JPH02253117A - 圧力センサー - Google Patents
圧力センサーInfo
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- JPH02253117A JPH02253117A JP1075566A JP7556689A JPH02253117A JP H02253117 A JPH02253117 A JP H02253117A JP 1075566 A JP1075566 A JP 1075566A JP 7556689 A JP7556689 A JP 7556689A JP H02253117 A JPH02253117 A JP H02253117A
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- Japan
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- probe
- pressure
- gap
- sensor
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体分野などの微小なガスの制御流量・ガ
ス圧・真空圧等の圧力を測定する圧力センサー及び加速
度センサー、変位センサーに用いられる。
ス圧・真空圧等の圧力を測定する圧力センサー及び加速
度センサー、変位センサーに用いられる。
本発明は、探針表面に形成された第１の電極と該第１の
電極に相対向して設けられた第２の電極との間隙をｌｎ
ｍ程度とすることによりトンネル電流が流れ、かつ、該
間隙の変化に対しトンネル電流値が指数関数的に変化す
ることを利用するものであり、流体の圧力変位を、第１
及び第２の電極間の間隙に連動せしめ、トンネル電流の
変化として流体の圧力変化を検出するものである。
電極に相対向して設けられた第２の電極との間隙をｌｎ
ｍ程度とすることによりトンネル電流が流れ、かつ、該
間隙の変化に対しトンネル電流値が指数関数的に変化す
ることを利用するものであり、流体の圧力変位を、第１
及び第２の電極間の間隙に連動せしめ、トンネル電流の
変化として流体の圧力変化を検出するものである。
従来、変位を検出する場合、電気抵抗がひずみによって
顕著に変化する金属材料を使用し、圧力の検知を行う方
法、もしくは半導体に加えられる力によって変化する現
象を利用する方法、可動部の動きを電気信号に変換して
力学量を検出する方法等がある。しかし、より微小な変
位量の検出力の向上が望まれる。従来のセンサーは、第
４図に示されるように、固定台７上にダイヤフラム５が
搭載され、ダイＡ・フラム５に歪ゲージが設けられてい
る。ここで圧力が印加すると、ダイヤフラム５が変形し
、歪ゲージ６に歪が発生ずる。このため、歪ゲージ６に
は圧電体抵抗効果により大きな変化が起こり、圧力に比
例したブリッジ出力が得られる方法がとられていた。
顕著に変化する金属材料を使用し、圧力の検知を行う方
法、もしくは半導体に加えられる力によって変化する現
象を利用する方法、可動部の動きを電気信号に変換して
力学量を検出する方法等がある。しかし、より微小な変
位量の検出力の向上が望まれる。従来のセンサーは、第
４図に示されるように、固定台７上にダイヤフラム５が
搭載され、ダイＡ・フラム５に歪ゲージが設けられてい
る。ここで圧力が印加すると、ダイヤフラム５が変形し
、歪ゲージ６に歪が発生ずる。このため、歪ゲージ６に
は圧電体抵抗効果により大きな変化が起こり、圧力に比
例したブリッジ出力が得られる方法がとられていた。
また、ｌ・ン不ル効果を利用したセンサーとしては還元
性ガスセンサーとして特開昭５９−１３１．１５２号公
報にセンサーの構造が開示されているが、ガスの吸脱着
による仕事関数の変化により検出するもので、圧力・変
位・加速度の検出は不向きである。
性ガスセンサーとして特開昭５９−１３１．１５２号公
報にセンサーの構造が開示されているが、ガスの吸脱着
による仕事関数の変化により検出するもので、圧力・変
位・加速度の検出は不向きである。
しかし、従来のセンサーでは半導体センサーでも自動車
・飛行機等の加速度を検出する等の用途が多かったが近
年、半導体の分野ではたとえばＣＶＤによる膜付けには
微量のガス流量の制御を高精度に行う必要が生しており
、微小な圧力・変位を高精度に検出する方法が望まれて
いた。
・飛行機等の加速度を検出する等の用途が多かったが近
年、半導体の分野ではたとえばＣＶＤによる膜付けには
微量のガス流量の制御を高精度に行う必要が生しており
、微小な圧力・変位を高精度に検出する方法が望まれて
いた。
そこで、微小な圧力・変位を高精度に検出することの可
能なセンサーを目的としている。
