JPH08178954A

JPH08178954A - モノシリック加速度計

Info

Publication number: JPH08178954A
Application number: JP7263209A
Authority: JP
Inventors: Steven J Sherman; シャーマン，スティーブン・ジェイ; A Paul Brokaw; ブローカウ，エイ・ポール; Robert W K Tsann; ツァン，ロバート・ダブリュー・ケイ; Theresa Core; コア，テレサ
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 1990-08-17
Filing date: 1995-10-11
Publication date: 1996-07-12
Anticipated expiration: 2015-10-11
Also published as: EP0543901B1; US5345824A; JPH0644008B2; JPH04504003A; JP3294482B2; EP0543901A1; WO1992003740A1; US5540095A; DE69113632T2; US5465604A; DE69113632D1

Abstract

(57)【要約】【目的】加速度検知器とモノリシック的に構成された
信号処理回路を含んでいる加速度計。【構成】該検出器は一対のコンデンサによって形成さ
れた差動コンデンサを含む。各コンデンサは２つの電極
を有し、一方は他のコンデンサに電気的に共通である。
一方の電極（即ち、共通電極）は移動可能であり、適用
された加速度に応答して他方の電極は静止的である。こ
れらの電極は全て、シリコン基板の上に浮遊されたポリ
シリコン部材から形成されている。コンデンサの各々は
電気的に並列に接続された複数の対の電極セグメントで
形成され、移動可能電極の場合には調和して移動するよ
うに機械的に接続されている。基板が加速されると、こ
れらの可動電極はコンデンサの一方のコンデンサのキャ
パシタンスが増大して一方、他方のコンデンサのキャパ
シタンスが減少するように移動する。これら２つのコン
デンサはこの差動キャパシタンスを対応の電圧に変換す
る信号調節回路に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加速度検知の分野に関す
る。より詳細には、全てが同一の基板上にある信号調節
回路を有するモノリシック加速度検知器に関する。

【０００２】

【発明の背景】加速度は、しばしば検知あるいは測定さ
れなければならない物理量である。例えば、加速度は力
又は質量を測定するために、あるいはある種類の制御系
を作動するためにしばしば検知される。自動車環境にお
いては、加速度は制動システムを制御するためにあるい
は衝突の際にエアバッグ等の安全デバイスを起動するた
めに検知され得る。本発明は、係る自動車システムにお
ける使用に意図されているが、他の多くの状況において
も明らかに有用である。

【０００３】どの加速度測定の心臓部にも加速度検知エ
レメント又はトランスジューサがある。このトランスジ
ューサはしばしば機械的又は電気機械的であり（例え
ば、圧電材料、圧電抵抗材料又は歪ゲージ）、有用な出
力信号を供給するための電気信号調節回路に接続され得
る。「加速度計」という用語は、トランスジューサと信
号調節器の組合せに言及するのにしばしば用いられる。
特定の個人はまたトランスジューサ又は検知器自体を加
速度計として言及するが、ここに採用されている協定は
「加速度計」の用語の使用を上記の組合せに限定するも
のである。

【０００４】加速度計の設定には種々の要因が入ってお
り、幾つかは検知器に関し幾つかは回路に関する。これ
らの要因の中には、寸法、コスト、所要電力、信頼性、
感度、直線性、精度、周波数応答、全規模範囲、及び温
度及び電源感度がある。これらの要因の相対的重要性は
加速度計が如何に用いられるかに依存する。例えば、高
周波数応答は、大きなパルス状の力によって作用される
非常に小さな質量の加速度を測定する時に重要である
が、斯かる高周波数応答は大きな質量が無視できる高周
波数成分を有する小さな力によってのみ励起されている
場合は恐らく重要でない。

【０００５】現在、１％の全規模直線性及び５％の精度
を有する巨視的に組み立てられた１０ｇ加速度計は約３
００ドルのコストである。これらはステンレス鋼ビーム
とシリコン歪ゲージから構成されており、シリコンオイ
ルによって湿らされる。１０ｇを超える衝撃に供される
と、これらのデバイスは破壊されやすい。この特性及び
そのコストは斯かるデバイスの有用性を大幅に限定して
いる。

