JPH06317606A - 半導体加速度センサ及びそれを用いた半導体加速度検出装置 - Google Patents
半導体加速度センサ及びそれを用いた半導体加速度検出装置Info
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- JPH06317606A JPH06317606A JP5108146A JP10814693A JPH06317606A JP H06317606 A JPH06317606 A JP H06317606A JP 5108146 A JP5108146 A JP 5108146A JP 10814693 A JP10814693 A JP 10814693A JP H06317606 A JPH06317606 A JP H06317606A
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- cantilever beam
- optical
- acceleration sensor
- semiconductor acceleration
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体加速度センサの感度を高め、測定可能
周波数帯域を広げる。 【構成】 半導体基板３１に、加速度を受けると振動す
るカンチレバービーム３２を設け、そのカンチレバービ
ーム３２上に光信号ＯＰ１を通す光導波路３５を形成し
ている。加速度を受けてカンチレバービーム３２が振動
を開始すると、該カンチレバービーム３２が湾曲し、光
導波路３５の長さが変化する。光導波路３５の長さの変
化に伴い、光信号ＯＰ１に位相のずれが生じる。この位
相のずれを検出して加速度を求める半導体加速度センサ
としている。
周波数帯域を広げる。 【構成】 半導体基板３１に、加速度を受けると振動す
るカンチレバービーム３２を設け、そのカンチレバービ
ーム３２上に光信号ＯＰ１を通す光導波路３５を形成し
ている。加速度を受けてカンチレバービーム３２が振動
を開始すると、該カンチレバービーム３２が湾曲し、光
導波路３５の長さが変化する。光導波路３５の長さの変
化に伴い、光信号ＯＰ１に位相のずれが生じる。この位
相のずれを検出して加速度を求める半導体加速度センサ
としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板上に形成さ
れ、自動車のエアバックシステムにおける衝突検出部等
に用いられる半導体加速度センサ及びそれを用いた半導
体加速度検出装置に関するものである。
れ、自動車のエアバックシステムにおける衝突検出部等
に用いられる半導体加速度センサ及びそれを用いた半導
体加速度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、次のような文献に記載されるものがあった。 文献１；アイーイーイーイー トランス エレクトロン
デバイシーズ（IEEETrans. Electron Devices）、Ｅ
Ｄ−２６［１２］（1979-12)、（米）、Lynn Michelle
Roylance,James B Angell 著“A Batch-Fabricated Sil
icon Accelerometer”P.1911-1917 文献２；電子情報通信学会論文誌、J75-C-II［10］( 19
92-10)、白井，裏，江刺“２線式シリコン容量形加速度
センサ”P.554-562 文献３；テクニカル ダイジェスト オブ ザ イレブ
ンス センサ シンポジウム（Technical Digest of Se
nsor Symposium) 、(1992)、電気学会、Matsumoto,Esas
hi著“Integrated Capacitive Accelerometer with Nov
el Electrostatic Force Balancing”P.47-50 近年、半導体基板上に形成された超小型半導体加速度セ
ンサが、多く開発されている。これらの加速度センサの
多くは、異方性エッチング等の技術を用いてシリコン
（Ｓｉ）を加工することにより、３次元的な形状とされ
ている。従来の技術における半導体加速度センサは、加
速度の変化に伴う半導体圧電素子の抵抗（ピエゾ抵抗）
の抵抗値変化、或いは微小な容量の変化を検知してい
る。
例えば、次のような文献に記載されるものがあった。 文献１；アイーイーイーイー トランス エレクトロン
デバイシーズ（IEEETrans. Electron Devices）、Ｅ
Ｄ−２６［１２］（1979-12)、（米）、Lynn Michelle
Roylance,James B Angell 著“A Batch-Fabricated Sil
icon Accelerometer”P.1911-1917 文献２；電子情報通信学会論文誌、J75-C-II［10］( 19
92-10)、白井，裏，江刺“２線式シリコン容量形加速度
センサ”P.554-562 文献３；テクニカル ダイジェスト オブ ザ イレブ
ンス センサ シンポジウム（Technical Digest of Se
nsor Symposium) 、(1992)、電気学会、Matsumoto,Esas
hi著“Integrated Capacitive Accelerometer with Nov
el Electrostatic Force Balancing”P.47-50 近年、半導体基板上に形成された超小型半導体加速度セ
ンサが、多く開発されている。これらの加速度センサの
多くは、異方性エッチング等の技術を用いてシリコン
（Ｓｉ）を加工することにより、３次元的な形状とされ
ている。従来の技術における半導体加速度センサは、加
速度の変化に伴う半導体圧電素子の抵抗（ピエゾ抵抗）
の抵抗値変化、或いは微小な容量の変化を検知してい
る。
【０００３】第１の従来例 図２は、半導体加速度センサの第１の従来例を示す平面
図であり、図３は図２の断面図を示している。図２は、
文献１に示されているピエゾ抵抗の抵抗値変化から、加
速度を検出する半導体加速度センサ１０である。半導体
加速度センサ１０は、ガラス１１−シリコン基板１２−
ガラス１１のサンドイッチ構造である。シリコン基板１
２は１枚の基板から作成され、加速度を受けると撓む片
持ち梁（カンチレバービーム）１３と撓まない固定部か
らなっている。半導体加速度センサ１０の中心部に、そ
のカンチレバービーム１３が位置され、カンチレバービ
ーム１３の先端には、加速度を感知する重錘体１４が構
成されている。カンチレバービームの根元は、シリコン
の幅が狭い梁（ビーム）部分１５となっていて、重錘体
１４がビーム部分１３，１５で支えられている。上下の
ガラスカバー１１とカンチレバービーム１３との間は、
空間であり、該カンチレバービーム１３が振動できる構
成となっている。そのビーム１５部分の上部には、Ｐタ
イプのピエゾ抵抗１６ａが形成され、カンチレバービー
ム１３以外の固定部分には、温度補償用のピエゾ抵抗１
６ｂが形成されている。半導体加速度センサ１０は、さ
らに高濃度のＰ+ タイプで構成されてピエゾ抵抗１６
ａ，１６ｂにそれぞれ接続された導体１７と、その導体
１７に接続された電極１８とを有している。各電極１８
は、リード線１９と導電性エポキシで接続されている。
次に、半導体加速度センサ１０の動作を図２，図３を参
照しつつ説明する。図３において、半導体加速度センサ
１０が上下方向に加速度を受けると、重錘体１４が振動
する。重錘体１４の振動によってビーム部分１５に応力
が加って撓み、ピエゾ抵抗１６ａの抵抗値が変化する。
一方、ピエゾ抵抗１６ｂは、加速度に影響されず環境温
度の変化により、抵抗値が変化する。各ピエゾ抵抗１６
ａ，１６ｂの抵抗値の変化が、電極及びリード線を介し
て、外部の検出器で検出される。外部の検出器で環境温
度の変化よる抵抗値の変動が除去されて加速度が求めら
れる。
図であり、図３は図２の断面図を示している。図２は、
文献１に示されているピエゾ抵抗の抵抗値変化から、加
速度を検出する半導体加速度センサ１０である。半導体
加速度センサ１０は、ガラス１１−シリコン基板１２−
ガラス１１のサンドイッチ構造である。シリコン基板１
２は１枚の基板から作成され、加速度を受けると撓む片
持ち梁（カンチレバービーム）１３と撓まない固定部か