能なセンサーを目的としている。
本発明は、上記問題点を解決するために、圧力微小変位
検出方法を、探針表面に形成された第１の電極と、該第
１の電極と相対向して設けられた第２の電極との間隙を
、予めトンネル電流の流れる領域に保持し、流体の圧力
の変化を、該電極間の間隙の変化に連動せしめ、ｌ・ン
不ル電流の変化として流体の圧力微小変位を検出するも
のとし、センサーを鋭利な先端形状を有する探針と、該
探針表面に形成された第１の電極と、第１の電極と相対
向して設ｉノられた第２の電極と、流体の圧力の微小変
位を第１の電極と第２の電極との間隙の変位に連動する
圧力感応部と、第１の電極と第２の電極との間隙を制御
する間隙制御機構とからなる圧力微小変位検出機構を具
備する構成とした。
検出方法を、探針表面に形成された第１の電極と、該第
１の電極と相対向して設けられた第２の電極との間隙を
、予めトンネル電流の流れる領域に保持し、流体の圧力
の変化を、該電極間の間隙の変化に連動せしめ、ｌ・ン
不ル電流の変化として流体の圧力微小変位を検出するも
のとし、センサーを鋭利な先端形状を有する探針と、該
探針表面に形成された第１の電極と、第１の電極と相対
向して設ｉノられた第２の電極と、流体の圧力の微小変
位を第１の電極と第２の電極との間隙の変位に連動する
圧力感応部と、第１の電極と第２の電極との間隙を制御
する間隙制御機構とからなる圧力微小変位検出機構を具
備する構成とした。
本発明によれば、間隙制御機構により、探針もしくは第
２の電極を移動せしめ、第１の電極と第２の電極との間
に微小電圧を印加して１−ン不ル電流の流れる電極間間
隙に維持し、圧力感応部により、流体の圧力変化を、第
２の電極もしくは探針に連動させ、電極間間隙を変化さ
せ、Ｉ・ン不ル電流を変化さゼるものである。
２の電極を移動せしめ、第１の電極と第２の電極との間
に微小電圧を印加して１−ン不ル電流の流れる電極間間
隙に維持し、圧力感応部により、流体の圧力変化を、第
２の電極もしくは探針に連動させ、電極間間隙を変化さ
せ、Ｉ・ン不ル電流を変化さゼるものである。
間隙制御機構は、電極間間隙を微調整するものであり、
特に、Ｉ’ＺＴ、 ｌ１ａＴｉＯ１ｌ、 ＬｉＮｂＯｘ
等の圧電体が適当である。
特に、Ｉ’ＺＴ、 ｌ１ａＴｉＯ１ｌ、 ＬｉＮｂＯｘ
等の圧電体が適当である。
この圧電体は、電圧の印加方向に対し、垂直、水平、又
は斜め方向に伸縮する特性があり、かつ印加電圧値と伸
縮量との相関があり、探針もしくは第２の電極を移動量
を制御でき、電極間間隙の微調整が達成される。
は斜め方向に伸縮する特性があり、かつ印加電圧値と伸
縮量との相関があり、探針もしくは第２の電極を移動量
を制御でき、電極間間隙の微調整が達成される。
圧力感応部（Ｊ、表裏の圧力差により形状が変形するも
のであり、流体の圧力変化に伴い圧力感応部の裏面に形
成された探針もしくは第２の電極を移動するものである
。
のであり、流体の圧力変化に伴い圧力感応部の裏面に形
成された探針もしくは第２の電極を移動するものである
。
この圧力感応部は薄い金属板、薄いソリコン板等のダイ
ヤフラムが用いられる。更に、探針と第２の電極は相対
向して配置され、圧力感応部の裏面に一方が配置される
ものであり、又探針が金属材料で構成される場合には、
探針よりトンネル電流を検出する電極を設けることによ
り、特に第１の電極を形成する必要はない。
ヤフラムが用いられる。更に、探針と第２の電極は相対
向して配置され、圧力感応部の裏面に一方が配置される
ものであり、又探針が金属材料で構成される場合には、
探針よりトンネル電流を検出する電極を設けることによ
り、特に第１の電極を形成する必要はない。
このように、本発明によればｌ・ン不ル電流は鋭利な先
端形状を有する探針表面に形成された第１の電極と第２
の電極との間隙をｌｎｍ程度にすることにより流れ、か
つ電極間間隙の変化に対して指数関数的に変化すること
から、流体の圧力変位を電極間間隙の変化に連動するこ
とにより、流体の微小圧力変位をトンネル電流変化とし
てとらえ、高精度に検出することができる。
端形状を有する探針表面に形成された第１の電極と第２
の電極との間隙をｌｎｍ程度にすることにより流れ、か
つ電極間間隙の変化に対して指数関数的に変化すること
から、流体の圧力変位を電極間間隙の変化に連動するこ
とにより、流体の微小圧力変位をトンネル電流変化とし
てとらえ、高精度に検出することができる。
Ｃ実施例〕
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
第１図、第２図、第３図において、本発明のセンサーの
製造方法を説明する。探針１の製作は、シリコン基板４
ａ上にピラミッド構造の探針１を作る。探針１の製造方
