JPH0536737B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0536737B2 JPH0536737B2 JP59235824A JP23582484A JPH0536737B2 JP H0536737 B2 JPH0536737 B2 JP H0536737B2 JP 59235824 A JP59235824 A JP 59235824A JP 23582484 A JP23582484 A JP 23582484A JP H0536737 B2 JPH0536737 B2 JP H0536737B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- hole
- differential pressure
- vibrating
- pressure sensor
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
- G01L9/0019—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a semiconductive element
Landscapes
- 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＞
本発明はダイアフラムに生ずる差圧に対応した
力を、周波数信号として出力する差圧センサに関
し、シリコンのような半導体基板を使用し、この
基板上に振動梁を形成させた構造の差圧センサに
関するものである。
力を、周波数信号として出力する差圧センサに関
し、シリコンのような半導体基板を使用し、この
基板上に振動梁を形成させた構造の差圧センサに
関するものである。
＜従来例＞
測定圧力をダイアフラムで受け、ダイアフラム
に生ずる力をダイアフラム上に設けたストレンゲ
ージで検出し、電気信号に変換する差圧センサは
公知で、既に広く実用化されている。
に生ずる力をダイアフラム上に設けたストレンゲ
ージで検出し、電気信号に変換する差圧センサは
公知で、既に広く実用化されている。
このような差圧センサにおいて、ストレンゲー
ジは測定すべき力に応じたアナログ的な抵抗値変
化を示し、出力値も小さい。この為に、出力信号
をコンピユータ等で信号処理する場合、増幅した
りＡ／Ｄ変換しなければならない。
ジは測定すべき力に応じたアナログ的な抵抗値変
化を示し、出力値も小さい。この為に、出力信号
をコンピユータ等で信号処理する場合、増幅した
りＡ／Ｄ変換しなければならない。
差圧に対応した周波数信号を得る方式の差圧セ
ンサも、例えば特開昭54−56880号公報に見られ
るように公知である。この装置はダイアフラムに
生ずる力を、ダイアフラムに結合した振動線に与
え、振動線の張力に関連した固有振動数の変化を
周波数信号出力として得るものである。
ンサも、例えば特開昭54−56880号公報に見られ
るように公知である。この装置はダイアフラムに
生ずる力を、ダイアフラムに結合した振動線に与
え、振動線の張力に関連した固有振動数の変化を
周波数信号出力として得るものである。
この装置においては、ダイアフラムに生ずる力
を正確に振動線に伝えられるように両者間を結合
する必要があること、振動線周囲の環境変化が振
動線の固有振動数の変化とならない構成を工夫す
る必要がある等構成が複雑になるという問題があ
つた。
を正確に振動線に伝えられるように両者間を結合
する必要があること、振動線周囲の環境変化が振
動線の固有振動数の変化とならない構成を工夫す
る必要がある等構成が複雑になるという問題があ
つた。
＜発明の目的＞
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされ
たもので、差圧に対応した周波数信号を出力する
構成の簡単な差圧センサを提供することを目的と
する。
たもので、差圧に対応した周波数信号を出力する
構成の簡単な差圧センサを提供することを目的と
する。
＜発明の構成＞
この目的を達成する本発明の構成は、弾性を有
する半導体材料で構成した第１のダイアフラムの
表面に、エツチングおよびアンダエツチングの手
法により、一方が閉塞し他方が開放した穴と、こ
の穴の縁部より下方に両端が固定された振動梁を
設け、前記第１のダイアフラムの穴を有する側
に、前記第１のダイアフラムと同等の材質で、か
つ、略同一の厚さを有する第２のダイアフラムを
接合するとともに前記穴を真空にし、前記第１の
ダイアフラムに設けた振動梁の励振手段と振動検
出手段を具備したことを構成上の特徴とするもの
である。
する半導体材料で構成した第１のダイアフラムの
表面に、エツチングおよびアンダエツチングの手
法により、一方が閉塞し他方が開放した穴と、こ
の穴の縁部より下方に両端が固定された振動梁を
設け、前記第１のダイアフラムの穴を有する側
に、前記第１のダイアフラムと同等の材質で、か