らなっている。半導体加速度センサ１０の中心部に、そ
のカンチレバービーム１３が位置され、カンチレバービ
ーム１３の先端には、加速度を感知する重錘体１４が構
成されている。カンチレバービームの根元は、シリコン
の幅が狭い梁（ビーム）部分１５となっていて、重錘体
１４がビーム部分１３，１５で支えられている。上下の
ガラスカバー１１とカンチレバービーム１３との間は、
空間であり、該カンチレバービーム１３が振動できる構
成となっている。そのビーム１５部分の上部には、Ｐタ
イプのピエゾ抵抗１６ａが形成され、カンチレバービー
ム１３以外の固定部分には、温度補償用のピエゾ抵抗１
６ｂが形成されている。半導体加速度センサ１０は、さ
らに高濃度のＰ+ タイプで構成されてピエゾ抵抗１６
ａ，１６ｂにそれぞれ接続された導体１７と、その導体
１７に接続された電極１８とを有している。各電極１８
は、リード線１９と導電性エポキシで接続されている。
次に、半導体加速度センサ１０の動作を図２，図３を参
照しつつ説明する。図３において、半導体加速度センサ
１０が上下方向に加速度を受けると、重錘体１４が振動
する。重錘体１４の振動によってビーム部分１５に応力
が加って撓み、ピエゾ抵抗１６ａの抵抗値が変化する。
一方、ピエゾ抵抗１６ｂは、加速度に影響されず環境温
度の変化により、抵抗値が変化する。各ピエゾ抵抗１６
ａ，１６ｂの抵抗値の変化が、電極及びリード線を介し
て、外部の検出器で検出される。外部の検出器で環境温
度の変化よる抵抗値の変動が除去されて加速度が求めら
れる。
【０００４】第２の従来例 図４は、半導体加速度センサの第２の従来例を示す平面
図であり、図５は、図４の断面図を示している。図４
は、文献２，３に示されている微小な容量の変化から、
加速度を検出する半導体加速度センサ２０である。加速
度センサ２０は、ガラスカバー２１−シリコン基板２２
−ガラスカバー２１のサンドイッチ構造である。各ガラ
スカバー２１の内側には、チタン（Ｔｉ）の上に酸化し
にくい白金（Ｐｔ）をつけた２層膜の電極２３が、それ
ぞれ形成されている。加速度センサ２０の中央部には、
加速度が与えられたときに振動する重錘体２４があり、
該重錘体２４の表面と電極２３との間でコンデンサＣ
１，Ｃ２がそれぞれ構成されている。重錘体２４はシリ
コンで構成され、重錘体２４が、シリコンオキシナイト
ライド（ＳｉＯＮ）で構成された複数の梁（ビーム）２
５で支えられている。半導体加速度センサ２０には、さ
らに、容量検出用の回路２６と電極２７がシリコン基板
２２上に形成されている。次に、図４及び図５を参照し
つつ半導体加速度センサ２０の動作を説明する。図５に
おいて、半導体加速度センサ２０が上下方向に加速度を
受けると、重錘体２４が上下に振動する。この重錘体２
４の振動により、ガラスカバー２１上の電極２３とシリ
コン重錘体２４間の距離が変化し、コンデンサＣ１，Ｃ
２の容量値が変化する。この容量値の変化を検出するこ
とにより、加速度が求められる。
図であり、図５は、図４の断面図を示している。図４
は、文献２，３に示されている微小な容量の変化から、
加速度を検出する半導体加速度センサ２０である。加速
度センサ２０は、ガラスカバー２１−シリコン基板２２
−ガラスカバー２１のサンドイッチ構造である。各ガラ
スカバー２１の内側には、チタン（Ｔｉ）の上に酸化し
にくい白金（Ｐｔ）をつけた２層膜の電極２３が、それ
ぞれ形成されている。加速度センサ２０の中央部には、
加速度が与えられたときに振動する重錘体２４があり、
該重錘体２４の表面と電極２３との間でコンデンサＣ
１，Ｃ２がそれぞれ構成されている。重錘体２４はシリ
コンで構成され、重錘体２４が、シリコンオキシナイト
ライド（ＳｉＯＮ）で構成された複数の梁（ビーム）２
５で支えられている。半導体加速度センサ２０には、さ
らに、容量検出用の回路２６と電極２７がシリコン基板
２２上に形成されている。次に、図４及び図５を参照し
つつ半導体加速度センサ２０の動作を説明する。図５に
おいて、半導体加速度センサ２０が上下方向に加速度を
受けると、重錘体２４が上下に振動する。この重錘体２
４の振動により、ガラスカバー２１上の電極２３とシリ
コン重錘体２４間の距離が変化し、コンデンサＣ１，Ｃ
２の容量値が変化する。この容量値の変化を検出するこ
とにより、加速度が求められる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体加速度センサにおいては、次のような課題があっ
た。加速度をうけて振動する振動体を有するサイズモ系
加速度センサでは、振動体の構造等で決まる固有振動に
よってその能力が制限される。即ち、突発的で衝撃的な
加速度を検出するためには、固有振動数が高く、使用可
能周波数のバンド幅の広い加速度センサが必要である。
しかるに、従来の半導体加速度センサ１０，２０では、
加速度をうけて振動をする図２，図３のカンチレバービ
ーム１３或いは図４，図５の重錘体２４の持つ固有振動
数によって制限を受け、固有振動数を高めた構造とする
と、振動体の変位が減少して検出感度が低下する。ま
た、逆に、感度を高めると、使用可能な周波数のバンド
幅が狭くなっていた。即ち、圧電素子の抵抗（ピエゾ抵
抗）の抵抗値変化、或いは微小なキャパシタンスの変化
を検知して加速度を求める従来の半導体加速度センサ１
０，２０では、このことを解決することが困難であっ
た。本発明は前記従来技術が持っていた課題として、周
波数のバンド幅を広くできない或いは感度を高められな
い点について解決をした半導体加速度センサを提供する
ものである。
半導体加速度センサにおいては、次のような課題があっ
た。加速度をうけて振動する振動体を有するサイズモ系
加速度センサでは、振動体の構造等で決まる固有振動に
よってその能力が制限される。即ち、突発的で衝撃的な
加速度を検出するためには、固有振動数が高く、使用可
能周波数のバンド幅の広い加速度センサが必要である。
しかるに、従来の半導体加速度センサ１０，２０では、
加速度をうけて振動をする図２，図３のカンチレバービ
ーム１３或いは図４，図５の重錘体２４の持つ固有振動
数によって制限を受け、固有振動数を高めた構造とする
と、振動体の変位が減少して検出感度が低下する。ま
た、逆に、感度を高めると、使用可能な周波数のバンド
幅が狭くなっていた。即ち、圧電素子の抵抗（ピエゾ抵
抗）の抵抗値変化、或いは微小なキャパシタンスの変化
を検知して加速度を求める従来の半導体加速度センサ１
０，２０では、このことを解決することが困難であっ
た。本発明は前記従来技術が持っていた課題として、周
波数のバンド幅を広くできない或いは感度を高められな
い点について解決をした半導体加速度センサを提供する
ものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、前記課題
を解決するために、加速度の印加によって撓むカンチレ
バービームが半導体基板に形成された半導体加速度セン
サに、前記半導体基板に設けられ、光信号を入力する入
力用光ファイバを固定する第１の接続部と、前記半導体
基板に設けられ、光信号を出力する出力用光ファイバを
固定する第２の接続部と、前記カンチレバービーム上に
形成され、かつ入力端が前記第１の接続部を介して前記
入力用光ファイバに接続されると共に、出力端が前記第
２の接続部を介して前記出力用光ファイバに接続された
光導波路とを設けている。そして前記カンチレバービー
ムの撓み量に応じてその光導波路の長さが変化し、前記
入力光用光ファイバからの光信号の経路長を変えて前記
出力用光ファイバへ出力する構成にしている。第２の発
明は、加速度の印加によって撓むカンチレバービームが
半導体基板に形成された半導体加速度センサに、光信号
を入出力する入出力用光ファイバを固定する接続部と、
前記半導体基板上に設けられて前記光信号を反射する反
射鏡と、前記カンチレバービーム上に形成され、かつ一
端が前記光ファイバに接続され、他端が反射鏡に接続さ
れた光導波路とを設けている。そして前記光導波路は前
記カンチレバービームの撓み量に応じて経路長が変り、
その経路中を前記光ファイバからの入力光信号を反射鏡
へ伝送し、かつ反射鏡からの反射光を前記光ファイバへ
出力する構成にしている。
を解決するために、加速度の印加によって撓むカンチレ
バービームが半導体基板に形成された半導体加速度セン
