geringe eigene Wärmekapazität, so dass der Temperatursensor sehr schnell auf Temperaturänderungen des Substrats reagiert. Mit anderen Worten, aufgrund ihrer sehr geringen thermischen Masse besitzt die Beschichtung eine sehr geringe thermische Trägheit und kann somit sehr flink Temperaturänderungen des Substrats detektieren.
Im Rahmen einer Ausführungsform der Erfindung kann die Beschichtung mindestens eine Lage aufweisen, die aus einem dotierten Halbleiter gebildet ist oder einen solchen umfasst. Durch eine Dotierung können die Eigenschaften des Halbleiters gezielt eingestellt werden. Insbesondere kann durch die Dotierung die Strom-Spannungskennlinie des p-n-Übergangs beeinflusst werden. Auf diese Weise kann beispielsweise die Genauigkeit der Temperaturmessung verbessert werden. Sowohl eine p-Dotierung als auch eine n-Dotierung des gleichen Grundmaterials, wie beispielsweise bei p-Cu₂O/n-Cu₂O, können dabei in Betracht kommen. Das Dotieren kann während des Beschichtungsprozesses erfolgen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Beschichtung mindestens zwei Lagen aufweisen, die so gewählt sind, dass der p-n-Übergang Teil eines n-p-n-Übergangs oder eines p-n-p-Übergangs ist. Auf diese Weise wird eine bipolare Schichtenfolge realisiert. Das dritte Material der Schichtenfolge kann entweder eine dritte Lage der Beschichtung oder das Substrat, also eines der elektrisch leitenden Materialien der Widerstandsanordnung, sein. Die Messgenauigkeit kann mit einer solchen Anordnung deutlich verbessert werden, denn ein n-p-n-Übergang beziehungsweise ein p-n-p-Übergang hat eine deutlich höhere Temperaturkonsistenz als ein p-n-Übergang. In besonders bevorzugter Ausgestaltung dieser Ausführungsform können alle drei Materialien der bipolaren Schichtfolge, insbesondere alle drei Lagen der bipolaren Schichtfolge, zur Erfassung von Messsignalen zur Bestimmung der Temperatur der Widerstandsanordnung kontaktierbar sein. Dies gibt die Möglichkeit, eine Schaltung zu verwirklichen, die einem als Diode geschalteten Bipolar-Transistor entspricht.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Beschichtung lediglich auf einem Teil der Oberfläche des Widerstandselements aufgebracht sein. Auf diese Weise ist es möglich, die Temperatur an kritischen Stellen des Widerstandselements, beispielsweise an Stellen besonders hoher Temperatur, zu ermitteln.
Insbesondere kann bei dieser Ausführungsform das Widerstandselement in Richtung senkrecht zur Kontaktfläche, die sich zwischen Widerstandselement und Anschlusselement befindet, eine Länge aufweisen und die Beschichtung bezogen auf die Länge des Widerstandselements mittig auf der Oberfläche des Widerstandselements aufgebracht sein. Die Beschichtung ist somit in dem Bereich des Widerstandselements positioniert, der am weitesten von den Kontaktflächen zu den Anschlusselementen entfernt ist. In diesem Bereich tritt die höchste Temperatur auf. Aus der höchsten Temperatur kann auf die durchschnittliche Temperatur der Widerstandsanordnung geschlossen werden.
Bevorzugt kann die Erstreckung der Beschichtung in Richtung senkrecht zur Kontaktfläche mindestens 1 mm, besonders bevorzugt mindestens 1,5 mm, und höchstens 4 mm, besonders bevorzugt höchstens 2,5 mm, betragen. Durch die Wahl der Abmessung der Beschichtung in diesem Bereich werden die zu messenden elektrischen Größen in einem günstigen Bereich eingestellt.
Ferner kann im Rahmen einer besonderen Ausgestaltung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung die Beschichtung über die gesamte Breite des Widerstandselements aufgebracht sein. Unter der Breite des Widerstandselements wird seine Erstreckung längs zur Kontaktfläche, also quer zur Richtung des elektrischen Stroms, verstanden. Bei dieser besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird eine Temperatur gemessen, die über die gesamte Breite des Widerstandselements gemittelt ist.