法は酸化シリコン（Ｓｉ２０）をマスクとして、異方性
エツチングで形成する。エツチング液としては、水酸化
カリウム（ＫＯＨ）を用い酸化シリコン（ＳｉＯｚ）を
取り除きピラミッド構造ができる。ピラミッド構造に導
通を持たせるため第１の電極としての電極３Ｃを被覆す
る。製造方法としてはＣＶＤ等の膜付は装置で金・白金
等をシリコン基板４ａの表面に付ける。
製造方法を説明する。探針１の製作は、シリコン基板４
ａ上にピラミッド構造の探針１を作る。探針１の製造方
法は酸化シリコン（Ｓｉ２０）をマスクとして、異方性
エツチングで形成する。エツチング液としては、水酸化
カリウム（ＫＯＨ）を用い酸化シリコン（ＳｉＯｚ）を
取り除きピラミッド構造ができる。ピラミッド構造に導
通を持たせるため第１の電極としての電極３Ｃを被覆す
る。製造方法としてはＣＶＤ等の膜付は装置で金・白金
等をシリコン基板４ａの表面に付ける。
また、第２図に示すように圧力を受ける部分の応答性を
良好にするため円形上にエツチングで抜き４箇所ブリツ
ジを付けた圧力感応部としてのダイヤフラム５を作製す
る。さらに応答性をよくするためダイヤフラム５をエツ
チングし薄くする。
良好にするため円形上にエツチングで抜き４箇所ブリツ
ジを付けた圧力感応部としてのダイヤフラム５を作製す
る。さらに応答性をよくするためダイヤフラム５をエツ
チングし薄くする。
次に、シリコン基板４ｂ上に圧電体の製作方法について
説明する。シリコン基板４ｂを、溝加工を行う。その溝
部分に、金・白金等の金属薄膜をスパッタ等により膜付
けを行い圧電体２の電極３ｂとする。電極は外部電源よ
り電圧をかけられるようにする。さらに圧電材料（ＰＺ
Ｔ）を膜付けし圧電体２を作製する。圧電体２上に金・
白金等の金属薄膜を膜付けし圧電体２の電極３ａとし間
隙制御機構を作製する。厚みについては、探針と溝の深
さをモニタリングしながら、圧電体の動作によりトンネ
ル領域に入るようにする。ここで、電極３ａは、トンネ
ル電流を検出する一方の電極である第２の電極として使
用される。シリコン基板４ａ、４ｂを探針１と圧電体２
が向き合うようにマイクロ接合しセンサーを作製する。
説明する。シリコン基板４ｂを、溝加工を行う。その溝
部分に、金・白金等の金属薄膜をスパッタ等により膜付
けを行い圧電体２の電極３ｂとする。電極は外部電源よ
り電圧をかけられるようにする。さらに圧電材料（ＰＺ
Ｔ）を膜付けし圧電体２を作製する。圧電体２上に金・
白金等の金属薄膜を膜付けし圧電体２の電極３ａとし間
隙制御機構を作製する。厚みについては、探針と溝の深
さをモニタリングしながら、圧電体の動作によりトンネ
ル領域に入るようにする。ここで、電極３ａは、トンネ
ル電流を検出する一方の電極である第２の電極として使
用される。シリコン基板４ａ、４ｂを探針１と圧電体２
が向き合うようにマイクロ接合しセンサーを作製する。
センシング動作について第３図により説明する。
電極３ａ、３ｂに電圧をかけると圧電効果により歪が生
じ、電極−圧電体２−電極が伸縮すること番こより、探
針との間をトンネル領域にする。図の上部より圧力が加
わると電極３ａ−圧電体２−電極３ｂと探針１の距離が
変化し電流値に変化を生じる。
じ、電極−圧電体２−電極が伸縮すること番こより、探
針との間をトンネル領域にする。図の上部より圧力が加
わると電極３ａ−圧電体２−電極３ｂと探針１の距離が
変化し電流値に変化を生じる。
探針１と圧電体２の指数関数的なトンネル電流値の変化
により、微小な変位を検出できるセンサーが可能となる
。
により、微小な変位を検出できるセンサーが可能となる
。
（第２実施例）
第５図は本発明のセンサーの他の実施例を示す断面図で
ある。
ある。
探針１は、白金線を機械研磨した後、硫酸、硝酸、リン
酸の混合液にて電解研磨し、鋭利な先端形状を形成し、
金属板からなる支持板９上に接合される。
酸の混合液にて電解研磨し、鋭利な先端形状を形成し、
金属板からなる支持板９上に接合される。
シリコン基板４ｂは、溝加工により四部を形成され、凹
部底面に金・白金等をスパッタにより被覆して圧電体の
電極３ｂとし、さらに圧電材料（ＢａＴｉＯｚ）を膜付
けし圧電体２をし形成し、圧電体２上に金・白金等をス
パッタにより被覆して電極３ａを形成し、間隙制御機構
とした。
部底面に金・白金等をスパッタにより被覆して圧電体の
電極３ｂとし、さらに圧電材料（ＢａＴｉＯｚ）を膜付
けし圧電体２をし形成し、圧電体２上に金・白金等をス
パッタにより被覆して電極３ａを形成し、間隙制御機構
とした。
次に、探針１を配した支持板９を、圧電体２上の電極３
ａに接着した。ここでは、トンネル電流の検出するため
の一方の電極である第１の電極は、探針１及び支持体９
