JPH0554705B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0554705B2 JPH0554705B2 JP59223665A JP22366584A JPH0554705B2 JP H0554705 B2 JPH0554705 B2 JP H0554705B2 JP 59223665 A JP59223665 A JP 59223665A JP 22366584 A JP22366584 A JP 22366584A JP H0554705 B2 JPH0554705 B2 JP H0554705B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrating beam
- vibrating
- diode
- type
- vibration
- 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
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/387—Devices controllable only by the variation of applied heat
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜産業上の利用分野＞
本発明は弾性体からなる基板に形成した振動梁
をその固有振動周波数で発振させておき、力又は
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センサに関するものであ
る。
をその固有振動周波数で発振させておき、力又は
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センサに関するものであ
る。
＜従来の技術＞
半導体基板に抵抗素子を拡散又は蒸着により形
成し、半導体基板にかかる力を電気信号に変換す
る半導体歪みセンサや、圧力をダイアフラムで受
け、ダイアフラムに生ずる力を連結棒を介して移
動電極と連結し、移動電極の両側に設けた固定電
極間の容量変化を検出する構成のセンサは公知
で、既に広く実用化されている。このような抵抗
式又は容量式センサにおいては次のごとき問題が
あつた。
成し、半導体基板にかかる力を電気信号に変換す
る半導体歪みセンサや、圧力をダイアフラムで受
け、ダイアフラムに生ずる力を連結棒を介して移
動電極と連結し、移動電極の両側に設けた固定電
極間の容量変化を検出する構成のセンサは公知
で、既に広く実用化されている。このような抵抗
式又は容量式センサにおいては次のごとき問題が
あつた。
(1) 半導体歪みセンサの抵抗素子は測定すべき力
に応じたアナログ的な抵抗値変化を示すが、出
力としてのゲージフアクタが極めて小さいので
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。
に応じたアナログ的な抵抗値変化を示すが、出
力としてのゲージフアクタが極めて小さいので
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。
(2) ダイアフラムに生ずる力を移動電極に連結す
る方式は、小形高感度にするには限界がある。
る方式は、小形高感度にするには限界がある。
＜発明が解決しようとする問題点＞
本発明が解決しようとする技術的課題は、高感
度で、かつ、小形化が可能な振動式センサを実現
することにある。
度で、かつ、小形化が可能な振動式センサを実現
することにある。
＜問題点を解決するための手段＞
本発明の構成上の特徴は、〜ｎ（若しくはｐ）
形半導体基板上に所定の長さと幅を有するｐ（若
しくはｎ）形半導体からなる少なくとも一端が固
定された振動梁と、該振動梁の振動歪みが発生し
若しくは伝わる部分の振動梁上に形成されたn+
（若しくはp+）層と、前記振動梁とn+（若しくは
p+）層とで形成されるダイオードにダイオード
電流を流すためのバイアス電圧印加手段と、前記
振動梁を振動させる励振手段と、前記n+（若しく
はp+）層と前記基板間に接続され前記ダイオー
ド電流を増幅し正帰還する発振手段とを備えたこ
とにある。
形半導体基板上に所定の長さと幅を有するｐ（若
しくはｎ）形半導体からなる少なくとも一端が固
定された振動梁と、該振動梁の振動歪みが発生し
若しくは伝わる部分の振動梁上に形成されたn+
（若しくはp+）層と、前記振動梁とn+（若しくは
p+）層とで形成されるダイオードにダイオード
電流を流すためのバイアス電圧印加手段と、前記
振動梁を振動させる励振手段と、前記n+（若しく
はp+）層と前記基板間に接続され前記ダイオー
ド電流を増幅し正帰還する発振手段とを備えたこ
