JPH041471Y2 - - Google Patents

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JPH041471Y2
JPH041471Y2 JP17404084U JP17404084U JPH041471Y2 JP H041471 Y2 JPH041471 Y2 JP H041471Y2 JP 17404084 U JP17404084 U JP 17404084U JP 17404084 U JP17404084 U JP 17404084U JP H041471 Y2 JPH041471 Y2 JP H041471Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、シリコン等の半導体単結晶の持つピ
エゾ抵抗効果を利用して圧力を電気信号に変換す
る半導体圧力変換器に係り、特にせん断形ゲージ
を用いた半導体圧力変換器の温度補償を効果的に
実現する半導体圧力変換器の改良に関する。
[Detailed description of the invention] <Industrial field of application> The present invention relates to a semiconductor pressure transducer that converts pressure into an electrical signal by utilizing the piezoresistance effect of a semiconductor single crystal such as silicon. This invention relates to improvements in semiconductor pressure transducers that effectively realize temperature compensation of semiconductor pressure transducers using gauges.

〈従来技術〉 従来の半導体圧力変換器は、同一の半導体チツ
プ上に測定すべき圧力を検知する圧力検出素子と
半導体チツプの温度変化を検出する温度検出素子
とを形成し、この温度検出素子で測定された温度
特性を各半導体圧力変換器に対応したメモリ中に
記憶させ、この特性を用いて圧力検出素子で得た
被測定圧力に対して補正演算を実行している。
<Prior art> A conventional semiconductor pressure transducer has a pressure detection element that detects the pressure to be measured and a temperature detection element that detects temperature changes of the semiconductor chip formed on the same semiconductor chip. The measured temperature characteristics are stored in a memory corresponding to each semiconductor pressure transducer, and this characteristic is used to perform correction calculations on the measured pressure obtained by the pressure detection element.

しかし、各半導体圧力変換器ごとに温度特性を
測定しこれを各半導体圧力変換器に固有の特性デ
ータとして多数のデータを1体的に取扱うことは
このための調整工数の増加とコストの上昇を招く
問題がある。
However, measuring the temperature characteristics of each semiconductor pressure transducer and handling a large amount of data as a single unit as characteristic data unique to each semiconductor pressure transducer increases the number of adjustment steps and costs. There are problems that arise.

〈考案の目的〉 本考案は、前記の従来技術に鑑み、簡単な構成
で汎用性のある温度補償を実現することの出来る
半導体圧力変換器を提供することを目的とする。
<Purpose of the invention> In view of the above-mentioned prior art, an object of the present invention is to provide a semiconductor pressure transducer that can realize versatile temperature compensation with a simple configuration.

〈本考案の構成〉 この目的を達成する本考案の構成は、結晶面が
(100)の面方向の半導体単結晶のダイヤフラムの
起歪部上に伝導形がP形で結晶軸が〈100〉方向
に形成されてなるせん断形ゲージと、このせん断
形ゲージの入力端に定電流が供給されたときの出
力端に発生する電圧Esiと入力端の電圧ERiとせん
断形ゲージの入力端に定電圧が供給されたときの
その出力端の電圧Esvと基準温度においてせん断
形ゲージの入力端に定電流が供給されたときの入
力端の電圧ERi0と定数Cとを用いて E0=Esi1−CESV/ESi/ERi/ERiO−1 なる出力電圧E0を演算する演算手段とを具備し、
ダイヤフラムに印加される被測定圧力に対応した
出力電圧E0を出力することを特徴とするもので
ある。
<Configuration of the present invention> The configuration of the present invention that achieves this objective is to place a conduction type of P type and a crystal axis of When a constant current is supplied to the input end of this shear type gauge, the voltage E si generated at the output end, the voltage E Ri at the input end, and the voltage E Ri at the input end of the shear type gauge. Using the voltage E sv at the output terminal when a constant voltage is supplied, the voltage E Ri0 at the input terminal when a constant current is supplied to the input terminal of the shear type gauge at the reference temperature, and the constant C, E 0 = and calculation means for calculating an output voltage E 0 of E si 1−CE SV /E Si /E Ri /E RiO −1,
It is characterized by outputting an output voltage E 0 corresponding to the measured pressure applied to the diaphragm.

〈実施例〉 以下、本考案の実施例について図面に基づいて
説明する。
<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the drawings.

