JPH0554706B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0554706B2 JPH0554706B2 JP59223666A JP22366684A JPH0554706B2 JP H0554706 B2 JPH0554706 B2 JP H0554706B2 JP 59223666 A JP59223666 A JP 59223666A JP 22366684 A JP22366684 A JP 22366684A JP H0554706 B2 JPH0554706 B2 JP H0554706B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrator
- semiconductor substrate
- type
- diffusion layers
- strain 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
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
- G01L1/183—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material by measuring variations of frequency of vibrating piezo-resistive material
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜産業上の利用分野＞
本発明は半導体基板に加えられた力によつて生
ずる歪を、周波数信号として出力する振動式歪セ
ンサに関するものである。
ずる歪を、周波数信号として出力する振動式歪セ
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または蒸着により
形成し、半導体基板にかかる力を電気信号に変換
する半導体歪センサは公知で、既に広く実用化さ
れている。
形成し、半導体基板にかかる力を電気信号に変換
する半導体歪センサは公知で、既に広く実用化さ
れている。
このような半導体歪センサにおいて、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は極めて
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。
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は極めて
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。
圧力に対応した周波数信号を得る方式の振動線
を用いたセンサも、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。
を用いたセンサも、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。
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、力に
対応したゲージフアクタの高い周波数信号を出力
する構成の簡単な振動式歪センサを実現すること
にある。
対応したゲージフアクタの高い周波数信号を出力
する構成の簡単な振動式歪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＞
本発明の構成は、ｎ（若しくはｐ）形の半導体
基板１と、該半導体基板１上に所定の距離を隔て
て形成されたｐ（若しくはｎ）形第１拡散層１１，
１１ａと、該第１拡散層１１，１１ａに両端を接
して形成されポリシリコンを加熱して再結晶させ
たシリコンからなる振動子４と、前記基板１上に
前記振動子の長手方向の両側に所定の距離を隔て
て形成されたｐ（若しくはｎ）形第２拡散層１２，
１２ａと、該第２拡散層１２，１２ａのいずれか
一方に接続され前記振動子を共振周波数で共振さ
せる移送回路とを具備したことを特徴とするもの
である。
基板１と、該半導体基板１上に所定の距離を隔て
て形成されたｐ（若しくはｎ）形第１拡散層１１，
１１ａと、該第１拡散層１１，１１ａに両端を接
して形成されポリシリコンを加熱して再結晶させ
たシリコンからなる振動子４と、前記基板１上に
前記振動子の長手方向の両側に所定の距離を隔て
て形成されたｐ（若しくはｎ）形第２拡散層１２，
１２ａと、該第２拡散層１２，１２ａのいずれか
一方に接続され前記振動子を共振周波数で共振さ
せる移送回路とを具備したことを特徴とするもの
である。
＜実施例＞
第１図ａは本発明に係る振動式歪センサの一実
施例を示す要部拡大断面図、第１図ｂは第１図ａ
の要部平面図、第２図はブリツジの製作工程を示
す説明図である。第２図において、１はｎ形の半
導体基板、１１，１１ａ及び１２，１２ａはこの
半導体基板１の上に所定の間隔ｄ，d′を隔てて拡
散されたp+拡散層である。３はSiO2等の保護膜
でp+拡散層（１１，１１ａ，１２，１２ａ）を
含む所定の範囲を覆つて形成する。なお、この場