【０００６】自動車のエアバッグを制御するのに用いら
れる加速度計のための最も重要な使用の中には、そのコ
スト、その環境における長期信頼性、初期精度、温度安
定性及び直線性がある。先行のエアバッグ制御システム
は幾つかの機械的検知器を用いて自動車の衝突を表わす
大きな減速度を検出している。信頼性のある制御システ
ムの作動を保証するのに多数の尺長検知器が通常用いら
れる。長期にわたるそれらの信頼性あるいは初期設置後
の任意の時間におけるそれらの信頼性を証明する方法は
なく、それらの精度は時間に対して保証できない。更
に、衝突についての加速度対時間プロフィールデータ等
の「シグナチュア」データを提供する加速度計を用いる
と都合がよいが、斯かる加速度計は斯かる種類の応用に
対しては高価すぎる。自動車応用に用いられるこれらの
機械的検知器は斯かる能力を有していない。

【０００７】アール．ティー．ハウ他による最近の論文
「シリコンミクロ機械工学．チップ上のセンサ及びアク
チュエータ」（１９９０年７月７日、Ｉ．Ｅ．Ｅ．Ｅ．
スペクトル、第２７巻、３０−３５頁）は、幾つかの型
式のシリコン加速度計が開発されたことを示している。
最初の型式の加速度計はシリコンビームによって懸下さ
れた嵩ミクロ機械加工されたシリコン質量体を組み込ん
でいる。懸下ビーム上のイオン注入された圧電抵抗が質
量体の運動を検知する。第２の型式の加速度計はキャパ
シタンス変化を用いて質量体の運動を検出する。第３の
型式のシリコン加速度計は物理的負荷のシフトを用いて
構造体の共鳴周波数のシフトを生成する。

【０００８】上記の第２の型式の加速度計の一例とし
て、力平衡構造においてコンデンサの２枚の板の間の固
定軸を中心に回転するシリコン質量体を用いる容量性シ
リコン加速度検知器が文献に報告されている。エム・バ
ンパエメルによる「容量性加速度計のためのインター
フェース回路」（１９８９年５月１７日）第１７巻、第
３号及び４号、６２９−６３７頁。この論文から再現さ
れた図１は、この検知器装置を略示している。ここに示
されているように、質量体には軸３を中心に回転し得
る。この質量体はコンデンサ板３ａ及び４ｂの間に懸下
されており、これにより板３ａと質量体との間の第１キ
ャパシタンスＣ１及び質量体と板３ｂとの間の第２キャ
パシタンスＣ２を画定している。外部加速度によって質
量体は移動し、キャパシタンスＣ１及びＣ２を変化せし
める。これらのキャパシタンスを測定するには、電圧が
印加され、静電モーメントを誘起する。測定回路は基本
的に、サンプル及び保持回路がその後に続く切替コンデ
ンサ加算回路を含んでいる。かなり非直線的であるこの
加速度計の出力を直線化するために、複雑なフィードバ
ック回路を図２に示されているように加えなければなら
ない。

【０００９】図１の検知器の構造の詳細についてはこの
論文には与えられていないが、モノリシック的に構成さ
れているようには見えない。その長期の信頼性も問題が
ある。

【００１０】校正された出力は多くの応用において所望
されている故、加速度計（特に機械的検知器を有する加
速度計）は一般的に、それらの出力が適当な値に調整さ
れるようにするために製造の期間中校正された「ｇ」力
に供されなければならない。これにより製造プロセスに
かなり経費が加えられる。