第1図イは本考案の一実施例のダイヤフラムの
要部平面図、ロはセンサ部の断面図を示す。1は
ダイヤフラムであり、シリコン単結晶の一主面に
設けられた矩形状の凹部2を有し、更に凹部2の
形成により単結晶の厚さの薄くなつた起歪部3
と、その周辺の固定部4とを有している。固定部
4は連通孔5を有する基板6にガラス薄膜7を介
して陽極接合等により固定されている。起歪部3
上にはその中心を通る縦の結晶軸〈110〉方向に
対して45°方向の〈100〉軸の方向にせん断形ゲー
ジ8が不純物の拡散により伝導形がP形として形
成されている。ダイヤフラム1には上部より被測
定圧力Pが印加され歪を生じさせ、これをせん断
形ゲージ8で検出する。
FIG. 1A shows a plan view of a main part of a diaphragm according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B shows a sectional view of a sensor section. Reference numeral 1 denotes a diaphragm, which has a rectangular recess 2 provided on one principal surface of a silicon single crystal, and further includes a strain-generating portion 3 in which the thickness of the single crystal is reduced by forming the recess 2.
and a fixing part 4 around it. The fixing part 4 is fixed to a substrate 6 having a communication hole 5 via a glass thin film 7 by anodic bonding or the like. Strain part 3
On the top, a shear type gauge 8 is formed in the direction of the <100> axis at 45 degrees with respect to the vertical crystal axis <110> direction passing through the center, and the conductivity type is P type due to the diffusion of impurities. A pressure P to be measured is applied to the diaphragm 1 from above to cause strain, which is detected by a shear type gauge 8.

第1図ハにせん断形ゲージの構成を拡大して示
した。第1図ハに示すせん断ゲージはゲージ長が
lでゲージ幅がwであり、このせん断形ゲージの
長手方向に入力端9,10が形成され、ここに電
圧または電流が印加される。被測定圧力Pがダイ
ヤフラム1に与えられるとこれによつて生じたせ
ん断応力τsに対応した電圧がゲージ長lのほぼ中
央に形成された出力端11,12から得られる。
Figure 1C shows an enlarged view of the configuration of the shear type gauge. The shear gauge shown in FIG. 1C has a gauge length l and a gauge width w, and input ends 9 and 10 are formed in the longitudinal direction of this shear type gauge, to which a voltage or current is applied. When the measured pressure P is applied to the diaphragm 1, a voltage corresponding to the resulting shear stress τs is obtained from output ends 11 and 12 formed approximately at the center of the gauge length l.

第2図は第1図に示したセンサ部を用いて被測
定圧力Pをこれに対応した電圧E0に変換する変
換回路のブロツク図である。
FIG. 2 is a block diagram of a conversion circuit that uses the sensor section shown in FIG. 1 to convert the measured pressure P into a corresponding voltage E0 .

せん断形ゲージ8の入力端9はスイツチSW1
介して定電流源CCSの1端に接続され、その他端
はせん断形ゲージ8の入力端10に接続されてい
る。更に入力端9はスイツチSW2を介して定電圧
源CVSの1端に接続されその他端は入力端10
に接続されている。せん断形ゲージ8の入力端
9,10はまたスイツチSW3を介して増幅器Q1
の入力端に接続されている。せん断ゲージ8の出
力端11,12はスイツチSW4を介して増幅器
Q2の入力端に接続され、同様にスイツチSW5
介して増幅器Q3の入力端に接続されている。こ
れ等のスイツチSW1〜SW5は発振器OSCにより
制御される。スイツチ群SW1,SW5は同時に開閉
され、スイツチ群SW2,SW3,SW4も同時に開閉
されるが、これ等のスイツチ群は互いに相補的に
動作する。
An input end 9 of the shear type gauge 8 is connected to one end of a constant current source CCS via a switch SW 1 , and the other end is connected to an input end 10 of the shear type gauge 8. Furthermore, the input terminal 9 is connected to one terminal of the constant voltage source CVS via switch SW 2 , and the other terminal is connected to the input terminal 10.
It is connected to the. The input ends 9, 10 of the shear type gauge 8 are also connected to the amplifier Q 1 via the switch SW 3 .
connected to the input end of the Output ends 11 and 12 of shear gauge 8 are connected to an amplifier via switch SW 4 .
It is connected to the input of Q 2 , and is also connected to the input of amplifier Q 3 via switch SW 5 . These switches SW 1 to SW 5 are controlled by an oscillator OSC. The switch groups SW 1 and SW 5 are opened and closed at the same time, and the switch groups SW 2 , SW 3 and SW 4 are also opened and closed at the same time, but these switch groups operate complementary to each other.