つ、略同一の厚さを有する第２のダイアフラムを
接合するとともに前記穴を真空にし、前記第１の
ダイアフラムに設けた振動梁の励振手段と振動検
出手段を具備したことを構成上の特徴とするもの
である。
＜実施例＞
第１図は本発明に係る差圧センサの全体構成を
示す斜視図、第２図は第１図に示す差圧センサの
要部（一点鎖線で囲つたＡ部分）を示す断面拡大
斜視図である。これらの図において、１は第１の
ダイアフラムであり、例えば不純物濃度1015／cm3
以下のｐ形のシリコン基板である。このシリコン
基板１の表面には部分的に不純物濃度1018／cm3程
度のn+拡散層２ａ，２ｂ，２ｃを形成し、この
拡散層を所定の厚さに部分的にエツチングして第
１の穴３を形成する。次に第１の穴３のなかの
n+拡散層２ｂの部分を棒状にエツチングすると
ともに基板であるｐ層をアンダエツチングして第
２の穴５を形成し、n+層からなる振動梁４を形
成する。６は振動梁４の振動を最も感じる部分
（図では梁のの両端）に拡散やエピタキシヤル成
長により形成したp+層である。このp+層６は図
示しないリード線等により基板であるｐ層１とは
絶縁して外部に取り出され、n+拡散層である振
動梁４上でpn接合を形成する。７は第１のダイ
アフラムと同等の材質を有する第２のダイアフラ
ムで、この第２のダイアフラムと第１のダイアフ
ラムは真空中において陽極接合することにより、
第１の穴と第２の穴は真空状態となる。８は接合
剤および絶縁剤として機能する例えばSiO2膜で
ある。
示す斜視図、第２図は第１図に示す差圧センサの
要部（一点鎖線で囲つたＡ部分）を示す断面拡大
斜視図である。これらの図において、１は第１の
ダイアフラムであり、例えば不純物濃度1015／cm3
以下のｐ形のシリコン基板である。このシリコン
基板１の表面には部分的に不純物濃度1018／cm3程
度のn+拡散層２ａ，２ｂ，２ｃを形成し、この
拡散層を所定の厚さに部分的にエツチングして第
１の穴３を形成する。次に第１の穴３のなかの
n+拡散層２ｂの部分を棒状にエツチングすると
ともに基板であるｐ層をアンダエツチングして第
２の穴５を形成し、n+層からなる振動梁４を形
成する。６は振動梁４の振動を最も感じる部分
（図では梁のの両端）に拡散やエピタキシヤル成
長により形成したp+層である。このp+層６は図
示しないリード線等により基板であるｐ層１とは
絶縁して外部に取り出され、n+拡散層である振
動梁４上でpn接合を形成する。７は第１のダイ
アフラムと同等の材質を有する第２のダイアフラ
ムで、この第２のダイアフラムと第１のダイアフ
ラムは真空中において陽極接合することにより、
第１の穴と第２の穴は真空状態となる。８は接合
剤および絶縁剤として機能する例えばSiO2膜で
ある。
上記構成において第１のダイアフラム１と第２
のダイアフラム７の厚さを略等しくすれば、接合
面が中立面となるので、ダイアフラムに発生する
応力は中立面で最小となり、接合によつて発生す
る応力の影響をほとんど零にすることができる。
また、振動梁４が形成された部分の静圧に対する
耐圧は、第３図に示す穴の幅2l3と、ダイアフラ
ム膜の厚さl4との比l4／l3を十分大きくすること
によつて解決することができる。例えば、l3＝
3μm、l4＝3μmとし、シリコンの最大応力を10Kg
ｆ／mm2とすると、耐圧P0は P0＝（l4／l3）2・σmax＝1000Kgｆ／cm2となる。
のダイアフラム７の厚さを略等しくすれば、接合
面が中立面となるので、ダイアフラムに発生する
応力は中立面で最小となり、接合によつて発生す
る応力の影響をほとんど零にすることができる。
また、振動梁４が形成された部分の静圧に対する
耐圧は、第３図に示す穴の幅2l3と、ダイアフラ
ム膜の厚さl4との比l4／l3を十分大きくすること
によつて解決することができる。例えば、l3＝
3μm、l4＝3μmとし、シリコンの最大応力を10Kg
ｆ／mm2とすると、耐圧P0は P0＝（l4／l3）2・σmax＝1000Kgｆ／cm2となる。
一方、梁の軸方向への静圧による歪みはl3／Ｒ
（Ｒはダイアフラムの半径…第１図参照）を十分
小さくすることにより無視することができる。な
お、これらの加工はフオトリソグラフイの技術を
用いることにより可能である。
（Ｒはダイアフラムの半径…第１図参照）を十分
小さくすることにより無視することができる。な
お、これらの加工はフオトリソグラフイの技術を
用いることにより可能である。
上記構成の差圧センサを、図示しない固定手段
により固定し、ダイアフラムの両側から圧力を加
える。そして、第１のダイアフラムであるｐ層に
負のバイアスを印加しておき、振動梁の端部に形
成されたpn接合部からダイアフラムの歪みによ
る振動歪み信号を検出する。この歪信号を増幅し
て第１のダイアフラム１に正帰還させると、振動
梁は静電力によりその固有振動数で励振する。こ
の振動はダイアフラムに加わつた差圧に応じて変
化し、その歪み感度Ｓ＝Δf／f0は次式で与えられ