【００１１】従って、本発明の目的は改良された加速度
検知器を提供することにある。

【００１２】本発明の別の目的は、モノリシック加速度
検知器及び関連の信号調節回路を含む改良された加速度
計を提供することにある。

【００１３】更に別の目的は、安価な加速度計を提供す
ることにある。

【００１４】本発明の更に別の目的は、この作動状態が
現場で試験することができる加速度検知器を提供するこ
とにある。

【００１５】更に別の目的は、加速度プロフィールを提
供することのできる安価な加速度計を提供することにあ
る。

【００１６】本発明の更なる目的は、校正された機械的
「ｇ」力の適用なしに校正することができる加速度計を
提供することにある。

【００１７】

【発明の要約】本発明のこれら及び他の諸目的は、モノ
リシック的に（即ち同一の基板上に）構成された加速度
検知器及び信号処理回路を含む加速度計において達成さ
れる。検知器は一対のコンデンサによって形成された差
動コンデンサ構成を含んでいる。各コンデンサは２つの
電極を有している。これらの電極の一方は静止的であ
り、他方の電極は適用された加速度に応答して移動可能
である。可動電極は構造的に且つ電気的に接続されてい
る。これらの電極は全て、シリコン基板の上に懸下され
たポリシリコン部材から形成されている。基板が加速さ
れると、これらの可動電極はコンデンサの一方のコンデ
ンサのキャパシタンスが増大して一方、他方のコンデン
サのキャパシタンスが減少するように移動する。これら
２つのコンデンサはこの差動キャパシタンスを対応の電
圧に変換する信号調節回路に接続されている。開ループ
作動と力平衡作動の両方が図示されている。

【００１８】これらのコンデンサの各々は電気的に並列
に接続され且つ調和して移動するように機械的に接続さ
れている複雑の対の板セグメントから形成されている。

【００１９】この加速度計は、約±５０％内の精度を有
する出力を達成するために、ウェファレべルトリムプロ
セス（ｗａｆｅｒ−ｌｅｖｅｌｔｒｉｍ）を用いて、
「ｇ」力が適用されることなく校正することが出来る。

【００２０】この検知器は、これらのコンデンサに静電
的に力を適用し、これらのコンデンサが意図されたよう
に移動している場合に生じる蓄積された電荷の変化を検
出することにより試験することができる。

【００２１】

【実施例】ここで図３について説明すると、本発明に係
る差動コンデンサ加速度計１０の高レベルブロック図が
図示されている。加速度計１０は信号源１２、第１及び
第２差動コンデンサ１４及び１６を有する検知器１３、
及び信号分解器１８を含んでいる。差動コンデンサ１４
及び１６は、力が適用された時に各々の一方の電極が移
動して一方のキャパシタンスが増大し他方のキャパシタ
ンスが減少するように構成されている。信号源１２は等
しい周波数、位相及び振幅を有しているが反対の極性の
正弦波信号でもってコンデンサ１４，１６を駆動する。
その結果、差動コンデンサの接合点１９における信号の
振幅及び位相は、キャパシタンスの差の関数となり、こ
れは加速度によるコンデンサ電極の力誘起変位（ｆｏｒ
ｃｅ−ｉｎｄｕｃｅｄｂｉｓｐｌａｃｅｎｅｎｔ）に
直接関係する。信号分解器は、この信号を処理して、こ
の信号からアセンブリの基板及びパッケージに対して相
対的なコンデンサ板の加速度に比例する信号を発生す
る。

【００２２】本発明に係る差動コンデンサ検知器の電極
の各々は各コンデンサが複数の並列に接続されたより小
さなキャパシタンスの「セル」から構成されるように構
成されている複数のセグメントから形成されている。図
４は、本発明に係る例示作動コンデンサ検知器２０の平
面図を示しているが、発明の概念の不必要な不明瞭を避
けるために唯１つのキャパシタンスセルが図示されてい
るだけである。シリコン基板２２の上には、懸下された
ホリシリコン「ビーム」２４が形成されている。（この
懸下された構造体を形成する方法が以下に論じられ
る。）ビーム２４は図面において「Ｘ」の記号によって
示される４本のポスト即ちアンカ２６Ａ−２６Ｄの上の
基板の表面の上に載置されている。ビーム２４は全体的
にＨ形であり、２本の延びた細い足２８及び３２、並び
にそれらの間に懸下されている横断中心部材３４を有し
ている。中心部材３４は足２８及び３２よりも一般的に
かなり硬く且つより質量を有している。中心部材３４か
ら一対のビームフィンガ３６及び３８が並列配向に、ビ
ームの軸４０を横断するように垂れ下がっている。フィ
ンガ３６は静止部材４２をその対向電極、即ち板として
有している並列板コンデンサの一方の電極を形成してい
る。同様に、フィンガ３８は静止部材４４をその対向板
として有している第２並列板コンデンサの一方の電極を
形成している。フィンガ３６及び３８は物理的に且つ電
気的に接続されており、従って共通の電極であることに
注意せよ。

