JPH0471447B2 - - Google Patents
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- JPH0471447B2 JPH0471447B2 JP62082385A JP8238587A JPH0471447B2 JP H0471447 B2 JPH0471447 B2 JP H0471447B2 JP 62082385 A JP62082385 A JP 62082385A JP 8238587 A JP8238587 A JP 8238587A JP H0471447 B2 JPH0471447 B2 JP H0471447B2
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- Japan
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- piezoelectric element
- wave detector
- mosfet
- substrate
- sound wave
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は圧電型音波検出器に係わり、特に圧電
素子をMOSFETのゲート電極上に設けた音波検
出器に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a piezoelectric sound wave detector, and particularly to a sound wave detector in which a piezoelectric element is provided on the gate electrode of a MOSFET.
一般に、音波検出器としては受波器に結合した
可動コイルが磁石間を振動するようにした動電型
のもの、受波器の振動により電極間容量が変わる
ようにした静電型のもの、圧電素子を使用し、受
波圧力による歪により生ずる電圧を検出する圧電
型のもの等が使用され、これらは検出器部分と信
号処理部分とが分離されて構成されている。
In general, sonic detectors are of the electrodynamic type, in which a moving coil connected to the receiver vibrates between magnets, and the electrostatic type, in which the capacitance between the electrodes changes due to the vibration of the receiver. A piezoelectric type is used that uses a piezoelectric element to detect a voltage caused by distortion caused by received wave pressure, and these are configured with a detector part and a signal processing part separated.
しかしながら、最も一般的に使用されている動
電型や静電型の音波検出器は、検出器部分が大き
く、また寿命、安定性の点で問題がある。また従
来の圧電型のものは、寿命、安定性においては優
れているが、薄膜化することが難しく、そのため
検出音波領域が制限されてしまう。これは圧電膜
の厚さで検出周波数帯域が決まつてしまうからで
ある。また薄膜化、小型化するための加工に難点
が多く、そのため取りつけ形状に制約ができてし
まう。さらに高インピーダンスのためのノイズを
ひろい易いという欠点がある。
However, the most commonly used electrodynamic and electrostatic sound wave detectors have large detector parts and have problems in terms of lifespan and stability. Furthermore, although conventional piezoelectric type devices are excellent in terms of lifespan and stability, it is difficult to make them thin, which limits the detection range of sound waves. This is because the detection frequency band is determined by the thickness of the piezoelectric film. Additionally, there are many difficulties in processing to make the film thinner and smaller, which places restrictions on the mounting shape. Furthermore, it has the disadvantage of being susceptible to noise due to its high impedance.
本発明は上記問題点を解決するためのもので、
膜厚制御が容易であり、低周波領域から超音波領
域まで広帯域の音波を検出することができると共
に、信号処理が容易で検出信号精度を向上させる
ことのできる音波検出器を提供することを目的と
する。 The present invention is intended to solve the above problems,
The purpose of the present invention is to provide a sound wave detector that can easily control the film thickness, can detect a wide range of sound waves from the low frequency range to the ultrasonic range, and can easily perform signal processing to improve detection signal accuracy. shall be.
そのために本発明の音波検出器は、基板に形成
されたMOSFETのゲート電極に有機フイルムか
らなる圧電素子を直接付着させてセンサセルを形
成し、圧電素子に生ずる電位変化をゲート入力信
号としたことを特徴とする。
To this end, the sound wave detector of the present invention has a sensor cell formed by directly attaching a piezoelectric element made of an organic film to the gate electrode of a MOSFET formed on a substrate, and uses the potential change occurring in the piezoelectric element as a gate input signal. Features.
本発明の音波検出器は、MOSFETのゲート電
極に圧電素子を付着形成し、音波入力により生じ
た圧電素子の電位変化をMOSFETのゲート入力
信号として増幅して取り出す。圧電素子として有
機フイルムを使用しているので任意の膜厚が得ら
れ、また基板に直接センサを形成しているので他
の信号処理回路を同一基板にIC化して形成でき
るので信号処理が極めて容易になる。
The sound wave detector of the present invention has a piezoelectric element attached to the gate electrode of a MOSFET, and a potential change in the piezoelectric element caused by sound wave input is amplified and extracted as a gate input signal of the MOSFET. Since an organic film is used as the piezoelectric element, any film thickness can be obtained, and since the sensor is formed directly on the substrate, other signal processing circuits can be formed as ICs on the same substrate, making signal processing extremely easy. become.
以下、実施例を図面を参照して説明する。 Examples will be described below with reference to the drawings.