Im Rahmen einer weiteren besonderen Ausgestaltung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung kann ein erster Messabgriff die Beschichtung, also eine Lage der Beschichtung, kontaktieren und ein zweiter Messabgriff kann den unbeschichteten Teil der Oberfläche des Widerstandselements kontaktieren, also auf dem unbeschichteten Teil der Oberfläche des Widerstandselements angebracht sein. Mittels dieser Anordnung von Messabgriffen kann der Spannungsabfall, der am p-n-Übergang an der Grenzfläche zwischen dem Widerstandselement als Substrat und der Beschichtung auftritt, erfasst werden.
Im Rahmen einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Beschichtung lediglich auf einem Teil der Oberfläche des Anschlusselements und unmittelbar an die Kontaktfläche zum Widerstandselement angrenzend aufgebracht sein. Bei dieser Positionierung der Beschichtung wird die Temperatur des Anschlusselements in unmittelbarer Nähe zum Widerstandselement gemessen. Aus dieser gemessenen Temperatur kann dann die Temperatur des Widerstandselements mit ausreichender Genauigkeit ermittelt werden. Je nach Wahl der Materialien kann es einfacher sein, die Beschichtung auf dem Anschlusselement aufzubringen als sie auf dem Widerstandselement aufzubringen.
Im Rahmen einer besonderen Ausgestaltung dieser Ausführungsform der Erfindung kann ein erster Messabgriff die Beschichtung, also eine Lage der Beschichtung, kontaktieren und ein zweiter Messabgriff kann den unbeschichteten Teil der Oberfläche des Anschlusselements kontaktieren, also auf dem unbeschichteten Teil der Oberfläche des Anschlusselements angebracht sein. Mittels dieser Anordnung von Messabgriffen kann der Spannungsabfall, der am p-n-Übergang an der Grenzfläche zwischen dem Anschlusselement als Substrat und der Beschichtung auftritt, erfasst werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Beschichtung eine Lage aufweisen, die mit dem Substrat in direktem Kontakt steht und die ein Oxid des Materials des Substrats umfasst oder ist. Aufgrund der stofflichen Verwandtschaft von Substrat und dem Material der Beschichtung, das mit dem Substrat in direktem Kontakt steht, ergeben sich besonders günstige Voraussetzungen für die Bildung eines p-n-Übergangs. Beispielsweise kann in dem Fall, dass die Beschichtung auf einem Anschlusselement aus Kupfer aufgebracht ist, die Lage, die mit dem Anschlusselement in direktem Kontakt steht, aus Cu(I)O sein oder Cu(I)O enthalten. In analoger Weise kann in dem Fall, dass die Beschichtung auf einem Widerstandselement aus einer Kupfer-Mangan-Legierung aufgebracht ist, die Lage, die mit dem Widerstandselement in direktem Kontakt steht, aus CuMnO₂ sein oder CuMnO₂ enthalten.
Im Rahmen einer hierzu alternativen Ausführungsform der Erfindung kann zwischen dem Substrat und der Beschichtung eine Sperrschicht vorhanden sein. Dabei kontaktiert ein erster Messabgriff eine erste Lage der Beschichtung und ein zweiter Messabgriff kontaktiert eine weitere Lage der Beschichtung. Die Sperrschicht bewirkt eine stoffliche Trennung von Substrat und Beschichtung, nicht jedoch eine thermische Trennung. Das Substrat hat somit keinen stofflichen Einfluss auf die Prozesse in der Beschichtung. Somit kann die Beschichtung in einem weiten Bereich unabhängig vom Material des Substrats gewählt werden. Damit kann die Beschichtung im Hinblick auf ihre Funktion als Temperatursensor optimiert werden. Die Sperrschicht kann beispielsweise aus Nickel sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Beschichtung ferner eine Lage aufweisen, die zur Passivierung der Beschichtung und zur elektrischen Kontaktierung einer nicht-metallischen Lage der Beschichtung dient. Vorzugsweise ist diese Passivierungslage eine metallische Lage. Eine solche Lage kann die Lage der Beschichtung sein, die die größte Entfernung vom Substrat aufweist.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Beschichtung mindestens eine Lage aufweisen, deren Dicke mindestens 50 nm, bevorzugt mindestens 70 nm, und höchstens 100 µm, bevorzugt höchstens 10 µm, beträgt. Insbesondere kann jede Lage der Beschichtung eine Dicke aufweisen, die in dem vorstehend spezifizierten Bereich und insbesondere in dessen bevorzugten Teilbereichen liegt. Eine Beschichtung, die eine oder mehrere Lagen in den spezifizieren Bereichen umfasst, eignet sich besonders gut zur Realisierung eines Temperatursensors auf Basis eines p-n-Übergangs.