【００２３】フィンガ３６及び３８に対して電気的接続
がｎ＋を多量にドープされた領域５２及びポリシリコン
ブリッジ自体を経由してなされる。板４２に対して電気
的接続がｎ＋を多量にドープされた領域５４を経由して
なされ、板４４への接続が同様の領域５６を経由してな
される。以下に示されているように、領域５４及び５６
は、他のキャパシタンスセルの同様の部材を並列に接続
するために延設され得る。

【００２４】これらのキャパシタンスセルを含むポリシ
リコンブリッジ構造体の全体の下には、ｎ＋ドーピング
領域６０がまた、ビームから基板への寄生キャパシタン
スを減少するためのブートストラップ拡散として配設さ
れている。これは、セル当りのキャパシタンスの非常に
低い値によって、少なくとも一部必要とされる。ここに
与えられた寸法を用いている図４及び図５の例におい
て、各コンデンサは約０．００２ｐＦの公称キャパシタ
ンスを有している。５６個のセルが並列になっているた
め、静止している全キャパシタンスは約０．１ｐＦのみ
である。検知器が開ループで作動している時全規模測定
は各コンデンサの値の約８％の変化しかもたらされず、
当然、閉ループ作動においてこの変化は約１／１０であ
る。

【００２５】図４の検知器アーキテクチュアの多重セル
への拡大が４セルの場合として図５に示されており、こ
れら４つのセルは６２Ａ−６２Ｄとして示されている。

【００２６】以下の近似寸法は斯かる検知器を構成する
のに用いられ、これらの寸法ラベルは図４に示されてい
る特性に属く。

【００２７】ｄ₁＝３００マイクロメートルｄ₂＝２．０マイクロメートルｄ₃＝４０マイクロメートルｄ₄＝４５０マイクロメートルｄ₅＝１２５マイクロメートルｄ₆＝８マイクロメートルｄ₇＝５マイクロメートルｄ₈＝３マイクロメートル以下の論述における参照の目的のために、多量にドーピ
ングされたあるいは金属化領域５２，５４，５６，及び
６０がそれぞれ端子７２，７４，７６，及び８０におい
て終端している状態で図示されているが、これら物理的
定位には実際の接続端子は何ら存在する必要がないこと
を了解すべきである。

【００２８】力が基板２２にＸ方向に適用されると、基
板及び板はこの方向に移動し、一方ビーム３４はその前
の状態に届まる傾向を示す。ビームの基板に対する相対
的な運動は、足２８及び３２が絶対的に剛性ではなく僅
かに撓むという事実によって許容される。力が正のＸ方
向の時、フィンガ３６と板４２との間の分離が増大し、
それらが形成しているコンデンサのキャパシタンスを減
少せしめ、逆に、フィンガ３８と板４４との間の分離が
減少して、それらが形成しているコンデンサのキャパシ
タンスを増大せしめる。

【００２９】図４（又は図５も等しく）の構造体の右側
面図が図６に、基板２２の上のポリシリコンビーム２４
の懸下を更によく示すために図示されている。ビーム及
び板４２及び４４がポスト２６Ａ等のポスト即ちアンカ
の上に載置されている。ポリシリコンは、妥当に予知可
能な加速度の下でもたるんだり又は歪んだりして基板表
面に接触しないように十分に合成を有している。

【００３０】図７は加速度計のための図４及び図５の検
知器に用いられる信号調節回路の第１（開ループ）実施
例をより詳細に示している部分ブロック部分略回路図を
与える。発振器１００は約１ＭＨｚの正弦波信号を搬送
波発生器１０２に供給する。搬送波発生器はそこから互
いに１８０度位相が異る２つの１ＭＨｚを正弦波出力信
号を供給し、斯くして、これらの出力信号はＶｎｓｉ
ｎＷｔ及び−ＶｎｓｉｎＷｔであり、ここでＷは発振
器出力信号の角周波数である。第１搬送波信号は検知器
２０の端子７４に供給され、一方第２搬送波信号は端子
７６に供給される。検知器出力端子７２はバッファ増幅
器１０４の非反転入力に接続されている。バッファ増幅
器の出力は検知器端子８０、即ちブートストラップ拡散
接点に接続されている。この接続を通して、寄生キャパ
シタンスが共通ノード７２を負荷しないように防止され
ている。大抵抗１０６（例えば３Ｍ）が基準電源電圧Ｖ
Ｘとバッファ１０４の非反転入力の間に接続されてお
り、これによりブリッジのためのｄ_c作動点を確立す
る。