る。
により固定し、ダイアフラムの両側から圧力を加
える。そして、第１のダイアフラムであるｐ層に
負のバイアスを印加しておき、振動梁の端部に形
成されたpn接合部からダイアフラムの歪みによ
る振動歪み信号を検出する。この歪信号を増幅し
て第１のダイアフラム１に正帰還させると、振動
梁は静電力によりその固有振動数で励振する。こ
の振動はダイアフラムに加わつた差圧に応じて変
化し、その歪み感度Ｓ＝Δf／f0は次式で与えられ
る。
Ｓ＝Δf／f0
＝0.118・（l1／l2）2・ε…
ここで、
式はシリコンの物理定数から理論および実験
により求めた式、εは歪みである。
により求めた式、εは歪みである。
この、歪による振動梁４の振動周波数の変化は
図示しない公知の振動検出手段により検出され
る。
図示しない公知の振動検出手段により検出され
る。
このように構成した装置によれば、受圧ダイア
フラム中に真空状態で振動梁を形成したので、理
想的な弾性特性を得ることができ、Ｑが高く安定
したモノリシツクセンサを実現することができ
る。
フラム中に真空状態で振動梁を形成したので、理
想的な弾性特性を得ることができ、Ｑが高く安定
したモノリシツクセンサを実現することができ
る。
なお、上記実施例においては第１のダイアフラ
ムをｐ形のシリコン基板としたが、この基板をｎ
形とし、このｎ形基板の上にｐ層を拡散してｐ形
の梁を形成しその上に振動検出のためのダイオー
トを形成してもよい。また、振動梁は１つに限る
ものではなく、例えばダイアフラムの中央部にも
う１つの振動梁を形成しその差を演算する様にす
れば感度を２倍にすることができるとともに、温
度変化による熱歪みをキヤンセルすることができ
る。
ムをｐ形のシリコン基板としたが、この基板をｎ
形とし、このｎ形基板の上にｐ層を拡散してｐ形
の梁を形成しその上に振動検出のためのダイオー
トを形成してもよい。また、振動梁は１つに限る
ものではなく、例えばダイアフラムの中央部にも
う１つの振動梁を形成しその差を演算する様にす
れば感度を２倍にすることができるとともに、温
度変化による熱歪みをキヤンセルすることができ
る。
さらに、ダイアフラムの形状は円形以外の他の
形状にすることも可能である。
形状にすることも可能である。
＜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、振動梁を穴の縁部から下の方に
形成しているのでダイアフラムに生ずる引張り／
圧縮の力を軸力（振動子の軸方向の力）として正
確に伝えることができる。また、穴の蓋となる第
２のダイアフラムを接合する場合に、その第２の
ダイアフラムの形状は単に平板状のもので良いの
で加工が簡単である。また第１、第２のダイアフ
ラムの厚さを略同一にしているので接合面が中立
面となりダイアフラムに発生する応力を最小にす
ることができる。更にダイアフラムの接合に際し
ては真空中で行つて振動梁を真空中に配置してい
るのでＱが高く安定な周波数信号を出力すること
ができ、かつ、構成の簡単なセンサを実現するこ
とができる。
本発明によれば、振動梁を穴の縁部から下の方に
形成しているのでダイアフラムに生ずる引張り／
圧縮の力を軸力（振動子の軸方向の力）として正
確に伝えることができる。また、穴の蓋となる第
２のダイアフラムを接合する場合に、その第２の
ダイアフラムの形状は単に平板状のもので良いの
で加工が簡単である。また第１、第２のダイアフ
ラムの厚さを略同一にしているので接合面が中立
面となりダイアフラムに発生する応力を最小にす
ることができる。更にダイアフラムの接合に際し
ては真空中で行つて振動梁を真空中に配置してい
るのでＱが高く安定な周波数信号を出力すること
ができ、かつ、構成の簡単なセンサを実現するこ
とができる。
第１図は本発明に係る差圧センサの全体構成を
示す斜視図、第２図は第１図に示す差圧センサの
要部を示す断面拡大斜視図、第３図は梁形成部に
おけるダイアフラムの厚さと幅の関係を示す図で
ある。 １…第１のダイアフラム、２ａ〜２ｃ…拡散
層、３，５…穴、４…振動梁、７…第２のダイア
フラム。
示す斜視図、第２図は第１図に示す差圧センサの
要部を示す断面拡大斜視図、第３図は梁形成部に
おけるダイアフラムの厚さと幅の関係を示す図で
ある。 １…第１のダイアフラム、２ａ〜２ｃ…拡散
層、３，５…穴、４…振動梁、７…第２のダイア
フラム。
Claims (1)
- １ 弾性を有する半導体材料で構成した第１のダ
イアフラムの表面に、エツチングおよびアンダエ
ツチングの手法により、一方が閉塞し他方が解放
した穴と、この穴の縁部より下方に両端が固定さ
れた振動梁を設け、前記第１のダイアフラムの穴
を有する側に、前記第１のダイアフラムと同等の
材質で、かつ、略同一の厚さを有する第２のダイ
アフラムを接合するとともに前記穴を真空にし、
前記第１のダイアフラムに設けた振動梁の振動手
段と振動検出手段を具備したことを特徴とする差