合p+拡散層の１１，１１ａの中央付近に位置す
る部分には保護膜３に穴をあけてp+拡散層を露
出させておく。
施例を示す要部拡大断面図、第１図ｂは第１図ａ
の要部平面図、第２図はブリツジの製作工程を示
す説明図である。第２図において、１はｎ形の半
導体基板、１１，１１ａ及び１２，１２ａはこの
半導体基板１の上に所定の間隔ｄ，d′を隔てて拡
散されたp+拡散層である。３はSiO2等の保護膜
でp+拡散層（１１，１１ａ，１２，１２ａ）を
含む所定の範囲を覆つて形成する。なお、この場
合p+拡散層の１１，１１ａの中央付近に位置す
る部分には保護膜３に穴をあけてp+拡散層を露
出させておく。
次に保護膜３の上でかつ前記穴を結んで帯状の
ポリシリコン４を形成する。即ちポリシリコンは
その両端１０，１０ａの部分がp+拡散層の１１，
１１ａに接続しその他の部分は保護膜３の厚みを
介して基板と対向し、１２，１２ａの間に位置す
ることとなる。
ポリシリコン４を形成する。即ちポリシリコンは
その両端１０，１０ａの部分がp+拡散層の１１，
１１ａに接続しその他の部分は保護膜３の厚みを
介して基板と対向し、１２，１２ａの間に位置す
ることとなる。
次にポリシリコンをレーザビーム等で短時間加
熱し再結晶させる。
熱し再結晶させる。
次弗酸で保護膜（SiO2）３を選択的にエツチ
ングすると第１図ｂに示す如く半導体基板上にブ
リツジ（以下、振動子という）４を形成すること
ができる。
ングすると第１図ｂに示す如く半導体基板上にブ
リツジ（以下、振動子という）４を形成すること
ができる。
上記の構成によれば、振動子の側面に位置する
p+拡散層（１２，１２ａ）をドレイン、ソース
とし振動子をゲートとするｎチヤネルのFETが
形成される。
p+拡散層（１２，１２ａ）をドレイン、ソース
とし振動子をゲートとするｎチヤネルのFETが
形成される。
第３図は上記振動子を共振周波数で振動させる
ための回路構成を示すもので、ドレインとなる
p+拡散層１２にコンデンサＣ及びコイルＬが並
列接続された移送回路２０の一端を接続し、他端
にドレイン電圧Vddを接続する。そしてソースと
なるp+拡散層１２ａを接地して、半導体基板１
に拡散層１１，１１ａとの絶縁をはかるための電
圧Vsを加え、振動子４に抵抗Ｒを介してゲート
電圧を印加する。その結果振動子４は固有振動数
で発振する。この発振は次のようなメカニズムに
よる。即ち、 第４図においてゲートが振動するとゲートと基
板間の容量（チヤネル容量）が変化しドレイン電
流が流れる。これはチヤネルに反転層が形成され
るためである。チヤネルがオンになる（ドレイン
電流が流れる）と振動子４直下の電位はほぼ１／２ （VD−VSSになると考えられる （VSS＝０）。
ための回路構成を示すもので、ドレインとなる
p+拡散層１２にコンデンサＣ及びコイルＬが並
列接続された移送回路２０の一端を接続し、他端
にドレイン電圧Vddを接続する。そしてソースと
なるp+拡散層１２ａを接地して、半導体基板１
に拡散層１１，１１ａとの絶縁をはかるための電
圧Vsを加え、振動子４に抵抗Ｒを介してゲート
電圧を印加する。その結果振動子４は固有振動数
で発振する。この発振は次のようなメカニズムに
よる。即ち、 第４図においてゲートが振動するとゲートと基
板間の容量（チヤネル容量）が変化しドレイン電
流が流れる。これはチヤネルに反転層が形成され
るためである。チヤネルがオンになる（ドレイン
電流が流れる）と振動子４直下の電位はほぼ１／２ （VD−VSSになると考えられる （VSS＝０）。
即ち、FETのオン・オフにより振動子４直下
の電位はVs←→Vs＋１／２VDと変化する。
の電位はVs←→Vs＋１／２VDと変化する。
この電位差は振動子４に静電吸引力が繰り返し
加わることになる。振動子４の共振周波数では吸
引力と変位の位相関係はπ/2遅れを生じる。そし
て移送回路２０の中心周波数を振動子４の中心周
波数に概略等しく設定すると、ドレイン電圧とド
レイン電流（振動子４の変位と同相）の位相関係
は共振周波数において-π/2の位相差を生じる。
従つて振動子４の位相遅れがキヤンセルされ、振
動子４のＱが十分に大きいと系は振動子４の共振
周波数f0で発振する。この半導体基板１が力を受
けて歪んだ場合、ブリツジ４にも歪みが発生し、
その力の強さに応じて発振周波数が変化するの
で、半導体基板に加えられた力を測定することが
できる。
加わることになる。振動子４の共振周波数では吸
引力と変位の位相関係はπ/2遅れを生じる。そし
て移送回路２０の中心周波数を振動子４の中心周
波数に概略等しく設定すると、ドレイン電圧とド
レイン電流（振動子４の変位と同相）の位相関係
は共振周波数において-π/2の位相差を生じる。
従つて振動子４の位相遅れがキヤンセルされ、振
動子４のＱが十分に大きいと系は振動子４の共振
周波数f0で発振する。この半導体基板１が力を受
けて歪んだ場合、ブリツジ４にも歪みが発生し、
その力の強さに応じて発振周波数が変化するの
で、半導体基板に加えられた力を測定することが
できる。
このブリツジのゲージフアクタ（周波数変化
率）Fgは次式で表わされる。
率）Fgは次式で表わされる。
Fg＝１／ｆ・∂f／∂ε＝0.118（ｌ／ｈ）2
ここでｌ＝ブリツジの長さ
ｈ＝ブリツジの厚さ