【００３１】バッファの出力は同期スイッチング復調器
１１０に供給される。復調器は発振器１００の出力に接
続され且つこの出力に応答するスイッチング回路を含ん
でいる。復調器からの両終端出力はバッファ増幅器１２
０によって単終端出力Ｖ_oに変換される。Ｖ_oの値は公式
Ｖ_o＝ＶｃｍａＧ／Ｋｍｄ_oによって与えられ、ここでＶ
_cは搬送波の振幅であり、ｍはブリッジの質量であり、
ａは加速度であり、Ｋ_mはビームの機械的ばね定数であ
り、ｄ_oは公称コンデンサギャップであり、そしてＧは
バッファ、復調器、出力増幅器利得の基になる比例因子
である。

【００３２】図８に行くと、図４及び図５の検知器を用
いている信号調節回路のための第２実施例が図示されて
いる。図７の開ループ技術と対比して、図８の装置は閉
ループ力平衡加速度計である。力平衡原理を更に良く説
明するために、このブリッジ／差動コンデンサアセンブ
リは、第１コンデンサ板１２４と第２コンデンサ板１２
６との間に懸下されている導電性質量体１２２として模
されており、この質量体は第１及び第２差動キャパシタ
ンスを確立し、この後者のキャパシタンスはそれぞれコ
ンデンサ１４及び１６として図示されている。力平衡構
成において、コンデンサ１４及び１６は２つの目的を果
している。第１に、これらのコンデンサは、静電平衡力
が加速度周波数において質量体１２２に適用されるため
の手段を提供する。第２に、これらのコンデンサは質量
体（即ちブリッジ質量体）の変位Ｘが搬送波周波数にお
いて差動キャパシタンスによって測定されるようにす
る。負のフィドバックループはＸ＝０となるように且つ
ブリッジに適用される慣性力が適用される正味の静電力
と等しくなるように出力電圧Ｖ_oを調節する。この力平
衡式は以下の通りである。

【００３３】

【数１】ここでｍはブリッジの質量であり、ε_oは空気の誘電率
であり、Ａはコンデンサ板面積であり（各コンデンサ、
公称）、ｄ_oは静止しているコンデンサ板の公称離隔で
あり、Ｘはコンデンサ板離隔の変化（即ち、適用された
力によってブリッジが移動する距離）、Ｖ_Rは可動板に
適用される基準又はｄ．ｃ．オフセット電圧であり、そ
してＶ_oは出力電圧である。

【００３４】Ｘ＜＜ｄ_oの場合、大ループ利得におい
て、加速度に因る出力電圧Ｖ_oは以下の通りである。

【００３５】

【数２】出力電圧は構造体のばね定数Ｋ_mに敏感でなく、これは
ブリッジが撓ない状態を保持するからである。プロセス
変化に因る公称値から変化するｍ，ｄ_o及びＡの値を補
償するための全規模調節は抵抗Ｒ１及びＲ２をトリミン
グ（ｔｒｉｍｍｏｎｇ）することによりなされる。

【００３６】ビームの幾何は、始めに中心を離れて構成
されたビームが全規模電力の少しのパーセンテージによ
って自動的に中心付けられるように機械的ばね定数Ｋ_m
を最小限にするように設計されている。これにより、所
望のゼロ「ｇ」出力電圧レベルが相対的搬送波増幅をト
リミングすることにより確立することができる。限界ま
でくると、質量体は浮上して自己中心付すると考慮され
るが、機械的ばね定数によって質量体は搬送波信号に応
答することがない。

