JPH0467899B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0467899B2 JPH0467899B2 JP61131456A JP13145686A JPH0467899B2 JP H0467899 B2 JPH0467899 B2 JP H0467899B2 JP 61131456 A JP61131456 A JP 61131456A JP 13145686 A JP13145686 A JP 13145686A JP H0467899 B2 JPH0467899 B2 JP H0467899B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrating beam
- type
- vibrating
- magnetic
- natural frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
- G01L9/0022—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜産業上の利用分野＞
本発明はシリコン基板に形成した振動梁をその
振動梁の固有振動数で振動させておき、その基板
に加えられる力または環境の変化に対応して振動
梁に生ずる振動周波数の変化を検出する振動式ト
ランスジユーサに関するものである。
振動梁の固有振動数で振動させておき、その基板
に加えられる力または環境の変化に対応して振動
梁に生ずる振動周波数の変化を検出する振動式ト
ランスジユーサに関するものである。
＜従来の技術＞
従来半導体に振動梁を形成したトランスジユー
サとして特開昭55−26487号公報に記載された
「圧力変換器とその製法」が知られている。上記
公報に示された変換器の概要を簡単に説明する。
サとして特開昭55−26487号公報に記載された
「圧力変換器とその製法」が知られている。上記
公報に示された変換器の概要を簡単に説明する。
第６図は前記公報に記載された圧力変換部の斜
視図、第７図は同変換器の要部断面図である。第
６図において、１はシリコン基板である。このシ
リコン基板１には所定の箇所（突起部１２として
残す２つ箇所の表面と振動梁１４…公報では繊維
と呼んでいる）の部分に４×1019原子／cm3以上の
ボロンを部分的にドーブするとともに枠１０とし
て残す部分にマスクが施される。そして、このシ
リコン基板をカテコール＋ジアミン酸の水溶液に
より異方性エツチングを行うと、枠１０と突起部
１２、隔膜１３および振動梁１４の部分のみを残
してエツチングされ、突起部１２の頂部に振動梁
１４が形成される。
視図、第７図は同変換器の要部断面図である。第
６図において、１はシリコン基板である。このシ
リコン基板１には所定の箇所（突起部１２として
残す２つ箇所の表面と振動梁１４…公報では繊維
と呼んでいる）の部分に４×1019原子／cm3以上の
ボロンを部分的にドーブするとともに枠１０とし
て残す部分にマスクが施される。そして、このシ
リコン基板をカテコール＋ジアミン酸の水溶液に
より異方性エツチングを行うと、枠１０と突起部
１２、隔膜１３および振動梁１４の部分のみを残
してエツチングされ、突起部１２の頂部に振動梁
１４が形成される。
第７図は圧力変換器の要部断面を示し、この変
換器の下底面２１から離れて振動梁１４が配置さ
れ、下底面２１上には変換器駆動電極２２、取出
し用電極２３および保護電極２４がある。この変
換器は静電気力により駆動される。
換器の下底面２１から離れて振動梁１４が配置さ
れ、下底面２１上には変換器駆動電極２２、取出
し用電極２３および保護電極２４がある。この変
換器は静電気力により駆動される。
＜発明が解決しようとする問題点＞
しかしながら、上記従来技術においては振動梁
を静電容量により振動しているため次のような問
題点がある。
を静電容量により振動しているため次のような問
題点がある。
(1) 振動梁の寸法が小さくなると静電容量が小さ
くなり、振動梁の出力インピーダンスが非常に
高くなり、リード線および容量変化を検出する
ために用いられるFFTのゲート容量が無視で