増幅器Q1の出力端は割算器Q4の入力端に接続
され、一方、増幅器Q2とQ3の各出力端は減算器
Q5の各入力端に接続されている。割算器Q4は減
算器Q6を介してその出力端と減算器Q5の出力端
とは割算器Q7の各入力端に接続されている。割
算器Q7の出力端から出力電圧E0が得られる。な
お、割算器Q4の入力の他端には電圧ERi0が設定さ
れている。増幅器Q1〜Q3、割算器Q4,Q7および
減算器Q5,Q6などで演算回路PCCを構成してい
る。
The output of amplifier Q 1 is connected to the input of divider Q 4 , while each output of amplifiers Q 2 and Q 3 is connected to the subtracter
Connected to each input end of Q5 . The output of the divider Q4 and the output of the subtractor Q5 are connected to each input of the divider Q7 via a subtractor Q6 . Output voltage E 0 is obtained from the output of divider Q 7 . Note that a voltage E Ri0 is set at the other end of the input of the divider Q4 . Amplifiers Q 1 to Q 3 , dividers Q 4 , Q 7 , subtracters Q 5 , Q 6 and the like constitute an arithmetic circuit PCC.

以上の如く構成された第2図に示す回路の動作
につき次に説明する。
The operation of the circuit shown in FIG. 2 constructed as above will now be described.

先ず、発振器OSCによりスイツチSW1を閉じ、
せん断形ゲージ8に定電流源CCSより定電流Ii
供給する。任意温度tにおけるせん断形ゲージ8
の単位厚みの抵抗率、即ちシート抵抗をRspt、せ
ん断ピエゾ抵抗係数をπ〓pt、せん断応力をτpとす
れば、その出力電圧Esiは Esi=IiRspt(ΔRspt/Rspt) =IiRsptπ〓ptτp (1) で示すことができる。基準温度t0でのシート抵抗
をRsp0、せん断ピエゾ抵抗係数をπ〓p0とすれば、 Rspt=Rsp0(1+f(t)) (2) π〓pt=π〓p0(1+g(t)) (3) となる。ここで、f(t)はシート抵抗の抵抗温度変
化率をα1,α2,〜とすれば次式の如き温度の多項
式で表わせる。
First, switch SW 1 is closed by the oscillator OSC,
A constant current I i is supplied to the shear type gauge 8 from a constant current source CCS. Shear type gauge 8 at arbitrary temperature t
If the resistivity per unit thickness, that is, the sheet resistance is R spt , the shear piezoresistance coefficient is π〓 pt , and the shear stress is τ p , then the output voltage E si is E si = I i R spt (ΔR spt /R spt ) =I i R spt π〓 pt τ p (1) If the sheet resistance at the reference temperature t 0 is R sp0 and the shear piezo resistance coefficient is π〓 p0 , then R spt = R sp0 (1+f(t)) (2) π〓 pt = π〓 p0 (1+g(t) ) (3) becomes. Here, f(t) can be expressed by a polynomial of temperature as shown in the following equation, assuming that α 1 , α 2 , ... are the rate of change in sheet resistance with temperature.

f(t)=α1t+α2t2+… (4) また、g(t)はピエゾ抵抗係数の温度変化率を
β1,β2,〜とすれば次式の如き温度の多項式で表
わせる。
f(t)=α 1 t+α 2 t 2 +… (4) Also, g(t) can be expressed by the temperature polynomial as shown below, assuming that the temperature change rate of the piezoresistance coefficient is β 1 , β 2 , ~ Ru.

g(t)=β1t+β2t2+… (5) (2)、(3)式を(1)式に代入して Esi=IiRsp0π〓p0τp(1+f(t))(1+g(t)) (6) であり、tp=KP(K:一定)、A=IiRsp0π〓ptKと
おけば、 Esi=AP(1+f(t))(1+g(t)) (7) となる。この出力電圧EsiはスイツチSW4を介し
て増幅器Q2に入力される。この出力電圧Esiは温
度の関数を含む被測定圧力Pに対応した出力であ
る。
g(t)=β 1 t+β 2 t 2 +… (5) Substituting equations (2) and (3) into equation (1), E si = I i R sp0 π〓 p0 τ p (1+f( t))(1+g(t)) (6) If we set t p = KP (K: constant) and A = I i R sp0 π〓 pt K, then E si = AP (1+f(t) )(1+g(t)) (7). This output voltage E si is input to amplifier Q 2 via switch SW 4 . This output voltage E si is an output corresponding to the measured pressure P including a function of temperature.