【００３７】図８の力平衡加速度計のより詳細な設計が
図９に示されている。発振器１００、搬送波発生器１０
２、バッファ１０４、及び復調器１１０は図７の対応エ
レメントと同じである。しかしながら搬送波発生器はコ
ンデンサ１３２及び１３４を通して検知器にａｃ結合さ
れている。コンデンサ１３２及び１３４は１ＭＨｚ搬送
波周波数において低インピーダンスを示すためにそれぞ
れ約３０〜５０ｐＦとなるのが通常である。検知器コン
デンサ板の上に正味の静電力を確立するために、入力端
子７４及び７６がそれぞれ抵抗１３６及び１３８を通し
て正及び負のオフセット（即ち基準）電源Ｖ_R及び−Ｖ_R
に接続されており、これらの抵抗はそれぞれ通常約３０
０Ｋオームである。検知器コンデンサ１４及び１６は等
しい時（即ち加速度がゼロ）、これらのコンデンサの両
端の静電電位は平衡化され等しくなる。対照的に、加速
度によってこれらのコンデンサは異なった値を有し且つ
これらのコンデンサの静電電位は等しくならず、正味の
不平衡力を生じる。復調器は、増幅器１０４の非反転入
力における信号の変化をもたらすこの不平衡を検出し、
抵抗１０６を通してフィードバック信号を供給し、これ
により正味の静電力を形成して慣性力を等しくする。斯
して、力平衡を与えるフィードバック信号は、抵抗１０
６とトランジスタ１０８のベースにおける第２復調器信
号入力の接合点を固定源ＶＸの代わりに出力バッファ１
２０の出力に接続することにより供給される。

【００３８】必要に応じて、図９の回路はまたノード７
４とアースとの間に直列に接続された抵抗１４０及びス
イッチ１４２を有する。スイッチの閉鎖によってノード
７４及び７６に適用される入力信号が不平衡になり、こ
れにより瞬間的な静電力がブリッジに適用され出力の対
応するシフトが生成されブリッジを最中心付けする。１
つ又は両方のコンデンサが故障した場合（即ちブリッジ
が解放−破壊−あるいはブリッジが動けなくなる）、出
力は異なる。斯くして、スイッチの閉鎖を用いることに
より検知器と回路の両方の適切な作動を試験することが
できる。

【００３９】加速又は減速プロフィール（例えば衝突プ
ロフィール）を与えるために、図１０に図示のようなシ
ステムが用いられ得る。この加速度計の出力Ｖ_oは周期
的に抽出されディジタイザ１４４によってデジタル化さ
れ得る。デジタル化されたサンプルは所定寸法のメモリ
１４６に記憶される。有用な型式のメモリは所定期間を
表わすサンプルを記憶するのに十分な容量を有するＦＩ
ＦＯ（先入れ先出し）スタックであり得る。衝突の際、
このメモリは衝突の前に最後のセグメント（例えば３０
秒）を網羅する減速プロフィールを含む。

【００４０】図３乃至図１０は現在我々の好ましい実施
例を表わしているが、他の回路を用いて２つ又はそれ以
上のコンデンサの間の差動キャパシタンスを検出するこ
とができることを了解されよう。例えば、全ブリッジ回
路を用いてキャパシタンス変化に直接関連する信号を発
生することもでき、加速度に比例する信号を派生するた
めに付加的な回路を加えることができる。

【００４１】検知器の構成は図１１−図１４に広く示さ
れている一連の幾つかの段階を含んでいる。シリコン等
の基板１５０（図１１参照）から始まり、低温度酸化物
（ＬＴＯ）層１５２がその表面上に成長する。酸化物が
パターン化され選択的に除去されて１５４及び１５６等
の穴を残す（図１２）。ポリシリコン層１５８が析出さ
れる。（図１３）ポリシリコンの導電性は燐等の適切な
物質をそこに多量にドーピングすることにより上昇す
る。この「導電性」ポリシリコンは穴１５４及び１５６
を満たし、更にＬＴＯに対して平面的な被覆を行う。ポ
リシリコン１５８は次にパターン化される。次に、ＬＴ
Ｏは湿式エッチングを用いて除去される。湿式エッチン
グ段階の後、この構造体は図１４に示されているように
なり、平面ポリシリコン層は１６２及び１６４等のポス
ト即ちアンカの上に支持又は懸下される。

【００４２】構成プロセスの上記の説明は簡略化されて
いること及びプロセスの全体の性質を不明瞭にしないよ
うにこの説明から幾つかの段階が省略されていることを
了解されよう。