きなくなる。このため、実際にはFETのゲー
トより小さな寸法の振動梁の励振は難しい。ま
た、この様な振動を検出する方式として高周波
検出方式が考えられるが、回路が複雑になると
ともにパワー消費も増大する。
くなり、振動梁の出力インピーダンスが非常に
高くなり、リード線および容量変化を検出する
ために用いられるFFTのゲート容量が無視で
きなくなる。このため、実際にはFETのゲー
トより小さな寸法の振動梁の励振は難しい。ま
た、この様な振動を検出する方式として高周波
検出方式が考えられるが、回路が複雑になると
ともにパワー消費も増大する。
(2) 振動梁と固定電極の間のギヤツプを小さく
し、真空に減圧すると放電を起こす可能性があ
る。
し、真空に減圧すると放電を起こす可能性があ
る。
(3) 静電容量により振動したりその振動を検出す
るためには高い直流バイアス電圧を印加する必
要がある。その結果、振動梁に余分の張力を加
えることになり安定性が低下したり振動梁を破
断したりする。
るためには高い直流バイアス電圧を印加する必
要がある。その結果、振動梁に余分の張力を加
えることになり安定性が低下したり振動梁を破
断したりする。
等の欠点がある。本発明は上記従来技術の問題
点を解決するために成されたもので、微細な振動
梁を安定に励振させることを目的とする。
点を解決するために成されたもので、微細な振動
梁を安定に励振させることを目的とする。
＜問題点を解決するための手段＞
上記問題点を解決するための本発明の構成は、
ｐ形（またはｎ形）シリコン基板中に不純物を加
えてｎ形（またはｐ形）層を形成し、このｎ形層
の一部に選択性エツチング法により振動梁を形成
し、前記ｐ形（またはｎ形）、ｎ形（またはｐ形）
層の間に零Ｖ以上の逆バイアス電圧を印加してこ
れらの間を絶縁し、前記振動梁に近接して設けた
磁気回路により振動梁の長手方向に直交して直流
磁界を設け、前記振動梁に交流電流を流して振動
梁をその固有振動数により振動させる振動式半導
体トランスジユーサであつて、 前記磁気回路は振動梁の両側に沿つて保磁力の
小さい磁性膜を形成するとともに保磁力の大きい
磁化された磁性薄膜で端部を接続して構成され、 前記振動梁を、振動梁の固有振動数で自励発振
させる正帰還発振回路を備えたものである。
ｐ形（またはｎ形）シリコン基板中に不純物を加
えてｎ形（またはｐ形）層を形成し、このｎ形層
の一部に選択性エツチング法により振動梁を形成
し、前記ｐ形（またはｎ形）、ｎ形（またはｐ形）
層の間に零Ｖ以上の逆バイアス電圧を印加してこ
れらの間を絶縁し、前記振動梁に近接して設けた
磁気回路により振動梁の長手方向に直交して直流
磁界を設け、前記振動梁に交流電流を流して振動
梁をその固有振動数により振動させる振動式半導
体トランスジユーサであつて、 前記磁気回路は振動梁の両側に沿つて保磁力の
小さい磁性膜を形成するとともに保磁力の大きい
磁化された磁性薄膜で端部を接続して構成され、 前記振動梁を、振動梁の固有振動数で自励発振
させる正帰還発振回路を備えたものである。
＜実施例＞
第１〜第４図は本発明の一実施例を示すもの
で、第１図は振動式トランスジユーサを圧力セン
サとして用いた構成斜視図、第２図は第１図にお
けるＡ部の拡大平面図に電気配線を施した図、第
３図は第２図のＡ−Ａ断面図であり、この図では
磁石は模式的に示している。第４図イ，ロは第２
図を電気回路で示した図であり、ロ図はｐ形層と
n+形層の間に逆バイアス電圧を印加するための
電源を示している。
で、第１図は振動式トランスジユーサを圧力セン
サとして用いた構成斜視図、第２図は第１図にお
けるＡ部の拡大平面図に電気配線を施した図、第
３図は第２図のＡ−Ａ断面図であり、この図では
磁石は模式的に示している。第４図イ，ロは第２
図を電気回路で示した図であり、ロ図はｐ形層と
n+形層の間に逆バイアス電圧を印加するための
電源を示している。
これらの図において、５０は｛100｝面を有す
る、例えば不純物濃度1015原子／cm3以下のｐ形の
シリコン基板である。このシリコン基板５０の一
方の面にダイアフラム５１がエツチングにより形
成されている。このダイアフラム５１の表面（エ