次に、結晶面が(100)面のダイヤフラム1の
面で結晶軸が〈100〉の方向に定電流Iiを流すよ
うに形成された状態のせん断形ゲージ8の入力端
9,10間には、この定電流Iiに対応した出力電
圧ERiが生じるが、この出力電圧ERiはダイヤフラ
ム1に印加される応力の影響を受けない点につい
て説明する。
Next, between the input ends 9 and 10 of the shear type gauge 8, which is formed so that a constant current I i flows in the direction of the crystal axis <100> on the surface of the diaphragm 1 whose crystal plane is the (100) plane, An output voltage E Ri corresponding to this constant current I i is generated, but the point that this output voltage E Ri is not affected by the stress applied to the diaphragm 1 will be explained.

ダイヤフラム1に応力が加わつた状態において
は、シリコン結晶中の電界強度(Ex、Ey、Ez
と電流密度(Jx、Jy、Jz)との間には、ρを応力
が印加されない状態の抵抗率、Δρij(テンソル、
i、jは指標)を応力による抵抗率の変化とすれ
ば、オームの法則により次のような関係が成り立
つ。
When stress is applied to diaphragm 1, the electric field strength in the silicon crystal (E x , E y , E z )
and the current density (J x , J y , J z ), ρ is the resistivity under no stress, Δρij (tensor,
If i and j are indices) are changes in resistivity due to stress, then the following relationship holds true according to Ohm's law.

Ex Ey Ez=ρ+Δρxx Δρxy Δρxz Δρxy ρ+Δρyy Δρyz Δρxz Δρyz ρ+Δρzz×Jx Jy Jz ……(8) 但し、xは電流が入力する入力端9,10の方
向(〈100〉軸)、Yはこの電流の方向に直角な出
力端13,14の方向を示し、Zは紙面に垂直な
方向を示している。結晶に応力が加わつたとき
の、抵抗率は A〓=1/ρΔρxx Δρyy Δρzz Δρyz Δρxz Δρxy で、ピエゾ抵抗係数は Aβ=π11 π12 π13 π14 π15 π16 π21 π22 π23 π24 π25 π26 π31 π32 π33 π34 π35 π36 π41 π42 π43 π44 π45 π46 π51 π52 π53 π54 π55 π56 π61 π62 π63 π64 π65 π66 となり、応力に関しては、σx,σy,σzをそれぞれ
応力のX方向、Y方向、Z方向の成分、τyz,τxz
τxyをそれぞれ剪断応力成分とすると、 A〓=σx σy σz τyz τxz τxy となる。これ等は、 A〓=A〓・A〓 ……(9) の関係がある。
E x E y E z = ρ + Δρ xx Δρ xy Δρ xz Δρ xy ρ + Δρ yy Δρ yz Δρ xz Δρ yz ρ + Δρ zz ×J x J y J z ...(8) However, x is the input terminal 9, 10 where the current is input (<100> axis), Y indicates the direction of the output ends 13, 14 perpendicular to the direction of this current, and Z indicates the direction perpendicular to the plane of the paper. When stress is applied to the crystal, the resistivity is A〓=1/ρΔρ xx Δρ yy Δρ zz Δρ yz Δρ xz Δρ xy , and the piezoresistance coefficient is Aβ=π 11 π 12 π 13 π 14 π 15 π 16 π 21 π 22 π 23 π 24 π 25 π 26 π 31 π 32 π 33 π 34 π 35 π 36 π 41 π 42 π 43 π 44 π 45 π 46 π 51 π 52 π 53 π 54 π 55 π 56 π 61 π 62 π 63 π 64 π 65 π 66 , and regarding the stress, σ x , σ y , and σ z are the stress components in the X direction, Y direction, and Z direction, respectively, and τ yz , τ xz ,
Letting τ xy be the shear stress component, A = σ x σ y σ z τ yz τ xz τ xy . The relationship between these is A〓=A〓・A〓...(9).