【００４３】上記に示された差動コンデンサ構成はキャ
パシタンスを変えるために板離隔の変化に依存する。キ
ャパシタンスは板面積を差動的に変化せしめるかあるい
は誘電率を差動的に変化せしめることにより変化するこ
とができる。

【００４４】上記に示されている加速度計の各々、及び
それらの機能的な等価物は１つの軸に沿ってのみ加速度
を検出するだけである。しかしながら直交的に配置され
た検知器を組み合わせることにより多重軸検知を達成す
ることができる。実際、図４−図７のモノリシック的に
構成された構造体は２つの直交的に配向された検知器及
びそれらの関連の信号調節回路を唯１枚の基板上に構成
することが現在の技術水準内に十分入っている程小さい
ものである。軸を外れた加速度を検出し排除するために
且つ問題外の加速度成分を訂正するめに補助ビームを配
設することもできる。

【００４５】本明細書に開示されている検知器及び回路
は良好な低コストの「完全な」加速度計を提供する。こ
れは、通常の半導体処理装置及び技術（製造方法の実際
の段階は新しいが）を用いてモノリシック的に構成され
る。これらの検知器は小さく、信号調節回路は複雑でな
いため、多重加速度計を同一の基板上に作ることができ
る。機械的「ｇ」力を適用する必要性なしに、校正は製
造中に通常のウェファ探査作動の一部として可能であ
る。検知器変換は一次直線的であり、コンデンサは圧電
抵抗デバイスよりもかなり温度感度が低い。加速度計の
操作性を任意の時間において確認できるようにするため
に自己テストが容易に実施される。加速度計の出力は加
速度と共に直線的に変化する（一時的に）電気信号であ
るため、アナログ信号として記録されるかあるいは周期
的に描出され、所定のインタバルにわたる加速度値はメ
モリ（例えば不揮発性ＲＡＭ）にデジタル的に記憶され
得る。これにより衝突の前のある時間にわたる加速度の
程度−即ち衝突プロフィールの記録が与えられる。これ
らの特性は、個別的に且つ種々の組合せで、上記の諸目
的を実質的に満たす。

【００４６】理想的には、検知器及び信号調節回路は校
正が不必要な程の精密な公差で製造される。しかしなが
ら、実際問題として、現在の製造技術を用いると、約±
１０−１５％しかない精度帯域が未校正デバイスに達成
されるだけである。理想からの逸脱の主な原因はコンデ
ンサギャップの変化である。内部寸法値の適切な選択及
びコンデンサギャップ寸法への比較的強い依存性を有す
る数学的表現によるそれらの使用によって、このギャッ
プの値はチップ毎に推論することができる。次に、全規
模加速度出力は主にコンデンサギャップの関数でもある
ことを知っているため、出力増幅器利得は、出力電圧の
理想的な値が特定の全規模加速度入力に対して近づくこ
とができるように適切にトリミングすることができる。

【００４７】閉ループ力平衡アーキテクチュアの場合
の、後段増幅を無視して、加速度による出力電圧の変化
は次式によって与えられる。

【００４８】

【数３】ここでｄはコンデンサギャップであり、Ａ_pはコンデン
サ面積であり、そしてＶ_rはｄ．ｃ．電圧である。

【００４９】出力電圧の変化はコンデンサギャップの二
乗の関数である。ギャップ寸法はエッチングプロセスに
よって制御される。ループ利得が１０の場合、ビームの
ばね定数への依存がかなり二次的であるためビームのば
ね定数に依存する項を除去するためにこの公式が簡略化
されていることに注意せよ。

【００５０】加速度計をトリミングするための好ましい
プロセスが図１５に言及して説明されており、図１５は
開ループ測定のための回路アーキテクチュアを示してい
る。先ず、電圧Ｖ_Bの統計値が試験点１８０Ａに適用さ
れ、検知器ビームに正味の静電力を生じる。ビームはビ
ームの機械的回復力Ｆｍが静電力Ｆｅにちょうど等しく
なるまで、即ちＦｍ＝Ｆｅになるまで撓む。Ｆｍ＝Ｋｍ
Δｘ（ここでΔｘは撓みであり、Ｆｅは公式１３０の表
現（適切な符号変化を有する）に等しい。）を適用する
と、以下の式を書くことができる。