第１図は本発明による音波検出器の一実施例の
構成を示す図で、１はSi基板、２はSiO2、３，
５はソース、４，６はドレイン、７，８はゲート
電極、９は圧電素子、１０は上部電極、１１はセ
ンサセル、１２はダミーセルである。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of a sound wave detector according to the present invention, in which 1 is a Si substrate, 2 is a SiO 2 , 3 is a
5 is a source, 4 and 6 are drains, 7 and 8 are gate electrodes, 9 is a piezoelectric element, 10 is an upper electrode, 11 is a sensor cell, and 12 is a dummy cell.
図において、Si基板１にはセンサセル１１、ダ
ミーセル１２をそれぞれ構成するＮ−MOSFET
が形成されている。センサセル１１を構成する
MOSFETのゲート電極７には、例えばビニリデ
ンフルオライドートリフルオロエチレンのような
有機物フイルムからなる圧電素子９が付着形成さ
れ、さらに圧電素子９に上部電極１０が形成され
ており、電極７と１０との間に所定温度のもとで
所定時間電圧を印加して分極の向きを揃える所謂
ポーリングを行う。一方、このセンサセルの近傍
に形成されたダミーセル１２を構成する
MOSFETのゲート電極８には圧電素子は形成さ
れていない。 In the figure, a Si substrate 1 has N-MOSFETs constituting a sensor cell 11 and a dummy cell 12, respectively.
is formed. Configuring the sensor cell 11
A piezoelectric element 9 made of an organic film such as vinylidene fluoride-trifluoroethylene is attached to the gate electrode 7 of the MOSFET, and an upper electrode 10 is formed on the piezoelectric element 9. During this period, a voltage is applied for a predetermined time at a predetermined temperature to align the direction of polarization, so-called poling. On the other hand, a dummy cell 12 is formed near this sensor cell.
No piezoelectric element is formed on the gate electrode 8 of the MOSFET.
このような構成において、音波入力があると圧
電素子９が音波圧力うけて歪を生じ、その結果電
荷が誘起されて電位が変化し、これがMOSFET
のゲート入力信号となり、増幅されて取り出され
る。電極８は音波圧力には不感であるので出力は
生じない。一方音波以外のノイズがあると、セン
サセル１１、ダミーセル１２は近傍に配置されて
いるので両方に等しく出力が得られ、これらの差
をとることによりノイズを打ち消すことができ
る。したがつてノイズに埋もれているような微弱
な音波信号まで検出することができる。 In such a configuration, when a sound wave is input, the piezoelectric element 9 receives the sound wave pressure and causes distortion, and as a result, a charge is induced and the potential changes, which causes the MOSFET to
The gate input signal is amplified and taken out. Since the electrode 8 is insensitive to sonic pressure, no output is produced. On the other hand, if there is noise other than sound waves, since the sensor cell 11 and the dummy cell 12 are arranged close to each other, the same output can be obtained from both, and the noise can be canceled by taking the difference between them. Therefore, even weak sound wave signals buried in noise can be detected.
このようにMOSFETのゲート上に直接圧電素
子を付着させることにより、信号が増幅して取り
出されるので信号の外部負荷駆動能力が増し、安
定した信号が得られる。なお、ゲート電極７は圧
電素子に誘起された電荷を均一化する働きも兼ね
ている。また、圧電素子として有機フイルムを使
用しているので、任意の膜厚のものを容易に得る
ことが可能で、低周波数から超音波の高域まで容
易に対応することができる。 By attaching the piezoelectric element directly on the gate of the MOSFET in this manner, the signal is amplified and extracted, increasing the signal's ability to drive an external load and providing a stable signal. Note that the gate electrode 7 also serves to equalize the charges induced in the piezoelectric element. Furthermore, since an organic film is used as the piezoelectric element, it is possible to easily obtain a film of any thickness, and it is possible to easily correspond to a range from low frequencies to high frequencies of ultrasonic waves.
なお上記実施例においてはＮ−MOSFETを使
用した例について述べたが、Ｐ−MOSFETでも
よいことは言うまでもない。 In the above embodiment, an example using an N-MOSFET has been described, but it goes without saying that a P-MOSFET may also be used.
第２図は本発明による他の実施例を示すブロツ
ク図で、第１図と同一番号は同一内容を示してい
る。なお、図中、１３は差動増幅器である。 FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, and the same numbers as in FIG. 1 indicate the same contents. In addition, in the figure, 13 is a differential amplifier.