ツチングしない面）には部分的に不純物濃度1017
原子／cm3程度のn+拡散層（図では省略）が形成
され、このn+拡散層の一部に振動梁５２が＜001
＞方向に形成されている。なお、この振動梁５２
はダイアフラム５１に形成されたn+層およびｐ
層をフオトリソグラフイとアンダエツチングの技
術を用いて加工する。
る、例えば不純物濃度1015原子／cm3以下のｐ形の
シリコン基板である。このシリコン基板５０の一
方の面にダイアフラム５１がエツチングにより形
成されている。このダイアフラム５１の表面（エ
ツチングしない面）には部分的に不純物濃度1017
原子／cm3程度のn+拡散層（図では省略）が形成
され、このn+拡散層の一部に振動梁５２が＜001
＞方向に形成されている。なお、この振動梁５２
はダイアフラム５１に形成されたn+層およびｐ
層をフオトリソグラフイとアンダエツチングの技
術を用いて加工する。
５３は振動梁５２の略中央上部に振動梁５２に
直交し、かつ、振動梁とは非接触の状態で設けら
れた磁石であり、第３図においては模式化して磁
石を中空に配置した状態で示している。５４は絶
縁膜としてのSiO2膜（第３図参照）である。５
５ａ，５５ｂは例えばAlなどの金属電極で、こ
の金属電極５５ａの一端は振動梁５２から延長し
たn+層にSiO2層に設けたコンタクトホール５６
ａ、を通じて接続され、他端はリード線を介して
振動梁５２の抵抗値とほぼ等しい比較抵抗R0お
よび増幅器６０の一端に接続されている。増幅器
６０の出力は出力信号として取出されるとともに
分岐して一次コイルL1の一端に接続されている。
このコイルL1の他端はコモンラインに接続され
ている。
直交し、かつ、振動梁とは非接触の状態で設けら
れた磁石であり、第３図においては模式化して磁
石を中空に配置した状態で示している。５４は絶
縁膜としてのSiO2膜（第３図参照）である。５
５ａ，５５ｂは例えばAlなどの金属電極で、こ
の金属電極５５ａの一端は振動梁５２から延長し
たn+層にSiO2層に設けたコンタクトホール５６
ａ、を通じて接続され、他端はリード線を介して
振動梁５２の抵抗値とほぼ等しい比較抵抗R0お
よび増幅器６０の一端に接続されている。増幅器
６０の出力は出力信号として取出されるとともに
分岐して一次コイルL1の一端に接続されている。
このコイルL1の他端はコモンラインに接続され
ている。
一方比較抵抗R0の他端は中点がコモンライン
に接続した２次コイルL2の他端に接続され、こ
の２次コイルL2の他端は振動梁５２の他端に前
記同様に形成された金属電極５５ｂに接続されて
いる。
に接続した２次コイルL2の他端に接続され、こ
の２次コイルL2の他端は振動梁５２の他端に前
記同様に形成された金属電極５５ｂに接続されて
いる。
上記構成において、ｐ形層（基板５０）とn+
形層（振動梁５２）の間に逆バイアス電圧を印加
して絶縁し、振動梁５２に交流電流ｉを流すと振
動梁５２の共振周波数において電磁誘導作用によ
り振動梁のインピーダンスが上昇し、比較抵抗
R0、および中点をコモンラインに接続したL2に
より構成されるブリツジにより不平衡信号を得る
ことができる。この信号を増幅器６０で増幅し、
コイルL1に正帰還すると、系は振動梁５２の固
有振動数で自励発振する。
形層（振動梁５２）の間に逆バイアス電圧を印加
して絶縁し、振動梁５２に交流電流ｉを流すと振
動梁５２の共振周波数において電磁誘導作用によ
り振動梁のインピーダンスが上昇し、比較抵抗
R0、および中点をコモンラインに接続したL2に
より構成されるブリツジにより不平衡信号を得る
ことができる。この信号を増幅器６０で増幅し、
コイルL1に正帰還すると、系は振動梁５２の固
有振動数で自励発振する。
上記構成において、振動梁５２のインピーダン
スＲは固有振動数に応じて上昇する。このインピ
ーダンスＲは、次式のように表わすことができ
る。
スＲは固有振動数に応じて上昇する。このインピ
ーダンスＲは、次式のように表わすことができ
る。
Ｒ≒（１／222）・（１／√）・（AB2l2／