以上の(8)、(9)式を用い、電流をX軸方向にのみ
流すのでJY=JZ=0を考慮して、電界のX方向成
分Exを求めると、 (Ex/ρ)=Jx(1+π11σx+π12σy +π13σz+π14τyz+π15τxz+π16τxy)……(10
) となる。(Ey/ρ)、(Ez/ρ)についても同様に
して求めることができるが、省略する。
Using equations (8) and (9) above, and considering J Y = J Z = 0 since the current flows only in the X-axis direction, the X-direction component E x of the electric field is calculated as follows: (E x /ρ )=J x (1+π 11 σ x12 σ y13 σ z14 τ yz15 τ xz16 τ xy )……(10
) becomes. (E y /ρ) and (E z /ρ) can be found in the same way, but will be omitted here.

ここで、π14,π15は、立方晶の場合にはゲージ
に流す電流の方向の如何にかかわらずゼロである
ので、(10)式は (Ex/ρ)=Jx(1+π11σx+π12σy +π13σz+π16τxy) ……(11) となる。
Here, π 14 and π 15 are zero in the case of a cubic crystal, regardless of the direction of the current flowing through the gauge, so equation (10) is (E x /ρ) = J x (1 + π 11 σ x + π 12 σ y + π 13 σ z + π 16 τ xy ) ...(11).

出力電圧ERiは、シート抵抗の単位厚みをmと
すれば、 ERi=Ex・l Ii=Jx・m・w の関係があるので、これ等の関係を(11)式に代
入し、かつ(ρl/mw)=Rt(せん断形ゲージのゲ
ージ抵抗)の関係を用いると、 ERi=Rt・Ii(1+π11σx +π12σy+π13σz+π16τxy) ……(12) となる。
The output voltage E Ri has the relationship E Ri = E x・l I i = J x・m・w, where m is the unit thickness of the sheet resistance, so substitute these relationships into equation (11). And using the relationship (ρl/mw) = R t (gauge resistance of shear type gauge), E Ri = R t・I i (1 + π 11 σ x + π 12 σ y + π 13 σ z + π 16 τ xy ) ...(12) becomes.

ところで、π11,π12は電流方向と〈100〉軸と
のなす角度をθとするとθ=0、つまり電流方向
が〈100〉方向では、通常使用する〈110〉軸の値
が70×10-12dyn/cm2程度であるのに対して、それ
ぞれ7×10-12dyn/cm2程度、−1×10-12dyn/cm2
程度と小さく、またπ13はθにかかわらず−1×
10-12dyn/cm2程度、さらにπ16はゼロである。
By the way, for π 11 and π 12 , if the angle between the current direction and the <100> axis is θ, θ=0, that is, when the current direction is in the <100> direction, the normally used value of the <110> axis is 70×10. -12 dyn/cm 2 , 7×10 -12 dyn/cm 2 and -1×10 -12 dyn/cm 2 , respectively.
and π 13 is −1× regardless of θ.
10 -12 dyn/cm 2 and π 16 is zero.

したがつて、θ=0では()の中のピエゾ抵抗
係数πの項が無視できるので ERi=Rt・Ii なり、応力の影響を受けることはなく、このため
ピエゾ抵抗係数の温度係数による影響もない。
Therefore, when θ = 0, the term of the piezoresistance coefficient π in () can be ignored, so E Ri = R t・I i , which is not affected by stress, and therefore the temperature coefficient of the piezoresistance coefficient There is no influence due to

R0を基準温度でのゲージ抵抗とすれば、Rtは Rt=R0(1+f(t)) で示されるので、ERiは ERi=IiR0(1+f(t)) ……(13) となる。ここでIiR0は基準温度において入力端
9,10間に生ずる電圧であるのでERi0=IiR0
おくと、(13)式は、 ERi=ERi0(1+f(t)) (14) で示される。
If R 0 is the gauge resistance at the reference temperature, R t is expressed as R t = R 0 (1+f(t)), so E Ri is E Ri = I i R 0 (1+f(t))... (13) becomes. Here, I i R 0 is the voltage that occurs between input terminals 9 and 10 at the reference temperature, so if we set E Ri0 = I i R 0 , equation (13) becomes E Ri = E Ri0 (1 + f(t)) (14) is shown as

この電圧は温度の関数であり発振器OSCより
制御されたスイツチSW3を介して増幅器Q2に入
力される。なお、出力電圧ERi0は基準温度t0にお
ける入力端9,10間の電圧であり、割算器Q4
の入力にあらかじめ設定される。
This voltage is a function of temperature and is input to amplifier Q 2 via switch SW 3 controlled by oscillator OSC. Note that the output voltage E Ri0 is the voltage between the input terminals 9 and 10 at the reference temperature t 0 , and the output voltage E Ri0 is the voltage between the input terminals 9 and 10 at the reference temperature t 0.
is preset to the input.