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Beschichtung mittels eines CVD-Verfahrens oder mittels eines PVD-Verfahrens aufgebracht sein. CVD-Verfahren und PVD-Verfahren eignen sich gut zum Aufbringen von Beschichtungen der vorstehend beschriebenen Art. Insbesondere ermöglichen diese Verfahren das Dotieren von Halbleiterlagen, die mittels dieser Verfahren aufgebracht werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Beschichtung in einer Vertiefung der Oberfläche des Substrats oder auf einem über die Oberfläche des Substrats erhabenen Bereich aufgebracht sein. In manchen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, die Beschichtung in einer Vertiefung der Oberfläche des Substrats aufzubringen, um sie so vor Umwelteinflüssen, beispielsweise mechanischen Angriffen, zu schützen. Dagegen kann es in manchen Anwendungen vorteilhaft sein, die Beschichtung auf einem über die Oberfläche des Substrats erhabenen Bereich aufzubringen. Dies kann beispielsweise die Kontaktierung mit Messabgriffen begünstigen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zur Erfassung der Messsignale die Widerstandsanordnung mittels eines Steckers, einer Leiterplatte oder eines Kabels kontaktiert sein. Diese Komponenten ermöglichen auf einfache und kostengünstige Weise die Messignale abzugreifen, die zur Bestimmung der Temperatur erfasst werden müssen.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Widerstandsanordnung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Temperatur einer Widerstandsanordnung sowie auf die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ausführungsbeispiele verwiesen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur einer Widerstandsanordnung. Die Widerstandsanordnung weist eine Beschichtung wie vorstehend beschrieben auf. Die Beschichtung ist so gewählt, dass ein p-n-Übergang an der Kontaktfläche zwischen dem Substrat und der Beschichtung oder an einer Kontaktfläche zwischen zwei Lagen der Beschichtung gebildet ist. Gemäß der Erfindung wird der durch den p-n-Übergang fließende elektrische Strom und die über den p-n-Übergang abfallende elektrische Spannung ermittelt. Aus diesen beiden Messgrößen wird unter Verwendung der temperaturabhängigen Strom-Spannungskennlinie des p-n-Übergangs die Temperatur der Widerstandsanordnung bestimmt. Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine vorstehend beschriebene Beschichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Widerstandsanordnung verwendet.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Temperatur einer Widerstandsanordnung sowie der erfindungsgemäßen Verwendung einer Beschichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Widerstandsanordnung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Widerstandsanordnung sowie auf die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ausführungsbeispiele verwiesen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der schematischen, nicht maßstabsgerechten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

1 eine Widerstandsanordnung mit einer Beschichtung auf dem Widerstandselement,
2 eine Widerstandsanordnung mit einer Beschichtung in einer Vertiefung des Widerstandselements,
3 eine Widerstandsanordnung mit einer Beschichtung auf einem erhabenen Bereich des Widerstandselements,
4 eine Widerstandsanordnung mit einer Beschichtung auf einem Anschlusselement,
5 ein Widerstandselement mit einer Beschichtung mit einem ersten Schichtaufbau,
6 ein Widerstandselement mit einer Beschichtung mit einem zweiten Schichtaufbau,
7 ein Widerstandselement mit einer Beschichtung mit einem dritten Schichtaufbau.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Widerstandsanordnung 2 mit zwei Anschlusselementen 3, 3' und einem zwischen den beiden Anschlusselementen 3, 3' angeordneten Widerstandselement 4. Das Widerstandselement 4 ist über Kontaktflächen 34, 34' mit den beiden Anschlusselementen 3, 3' elektrisch leitend verbunden. Die Erstreckung des Widerstandselements 4 zwischen den beiden Kontaktflächen 34, 34' ist als Länge L bezeichnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist aus Gründen der Vereinfachung das Widerstandselement 4 so gezeichnet, dass seine Breite B, also sein Erstreckung in Richtung längs zu den Kontaktflächen 34, 34', so groß ist wie die Erstreckung der Anschlusselemente 3, 3' in diese Richtung. Üblicherweise ist die Erstreckung des Widerstandselements 4 in Richtung längs zu den Kontaktflächen 34, 34' etwas geringer als die Erstreckung der Anschlusselemente 3, 3' in diese Richtung. Mittel zum Anschließen der Widerstandsanordnung 2 an einen äußeren Stromkreis, wie beispielsweise Bohrungen in den Anschlusselementen 3, 3', sind aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt.