とにある。
＜実施例＞
第１図ａ，ｂは本発明に係る振動式センサの一
実施例を示すもので、第１図ａは振動式センサを
片持梁として使用した状態を示す断面図、第１図
ｂは第１図ａにおけるＡ−Ａ断面図である。第１
図ａ，ｂにおいて、１は例えばシリコンからなる
ｎ形半導体基板であり、このｎ形半導体基板１の
表面には振動梁２が形成されている。この振動梁
２はｎ形半導体基板１の表面にｐ形の拡散層を形
成し、そのＰ形の拡散層が残るように、ｎ形半導
体基板１の表面をエツチング、アンダエツチング
の技術により加工して形成される。３は振動梁２
の振動歪が発生し、あるいは伝わる部分に拡散さ
れたn+層である。
実施例を示すもので、第１図ａは振動式センサを
片持梁として使用した状態を示す断面図、第１図
ｂは第１図ａにおけるＡ−Ａ断面図である。第１
図ａ，ｂにおいて、１は例えばシリコンからなる
ｎ形半導体基板であり、このｎ形半導体基板１の
表面には振動梁２が形成されている。この振動梁
２はｎ形半導体基板１の表面にｐ形の拡散層を形
成し、そのＰ形の拡散層が残るように、ｎ形半導
体基板１の表面をエツチング、アンダエツチング
の技術により加工して形成される。３は振動梁２
の振動歪が発生し、あるいは伝わる部分に拡散さ
れたn+層である。
上記の如く形成した振動梁２上のn+拡散層３
に半導体基板１側を正とするバイアス電圧V1を
加えると、半導体基板１と振動梁２は絶縁され
る。そして、このバイアス電圧に交流電圧V1を
重ねると振動梁２に対して交番静電力を加えるこ
とができる。同時に振動梁２の一端に設けたn+
拡散層３に負の一定バイアス電圧V2を加え、振
動梁２をコモン電位に接続すると振動梁２から
n+拡散層３にダイオード電流が流れる。このダ
イオード電流はダイオードに加わる歪に応じて常
に変化している。このダイオード電流を外部の増
幅器５に正帰還すると振動梁２は固有振動数で共
振する。そして図示の如く半導体基板１を片持梁
として支持し、その先端に加重Ｗを加えると基板
１とともに振動梁２も歪む。第２図は第１図の１
点鎖線で囲つたダイオードＥを形成する部分に流
れる電流Idを縦軸とし、横軸を電圧Vdとして表
わしたもので、歪みεを加える事により実線で示
すイのＶ／Ｉ特性をもつたものが点線ロで示す如
く変化し、Vb点における電流がI1からI2に変化し
たことを示している。この図によれば歪みεによ
る電流は逆バイアスであつても同様に変化するこ
とがわかる。
に半導体基板１側を正とするバイアス電圧V1を
加えると、半導体基板１と振動梁２は絶縁され
る。そして、このバイアス電圧に交流電圧V1を
重ねると振動梁２に対して交番静電力を加えるこ
とができる。同時に振動梁２の一端に設けたn+
拡散層３に負の一定バイアス電圧V2を加え、振
動梁２をコモン電位に接続すると振動梁２から
n+拡散層３にダイオード電流が流れる。このダ
イオード電流はダイオードに加わる歪に応じて常
に変化している。このダイオード電流を外部の増
幅器５に正帰還すると振動梁２は固有振動数で共
振する。そして図示の如く半導体基板１を片持梁
として支持し、その先端に加重Ｗを加えると基板
１とともに振動梁２も歪む。第２図は第１図の１
点鎖線で囲つたダイオードＥを形成する部分に流
れる電流Idを縦軸とし、横軸を電圧Vdとして表
わしたもので、歪みεを加える事により実線で示
すイのＶ／Ｉ特性をもつたものが点線ロで示す如
く変化し、Vb点における電流がI1からI2に変化し
たことを示している。この図によれば歪みεによ
る電流は逆バイアスであつても同様に変化するこ
とがわかる。
第３図は振動梁２に流れるダイオード電流の検
出回路を示す一実施例を示すもので、第１図にお
けるｂ端子に正（又は負）のバイアス電圧Vbを
加え、振動梁２のＥ部（第１図参照）に形成した
ダイオード（Sd）と、別に設けた基準ダイオー
ド（Kd）を流れる電流の差を増幅基（Ac）によ
り検出し、この電流を半導体基板１のＣ点（第１
図参照）に正帰還して発振回路を構成したもので
ある。
出回路を示す一実施例を示すもので、第１図にお
けるｂ端子に正（又は負）のバイアス電圧Vbを
加え、振動梁２のＥ部（第１図参照）に形成した
ダイオード（Sd）と、別に設けた基準ダイオー
ド（Kd）を流れる電流の差を増幅基（Ac）によ
り検出し、この電流を半導体基板１のＣ点（第１
図参照）に正帰還して発振回路を構成したもので
ある。
上記構成の振動梁の周波数変化率Fgは次式で
表わされる。
表わされる。
Fg＝１／ｆ・∂f／∂ε＝0.118（ｌ／ｈ）2
ここでｌ＝梁の長さ
ｈ＝梁の厚さ
である。
なお、上記実施例においては、振動梁を振動さ
せる手段として交番静電力を加えたが、振動梁を
振動させる手段としては振動梁上に圧電体を形成
しこの圧電体に電圧を印加し、振動梁に形成した