サに、前記半導体基板に設けられ、光信号を入力する入
力用光ファイバを固定する第１の接続部と、前記半導体
基板に設けられ、光信号を出力する出力用光ファイバを
固定する第２の接続部と、前記カンチレバービーム上に
形成され、かつ入力端が前記第１の接続部を介して前記
入力用光ファイバに接続されると共に、出力端が前記第
２の接続部を介して前記出力用光ファイバに接続された
光導波路とを設けている。そして前記カンチレバービー
ムの撓み量に応じてその光導波路の長さが変化し、前記
入力光用光ファイバからの光信号の経路長を変えて前記
出力用光ファイバへ出力する構成にしている。第２の発
明は、加速度の印加によって撓むカンチレバービームが
半導体基板に形成された半導体加速度センサに、光信号
を入出力する入出力用光ファイバを固定する接続部と、
前記半導体基板上に設けられて前記光信号を反射する反
射鏡と、前記カンチレバービーム上に形成され、かつ一
端が前記光ファイバに接続され、他端が反射鏡に接続さ
れた光導波路とを設けている。そして前記光導波路は前
記カンチレバービームの撓み量に応じて経路長が変り、
その経路中を前記光ファイバからの入力光信号を反射鏡
へ伝送し、かつ反射鏡からの反射光を前記光ファイバへ
出力する構成にしている。
【０００７】第３の発明は、第１の発明に記載の半導体
加速度センサに、前記第１，第２の接続部及び光導波路
と同一構造のものを前記半導体基板上に設けている。第
４の発明は、第２の発明に記載の半導体加速度センサ
に、前記接続部、反射鏡及び光導波路と同一構造のもの
を前記半導体基板上に設けている。第５の発明は、半導
体加速度検出装置に、第１の発明に記載の半導体加速度
センサと、前記出力用光ファイバからの光信号と参照光
信号との位相差を検出する位相差検出回路と、前記位相
差検出回路の出力信号に応じた電圧を生成するドリフト
補償回路と、前記カンチレバービームと対抗する箇所に
設けられ、前記ドリフト補償回路の出力信号に基づき、
クーロン力で該カンチレバービームの変位を制御する電
極とを、備えている。第６の発明は、半導体加速度検出
装置に、第２の発明に記載の半導体加速度センサと、前
記光ファイバからの光信号と参照光信号との位相差を検
出する位相差検出回路と、前記位相差検出回路の出力信
号に応じた電圧を生成するドリフト補償回路と、前記カ
ンチレバービームと対抗する箇所に設けられ、前記ドリ
フト補償回路の出力信号に基づき、クーロン力で該カン
チレバービームの変位を制御する電極とを、備えてい
る。第７の発明は、半導体加速度検出装置に、第４の発
明に記載の半導体加速度センサと、前記各接続部からの
出力光信号間の位相差を検出する位相差検出回路と、前
記位相差検出回路の出力信号に応じた電圧を生成するド
リフト補償回路と、前記カンチレバービームと対抗する
箇所に設けられ、前記ドリフト補償回路の出力信号に基
づき、クーロン力で該カンチレバービームの変位を制御
する電極とを、備えている。
加速度センサに、前記第１，第２の接続部及び光導波路
と同一構造のものを前記半導体基板上に設けている。第
４の発明は、第２の発明に記載の半導体加速度センサ
に、前記接続部、反射鏡及び光導波路と同一構造のもの
を前記半導体基板上に設けている。第５の発明は、半導
体加速度検出装置に、第１の発明に記載の半導体加速度
センサと、前記出力用光ファイバからの光信号と参照光
信号との位相差を検出する位相差検出回路と、前記位相
差検出回路の出力信号に応じた電圧を生成するドリフト
補償回路と、前記カンチレバービームと対抗する箇所に
設けられ、前記ドリフト補償回路の出力信号に基づき、
クーロン力で該カンチレバービームの変位を制御する電
極とを、備えている。第６の発明は、半導体加速度検出
装置に、第２の発明に記載の半導体加速度センサと、前
記光ファイバからの光信号と参照光信号との位相差を検
出する位相差検出回路と、前記位相差検出回路の出力信
号に応じた電圧を生成するドリフト補償回路と、前記カ
ンチレバービームと対抗する箇所に設けられ、前記ドリ
フト補償回路の出力信号に基づき、クーロン力で該カン
チレバービームの変位を制御する電極とを、備えてい
る。第７の発明は、半導体加速度検出装置に、第４の発
明に記載の半導体加速度センサと、前記各接続部からの
出力光信号間の位相差を検出する位相差検出回路と、前
記位相差検出回路の出力信号に応じた電圧を生成するド
リフト補償回路と、前記カンチレバービームと対抗する
箇所に設けられ、前記ドリフト補償回路の出力信号に基
づき、クーロン力で該カンチレバービームの変位を制御
する電極とを、備えている。
【０００８】
【作用】第１〜第７の発明によれば、以上のように半導
体加速度センサを構成したので、入出力用光ファイバの
接続部溝が、それぞれ光ファイバと光導波路を接合させ
ている。カンチレバービームが加速度を感知して撓む
と、そのカンチレバービームの撓みによって光導波路の
長さが変化する。光導波路の長さの変化は、該光信号の
位相を変化させる。その位相の変化から加速度が求めら
れる。第２の発明によれば、反射鏡が光導波路を通る光
信号の経路長を長くし、位相の変化を２倍にして出力す
る。第３及び第４の発明によれば、同一温度状況下の、
加速度によって位相の変化するセンシング用光信号及び
位相の変化をしない参照光信号が出力される。第５、第
６及び第７の発明によれば、加速度によって位相の変化
した光信号と参照光信号との位相差に基づいた制御用電
圧が電極に帰還される。その電圧から、カンチレバービ
ームの変位に応じた加速度が検出されると共に、該カン
チレバービームに復元力が与えられる。従って、前記課
題を解決できるのである。
体加速度センサを構成したので、入出力用光ファイバの
接続部溝が、それぞれ光ファイバと光導波路を接合させ
ている。カンチレバービームが加速度を感知して撓む
と、そのカンチレバービームの撓みによって光導波路の
長さが変化する。光導波路の長さの変化は、該光信号の
位相を変化させる。その位相の変化から加速度が求めら
れる。第２の発明によれば、反射鏡が光導波路を通る光
信号の経路長を長くし、位相の変化を２倍にして出力す
る。第３及び第４の発明によれば、同一温度状況下の、
加速度によって位相の変化するセンシング用光信号及び
位相の変化をしない参照光信号が出力される。第５、第
６及び第７の発明によれば、加速度によって位相の変化
した光信号と参照光信号との位相差に基づいた制御用電
圧が電極に帰還される。その電圧から、カンチレバービ
ームの変位に応じた加速度が検出されると共に、該カン
チレバービームに復元力が与えられる。従って、前記課
題を解決できるのである。
【０００９】
【実施例】第１の実施例 図１は、本発明の第１の実施例の半導体加速度センサ３
０を示す平面図であり、図６は、図１の中央断面図であ
る。半導体加速度センサ３０は、シリコン基板３１から
フォトリソ工程と異方性エッチング工程を経て形成され
ている。半導体加速度センサ３０は、加速度が与えられ
たときに撓むカンチレバービーム３２と、カンチレバー
ビーム３２の先端に設けられて該加速度を感知する重錘
体３７と、入出力用光ファイバＦ１，Ｆ２を固定する２
個のＶ字型の溝３３とが備えられている。カンチレバー
ビームの根元は、振動による応力が加わりやすいように
薄く仕上げられたビーム部３４とされ、そのカンチレバ
ービーム３２上には、光ファイバＦ１，Ｆ２に接続され
て光信号ＯＰ１を通す光導波路３５が、蛇行して走って
いる。光導波路３５は、カンチレバービーム３２の形成
前に、気相成長（ＣＶＤ）法によって二酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ2 ）を１μｍ形成してパターン化したものである。Ｖ
字型の溝３３は、光ファイバの第１，第２の接続部で光
ファイバＦ１，Ｆ２をで固定したとき、該光ファイバＦ
１，Ｆ２の中心が光導波路３５の中心に位置する形状と
なっている。また、半導体加速度センサ３０には、カン
チレバービーム３２が衝撃的な加速度を受けたとき、該
カンチレバービーム３２の破損を防止するガラスのスト
ッパ３６が設けられている。
０を示す平面図であり、図６は、図１の中央断面図であ
る。半導体加速度センサ３０は、シリコン基板３１から
フォトリソ工程と異方性エッチング工程を経て形成され
ている。半導体加速度センサ３０は、加速度が与えられ