Das Widerstandselement 4 weist eine frei zugängliche Oberfläche 41 auf. Auf einem Teil 411 der Oberfläche 41 des Widerstandselements 4 ist eine Beschichtung 5 in Form eines schmalen Streifens aufgebracht. Die Beschichtung 5 ist mittig zwischen den beiden Kontaktflächen 34, 34' aufgebracht, so dass zwischen der Beschichtung 5 und jeweils einem Anschlusselement 3, 3' jeweils ein unbeschichteter Teil 412, 412' der Oberfläche 41 des Widerstandselements 4 vorhanden ist. Die Beschichtung erstreckt sich über die gesamte Breite B des Widerstandselements 4. Alternativ ist es auch möglich, dass sich die Beschichtung 5 nur über einen Teil der Breite B des Widerstandselements 4 erstreckt. An der Grenzfläche 61 zwischen der Beschichtung 5 und dem Widerstandselement 4 ist ein nicht näher dargestellter p-n-Übergang ausgebildet.
Ein erster Messabgriff 71 ist so angebracht, dass er direkt die Beschichtung 5 kontaktiert. Ein zweiter Messabgriff 72 ist so angebracht, dass er einen unbeschichteten Teil 412 der Oberfläche 41 des Widerstandselements 4 kontaktiert. Mittels dieser beiden Messabgriffe 71, 72 kann die über dem p-n-Übergang abfallende Spannung ermittelt werden.
In dem in 1 nicht dargestellten Fall, dass sich die Beschichtung 5 nur über einen Teil der Breite B des Widerstandselements 4 erstreckt, umfasst der unbeschichtet Teil 412, 412' der Oberfläche 41 des Widerstandselements 4 auch einen Bereich, der von den Anschlusselementen 3, 3' gleich weit entfernt ist wie die Beschichtung 5. Somit liegt bei Stromfluss durch das Widerstandselement 4 dieser Bereich auf dem gleichen elektrischen Potenzial wie die Beschichtung 5. Der zweite Messabgriff 72 kann in diesem Fall vorteilhafterweise in diesem Bereich des unbeschichteten Teils 412, 412' der Oberfläche 41 des Widerstandselements 4 angebracht sein. Besonders bevorzugt kann der zweite Messabgriff 72 so positioniert sein, dass er zu den beiden Anschlusselementen 3, 3' die gleiche Entfernung aufweist wie der erste Messabgriff 71, der die Beschichtung 5 kontaktiert. Messwertverfälschungen werden somit reduziert.
2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Widerstandsanordnung 2. Die in 2 dargestellte Ausführungsform unterschiedet sich von der in 1 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass sich die Beschichtung 5 in einer Vertiefung 8 des Widerstandselements 4 befindet. Alle übrigen Merkmale der in 2 dargestellten Widerstandsanordnung 2 entsprechen denen der in 1 dargestellten Widerstandsanordnung 2. Wie im Zusammenhang mit 1 erläutert, ist es ferner auch möglich, dass sich die Beschichtung 5 und die Vertiefung 8 nur über einen Teil der Breite B des Widerstandselements 4 erstrecken oder dass sich nur die Beschichtung 5 über einen Teil der Breite B des Widerstandselements 4 erstreckt, während sich die Vertiefung 8 über die gesamte Breite B des Widerstandselements 4 erstreckt. In diesen Fällen kann der zweite Messabgriff 72 in vorteilhafter Weise so positioniert sein, wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben.