ダイオード電流の変化を検出してもよい。又、上
記実施例においては、弾性体としてｎ形の半導体
基板を用いこの半導体基板の上にｐ形の拡散層を
形成し、このｐ形拡散層の上にｎ形の拡散層を形
成したが、本実施例に限ることなく、ｐ形の半導
体基板上にｎ形の拡散層を形成し、このｎ形拡散
層の上にｐ形の拡散層を形成してもよく、更に弾
性体上に形成する振動梁はエツチング、アンダエ
ツチングの技術によらずとも、弾性体に凹部又は
貫通孔を設けてその上に半導体からなる振動梁を
接着、溶接等で固定してもよく、弾性体に突起部
を設けその突起部に半導体からなる振動梁をブリ
ツジ状に形成してもよく、要は半導体からなる振
動梁がダイオードとしての機能を有する部分を形
成したものであればよい。
せる手段として交番静電力を加えたが、振動梁を
振動させる手段としては振動梁上に圧電体を形成
しこの圧電体に電圧を印加し、振動梁に形成した
ダイオード電流の変化を検出してもよい。又、上
記実施例においては、弾性体としてｎ形の半導体
基板を用いこの半導体基板の上にｐ形の拡散層を
形成し、このｐ形拡散層の上にｎ形の拡散層を形
成したが、本実施例に限ることなく、ｐ形の半導
体基板上にｎ形の拡散層を形成し、このｎ形拡散
層の上にｐ形の拡散層を形成してもよく、更に弾
性体上に形成する振動梁はエツチング、アンダエ
ツチングの技術によらずとも、弾性体に凹部又は
貫通孔を設けてその上に半導体からなる振動梁を
接着、溶接等で固定してもよく、弾性体に突起部
を設けその突起部に半導体からなる振動梁をブリ
ツジ状に形成してもよく、要は半導体からなる振
動梁がダイオードとしての機能を有する部分を形
成したものであればよい。
第４図は弾性体としてｎ形シリコン基板１０を
用い、このシリコン基板１０上にｐ形の拡散層１
１を形成し、この拡散層１１を残してエツチン
グ、アンダエツチングの手法により片持振動梁１
１を形成し、この片持振動梁１１上にｎ形の拡散
層１２を形成したものである。
用い、このシリコン基板１０上にｐ形の拡散層１
１を形成し、この拡散層１１を残してエツチン
グ、アンダエツチングの手法により片持振動梁１
１を形成し、この片持振動梁１１上にｎ形の拡散
層１２を形成したものである。
上記構成によればシリコン基板１０をｎ、片持
振動梁１１の支持部をｐ、片持振動梁１１上の拡
散層１２をｎとするnpn形トランジスタを構成
し、シリコン基板１０と片持振動梁１１間にエミ
ツタ接地増幅器１３を接続することにより自励発
振回路を構成することができる。なお、この実施
例においてもシリコン基板をｐ形とし、片持振動
梁をｎ形とし、このｎ形振動体にｐ層を拡散させ
てpnp形のトランジスタとしてもよい。
振動梁１１の支持部をｐ、片持振動梁１１上の拡
散層１２をｎとするnpn形トランジスタを構成
し、シリコン基板１０と片持振動梁１１間にエミ
ツタ接地増幅器１３を接続することにより自励発
振回路を構成することができる。なお、この実施
例においてもシリコン基板をｐ形とし、片持振動
梁をｎ形とし、このｎ形振動体にｐ層を拡散させ
てpnp形のトランジスタとしてもよい。
第５図は第４図に示す弾性体の発振回路を示す
一実施例である。なお、この図では半導体基板１
と振動梁２を絶縁するためのバイアス電圧（図１
のV1及びダイオード電流を流すためのバイアス
電圧V2は省略している。図において、２０は一
定電流を流すための基準ダイオード、Cpは第４
図における片持振動梁１１とシリコン基板１０と
の間の静電容量であり、コレクタとしてのシリコ
ン基板１０にLC回路２１を介して電圧Vccを加
えると自励発振する。
一実施例である。なお、この図では半導体基板１
と振動梁２を絶縁するためのバイアス電圧（図１
のV1及びダイオード電流を流すためのバイアス
電圧V2は省略している。図において、２０は一
定電流を流すための基準ダイオード、Cpは第４
図における片持振動梁１１とシリコン基板１０と
の間の静電容量であり、コレクタとしてのシリコ
ン基板１０にLC回路２１を介して電圧Vccを加
えると自励発振する。
上記振動式セン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、真空
容器に収納して温度計として利用することがで
き、また、流体中に入れると流体の密度（周波数
変化）粘度（振幅変化）を測定することができ
る。
数によつてその振動周波数が変化するので、真空
容器に収納して温度計として利用することがで
き、また、流体中に入れると流体の密度（周波数
変化）粘度（振幅変化）を測定することができ
る。
このように構成した装置によれば、弾性体基板
上にダイオードやトランジスタを形成して発振回
路を構成したので小型で性能の安定した振動式セ
ンサを実現することができる。