bh2）・Ｑ＋R0 ここで、 Ｅ；弾性率 ｇ；重力加速 γ；振動子を構成している材料の密度 Ａ；振動モードによつて決まる定数 Ｂ；磁束密度 ｌ；振動梁の長さ ｂ；振動梁の幅 ｈ；振動梁の厚さ Ｑ；共振の鋭さ R0；直流抵抗値 上式によれば振動梁のＱが数百〜数万の値をと
るため、共振状態において増幅器の出力として、
大きな振幅信号を得ることができる。このように
増幅器のゲインを充分取つて正帰還するように構
成すれば系は固有振動数で自励発振する。
bh2）・Ｑ＋R0 ここで、 Ｅ；弾性率 ｇ；重力加速 γ；振動子を構成している材料の密度 Ａ；振動モードによつて決まる定数 Ｂ；磁束密度 ｌ；振動梁の長さ ｂ；振動梁の幅 ｈ；振動梁の厚さ Ｑ；共振の鋭さ R0；直流抵抗値 上式によれば振動梁のＱが数百〜数万の値をと
るため、共振状態において増幅器の出力として、
大きな振幅信号を得ることができる。このように
増幅器のゲインを充分取つて正帰還するように構
成すれば系は固有振動数で自励発振する。
なお、振動梁の加工手段および形状は本実施例
に限るものではなく、例えば従来例（第６図）の
ようなｎ形シリコン基板にＢ（ボロン）を４×
1019原子／cm3以上拡散して選択性エツチングによ
り形成したものを用いてもよい。
に限るものではなく、例えば従来例（第６図）の
ようなｎ形シリコン基板にＢ（ボロン）を４×
1019原子／cm3以上拡散して選択性エツチングによ
り形成したものを用いてもよい。
第５図は振動梁に非接触の状態で磁性薄膜を形
成した本発明の一実施例を示す要部平面図であ
り、第２図と同一要素には同一符号を付して重複
する説明は省略する。図において７０ａ，７０ｂ
は例えばパーマロイ等の磁性膜であり、互いに非
接触の状態で振動梁５２の両側に沿つて形成し、
希土類磁性薄膜７１で前記両方のパーマロイ磁性
膜７０ａ，７０ｂを接続し、振動梁５２の両側に
磁界を発生させるように構成したものである。こ
のような構成によれば永久磁石を別に設ける必要
がないので構成を簡単にすることができる。
成した本発明の一実施例を示す要部平面図であ
り、第２図と同一要素には同一符号を付して重複
する説明は省略する。図において７０ａ，７０ｂ
は例えばパーマロイ等の磁性膜であり、互いに非
接触の状態で振動梁５２の両側に沿つて形成し、
希土類磁性薄膜７１で前記両方のパーマロイ磁性
膜７０ａ，７０ｂを接続し、振動梁５２の両側に
磁界を発生させるように構成したものである。こ
のような構成によれば永久磁石を別に設ける必要
がないので構成を簡単にすることができる。
上記トランスジユーサはシリコンの弾性率の温
度係数によつてその振動周波数が変化するので、
圧力計のほかに真空容器に収納して温度計として
利用できるほか、密度計としても利用することが
できる。
度係数によつてその振動周波数が変化するので、
圧力計のほかに真空容器に収納して温度計として
利用できるほか、密度計としても利用することが
できる。
＜発明の効果＞
以上実施例とともに具体的に説明したように本
発明によれば、 (1) 従来の容量式に比較して、インピーダンスが
低く励振が容易である。
発明によれば、 (1) 従来の容量式に比較して、インピーダンスが
低く励振が容易である。
(2) 振動梁を小型にしても振動梁の励振が容易で
ある。
ある。
(3) 動作電圧が低いため放電が生じない。
(4) 振動梁に余分な張力がかからないため安定し
た振動を得ることができる。
た振動を得ることができる。
(5) 磁石を薄膜とすることにより別部品として磁
石を用意した場合に比較して組み付け作業の簡
素化と、小型化を実現することができる。
石を用意した場合に比較して組み付け作業の簡
素化と、小型化を実現することができる。
等の効果がある。
第１〜第４図は本発明の振動式トランスジユー
サの一実施励例を示し、第１図はトランスジユー
サを圧力計として構成した斜視図、第２図は第１
図におけるＡ部の拡大平面図に電気配線を施した
図、第３図は第２図のＡ−Ａ断面図、第４図は第
２図を電気回路で示した図、第５図は他の実施例
を示す要部平面図、第６図、第７図は従来例を示
す斜視図および要部断面図である。 ５０……シリコンウエハ、５１……ダイアフラ
ム、５２……振動梁、５３……磁石、５５ａ，５
５ｂ……金属電極、６０……増幅器、L1……１
次コイル、L2……２次コイル、R0……比較抵抗、