3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform Widerstandsanordnung 2, bei der die Beschichtung 5 auf einem erhabenen Bereich 9 des Widerstandselements 4 aufgebracht ist. Alle übrigen Merkmale der in 3 dargestellten Widerstandsanordnung 2 entsprechen denen der in 1 dargestellten Widerstandsanordnung 2. Wie im Zusammenhang mit 1 erläutert, ist es ferner auch möglich, dass sich die Beschichtung 5 und der erhabene Bereich 9 nur über einen Teil der Breite B des Widerstandselements 4 erstrecken oder dass sich nur die Beschichtung 5 über einen Teil der Breite B des Widerstandselements 4 erstreckt, während sich der erhabene Bereich 9 über die gesamte Breite B des Widerstandselements 4 erstreckt. In diesen Fällen kann der zweite Messabgriff 72 in vorteilhafter Weise so positioniert sein, wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben.
4 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Widerstandsanordnung 2. Der grundlegende Aufbau dieser Widerstandsanordnung 2 hinsichtlich der Anschlusselemente 3, 3' und des Widerstandselements 4 entspricht der in 1 dargestellten Ausführungsform. Das Anschlusselement 3 weist eine frei zugängliche Oberfläche 31 auf. Auf einem Teil 311 der Oberfläche 31 des Anschlusselements 3 ist eine Beschichtung 5 in Form eines schmalen Streifens direkt am Übergang zum Widerstandselement 4 aufgebracht. Somit weist die Oberfläche 31 des Anschlusselements 3 einen unbeschichteten Teil 312 auf. Die Beschichtung dehnt sich über die gesamte Erstreckung des Anschlusselements 3 in Richtung längs zu den Kontaktflächen 34, 34' aus. Alternativ ist es auch möglich, dass sich die Beschichtung 5 nur über einen Teil der Erstreckung des Anschlusselements 3 in Richtung längs zu den Kontaktflächen 34, 34' ausdehnt. An der Grenzfläche 61 zwischen der Beschichtung 5 und dem Anschlusselement 3 ist ein nicht näher dargestellter p-n-Übergang ausgebildet. Ein erster Messabgriff 71 ist so angebracht, dass er direkt die Beschichtung 5 kontaktiert. Ein zweiter Messabgriff 72 ist so angebracht, dass er den unbeschichteten Teil 312 der Oberfläche 31 des Anschlusselements 3 kontaktiert. Mittels dieser beiden Messabgriffe 71, 72 kann die über dem p-n-Übergang abfallende Spannung ermittelt werden.
In dem in 4 nicht dargestellten Fall, dass sich die Beschichtung 5 nur über einen Teil der Breite B des Anschlusselements 3 erstreckt, umfasst der unbeschichtet Teil 312 der Oberfläche 31 des Anschlusselements 3 auch einen Bereich, der vom Widerstandselement 4 gleich weit entfernt ist wie die Beschichtung 5. Somit liegt bei Stromfluss durch die Widerstandsanordnung 2 dieser Bereich auf dem gleichen elektrischen Potenzial wie die Beschichtung 5. Der zweite Messabgriff 72 kann in diesem Fall vorteilhafterweise in diesem Bereich des unbeschichteten Teils 312 der Oberfläche 31 des Anschlusselements 3 angebracht sein. Besonders bevorzugt kann der zweite Messabgriff 72 so positioniert sein, dass er zum Widerstandselement 4 die gleiche Entfernung aufweist wie der erste Messabgriff 71, der die Beschichtung 5 kontaktiert.
Die in 4 dargestellte Ausführungsform einer Widerstandsanordnung 2 kann abgewandelt werden, indem auf beiden Anschlusselementen 3, 3' eine Beschichtung 5 in Form eines schmalen Streifens direkt am jeweiligen Übergang zum Widerstandselement 4 aufgebracht ist. Somit kann die jeweilige Temperatur der beiden Anschlusselemente 3, 3' in unmittelbarer Nähe zu den jeweiligen Kontaktflächen 34, 34' gemessen werden. Anhand dieser Temperaturen können die Thermospannungen abgeschätzt werden, die sich an den jeweiligen Übergängen zwischen dem Widerstandselement 4 und den Anschlusselementen 3, 3' einstellen.