上にダイオードやトランジスタを形成して発振回
路を構成したので小型で性能の安定した振動式セ
ンサを実現することができる。
＜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、高感度で、かつ、小形化が可能
な振動式センサを実現することができる。
本発明によれば、高感度で、かつ、小形化が可能
な振動式センサを実現することができる。
第１図ａは本発明の振動式センサを片持梁とし
て使用した状態を示す断面図、第１図ｂは第１図
ａのＡ−Ａ断面図、第２図は振動梁の歪みによる
ダイオード電流の変化を示す説明図、第３図は発
振回路の一例を示す説明図、第４図、第５図は他
の実施例を示すもので、第４図は弾性体に片持梁
を形成した状態を示す断面図、第５図は第４図の
振動式センサにおける発振回路を示す説明図であ
る。 １，１０……弾性体、２，１１……振動梁、
３，１２……拡散層、５，１３……励振手段。
て使用した状態を示す断面図、第１図ｂは第１図
ａのＡ−Ａ断面図、第２図は振動梁の歪みによる
ダイオード電流の変化を示す説明図、第３図は発
振回路の一例を示す説明図、第４図、第５図は他
の実施例を示すもので、第４図は弾性体に片持梁
を形成した状態を示す断面図、第５図は第４図の
振動式センサにおける発振回路を示す説明図であ
る。 １，１０……弾性体、２，１１……振動梁、
３，１２……拡散層、５，１３……励振手段。
Claims (1)
- １ ｎ（若しくはｐ）形半導体基板上に所定の長
さと幅を有するｐ（若しくはｎ）形半導体からな
る少なくとも一端が固定された振動梁と、該振動
梁の振動歪みが発生し若しくは伝わる部分の振動
梁上に形成されたn+（若しくはp+）層と、前記振
動梁とn+（若しくはp+）層とで形成されるダイオ
ードにダイオード電流を流すためのバイアス電圧
印加手段と、前記振動梁を振動させる励振手段
と、前記n+（若しくはp+）層と前記基板間に接続
され前記ダイオード電流を増幅し正帰還する発振
手段とを備えたことを特徴とする振動式センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59223665A JPS61100626A (ja) | 1984-10-24 | 1984-10-24 | 振動式センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59223665A JPS61100626A (ja) | 1984-10-24 | 1984-10-24 | 振動式センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61100626A JPS61100626A (ja) | 1986-05-19 |
| JPH0554705B2 true JPH0554705B2 (ja) | 1993-08-13 |
Family
ID=16801728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59223665A Granted JPS61100626A (ja) | 1984-10-24 | 1984-10-24 | 振動式センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61100626A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0682106B2 (ja) * | 1988-09-28 | 1994-10-19 | セイコー電子工業株式会社 | 熱特性計測方法及び装置 |
| US6878269B2 (en) | 1996-01-31 | 2005-04-12 | Kaneka Corporation | Device for body fluid purification and system for body fluid purification |
| JP5110885B2 (ja) | 2007-01-19 | 2012-12-26 | キヤノン株式会社 | 複数の導電性の領域を有する構造体 |
| CN117870847B (zh) * | 2023-03-06 | 2026-08-04 | 南京邮电大学 | 基于覆盖MoS2感光层的GaN悬臂梁发光二极管的声波传感器 |
-
1984
- 1984-10-24 JP JP59223665A patent/JPS61100626A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61100626A (ja) | 1986-05-19 |
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