Ｒ……振動梁の抵抗。
サの一実施励例を示し、第１図はトランスジユー
サを圧力計として構成した斜視図、第２図は第１
図におけるＡ部の拡大平面図に電気配線を施した
図、第３図は第２図のＡ−Ａ断面図、第４図は第
２図を電気回路で示した図、第５図は他の実施例
を示す要部平面図、第６図、第７図は従来例を示
す斜視図および要部断面図である。 ５０……シリコンウエハ、５１……ダイアフラ
ム、５２……振動梁、５３……磁石、５５ａ，５
５ｂ……金属電極、６０……増幅器、L1……１
次コイル、L2……２次コイル、R0……比較抵抗、
Ｒ……振動梁の抵抗。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ｐ形（またはｎ形）シリコン基板中に不純物
を加えてｎ形（またはｐ形）層を形成し、このｎ
形層の一部に選択性エツチング法により振動梁を
形成し、前記ｐ形（またはｎ形）、ｎ形（または
ｐ形）層の間に零Ｖ以上の逆バイアス電圧を印加
してこれらの間を絶縁し、前記振動梁に近接して
設けた磁気回路により振動梁の長手方向に直交し
て直流磁界を設け、前記振動梁に交流電流を流し
て振動梁をその固有振動数により振動させる振動
式半導体トランスジユーサであつて、 前記磁気回路は振動梁の両側に沿つて保磁力の
小さい磁性膜を形成するとともに保磁力の大きい
磁化された磁性薄膜で端部を接続して構成され、 前記振動梁を、振動梁の固有振動数で自励発振
させる正帰還発振回路を備えたことを特徴とする
振動式半導体トランスジユーサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13145686A JPS62288542A (ja) | 1986-06-06 | 1986-06-06 | 振動式半導体トランスジユ−サ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13145686A JPS62288542A (ja) | 1986-06-06 | 1986-06-06 | 振動式半導体トランスジユ−サ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62288542A JPS62288542A (ja) | 1987-12-15 |
| JPH0467899B2 true JPH0467899B2 (ja) | 1992-10-29 |
Family
ID=15058381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13145686A Granted JPS62288542A (ja) | 1986-06-06 | 1986-06-06 | 振動式半導体トランスジユ−サ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62288542A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2526987B2 (ja) * | 1988-05-17 | 1996-08-21 | 横河電機株式会社 | 振動式トランスデュ―サ |
| JPH02269928A (ja) * | 1989-04-12 | 1990-11-05 | Yokogawa Electric Corp | 真空計 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1588669A (en) * | 1978-05-30 | 1981-04-29 | Standard Telephones Cables Ltd | Silicon transducer |
-
1986
- 1986-06-06 JP JP13145686A patent/JPS62288542A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62288542A (ja) | 1987-12-15 |
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