5 zeigt ein Widerstandselement 4 mit einer Beschichtung 5 mit einem ersten Schichtaufbau. Das dargestellte Widerstandselement 4 kann Teil einer Widerstandsanordnung 2 gemäß den 1 bis 3 sein. Aus Gründen der Vereinfachung sind Anschlusselemente 3, 3', die das Widerstandselement 4 beidseitig kontaktieren, nicht dargestellt. Die Beschichtung 5 besteht aus einer ersten Lage 50, die in direktem Kontakt mit dem Widerstandselement 4 steht, und einer weiteren Lage 59, die zur Passivierung der Beschichtung 5 und zur elektrischen Kontaktierung der ersten Lage 50 dient. Die erste Lage 50 kann bevorzugt aus einem Oxid des Materials des Widerstandselements 4 sein oder ein solches Oxid umfassen. Die weitere Lage 59 besteht aus einem Metall und stellt die oberste Lage 59 der Beschichtung 5 dar, also die Lage, die vom Substrat am weitesten entfernt ist. An der Grenzfläche 61 zwischen der ersten Lage 50 der Beschichtung 5 und dem Widerstandselement 4 ist ein nicht dargestellter p-n-Übergang ausgebildet. Ein erster Messabgriff 71 kontaktiert die Beschichtung 5, indem er mit der obersten Lage 59 der Beschichtung 5 in Kontakt steht. Auf diese Weise wird die erste Lage 50 der Beschichtung 5 elektrisch kontaktiert. Ein zweiter Messabgriff 72 kontaktiert das Widerstandselement 4 in einem unbeschichteten Bereich 412 seiner Oberfläche 41. Mittels dieser beiden Messabgriffe 71, 72 kann die über den p-n-Übergang abfallende Spannung ermittelt werden.
6 zeigt ein Widerstandselement 4 mit einer Beschichtung 5 mit einem zweiten Schichtaufbau. Das dargestellte Widerstandselement 4 kann Teil einer Widerstandsanordnung 2 gemäß den 1 bis 4 sein. Aus Gründen der Vereinfachung sind Anschlusselemente 3, 3', die das Widerstandselement 4 beidseitig kontaktieren, nicht dargestellt. Die Beschichtung 5 besteht aus einer Sperrschicht 58, die unmittelbar auf dem Widerstandselement 4 aufgebracht ist, einer obersten Lage 59, die zur Passivierung und Kontaktierung der Beschichtung 5 dient, sowie zwei weiteren Lagen 51, 52, die zwischen der Sperrschicht 58 und der obersten Lage 59 angeordnet sind. Die erste 51 dieser beiden Lagen ist auf der Sperrschicht 58 aufgebracht. Die zweite 52 dieser beiden Lagen steht in direktem Kontakt zu der obersten Lage 59. Die erste Lage 51 kann ein p-dotierter Halbleiter sein. In diesem Fall ist die zweite Lage 52 ein n-dotierter Halbleiter. Es ist aber auch möglich, dass die erste Lage 51 ein n-dotierter Halbleiter und die zweite Lage 52 ein p-dotierter Halbleiter ist. In beiden Fällen ist an der Grenzfläche 62 zwischen der ersten 51 und der zweiten 52 der beiden weiteren Lagen ein nicht dargestellter p-n-Übergang ausgebildet. Ein erster Messabgriff 71 kontaktiert die erste 51 der beiden weiteren Lagen. Ein zweiter Messabgriff 72 kontaktiert die Beschichtung 5, indem er mit der obersten Lage 59 der Beschichtung 5 in Kontakt steht. Auf diese Weise wird die zweite 52 der weiteren Lagen der Beschichtung 5 elektrisch kontaktiert. Mittels dieser beiden Messabgriffe 71, 72 kann die über den p-n-Übergang abfallende Spannung ermittelt werden.