図において、センサセル１１、ダミーセル１２
と共に、さらに同一基板に差動増幅器１３を形成
したもので、センサセル１１の検出信号とダミー
セルの検出値の差が増幅されて出力として取り出
される。本実施例においては、MOSFETにより
増幅されて検出されたセンサ信号とダミー信号を
差動増幅器に入力して増幅しているので、検出部
と図示しない他の信号処理部との距離を充分長く
とることができ、そのため容易に検出信号を遠隔
伝送することが可能となる。 In the figure, a sensor cell 11, a dummy cell 12
In addition, a differential amplifier 13 is further formed on the same substrate, and the difference between the detection signal of the sensor cell 11 and the detection value of the dummy cell is amplified and taken out as an output. In this example, the sensor signal amplified and detected by the MOSFET and the dummy signal are input to the differential amplifier and amplified, so the distance between the detection section and another signal processing section (not shown) is sufficiently long. Therefore, it becomes possible to easily transmit the detection signal remotely.
以上のように本発明によれば、圧電性物質に有
機フイルムを用いるため任意の厚さの圧電物質を
形成することができ、広帯域の音波検出が可能と
なる。また基板として用いる材料にSi等の半導体
材料を使用することにより、同一基板にダミーセ
ルや前置増幅器等の信号処理回路をIC化して形
成することができるので、雑音除去や前置増幅等
の信号処理を容易に行うことが可能となる。また
信号は増幅して取り出されるので遠隔伝送するこ
とができ、したがつて遠隔測定することが可能と
なる。
As described above, according to the present invention, since an organic film is used as the piezoelectric material, the piezoelectric material can be formed with an arbitrary thickness, and wide-band sound wave detection becomes possible. In addition, by using a semiconductor material such as Si for the substrate, it is possible to form signal processing circuits such as dummy cells and preamplifiers as ICs on the same substrate. It becomes possible to perform processing easily. Also, since the signal is amplified and extracted, it can be transmitted remotely, thus making it possible to perform remote measurements.
第１図は本発明による音波検出器の一実施例の
構成を示す図、第２図は本発明による他の実施例
を示すブロツク図である。
１…Si基板、２…SiO2、３，５…ソース、４，
６…ドレイン、７，８…ゲート電極、９…圧電素
子、１０…上部電極、１１…センサセル、１２…
ダミーセル、１３…差動増幅器。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of one embodiment of a sound wave detector according to the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment according to the present invention. 1...Si substrate, 2...SiO 2 , 3, 5...source, 4,
6... Drain, 7, 8... Gate electrode, 9... Piezoelectric element, 10... Upper electrode, 11... Sensor cell, 12...
Dummy cell, 13...differential amplifier.
Claims (1)
有機フイルムからなる圧電素子を直接付着させて
センサセルを形成し、圧電素子に生ずる電位変化
をゲート入力信号としたことを特徴とする音波検
出器。 ２ 前記基板には、MOSFETからなるダミーセ
ルが形成されている特許請求の範囲第１項記載の
音波検出器。 ３ 前記基板には差動増幅器、前置増幅器が形成
されている特許請求の範囲第２項記載の音波検出
器。 ４ 前記有機フイルムはビニリデンフルオライド
ートリフルオロエチレンからなる特許請求の範囲
第１項記載の音波検出器。 ５ 前記圧電素子にはポーリング用電極が設けら
れている特許請求の範囲第１項記載の音波検出
器。[Claims] 1. A sensor cell is formed by directly attaching a piezoelectric element made of an organic film to the gate electrode of a MOSFET formed on a substrate, and a potential change occurring in the piezoelectric element is used as a gate input signal. Sound wave detector. 2. The acoustic wave detector according to claim 1, wherein a dummy cell made of a MOSFET is formed on the substrate. 3. The acoustic wave detector according to claim 2, wherein a differential amplifier and a preamplifier are formed on the substrate. 4. The acoustic wave detector according to claim 1, wherein the organic film is made of vinylidene fluoride-trifluoroethylene. 5. The acoustic wave detector according to claim 1, wherein the piezoelectric element is provided with a poling electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8238587A JPS63249025A (en) | 1987-04-03 | 1987-04-03 | Sonic wave detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8238587A JPS63249025A (en) | 1987-04-03 | 1987-04-03 | Sonic wave detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63249025A JPS63249025A (en) | 1988-10-17 |
| JPH0471447B2 true JPH0471447B2 (en) | 1992-11-13 |
Family
ID=13773115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8238587A Granted JPS63249025A (en) | 1987-04-03 | 1987-04-03 | Sonic wave detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63249025A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5254504A (en) * | 1989-04-13 | 1993-10-19 | Trustees Of The University Of Pennsylvania | Method of manufacturing ferroelectric MOSFET sensors |
| US20170027605A1 (en) * | 2014-04-11 | 2017-02-02 | Koninklijke Philips N.V. | Signal versus noise discrimination needle with piezoelectric polymer sensors |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5117971B2 (en) * | 1971-09-01 | 1976-06-07 |
-
1987
- 1987-04-03 JP JP8238587A patent/JPS63249025A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63249025A (en) | 1988-10-17 |
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|---|---|---|---|
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