次に、発振器OSCよりスイツチSW1をオフと
し、スイツチSW2,SW5をオンとする。この状態
ではせん断形ゲージ8の入力端9,10間に定電
圧源CVSより定電圧Vsが印加される。ここで、
せん断形ゲージ8の任意温度tでのシート抵抗を
Rsvt、シート抵抗の単位厚みをm、圧力ゲージの
固有抵抗をρとすれば、 Rsvt=ρ/m で表わすことができる。
Next, the oscillator OSC turns off the switch SW1 and turns on the switches SW2 and SW5 . In this state, a constant voltage V s is applied between the input ends 9 and 10 of the shear type gauge 8 from the constant voltage source CVS. here,
The sheet resistance of the shear type gauge 8 at an arbitrary temperature t is
If R svt , the unit thickness of the sheet resistance is m, and the specific resistance of the pressure gauge is ρ, it can be expressed as R svt =ρ/m.

また、せん断形ゲージ8の持つ抵抗値Rvtは Rvt=ρl/mw で表わすことができる。これ等の関係から、 Rsvt=WRvt/l の関係を得ることができる。この関係を定電流駆
動の式(1)に代入し、せん断形ゲージ8の任意温度
tにおけるせん断ピエゾ抵抗係数をπ〓vt、出力電
圧をEsvとすると、 Esv=Ii・(WRvt/l)・π〓vt・τp となる。
Further, the resistance value R vt of the shear type gauge 8 can be expressed as R vt =ρl/mw. From these relationships, the relationship R svt =WR vt /l can be obtained. Substituting this relationship into the constant current drive equation (1), and assuming that the shear piezoresistance coefficient at an arbitrary temperature t of the shear type gauge 8 is π〓 vt and the output voltage is E sv , E sv = I i (WR vt /l)・π〓 vt・τ p .

ここで、電流(Ii)と抵抗(Rvt)の積(Ii
Rvt)はとりもなおさず印加された電圧Vsを示し
ている。つまり、 Vs=Ii・Rvt となる。これ等の関係を用いると Esv=(W/l)Vs・π〓vt・τp ……(15) となる。印加された電圧Vsは定電圧源CVSから
供給され温度の影響を受けることはない。
Here, the product of current (I i ) and resistance (R vt ) (I i
R vt ) specifically indicates the applied voltage V s . In other words, V s = I i · R vt . Using these relationships, E sv = (W/l)V s・π〓 vt・τ p (15). The applied voltage V s is supplied from a constant voltage source CVS and is not affected by temperature.

したがつて、定電圧駆動したときの出力電圧
Esvは、ゲージの形状W、lに依存するが、温度
の影響はせん断ピエゾ抵抗係数π〓vtにのみ依存
し、(2)式に対応するシート抵抗の温度係数に依存
することはない。基準温度t0でのせん断ピエゾ抵
抗係数をπ〓v0とすれば、 π〓vt=π〓v0(1+g(t)) (16) となるのでこれを(15)式に代入すると次式を得
る。
Therefore, the output voltage when driven at constant voltage
E sv depends on the shape W and l of the gauge, but the influence of temperature depends only on the shear piezoresistance coefficient π〓 vt and does not depend on the temperature coefficient of sheet resistance corresponding to equation (2). If the shear piezo resistance coefficient at the reference temperature t 0 is π〓 v0 , then π〓 vt = π〓 v0 (1+g(t)) (16), so by substituting this into formula (15), we get the following formula: .