たときに撓むカンチレバービーム３２と、カンチレバー
ビーム３２の先端に設けられて該加速度を感知する重錘
体３７と、入出力用光ファイバＦ１，Ｆ２を固定する２
個のＶ字型の溝３３とが備えられている。カンチレバー
ビームの根元は、振動による応力が加わりやすいように
薄く仕上げられたビーム部３４とされ、そのカンチレバ
ービーム３２上には、光ファイバＦ１，Ｆ２に接続され
て光信号ＯＰ１を通す光導波路３５が、蛇行して走って
いる。光導波路３５は、カンチレバービーム３２の形成
前に、気相成長（ＣＶＤ）法によって二酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ2 ）を１μｍ形成してパターン化したものである。Ｖ
字型の溝３３は、光ファイバの第１，第２の接続部で光
ファイバＦ１，Ｆ２をで固定したとき、該光ファイバＦ
１，Ｆ２の中心が光導波路３５の中心に位置する形状と
なっている。また、半導体加速度センサ３０には、カン
チレバービーム３２が衝撃的な加速度を受けたとき、該
カンチレバービーム３２の破損を防止するガラスのスト
ッパ３６が設けられている。
【００１０】次に、この半導体加速度センサの加速度検
出原理を説明する。図７及び図８は、カンチレバービー
ム３２の動作を説明するための概略図である。図７及び
図８を参照しつつ加速度検出原理を説明する。図７及び
図８は、図１及び図６のカンチレバービーム３２と光導
波路３５を示している。図７は加速度を受けていないと
き、図８は加速度を受けたときの状態をそれぞれ示して
いる。なお、図７において、Ｌはカンチレバービーム３
２の長さ、Ｙはカンチレバービーム３２の厚さの１／２
の値をそれぞれ示している。半導体加速度センサ３０に
加速度を与えると、カンチレバービーム３２の先端に力
が加わり、該カンチレバービーム３２が、図７の状態か
ら撓んで湾曲し、図８の様になる。湾曲の曲率半径が長
さＬに対して非常に大きい場合に、その加わった力を
Ｗ、カンチレバービーム３２のヤング率をＥ、カンチレ
バービーム３２の先端のずれをＺとすると、 Ｚ＝ＷＬ3 ／（３ＥＩ） ……………………（１） で表すことができる。ここで、Ｉはカンチレバービーム
３２の断面Ｓの慣性モーメントであり、 Ｉ＝∫Ｙ2 ds ……………………（２） である。
出原理を説明する。図７及び図８は、カンチレバービー
ム３２の動作を説明するための概略図である。図７及び
図８を参照しつつ加速度検出原理を説明する。図７及び
図８は、図１及び図６のカンチレバービーム３２と光導
波路３５を示している。図７は加速度を受けていないと
き、図８は加速度を受けたときの状態をそれぞれ示して
いる。なお、図７において、Ｌはカンチレバービーム３
２の長さ、Ｙはカンチレバービーム３２の厚さの１／２
の値をそれぞれ示している。半導体加速度センサ３０に
加速度を与えると、カンチレバービーム３２の先端に力
が加わり、該カンチレバービーム３２が、図７の状態か
ら撓んで湾曲し、図８の様になる。湾曲の曲率半径が長
さＬに対して非常に大きい場合に、その加わった力を
Ｗ、カンチレバービーム３２のヤング率をＥ、カンチレ
バービーム３２の先端のずれをＺとすると、 Ｚ＝ＷＬ3 ／（３ＥＩ） ……………………（１） で表すことができる。ここで、Ｉはカンチレバービーム
３２の断面Ｓの慣性モーメントであり、 Ｉ＝∫Ｙ2 ds ……………………（２） である。
【００１１】光導波路３５が、カンチレバービーム３２
の上側にｎ回往復して形成されて、光導波路３５の経路
長ｎＬであるとする。湾曲の曲率半径が長さＬに対して
非常に大きくてＺが小さい場合に、光導波路３５のの経
路長の変化ΔＬは、ポアソン比を無視して ΔＬ＝−４πｎＹＺ／Ｌ ……………………（３） となる。
の上側にｎ回往復して形成されて、光導波路３５の経路
長ｎＬであるとする。湾曲の曲率半径が長さＬに対して
非常に大きくてＺが小さい場合に、光導波路３５のの経
路長の変化ΔＬは、ポアソン比を無視して ΔＬ＝−４πｎＹＺ／Ｌ ……………………（３） となる。
【００１２】以上のように、加速度等によるカンチレバ
ービーム３２の振動は、光導波路３５の経路長に変化を
もたらす。この経路長の変化ΔＬに基づいて光導波路３
５を通る光信号の位相がずれる。この光信号の位相のず
れは、例えば、図９に示す光干渉計で参照光信号との位
相差として検出される。図９は、その位相差から加速度
を求める半導体加速度検出装置を示している。この半導
体加速度検出装置は、レーザダイオード等の光源４１
と、光源４１の出力光を受けて順方向光のみを出力する
光アイソレータ４２と、入力光をセンシング用光信号Ｏ
Ｐ１と参照用光信号ＯＰ２に分岐するフォトカプラ４３
と、光ファイバＦ１を介して光信号ＯＰ１を入力し、光
ファイバＦ２から出力する半導体加速度センサ３０と、
光ファイバＦ２，Ｆ３からの光信号ＯＰ１，ＯＰ２を干
渉させて出力するフォトカプラ４４と、フォトカプラ４
４の出力光を電気信号に変換するフォトダイオードの受
光器４５と、受光器４５の出力信号を差動増幅するアン
プ４６とを備えている。このシステムには、鉛（Ｐ
ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）及び酸素
（Ｏ）で構成された圧電セラミックス（ＰＺＴ）シリン
ダ４７が設けられ、フォトカプラ４３，４４間を繋ぐ光
ファイバＦ３が、シリンダ４７に巻装されている。シリ
ンダ４７には、アンプ４６の出力に基づいた電圧が、ド
リフト補償用回路４８を介して帰還される構成となって
いる。各光ファイバＦ１〜Ｆ３は、単一モード光ファイ
バであり、フォトカプラ４３，４４とでマッハツェンダ
ー型の干渉計を構成している。
ービーム３２の振動は、光導波路３５の経路長に変化を
もたらす。この経路長の変化ΔＬに基づいて光導波路３
５を通る光信号の位相がずれる。この光信号の位相のず
れは、例えば、図９に示す光干渉計で参照光信号との位
相差として検出される。図９は、その位相差から加速度
を求める半導体加速度検出装置を示している。この半導
体加速度検出装置は、レーザダイオード等の光源４１
と、光源４１の出力光を受けて順方向光のみを出力する
光アイソレータ４２と、入力光をセンシング用光信号Ｏ
Ｐ１と参照用光信号ＯＰ２に分岐するフォトカプラ４３
と、光ファイバＦ１を介して光信号ＯＰ１を入力し、光
ファイバＦ２から出力する半導体加速度センサ３０と、
光ファイバＦ２，Ｆ３からの光信号ＯＰ１，ＯＰ２を干
渉させて出力するフォトカプラ４４と、フォトカプラ４
４の出力光を電気信号に変換するフォトダイオードの受
光器４５と、受光器４５の出力信号を差動増幅するアン
プ４６とを備えている。このシステムには、鉛（Ｐ
ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）及び酸素
（Ｏ）で構成された圧電セラミックス（ＰＺＴ）シリン
ダ４７が設けられ、フォトカプラ４３，４４間を繋ぐ光
ファイバＦ３が、シリンダ４７に巻装されている。シリ
ンダ４７には、アンプ４６の出力に基づいた電圧が、ド
リフト補償用回路４８を介して帰還される構成となって
いる。各光ファイバＦ１〜Ｆ３は、単一モード光ファイ
バであり、フォトカプラ４３，４４とでマッハツェンダ
ー型の干渉計を構成している。
【００１３】光源４１からの光信号は、フォトカプラ４
３で分岐され、一方はセンシング用光信号ＯＰ１として
半導体加速度センサ３０に入力され、加速度を受けて光
信号ＯＰ１の位相がずれてフォトカプラ４４へ出力され
る。他方の光信号ＯＰ２は、参照光信号として、フォト
カプラ４４へ出力される。フォトカプラ４４は、光信号
ＯＰ１，ＯＰ２の位相差変動を干渉光として出力する。
この検出された位相差ΔΦは、レーザ光の波長をλとす
ると、 ΔΦ＝８π2 ｎＹＺ／（Ｌλ） ……………………（４） となる。干渉光は受光器４５を介して、アンプ４６入力
にされ、そしてアンプ４６が、位相差変動に応じて差動
増幅された電気信号を出力する。ドリフト補償用回路４
８は、アンプ４６の出力信号に基づいた帰還電圧Ｖｄｄ
を生成してシリンダ４７に与えている。電圧Ｖｄｄは、
光信号ＯＰ１，ＯＰ２間の位相差が無い状態になるよう
にシリンダ４７へ印加される。即ち、シリンダ４７に電
圧Ｖｄｄが印加されることによってシリンダ４７の直径
が変動し、光信号ＯＰ１，ＯＰ２の経路長の変化が等し