が導体で形成されていることから形成しなかった。
ａに接着した。ここでは、トンネル電流の検出するため
の一方の電極である第１の電極は、探針１及び支持体９
が導体で形成されていることから形成しなかった。
シリコン基板４ａは、中央部をエツチングにより薄板化
し、圧力感応部としてのダイヤフラム５を形成し、ダイ
ヤフラム５の裏面に金・白金等をスパックにより被覆し
、第２の電極としての電極８を形成した。これらのシリ
コン基板４ａ、４ｂをマイクロ接合してセンサーを作製
した。
し、圧力感応部としてのダイヤフラム５を形成し、ダイ
ヤフラム５の裏面に金・白金等をスパックにより被覆し
、第２の電極としての電極８を形成した。これらのシリ
コン基板４ａ、４ｂをマイクロ接合してセンサーを作製
した。
ここで、センシング動作について説明する。
まず、圧電体２に対して電極３ａ、３ｂ間に電圧を印加
し、探針１を移動させることにより、探針１と電極８と
の間隙をトンネル電流の流れる領域に保持する。この時
、電極８と探針１との間に微小電圧を印加し、トンネル
電流を検知している。
し、探針１を移動させることにより、探針１と電極８と
の間隙をトンネル電流の流れる領域に保持する。この時
、電極８と探針１との間に微小電圧を印加し、トンネル
電流を検知している。
次にダイヤフラム５の表面に接する流体の圧力が変化す
ると、ダイヤフラム５が変位し、電極８と探針１との間
隙が変化し、トンネル電流に変化を生じさせる。このト
ンネル電流は、間隙の変化に対して指数関数的な変化を
起こすことから、微小な変位を検出できるセンサーが可
能となる。
ると、ダイヤフラム５が変位し、電極８と探針１との間
隙が変化し、トンネル電流に変化を生じさせる。このト
ンネル電流は、間隙の変化に対して指数関数的な変化を
起こすことから、微小な変位を検出できるセンサーが可
能となる。
以上のように本発明によれば、圧電体の動作により探針
と圧電体間をトンネル領域に入れるという簡単な構造で
、外部要因によりトンネル電流値が変化し微小な変位を
検出できるという効果がある。
と圧電体間をトンネル領域に入れるという簡単な構造で
、外部要因によりトンネル電流値が変化し微小な変位を
検出できるという効果がある。
第１図は本発明のセンサーの一実施例を示す断面図、第
２図は本発明のセンサーの一実施例を示す平面図、第３
図は本発明の探針・圧電体の関係を示す断面図、第４図
は従来の圧力センサーの基本構造を示す断面図、第５図
は本発明のセンサーの他の実施例を示す断面図である。 Ｉ ・ ・ ２ ・ ・ ａ ３ ｂ ・ ３ Ｃ・ ４ ａ ・ ４ ｂ ・ 探針 圧電体 電極（圧電体） 電極（圧電体） 電極（探針） シリコン基板（上側） シリコン基板（下側） ダイヤフラム ６・・ ・歪ゲージ ７・・・・固定台 出願人 セイコー電子工業株式会社 代理人 弁理士 林 敬 之 助
２図は本発明のセンサーの一実施例を示す平面図、第３
図は本発明の探針・圧電体の関係を示す断面図、第４図
は従来の圧力センサーの基本構造を示す断面図、第５図
は本発明のセンサーの他の実施例を示す断面図である。 Ｉ ・ ・ ２ ・ ・ ａ ３ ｂ ・ ３ Ｃ・ ４ ａ ・ ４ ｂ ・ 探針 圧電体 電極（圧電体） 電極（圧電体） 電極（探針） シリコン基板（上側） シリコン基板（下側） ダイヤフラム ６・・ ・歪ゲージ ７・・・・固定台 出願人 セイコー電子工業株式会社 代理人 弁理士 林 敬 之 助
Claims (2)
- （１）流体の圧力の微小変位を検出する方法において、
探針表面に形成された第１の電極と、該第１の電極と相
対向して設けられた第２の電極との間隙を、予めトンネ
ル電流の流れる領域に保持し、流体の圧力の変化を、該
第１の電極と該第２の電極との間隙の変化に連動せしめ
、トンネル電流の変化として流体の圧力の微小変化を検
出する事を特徴とする圧力微小変位検出方法。 - （２）流体の圧力の微小変位を検出するセンサーにおい
て、鋭利な先端形状を有する探針と、該探針表面に形成
された第１の電極と、該第１の電極と相対向して設けら
れた第２の電極と、流体の圧力の微小変位を該第１の電
極と該第２の電極との間隙の変位に連動する圧力感応部
と、該第１の電極と該第２の電極との間隙を制御する間
隙制御機構とからなる圧力微小変位検出機構を具備する