圧センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23582484A JPS61114139A (ja) | 1984-11-08 | 1984-11-08 | 差圧センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23582484A JPS61114139A (ja) | 1984-11-08 | 1984-11-08 | 差圧センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61114139A JPS61114139A (ja) | 1986-05-31 |
| JPH0536737B2 true JPH0536737B2 (ja) | 1993-05-31 |
Family
ID=16991800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23582484A Granted JPS61114139A (ja) | 1984-11-08 | 1984-11-08 | 差圧センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61114139A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2824636B1 (fr) * | 2001-05-10 | 2003-09-05 | Schlumberger Services Petrol | Capteur de pression microelectronique a resonateur supportant des pressions elevees |
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 |
-
1984
- 1984-11-08 JP JP23582484A patent/JPS61114139A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61114139A (ja) | 1986-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5473944A (en) | Seam pressure sensor employing dielectically isolated resonant beams and related method of manufacture | |
| US6642594B2 (en) | Single chip multiple range pressure transducer device | |
| US4071838A (en) | Solid state force transducer and method of making same | |
| US5060526A (en) | Laminated semiconductor sensor with vibrating element | |
| JPH0518050B2 (ja) | ||
| KR20010050327A (ko) | 마이크로기계 장치 | |
| JPH06213743A (ja) | 半導体圧力センサ | |
| US6838303B2 (en) | Silicon pressure sensor and the manufacturing method thereof | |
| US7013733B2 (en) | Silicon resonant type pressure sensor | |
| JPH0536737B2 (ja) | ||
| JPS60186725A (ja) | 圧力センサ | |
| US20060010981A1 (en) | Vibration type pressure sensor | |
| JPH0275963A (ja) | 半導体センサ | |
| JP2737479B2 (ja) | 半導体応力検出装置 | |
| JPH0821774A (ja) | 半導体圧力センサ及びその製造方法 | |
| JPH0628662Y2 (ja) | 振動形差圧センサ | |
| JP2770488B2 (ja) | 半導体圧力計 | |
| JP2507840B2 (ja) | 半導体加速度センサ | |
| JPH0810169B2 (ja) | 振動形差圧センサ | |
| JPH0468576B2 (ja) | ||
| JPH06258164A (ja) | 半導体圧力センサ | |
| JP2573539Y2 (ja) | 半導体圧力センサ | |
| JPH01127931A (ja) | 振動形差圧センサ | |
| JPH0554705B2 (ja) | ||
| JPH06213746A (ja) | 半導体圧力センサ |