Esv=w/lVsπ〓v0(1+g(t))τp (17) ここで、τp=KPを用いて(17)式を変形する
と、 B=w/lVsπ〓v0K (18) となる。Bは基準温度t0においてせん断形ゲージ
8に定電圧を供給し単位圧力を印加したときの出
力電圧を表わし、一定値をとる。そこで(17)式
は Esv=BP(1+g(t)) (19) となる。
E sv = w/lV s π〓 v0 (1+g(t))τ p (17) Here, if we transform equation (17) using τ p = KP, we get B=w/lV s π〓 v0 K ( 18) becomes. B represents the output voltage when a constant voltage is supplied to the shear type gauge 8 and a unit pressure is applied at the reference temperature t0 , and takes a constant value. Therefore, the equation (17) becomes E sv =BP(1+g(t)) (19).

この出力電圧Esvは発振器OSCにより制御され
たスイツチSW5を介して増幅器Q3に入力される。
This output voltage E sv is input to the amplifier Q 3 via the switch SW 5 controlled by the oscillator OSC.

以上の(7)式、(14)式、および(19)式で示さ
れる各出力電圧に基づいて演算回路PCCにより
次の様にして温度の影響を除去する演算がなされ
る。
Based on the output voltages expressed by the above equations (7), (14), and (19), the calculation circuit PCC performs calculations to remove the influence of temperature as follows.

(14)式より f(t)=ERi/ERi0−1 (20) (19)式より g(t)=Esv/BP−1 (21) (7)式より、f(t)g(t)≪1として Esi=AP(1+f(t))(1+g(t)) ≒AP(1+f(t)+g(t)) (22) (22)式に(20)、(21)式を代入して Esi=AP(ERi/ERi0+Esv/BP−1) ここでA/B=C、E0=APとおくと E0=Esi1−CESV/ESi/ERV/ERiO−1 (23) となる。この式を変形して、 E0=Esi−CEsv/ERi/ERiO−1 (24) の演算を演算回路PCCにおいて演算する。演算
回路PCCにおいては、割算器Q4で増幅器Q1(簡単
のため利得1とする)の出力電圧ERiと設定電圧
ERi0との比ERi/ERi0をとる割算を実行し、その出
力に対して減算器Q6で1を減算する演算をして
(ERi/ERi0)−1なる出力を割算器Q7に入力する。
一方、増幅器Q2(簡単のため利得1とする)の出
力電圧Esiと増幅器Q3(利得C)の出力電圧CEsv
を減算器Q5で減算しEsi−CEsvなる出力を出す。
割算器Q7では減算器Q6の出力と減算器Q5の出力
との比をとることにより(24)式の演算結果が得
られる。
From equation (14), f(t)=E Ri /E Ri0 −1 (20) From equation (19), g(t)=E sv /BP−1 (21) From equation (7), f(t)g Assuming (t)≪1, E si = AP(1+f(t))(1+g(t)) ≒AP(1+f(t)+g(t)) (22) Add equations (20) and (21) to equation (22) Substituting E si = AP (E Ri /E Ri0 +E sv /BP-1) Here, if we set A/B = C and E 0 = AP, then E 0 = E si 1-CE SV /E Si /E RV /E RiO −1 (23). This equation is modified to calculate E 0 =E si −CE sv /E Ri /E RiO −1 (24) in the arithmetic circuit PCC. In the arithmetic circuit PCC, divider Q 4 calculates the output voltage E Ri of amplifier Q 1 (gain is assumed to be 1 for simplicity) and the set voltage.
Execute division that takes the ratio of E Ri0 to E Ri0 , subtract 1 from the output using subtractor Q6 , and divide the output by (E Ri /E Ri0 ) - 1 . Enter into device Q 7 .
On the other hand, the output voltage E si of amplifier Q 2 (gain is assumed to be 1 for simplicity) and the output voltage CE sv of amplifier Q 3 (gain C) are subtracted by subtractor Q 5 to produce an output E si −CE sv . .
The divider Q7 calculates the ratio between the output of the subtractor Q6 and the output of the subtractor Q5 to obtain the result of the calculation of equation (24).

以上の如くして、温度の影響が除去された被測
定圧力Pに対応した出力電圧E0が得られる。
As described above, the output voltage E 0 corresponding to the measured pressure P from which the influence of temperature has been removed is obtained.

以上の実施例の説明ではダイヤフラムの形状は
矩形状のものとして説明したが、これに限らず円
形その他のものでも良い。せん断形ゲージの形状
も実施例に示す形状に限られず同様な効果が得ら
れるものであれば任意の形状のものが使用でき
る。
In the above embodiments, the shape of the diaphragm is described as being rectangular, but the shape is not limited to this and may be circular or other shapes. The shape of the shear type gauge is not limited to the shape shown in the embodiment, but any shape can be used as long as it can obtain the same effect.