くなるような電圧Ｖｄｄが印加される。帰還電圧Ｖｄｄ
を測定することによって加速度が求められる。
３で分岐され、一方はセンシング用光信号ＯＰ１として
半導体加速度センサ３０に入力され、加速度を受けて光
信号ＯＰ１の位相がずれてフォトカプラ４４へ出力され
る。他方の光信号ＯＰ２は、参照光信号として、フォト
カプラ４４へ出力される。フォトカプラ４４は、光信号
ＯＰ１，ＯＰ２の位相差変動を干渉光として出力する。
この検出された位相差ΔΦは、レーザ光の波長をλとす
ると、 ΔΦ＝８π2 ｎＹＺ／（Ｌλ） ……………………（４） となる。干渉光は受光器４５を介して、アンプ４６入力
にされ、そしてアンプ４６が、位相差変動に応じて差動
増幅された電気信号を出力する。ドリフト補償用回路４
８は、アンプ４６の出力信号に基づいた帰還電圧Ｖｄｄ
を生成してシリンダ４７に与えている。電圧Ｖｄｄは、
光信号ＯＰ１，ＯＰ２間の位相差が無い状態になるよう
にシリンダ４７へ印加される。即ち、シリンダ４７に電
圧Ｖｄｄが印加されることによってシリンダ４７の直径
が変動し、光信号ＯＰ１，ＯＰ２の経路長の変化が等し
くなるような電圧Ｖｄｄが印加される。帰還電圧Ｖｄｄ
を測定することによって加速度が求められる。
【００１４】以上のように、本実施例では、次のような
利点を生じている。 （ａ）カンチレバービーム３２の撓みから生じる経路長
の変化ΔＬを、光信号の位相差として検出しているの
で、微量の変化分を検出することが可能となる。すなわ
ち、従来の抵抗値変化、或いは容量の変化を検知する従
来のセンサに比べて、感度の高い半導体加速度センサと
なっている。 （ｂ）（ａ）により、使用可能周波数のバンド幅を高く
設定できる。 （ｃ）加速度の検出に光信号ＯＰ１，ＯＰ２を使用して
いるので、半導体加速度センサ３０の近傍に発生する電
気的な雑音に対して強い。
利点を生じている。 （ａ）カンチレバービーム３２の撓みから生じる経路長
の変化ΔＬを、光信号の位相差として検出しているの
で、微量の変化分を検出することが可能となる。すなわ
ち、従来の抵抗値変化、或いは容量の変化を検知する従
来のセンサに比べて、感度の高い半導体加速度センサと
なっている。 （ｂ）（ａ）により、使用可能周波数のバンド幅を高く
設定できる。 （ｃ）加速度の検出に光信号ＯＰ１，ＯＰ２を使用して
いるので、半導体加速度センサ３０の近傍に発生する電
気的な雑音に対して強い。
【００１５】第２の実施例 図１０は、本発明の第２の実施例の半導体加速度センサ
５０を示す平面図であり、図１１は図１０の中央断面図
である。半導体加速度センサ５０は、一体のシリコン基
板５１からエッチング等の工程を経て形成されている。
半導体加速度センサ５０は、加速度が与えられたときに
撓むカンチレバービーム５２と、カンチレバービーム５
２の先端に設けられて加速度を感知する重錘体５３と、
入力用光ファイバＦ４ａ，Ｆ５ａ及び出力用光ファイバ
Ｆ４ｂ，Ｆ５ｂをそれぞれ固定する接続部の４個のＶ字
型の溝５４と、カンチレバービーム５２上に数回往復し
て形成された第１の光導波路５５と、光導波路５５と同
じ長さで、基板５１の振動しない部分に数回往復して形
成された第２の光導波路５６とを、有している。
５０を示す平面図であり、図１１は図１０の中央断面図
である。半導体加速度センサ５０は、一体のシリコン基
板５１からエッチング等の工程を経て形成されている。
半導体加速度センサ５０は、加速度が与えられたときに
撓むカンチレバービーム５２と、カンチレバービーム５
２の先端に設けられて加速度を感知する重錘体５３と、
入力用光ファイバＦ４ａ，Ｆ５ａ及び出力用光ファイバ
Ｆ４ｂ，Ｆ５ｂをそれぞれ固定する接続部の４個のＶ字
型の溝５４と、カンチレバービーム５２上に数回往復し
て形成された第１の光導波路５５と、光導波路５５と同
じ長さで、基板５１の振動しない部分に数回往復して形
成された第２の光導波路５６とを、有している。
【００１６】カンチレバービーム５２の先端部の重錘体
５３の幅は、広くされていると共に、上部に電極５７が
形成されている。光導波路５５において、一方の端部に
入力用光導波路５５ａと出力用光導波路５５ｂとが光導
波路結合部５８ａで結合され、他端は、反射鏡５９で終
端されている。同様に、光導波路５６において、一方の
端部に入力用光導波路５６ａと出力用光導波路５６ｂと
が光導波路結合器５８ｂで結合され、他端は反射鏡６０
で終端されている。半導体加速度センサ５０は、ガラス
カバー６１で蓋をされ、該ガラスカバー６１の内側の前
記電極５７と対向する位置に、制御用電極６２が固着さ
れている。電極６２は、外部からのリード線６３とガラ
スカバー６１に開けられた穴６４を介して導電性エポキ
シ６５で接続されている。図１０の半導体加速度センサ
５０は、感度をあげるために真空密封されている。
５３の幅は、広くされていると共に、上部に電極５７が
形成されている。光導波路５５において、一方の端部に
入力用光導波路５５ａと出力用光導波路５５ｂとが光導
波路結合部５８ａで結合され、他端は、反射鏡５９で終
端されている。同様に、光導波路５６において、一方の
端部に入力用光導波路５６ａと出力用光導波路５６ｂと
が光導波路結合器５８ｂで結合され、他端は反射鏡６０
で終端されている。半導体加速度センサ５０は、ガラス
カバー６１で蓋をされ、該ガラスカバー６１の内側の前
記電極５７と対向する位置に、制御用電極６２が固着さ
れている。電極６２は、外部からのリード線６３とガラ
スカバー６１に開けられた穴６４を介して導電性エポキ
シ６５で接続されている。図１０の半導体加速度センサ
５０は、感度をあげるために真空密封されている。
【００１７】次に、この半導体加速度センサ５０の動作
を説明する。半導体加速度センサ５０も、図１，図６の
半導体加速度センサ３０と同様に、加速度とを受ける
と、カンチレバービーム５２が撓む。カンチレバービー
ム５２が撓むと、カンチレバービーム５２及び光導波路
５５が湾曲する。そのため、光導波路５５の経路長がΔ
Ｌ変化する。ただし、半導体加速度センサ５０では、反
射鏡５９が光導波路５５の経路長を２倍としている。そ
のため、図７，８において、光導波路５５の経路長は２
ｎＬとなり、第１の実施例の式（３）による経路長の変
化ΔＬが、 ΔＬ＝−８πｎＹＺ／Ｌ ……………………（５） となる。一方、光導波路５６は、加速度による光路長の
変化はない。
を説明する。半導体加速度センサ５０も、図１，図６の
半導体加速度センサ３０と同様に、加速度とを受ける
と、カンチレバービーム５２が撓む。カンチレバービー
ム５２が撓むと、カンチレバービーム５２及び光導波路
５５が湾曲する。そのため、光導波路５５の経路長がΔ
Ｌ変化する。ただし、半導体加速度センサ５０では、反
射鏡５９が光導波路５５の経路長を２倍としている。そ
のため、図７，８において、光導波路５５の経路長は２
ｎＬとなり、第１の実施例の式（３）による経路長の変
化ΔＬが、 ΔＬ＝−８πｎＹＺ／Ｌ ……………………（５） となる。一方、光導波路５６は、加速度による光路長の
変化はない。
【００１８】図１２は、上記、光導波路５５の加速度に
よる経路長の変化を検出して該加速度を求める半導体加
速度検出装置の構成図である。図１２には、レーザダイ
オード等の光源７１と、光源７１の出力光を受けて順方
向光のみを出力する光アイソレータ７２と、入力光をセ
ンシング用光信号ＯＰ１と参照用光信号ＯＰ２とに分岐
するフォトカプラ７３と、光ファイバＦ４ａを介して光
信号ＯＰ１を入力して光ファイバＦ４ｂから出力する共
に、光ファイバＦ５ａを介して光信号ＯＰ２を入力して
光ファイバＦ５ｂから出力する半導体加速度センサ５０
と、光ファイバＦ４ｂ，Ｆ５ｂからの光信号ＯＰ１，Ｏ
Ｐ２を干渉させて出力するフォトカプラ７４と、フォト
カプラ７４の出力光を電気信号に変換するフォトダイオ
ードの受光器７５と、受光器７５の出力信号を差動増幅
するアンプ７６と、アンプ７６の出力信号に基づいた電
圧を生成して半導体加速度センサ５０の電極６２に帰還
させるドリフト補償用回路７７とを、備えている。各光
ファイバは、単一モード光ファイバであり、フォトカプ
ラ７３，７４とでマッハツェンダー型の干渉計を構成
し、マッハツェンダー型の干渉計、受光器７５及びアン
プ７６で位相差検出回路が構成されている。。
よる経路長の変化を検出して該加速度を求める半導体加
速度検出装置の構成図である。図１２には、レーザダイ