である。
例えば、ｌ＝200μｍ、ｈ＝1μｍとすれば、Fg
はおよそ4700となる。
はおよそ4700となる。
なお、上記実施例においては半導体基板をｎ形
としこの基板の上にｐ形の拡散層を設けたが、半
導体基板をｐ形としこの上にｎ形の拡散層を設け
てもよい。その場合、第３図に示すFETはｐチ
ヤンネルのFETとなる。
としこの基板の上にｐ形の拡散層を設けたが、半
導体基板をｐ形としこの上にｎ形の拡散層を設け
てもよい。その場合、第３図に示すFETはｐチ
ヤンネルのFETとなる。
＜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、加えた力に対応し、ゲージフア
クタの高い周波数信号を出力することができ、か
つ、構成の簡単な振動式歪センサを実現すること
ができる。
本発明によれば、加えた力に対応し、ゲージフア
クタの高い周波数信号を出力することができ、か
つ、構成の簡単な振動式歪センサを実現すること
ができる。
第１図ａは本発明に係る振動式歪センサの一実
施例を示す要部拡大平面図、第１図ｂは第１図ａ
のＢ−Ｂ断面図、第２図は振動子の製作工程を示
す説明図、第３図は振動式歪センサを励振させる
ための回路図である。 １……半導体基板、２……拡散層、４……ブリ
ツジ（振動子）。
施例を示す要部拡大平面図、第１図ｂは第１図ａ
のＢ−Ｂ断面図、第２図は振動子の製作工程を示
す説明図、第３図は振動式歪センサを励振させる
ための回路図である。 １……半導体基板、２……拡散層、４……ブリ
ツジ（振動子）。
Claims (1)
- １ ｎ（若しくはｐ）形の半導体基板１と、該半
導体基板１上に所定の距離を隔てて形成されたｐ
（若しくはｎ）形第１拡散層１１，１１ａと、該
第１拡散層１１，１１ａに両端を接して形成され
ポリシリコンを加熱して再結晶させたシリコンか
らなる振動子４と、前記基板１上に前記振動子の
長手方向の両側に所定の距離を隔てて形成された
ｐ（若しくはｎ）形第２拡散層１２，１２ａと、
該第２拡散層１２，１２ａのいずれか一方に接続
され前記振動子を共振周波数で共振させる移送回
路とを具備したことを特徴とする振動式歪みセン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59223666A JPS61100627A (ja) | 1984-10-24 | 1984-10-24 | 振動式歪センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59223666A JPS61100627A (ja) | 1984-10-24 | 1984-10-24 | 振動式歪センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61100627A JPS61100627A (ja) | 1986-05-19 |
| JPH0554706B2 true JPH0554706B2 (ja) | 1993-08-13 |
Family
ID=16801745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59223666A Granted JPS61100627A (ja) | 1984-10-24 | 1984-10-24 | 振動式歪センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61100627A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4968198B2 (ja) * | 2008-06-25 | 2012-07-04 | トヨタ自動車株式会社 | 歪み検出装置及び歪み検出方法 |
| CN104934294B (zh) * | 2014-03-18 | 2018-01-30 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种绝缘体上应变薄膜结构及调节应变薄膜应力的方法 |
| JP7717052B2 (ja) * | 2020-03-31 | 2025-08-01 | 太陽誘電株式会社 | センサデバイスおよびその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1588669A (en) * | 1978-05-30 | 1981-04-29 | Standard Telephones Cables Ltd | Silicon transducer |
| JPS5944875A (ja) * | 1982-09-06 | 1984-03-13 | Nissan Motor Co Ltd | 梁構造体を有する半導体装置 |
-
1984
- 1984-10-24 JP JP59223666A patent/JPS61100627A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61100627A (ja) | 1986-05-19 |
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