〈考案の効果〉 以上、実施例とともに具体的に説明した様に、
本考案によれば、シリコンのダイヤフラム上にせ
ん断形ゲージを形成し、定電流あるいは定電圧で
ドライブすることにより、それ等の入力端あるい
は出力端の電圧を検出して簡単な所定の演算を実
行するだけで温度の影響を受けない半導体圧力変
換器が実現できる。このため信頼性が高くかつ調
整工数を大幅に削減することができる。
<Effect of the invention> As explained above in detail along with the examples,
According to the present invention, a shear type gauge is formed on a silicon diaphragm, and by driving it with a constant current or constant voltage, the voltage at the input end or output end of the gauge is detected and a simple predetermined calculation is performed. A semiconductor pressure transducer that is unaffected by temperature can be realized simply by doing this. Therefore, reliability is high and adjustment man-hours can be significantly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図イは本考案の一実施例のダイヤフラムの
要部平面図、第1図ロはセンサ部の断面図、第1
図ハはせん断形ゲージの構成を拡大した拡大図、
第2図は第1図に示したセンサ部の出力電圧を圧
力に変換する変換回路である。 1……ダイヤフラム、3……起歪部、4……固
定部、5……連通孔、6……基板、7……ガラス
薄膜、8……せん断形ゲージ、9,10……入力
端、11,12……出力端、P……被測定圧力、
CCS……定電流源、CVS……定電圧源、OSC…
…発振器、PCC……演算回路、Vs……定電圧、Ii
……定電流、E0……出力電圧。
Fig. 1A is a plan view of the main part of a diaphragm according to an embodiment of the present invention, Fig. 1B is a sectional view of the sensor section, and Fig.
Figure C is an enlarged view of the configuration of the shear type gauge.
FIG. 2 shows a conversion circuit that converts the output voltage of the sensor section shown in FIG. 1 into pressure. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Diaphragm, 3... Strain part, 4... Fixed part, 5... Communication hole, 6... Substrate, 7... Glass thin film, 8... Shear type gauge, 9, 10... Input end, 11, 12... Output end, P... Pressure to be measured,
CCS...constant current source, CVS...constant voltage source, OSC...
...Oscillator, PCC ... Arithmetic circuit, V s ... Constant voltage, I i
... Constant current, E 0 ... Output voltage.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 結晶面が(100)の面方向の半導体単結晶のダ
イヤフラムの起歪部上に伝導形がP形で結晶軸が
〈100〉方向に入力端が形成されると共にこの結晶
軸とは直角方向で中央部近傍に出力端が形成され
たせん断形ゲージと、前記せん断形ゲージの前記
入力端に定電流が供給されたときの前記出力端に
発生する電圧Esiと前記入力端の電圧ERiと前記入
力端に定電圧が供給されたときの前記出力端の電
圧Esvと基準温度において前記入力端に定電流が
供給されたときの入力端の電圧ERi0と定数Cとを
用いて E0=Esi[1−C(Esv/Esi)] /[(ERi/ERi0)−1] なる出力電圧E0を演算する演算手段とを具備し、
前記ダイヤフラムに印加される被測定圧力に対応
した前記出力電圧E0を出力することを特徴とす
る半導体圧力変換器。
[Claims for Utility Model Registration] An input end is formed on the strain-generating part of a semiconductor single crystal diaphragm whose crystal plane is in the (100) direction, and whose conductivity type is P type and whose crystal axis is in the <100> direction. A shear type gauge with an output end formed near the center in a direction perpendicular to the crystal axis, and a voltage E si generated at the output end when a constant current is supplied to the input end of the shear type gauge. The voltage E Ri at the input terminal, the voltage E sv at the output terminal when a constant voltage is supplied to the input terminal, and the voltage E Ri0 at the input terminal when a constant current is supplied to the input terminal at a reference temperature. and a calculation means for calculating an output voltage E0 of E0= Esi [1-C( Esv / Esi )]/[( ERi / ERi0 ) -1 ] using a constant C,
A semiconductor pressure transducer characterized in that it outputs the output voltage E 0 corresponding to the measured pressure applied to the diaphragm.
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