オード等の光源７１と、光源７１の出力光を受けて順方
向光のみを出力する光アイソレータ７２と、入力光をセ
ンシング用光信号ＯＰ１と参照用光信号ＯＰ２とに分岐
するフォトカプラ７３と、光ファイバＦ４ａを介して光
信号ＯＰ１を入力して光ファイバＦ４ｂから出力する共
に、光ファイバＦ５ａを介して光信号ＯＰ２を入力して
光ファイバＦ５ｂから出力する半導体加速度センサ５０
と、光ファイバＦ４ｂ，Ｆ５ｂからの光信号ＯＰ１，Ｏ
Ｐ２を干渉させて出力するフォトカプラ７４と、フォト
カプラ７４の出力光を電気信号に変換するフォトダイオ
ードの受光器７５と、受光器７５の出力信号を差動増幅
するアンプ７６と、アンプ７６の出力信号に基づいた電
圧を生成して半導体加速度センサ５０の電極６２に帰還
させるドリフト補償用回路７７とを、備えている。各光
ファイバは、単一モード光ファイバであり、フォトカプ
ラ７３，７４とでマッハツェンダー型の干渉計を構成
し、マッハツェンダー型の干渉計、受光器７５及びアン
プ７６で位相差検出回路が構成されている。。
【００１９】光源７１からの光信号は、フォトカプラ７
３で分岐され、一方はセンシング用光信号ＯＰ１として
光ファイバＦ４ａを介して光導波路５５に入力され、そ
の光信号ＯＰ１は、加速度を受けて位相がずれてフォト
カプラ７４へ出力される。他方の光信号ＯＰ２は、参照
光信号として、光ファイバＦ５ａを介して光導波路５６
に入力されフォトカプラ７４へ出力される。ここで、光
信号ＯＰ１に存在していた温度変動による位相のずれ
が、光信号ＯＰ２と比較されることにより除去される。
フォトカプラ７４は、光信号ＯＰ１，ＯＰ２の加速度変
化による位相差ΔΦのみを検出して干渉光として出力す
る。この検出された位相差ΔΦは、レーザ光の波長をλ
とすると、 ΔΦ＝１６π2 ｎＹＺ／（Ｌλ） ……………………（４） となる。干渉光は受光器７５を介して、アンプ７６に入
力され、そのアンプ７６が、位相差変動に応じて差動増
幅された電気信号を出力する。ドリフト補償用回路７７
は、アンプ７６の出力から電圧Ｖｄｄを生成し、この電
圧Ｖｄｄは、半導体加速度センサ５０の電極６２に帰還
されると共に測定されて加速度が求められる。帰還電圧
Ｖｄｄは、電極５７，６２に電荷を誘起し、誘起された
電荷によってガラスカバー６１とカンチレバービーム５
２間にクーロン力が発生する。クーロン力により、加速
度をうけて変位したカンチレバービーム５２が復元す
る。
３で分岐され、一方はセンシング用光信号ＯＰ１として
光ファイバＦ４ａを介して光導波路５５に入力され、そ
の光信号ＯＰ１は、加速度を受けて位相がずれてフォト
カプラ７４へ出力される。他方の光信号ＯＰ２は、参照
光信号として、光ファイバＦ５ａを介して光導波路５６
に入力されフォトカプラ７４へ出力される。ここで、光
信号ＯＰ１に存在していた温度変動による位相のずれ
が、光信号ＯＰ２と比較されることにより除去される。
フォトカプラ７４は、光信号ＯＰ１，ＯＰ２の加速度変
化による位相差ΔΦのみを検出して干渉光として出力す
る。この検出された位相差ΔΦは、レーザ光の波長をλ
とすると、 ΔΦ＝１６π2 ｎＹＺ／（Ｌλ） ……………………（４） となる。干渉光は受光器７５を介して、アンプ７６に入
力され、そのアンプ７６が、位相差変動に応じて差動増
幅された電気信号を出力する。ドリフト補償用回路７７
は、アンプ７６の出力から電圧Ｖｄｄを生成し、この電
圧Ｖｄｄは、半導体加速度センサ５０の電極６２に帰還
されると共に測定されて加速度が求められる。帰還電圧
Ｖｄｄは、電極５７，６２に電荷を誘起し、誘起された
電荷によってガラスカバー６１とカンチレバービーム５
２間にクーロン力が発生する。クーロン力により、加速
度をうけて変位したカンチレバービーム５２が復元す
る。
【００２０】次に、半導体加速度センサ５０の製作方法
を説明する。図１３は、シリコン基板から半導体加速度
センサの製作過程を説明する図である。図１３を参照し
つつ半導体加速度センサ５０の製作方法を説明する。な
お、図１３では、光導波路５５，５６の折り返しをそれ
ぞれ１回と、簡略化した形で示している。図１３の
（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板５１上に、Ｓｉ3 Ｎ4 層
８１を減圧気相成長（ＬＰＣＶＤ）法により形成する。
フォトレジストをマスクとしてＣＦ4+O2 でエッチング
してＳｉ3 Ｎ4 層に窓８２を開け、Ｓｉを露出させる。
その後、ＬＰＣＶＤ法により、ホウ素（Ｂ）をドープし
た高濃度Ｐ++Ｓｉを図１３の（Ａ）に示すように、窓８
２に選択的にエピタキシャル成長させる。次に、図１３
の（Ｂ）のように、図１０のカンチレバービーム５２に
当たる部分の周辺８３と、Ｖ字型の溝５４に当たる部分
のＳｉ3 Ｎ4 層をエッチングで除去する。その後、クロ
ム（Ｃｒ）／金（Ａｕ）を蒸着し、フォトレジストをマ
スクとしてＡｕのエッチャントでカンチレバービーム５
２の先端に重錘体５３を兼ねる電極５７を形成する。次
に、図１３の（Ｃ）のように、ＳｉＯ2 をスパッタによ
り成膜し、Ｃｒをマスクとしてエッチングで光導波路５
５，５６を形成する。光導波路５５，５６の先端にＡｌ
の反射鏡５９，６０をフォトレジストをマスクとしてＣ
ｒのエッチャントでエッチングで形成する。最後に、ハ
イドラジン水溶液により、Ｖ字型の溝５４及びカンチレ
バービーム５２を形成する。
を説明する。図１３は、シリコン基板から半導体加速度
センサの製作過程を説明する図である。図１３を参照し
つつ半導体加速度センサ５０の製作方法を説明する。な
お、図１３では、光導波路５５，５６の折り返しをそれ
ぞれ１回と、簡略化した形で示している。図１３の
（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板５１上に、Ｓｉ3 Ｎ4 層
８１を減圧気相成長（ＬＰＣＶＤ）法により形成する。
フォトレジストをマスクとしてＣＦ4+O2 でエッチング
してＳｉ3 Ｎ4 層に窓８２を開け、Ｓｉを露出させる。
その後、ＬＰＣＶＤ法により、ホウ素（Ｂ）をドープし
た高濃度Ｐ++Ｓｉを図１３の（Ａ）に示すように、窓８
２に選択的にエピタキシャル成長させる。次に、図１３
の（Ｂ）のように、図１０のカンチレバービーム５２に
当たる部分の周辺８３と、Ｖ字型の溝５４に当たる部分
のＳｉ3 Ｎ4 層をエッチングで除去する。その後、クロ
ム（Ｃｒ）／金（Ａｕ）を蒸着し、フォトレジストをマ
スクとしてＡｕのエッチャントでカンチレバービーム５
２の先端に重錘体５３を兼ねる電極５７を形成する。次
に、図１３の（Ｃ）のように、ＳｉＯ2 をスパッタによ
り成膜し、Ｃｒをマスクとしてエッチングで光導波路５
５，５６を形成する。光導波路５５，５６の先端にＡｌ
の反射鏡５９，６０をフォトレジストをマスクとしてＣ
ｒのエッチャントでエッチングで形成する。最後に、ハ
イドラジン水溶液により、Ｖ字型の溝５４及びカンチレ
バービーム５２を形成する。
【００２１】以上のように、本実施例では、次のような
利点を生じている。 （ｄ）第１の実施例と同様に、カンチレバービーム５２
の撓み生じる経路長の変化ΔＬを、光信号の位相差とし
て検出しているので、微量の変化分を検出することが可
能となる。すなわち、従来の抵抗値変化、或いは容量の
変化を検知する従来のセンサにべて、感度の高い半導体
加速度センサとなっている。 （ｅ）（ｄ）により、使用可能周波数のバンド幅を高く
設定できる。 （ｆ）反射鏡５９，６０を光導波路５５，５６に設けて
光信号ＯＰ１，ＯＰ２の経路長を２倍としている。その
ため、検出感度も２倍となる。 （ｇ）半導体加速度センサ内に温度補償用の光導波路５
６を設け、温度変化による測定誤差を補正しているの
で、測定値の信頼性が高くなっている。
利点を生じている。 （ｄ）第１の実施例と同様に、カンチレバービーム５２
の撓み生じる経路長の変化ΔＬを、光信号の位相差とし
て検出しているので、微量の変化分を検出することが可
能となる。すなわち、従来の抵抗値変化、或いは容量の
変化を検知する従来のセンサにべて、感度の高い半導体
加速度センサとなっている。 （ｅ）（ｄ）により、使用可能周波数のバンド幅を高く
設定できる。 （ｆ）反射鏡５９，６０を光導波路５５，５６に設けて
光信号ＯＰ１，ＯＰ２の経路長を２倍としている。その