事を特徴とするセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1075566A JP2767057B2 (ja) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | 圧力センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1075566A JP2767057B2 (ja) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | 圧力センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02253117A true JPH02253117A (ja) | 1990-10-11 |
| JP2767057B2 JP2767057B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=13579860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1075566A Expired - Fee Related JP2767057B2 (ja) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | 圧力センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2767057B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0579940A (ja) * | 1991-09-24 | 1993-03-30 | Sharp Corp | 真空包装体の真空度測定方法 |
| JPH0651906U (ja) * | 1992-11-27 | 1994-07-15 | 日本タイラン株式会社 | 歪みゲージを利用したマスフローコントローラ |
| JP2017503256A (ja) * | 2013-12-11 | 2017-01-26 | 昆山工研院新型平板顕示技術中心有限公司Ｋｕｎｓｈａｎ Ｎｅｗ Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． | 感圧式ディスプレイタッチユニット、タッチスクリーン及びその製造方法 |
| CN107997768A (zh) * | 2018-01-02 | 2018-05-08 | 北京津发科技股份有限公司 | 一种穿戴式呼吸测量装置和呼吸测量方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01272165A (ja) * | 1988-04-25 | 1989-10-31 | Yokogawa Electric Corp | 半導体圧力センサ |
| JPH01165433U (ja) * | 1988-05-13 | 1989-11-20 |
-
1989
- 1989-03-28 JP JP1075566A patent/JP2767057B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01272165A (ja) * | 1988-04-25 | 1989-10-31 | Yokogawa Electric Corp | 半導体圧力センサ |
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| JPH0651906U (ja) * | 1992-11-27 | 1994-07-15 | 日本タイラン株式会社 | 歪みゲージを利用したマスフローコントローラ |
| JP2017503256A (ja) * | 2013-12-11 | 2017-01-26 | 昆山工研院新型平板顕示技術中心有限公司Ｋｕｎｓｈａｎ Ｎｅｗ Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． | 感圧式ディスプレイタッチユニット、タッチスクリーン及びその製造方法 |
| US10558287B2 (en) | 2013-12-11 | 2020-02-11 | Kunshan New Flat Panel Display Technology Center Co., Ltd. | Pressure-sensitive display touch unit, touch screen, and manufacturing method thereof |
| CN107997768A (zh) * | 2018-01-02 | 2018-05-08 | 北京津发科技股份有限公司 | 一种穿戴式呼吸测量装置和呼吸测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2767057B2 (ja) | 1998-06-18 |
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