7 zeigt ein Widerstandselement 4 mit einer Beschichtung 5 mit einem dritten Schichtaufbau. Das dargestellte Widerstandselement 4 kann Teil einer Widerstandsanordnung 2 gemäß den 1 bis 4 sein. Aus Gründen der Vereinfachung sind Anschlusselemente 3, 3', die das Widerstandselement 4 beidseitig kontaktieren, nicht dargestellt. Die Beschichtung 5 besteht aus einer Sperrschicht 58, die unmittelbar auf dem Widerstandselement 4 aufgebracht ist, einer obersten Lage 59, die zur Passivierung und Kontaktierung der Beschichtung 5 dient, sowie drei weiteren Lagen 51, 52, 53, die zwischen der Sperrschicht 58 und der obersten Lage 59 angeordnet sind. Die erste 51 dieser drei Lagen ist auf der Sperrschicht 58 aufgebracht. Die dritte 53 dieser drei Lagen steht in direktem Kontakt zu der obersten Lage 59. Die zweite 52 dieser drei Lagen ist zwischen der ersten 51 und der dritten 53 Lage angeordnet. Die erste Lage 51 kann ein p-dotierter Halbleiter sein. In diesem Fall ist die zweite Lage ein n-dotierter Halbleiter und die dritte Lage 53 kann ein p-dotierter Halbleiter sein. Es ist aber auch möglich, dass die erste Lage 51 ein n-dotierter Halbleiter, die zweite Lage 52 ein p-dotierter Halbleiter und die dritte Lage 53 ein n-dotierter Halbleiter ist. An der Grenzfläche 62 zwischen der ersten 51 und der zweiten 52 der drei weiteren Lagen ist ein nicht dargestellter p-n-Übergang ausgebildet. An der Grenzfläche 62' zwischen der zweiten 52 und der dritten 53 der drei weiteren Lagen ist ebenfalls ein nicht dargestellter p-n-Übergang ausgebildet, so dass die drei weiteren Lagen 51, 52, 53 eine bipolare Schichtfolge des Typs n-p-n oder des Typs p-n-p darstellen. Ein erster Messabgriff 71 kontaktiert die erste 51 der drei weiteren Lagen. Ein zweiter Messabgriff 72 kontaktiert die Beschichtung 5, indem er mit der obersten Lage 59 der Beschichtung 5 in Kontakt steht. Auf diese Weise wird die dritte 53 der drei weiteren Lagen der Beschichtung 5 elektrisch kontaktiert. Ferner kontaktiert ein optionaler dritter Messabgriff 73 die zweite Lage 52. Durch die Kombination der drei Messabgriffe 71, 72, 73 wird eine Schaltung realisiert, bei der zwei p-n-Übergänge zur Erfassung der Temperatur genutzt werden können. Eine solche Schaltung entspricht einem als Diode geschalteten Bipolar-Transistor (englisch: diode connected bipolar transistor).
Die in 5, 6 und 7 dargestellten Beschichtungen 5 können nicht nur auf dem Widerstandselement 4 aufgebracht sein, sondern in analoger Weise auch auf einem Anschlusselement 3, wie in 4 dargestellt, oder auf beiden Anschlusselementen 3, 3', wie im Zusammenhang mit 4 erläutert.
Bezugszeichenliste

2: Widerstandsanordnung
3, 3': Anschlusselement
31: Oberfläche
311: beschichteter Teil
312: unbeschichteter Teil
34, 34': Kontaktfläche
4: Widerstandselement
41: Oberfläche
411: beschichteter Teil
412, 412`: unbeschichteter Teil
5: Beschichtung
50,51,52,53: Lage
58: Sperrschicht
59: Lage
61, 62, 62`: Grenzfläche
71, 72, 73: Messabgriff
8: Vertiefung
9: erhabener Bereich
L: Länge
B: Breite

Claims

Widerstandsanordnung (2) umfassend mindestens ein Anschlusselement (3, 3') zum Anschließen der Widerstandsanordnung (2) an einen Stromkreis und mindestens ein Widerstandselement (4), wobei das Widerstandselement (4) über eine Kontaktfläche (34, 34') mit dem Anschlusselement (3, 3') elektrisch leitend verbunden ist, wobei das mindestens eine Widerstandselement (4) einerseits und das mindestens eine Anschlusselement (3, 3') andererseits aus unterschiedlichen, elektrisch leitenden Materialien bestehen, und wobei auf zumindest einem Teil (411) der Oberfläche (41) des Widerstandselements (4) als Substrat oder auf zumindest einem Teil (311) der Oberfläche (31) des Anschlusselements (3, 3') als Substrat eine Beschichtung (5) aufgebracht ist, die mindestens eine Lage (50, 51, 52, 53) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) so ausgeführt ist, dass an einer Grenzfläche (61) zwischen dem Substrat und der Beschichtung (5) ein Metall und ein Halbleiter in direktem Kontakt stehen, so dass an der Grenzfläche (61) ein p-n-Übergang gebildet ist und/oder dass mindestens an einer Grenzfläche (62, 62') zwischen einer ersten Lage (50, 51) der Beschichtung (5) und einer zweiten Lage (52) der Beschichtung (5) ein Metall und ein Halbleiter in direktem Kontakt stehen oder ein erster Halbleiter und ein zweiter Halbleiter in direktem Kontakt stehen, so dass an der Grenzfläche (62, 62') ein p-n-Übergang gebildet ist, wobei sowohl mindestens eine Lage (50, 51, 52, 53) der Beschichtung (5) einerseits als auch ein unbeschichteter Teil (412, 412') der Oberfläche (41) des Widerstandselements (4) beziehungsweise ein unbeschichteter Teil (312) der Oberfläche (31) des Anschlusselements (3, 3') andererseits oder sowohl die erste Lage (50, 51) einerseits als auch mindestens eine weitere Lage (52, 53) der Beschichtung (5) andererseits zur Erfassung von Messsignalen zur Bestimmung der Temperatur der Widerstandsanordnung (2) kontaktierbar sind.
Widerstandsanordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) mindestens eine Lage (51, 52, 53) aufweist, die aus einem dotierten Halbleiter gebildet ist oder einen solchen umfasst.
Widerstandsanordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) mindestens zwei Lagen (50, 51, 52, 53) aufweist, die so gewählt sind, dass der p-n-Übergang Teil eines n-p-n-Übergangs oder eines p-n-p-Übergangs ist.
Widerstandsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) lediglich auf einem Teil (411) der Oberfläche (41) des Widerstandselements (4) aufgebracht ist.
Widerstandsanordnung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (4) in Richtung senkrecht zur Kontaktfläche (34, 34') eine Länge (L) aufweist und dass die Beschichtung (5) bezogen auf die Länge (L) des Widerstandselements (4) mittig auf der Oberfläche (41) des Widerstandselements (4) aufgebracht ist.
Widerstandsanordnung (2) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (4) in Richtung längs zur Kontaktfläche (34, 34') eine Breite (B) aufweist und die Beschichtung (5) über die gesamte Breite (B) des Widerstandselements (4) aufgebracht ist.
Widerstandsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Messabgriff (71) die Beschichtung (5) kontaktiert und dass ein zweiter Messabgriff (72) den unbeschichteten Teil (412, 412') der Oberfläche (41) des Widerstandselements (4) kontaktiert.
Widerstandsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) auf einem Teil (311) der Oberfläche (31) des Anschlusselements (3, 3') und unmittelbar an die Kontaktfläche (34, 34') zum Widerstandselement (4) angrenzend aufgebracht ist.
Widerstandsanordnung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Messabgriff (71) die Beschichtung (5) kontaktiert und dass ein zweiter Messabgriff (72) den unbeschichteten Teil (312) der Oberfläche (31) des Anschlusselements (3, 3') kontaktiert.
Widerstandsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) eine Lage (50) aufweist, die mit dem Substrat in direktem Kontakt steht und die ein Oxid des Materials des Substrats umfasst oder ist.
Widerstandsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substrat und der Beschichtung (5) eine Sperrschicht (58) vorhanden ist, dass ein erster Messabgriff (71) eine erste Lage (51) der Beschichtung (5) kontaktiert und dass ein zweiter Messabgriff (72) eine weitere Lage (52, 53) der Beschichtung (5) kontaktiert.
Widerstandsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) eine Lage (59) aufweist, die zur Passivierung der Beschichtung (5) und zur elektrischen Kontaktierung einer nicht-metallischen Lage (50, 51, 52, 53) der Beschichtung (5) dient.
Widerstandsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) mindestens eine Lage (50, 51, 52, 53) aufweist, deren Dicke mindestens 50 nm und höchstens 100 µm beträgt.
Widerstandsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) mittels eines CVD-Verfahrens oder mittels eines PVD-Verfahrens aufgebracht ist.
Widerstandsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) in einer Vertiefung (8) der Oberfläche (31, 41) des Substrats oder auf einem über die Oberfläche (31, 41) des Substrats erhabenen Bereich (9) aufgebracht ist.
Widerstandsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Messsignale die Widerstandsanordnung (2) mittels eines Steckers, einer Leiterplatte oder eines Kabels kontaktiert ist.
Verfahren zur Bestimmung der Temperatur einer Widerstandsanordnung (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den p-n-Übergang fließende elektrische Strom und die über den p-n-Übergang abfallende elektrische Spannung ermittelt werden und daraus die Temperatur der Widerstandsanordnung (2) bestimmt wird.