ため、検出感度も２倍となる。 （ｇ）半導体加速度センサ内に温度補償用の光導波路５
６を設け、温度変化による測定誤差を補正しているの
で、測定値の信頼性が高くなっている。
【００２２】なお、本発明は、上記実施例に限定されず
種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば
次のようなものがある。 （Ｉ）第１の実施例において、カンチレバービーム３２
が、気体の流体抵抗を受けないようにガラスカバーで蓋
をし、真空密閉の構造にすると、さらに測定精度が高く
なる。 （II）第２の実施例において、用途に応じて反射鏡５
９，６０を使用せず、光信号ＯＰ１、ＯＰ２を光導波路
５５，５６の一方端部から入力して他方の端部へ出力す
る構成としてもよい。 （III)第１の実施例のように、参照光信号用の光導波路
を同一基板上に形成しない半導体加速度センサにおい
て、第２の実施例と同様に、検出用の光導波路に反射鏡
を設けて、感度を高める構造にすることもできる。 （IV) 第１の実施例の半導体加速度センサにおいて、カ
ンチレバービーム３２と該カンチレバービーム３２に対
向した位置にそれぞれ電極を設け、第２の実施例の半導
体加速度検出装置を用いて加速度を求める構成にして
も、従来に比べて感度を高める効果がある。
種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば
次のようなものがある。 （Ｉ）第１の実施例において、カンチレバービーム３２
が、気体の流体抵抗を受けないようにガラスカバーで蓋
をし、真空密閉の構造にすると、さらに測定精度が高く
なる。 （II）第２の実施例において、用途に応じて反射鏡５
９，６０を使用せず、光信号ＯＰ１、ＯＰ２を光導波路
５５，５６の一方端部から入力して他方の端部へ出力す
る構成としてもよい。 （III)第１の実施例のように、参照光信号用の光導波路
を同一基板上に形成しない半導体加速度センサにおい
て、第２の実施例と同様に、検出用の光導波路に反射鏡
を設けて、感度を高める構造にすることもできる。 （IV) 第１の実施例の半導体加速度センサにおいて、カ
ンチレバービーム３２と該カンチレバービーム３２に対
向した位置にそれぞれ電極を設け、第２の実施例の半導
体加速度検出装置を用いて加速度を求める構成にして
も、従来に比べて感度を高める効果がある。
【００２３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１〜第７
の発明によれば、半導体基板に加速度を受けて撓むカン
チレバービームを設け、そのカンチレバービーム上に光
信号を通す光導波路を形成している。すなわち、加速度
を受けて光信号に位相のずれが生じ、この位相のずれを
検出して加速度を求める半導体加速度センサとしてい
る。そのため、微量の加速度の変化分を検出することが
可能となり、例えば、従来の抵抗値変化、或いは容量の
変化を検知する従来のセンサに比べて感度の高い半導体
加速度センサとなっている。感度が高いので、測定周波
数領域を広げることも可能となる。また、半導体製造工
程で作製される構造となっているので、小型で大量生産
可能な半導体加速度センサとなる。第２の発明によれ
ば、光信号の位相を検出する半導体加速度センサの光導
波路端部に、反射鏡を設けているので、光信号の経路長
が２倍となり、検出感度も２倍となる。第３及び第４の
発明によれば、温度変化による光信号の位相のずれを補
償するための光導波路をカンチレバービームの近傍に備
えている。そのため、加速度を受けて位相の変化した光
信号から、温度による変動を相殺して位相差を検出する
ことが可能となり、測定値の信頼性を高めることができ
る。第４〜第７の発明によれば、位相差検出回路が加速
度に応じた位相差を検出し、ドリフト補償回路が、この
位相差に基づいた帰還電圧を生成する。帰還電圧によっ
てカンチレバービームに復元力を与ると共に、その帰還
電圧から加速度を求める構成としている。そのため、カ
ンチレバービームのクリープや、動作の非直線性等の影
響を少なくすることができる。
の発明によれば、半導体基板に加速度を受けて撓むカン
チレバービームを設け、そのカンチレバービーム上に光
信号を通す光導波路を形成している。すなわち、加速度
を受けて光信号に位相のずれが生じ、この位相のずれを
検出して加速度を求める半導体加速度センサとしてい
る。そのため、微量の加速度の変化分を検出することが
可能となり、例えば、従来の抵抗値変化、或いは容量の
変化を検知する従来のセンサに比べて感度の高い半導体
加速度センサとなっている。感度が高いので、測定周波
数領域を広げることも可能となる。また、半導体製造工
程で作製される構造となっているので、小型で大量生産
可能な半導体加速度センサとなる。第２の発明によれ
ば、光信号の位相を検出する半導体加速度センサの光導
波路端部に、反射鏡を設けているので、光信号の経路長
が２倍となり、検出感度も２倍となる。第３及び第４の
発明によれば、温度変化による光信号の位相のずれを補
償するための光導波路をカンチレバービームの近傍に備
えている。そのため、加速度を受けて位相の変化した光
信号から、温度による変動を相殺して位相差を検出する
ことが可能となり、測定値の信頼性を高めることができ
る。第４〜第７の発明によれば、位相差検出回路が加速
度に応じた位相差を検出し、ドリフト補償回路が、この
位相差に基づいた帰還電圧を生成する。帰還電圧によっ
てカンチレバービームに復元力を与ると共に、その帰還
電圧から加速度を求める構成としている。そのため、カ
ンチレバービームのクリープや、動作の非直線性等の影
響を少なくすることができる。
【図１】本発明の第１の実施例の半導体加速度センサを
示す平面図である。
示す平面図である。
【図２】第１の従来例の半導体加速度センサを示す平面
図である。
図である。
【図３】図２の断面図である。
【図４】第２の従来例の半導体加速度センサを示す平面
図である。
図である。
【図５】図４の断面図である。
【図６】図１の断面図である。
【図７】カンチレバービームの動作を説明する図であ
る。
る。
【図８】カンチレバービームの動作を説明する図であ
る。
る。
【図９】第１の実施例の半導体加速度検出装置の構成図
である。
である。
【図１０】第２の実施例の半導体加速度センサを示す平
面図である。
面図である。
【図１１】図１０の断面図である。
【図１２】第２の実施例の半導体加速度検出装置の構成
図である。
図である。
【図１３】半導体加速度センサの製造方法を示す図であ
る。
る。
１２，２２，３１，５１ 半導体基板 １３，３２，５２ カンチレバービーム ３３，５４ 光ファイバ接続部 ３５，５５ センシング用（第１の）
光導波路 ５６ 温度補償用（第２の）光
導波路 ５９，６０ 反射鏡 ６２ 制御用の電極 Ｆ１，Ｆ４ａ，Ｆ５ａ 入力用光ファイバ Ｆ２，Ｆ４ｂ，Ｆ５ｂ 出力用光ファイバ
光導波路 ５６ 温度補償用（第２の）光
導波路 ５９，６０ 反射鏡 ６２ 制御用の電極 Ｆ１，Ｆ４ａ，Ｆ５ａ 入力用光ファイバ Ｆ２，Ｆ４ｂ，Ｆ５ｂ 出力用光ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 毛利 幹雄 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 加速度の印加によって撓むカンチレバー
ビームが半導体基板に形成された半導体加速度センサに
おいて、 前記半導体基板に設けられ、光信号を入力する入力用光
ファイバを固定する第１の接続部と、 前記半導体基板に設けられ、光信号を出力する出力用光
ファイバを固定する第２の接続部と、 前記カンチレバービーム上に形成され、かつ入力端が前
記第１の接続部を介して前記入力用光ファイバに接続さ
れると共に、出力端が前記第２の接続部を介して前記出
力用光ファイバに接続された光導波路とを設け、 前記光導波路は前記カンチレバービームの撓み量に応じ
て長さが変化し、前記入力用光ファイバからの光信号の
経路長を変えて前記出力用光ファイバへ出力する構成に
したことを特徴とする半導体加速度センサ。 - 【請求項２】 加速度の印加によって撓むカンチレバー
ビームが半導体基板に形成された半導体加速度センサに
おいて、 光信号を入出力する入出力用光ファイバを固定する接続
部と、 前記半導体基板上に設けられ、前記光信号を反射する反
射鏡と、 前記カンチレバービーム上に形成され、かつ一端が前記
光ファイバに接続され、他端が反射鏡に接続された光導
波路とを設け、 前記光導波路は前記カンチレバービームの撓み量に応じ
て経路長が変り、その経路中を前記光ファイバからの入
力光信号を反射鏡へ伝送し、かつ反射鏡からの反射光を
前記光ファイバへ出力する構成としたことを特徴とする
半導体加速度センサ。 - 【請求項３】 請求項１記載の半導体加速度センサにお
いて、 前記第１，第２の接続部及び光導波路と同一構造のもの
を前記半導体基板上に設けたことを特徴とする半導体加
速度センサ。 - 【請求項４】 請求項２記載の半導体加速度センサにお
いて、 前記接続部、反射鏡及び光導波路と同一構造のものを前
記半導体基板上に設けたことを特徴とする半導体加速度
センサ。 - 【請求項５】 請求項１記載の半導体加速度センサと、 前記出力用光ファイバからの光信号と参照光信号との位
相差を検出する位相差検出回路と、 前記位相差検出回路の出力信号に応じた電圧を生成する
ドリフト補償回路と、 前記カンチレバービームと対抗する箇所に設けられ、前
記ドリフト補償回路の出力信号に基づき、クーロン力で
該カンチレバービームの変位を制御する電極とを、 備えたことを特徴とする半導体加速度検出装置。 - 【請求項６】 請求項２記載の半導体加速度センサと、 前記光ファイバからの光信号と参照光信号との位相差を
検出する位相差検出回路と、 前記位相差検出回路の出力信号に応じた電圧を生成する
ドリフト補償回路と、 前記カンチレバービームと対抗する箇所に設けられ、前
記ドリフト補償回路の出力信号に基づき、クーロン力で
該カンチレバービームの変位を制御する電極とを、 備えたことを特徴とする半導体加速度検出装置。 - 【請求項７】 請求項４記載の半導体加速度センサと、 前記各接続部からの出力光信号間の位相差を検出する位
相差検出回路と、 前記位相差検出回路の出力信号に応じた電圧を生成する
ドリフト補償回路と、 前記カンチレバービームと対抗する箇所に設けられ、前
記ドリフト補償回路の出力信号に基づき、クーロン力で
該カンチレバービームの変位を制御する電極とを、 備えたことを特徴とする半導体加速度検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10814693A JP3212411B2 (ja) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | 半導体加速度センサ及びそれを用いた半導体加速度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10814693A JP3212411B2 (ja) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | 半導体加速度センサ及びそれを用いた半導体加速度検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06317606A true JPH06317606A (ja) | 1994-11-15 |
| JP3212411B2 JP3212411B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=14477112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10814693A Expired - Lifetime JP3212411B2 (ja) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | 半導体加速度センサ及びそれを用いた半導体加速度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3212411B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023068768A (ja) * | 2021-11-04 | 2023-05-18 | 学校法人 創価大学 | 光ファイバセンサ |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8012542B2 (en) | 2005-12-30 | 2011-09-06 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Fluoropolymer coating compositions containing adhesive polymers and substrate coating process |
| US7553540B2 (en) | 2005-12-30 | 2009-06-30 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Fluoropolymer coated films useful for photovoltaic modules |
| EP2094747B1 (en) | 2006-12-21 | 2012-10-17 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Crosslinkable vinyl fluoride copolymers |
| US8168297B2 (en) | 2007-04-23 | 2012-05-01 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Fluoropolymer coated film, process for forming the same, and fluoropolymer liquid composition |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62247209A (ja) * | 1986-04-21 | 1987-10-28 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光ジヤイロスコ−プ |
| JPH01240865A (ja) * | 1988-03-23 | 1989-09-26 | Hitachi Ltd | 加速度センサ |
| JPH02251189A (ja) * | 1989-03-24 | 1990-10-08 | Nippondenso Co Ltd | 光集積回路装置 |
| JPH03170015A (ja) * | 1989-11-28 | 1991-07-23 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | 振動ジャイロスコープ |
| JPH0560781A (ja) * | 1991-09-05 | 1993-03-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 加速度測定装置 |
| JPH05107071A (ja) * | 1991-10-18 | 1993-04-27 | Hitachi Cable Ltd | 光励起導波路型ループレーザ |
-
1993
- 1993-05-10 JP JP10814693A patent/JP3212411B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (6)
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| JPH05107071A (ja) * | 1991-10-18 | 1993-04-27 | Hitachi Cable Ltd | 光励起導波路型ループレーザ |
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|---|---|---|---|---|
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| JP3212411B2 (ja) | 2001-09-25 |
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