【００５１】

【数４】（勿論、慣性力の不在は含まれている）Ｖｒは容易に測
定され、Ｖ_Bはコンデンサ板電圧の平均に対して相対的
にかけられるため既存であり、ΔＶ_oも同じ量に対して
相対的に測定される。ΔＶ_oは試験点１８０Ｂにおいて
測定される。コンデンサ面積Ａ_pはｔ×ｌ（ここでｔは
ポリシリコンの厚さであって既知であり、そしてｌはコ
ンデンサの長さであって既知である）に等しいことに注
意せよ。

【００５２】上記から、

【数５】ここでＧは幾つかの成分を有している。

【００５３】Ｇ＝ＫｌＳＡ₁ Ａ₂ Ｖ_cである。Ｋｌ
＝（Ｃ₁＋Ｃ₂）／（Ｃ₁＋Ｃ₂＋Ｃ_L）はビームの負荷因子である。Ｓは搬送波周波数因子であ
り、矩形波に対してはＳ＝１であり正弦波に対してはＳ
＝２／３．１４である。Ｖ_cは搬送波の振幅である。Ａ₁
はバッファ、復調器利得、及び復調器切換えと搬送波と
の間のタイミング非理想性に因る信号の損失を考慮に入
れた利得因子である。Ａ₂は出力増幅器に本質的な利得
である。Ｇは搬送波の相対的振幅を変化せしめ、有効Δ
ｘ／ｄｏ値を形成することにより直接測定することがで
きる。搬送波の相対的振幅を変化せしめたるための１つ
の方法が図１６に示されている。スイッチＳＷ₁はその
状態に応じて等しい振幅搬送波又は等しくない振幅搬送
波を許容するリレーであり得る。式１８２を式１８１に
代入すると、以下の式ができる。

【００５４】

【数６】式１８４における未知数はＫ_m，ｄ，及びＡ_p（又はより
精度にはｔ）である。ビームばね定数ｋ_mはビーム共鳴
周波数ｆ_oの関数であり、ｆ_oは測定することができる。

【００５５】

【数７】式１８６を式１８４に代入すると以下の式ができる。

【００５６】

【数８】ここでｍ＝ＤＷＡ_Bであり、Ｄはポリシリコンの密度で
あり、Ｗはポリシリコンの厚さであり、Ａ_Bはビーム面
積である。Ｚは式１８４における中括弧内における量で
ある。式１８８を式１８６に代入すると次の式が得られ
る。

【００５７】

【数９】ここでｌはギャップ長さであり、これは処理によってそ
れ程変化するものではない。式１９０は「ｄ」に対して
解かれる。量ｆ_o，ΔＶ_o1，Ｖｒ，Ｖ_B及びＧは測定によ
って求められる。Ｄ，ε_o，ｌは不変量である。Ａ_B及び
Ｗは実際コンデンサギャップの開において小さな潜在的
な誤差を与えるが、これらは式の両辺から消される。
「ｄ」が解かれると、出力増幅器の利得は全規模加速度
信号に対しての出力電圧の適切な値までトリミングする
ことができる。

【００５８】勿論他の校正技術も用いることができる。
上記の技術の利点は、校正された機械的加速力の適用が
避けられることである。

【００５９】（１）本キャパシタンス型加速度検知器
は、第１及び第２コンデンサであり、各々が１対の電極
を有し、各々のコンデンサの電極の一方が他方のコンデ
ンサの電極の一方に電気的に接続されており、これによ
り差動コンデンサ構成を形成している第１及び第２コン
デンサを含むキャパシタンス型加速度検知器であって、
上記コンデンサの各々において、上記電極の一方が静止
的であり、上記電極の他方が適用された加速度に応答し
て移動可能であり、これらの電極は全てシリコン基板上
に懸下されたポリシリコン部材から形成されていること
を特徴とする。

【００６０】（２）前記（１）のキャパシタンス型加
速度検知器は、上記コンデンサ電極の全てが物理的に並
列に配向されており、上記可動電極が上記可動電極と上
記基板の間に上記電極によって画成された軸に対して垂
直な軸に沿って適用された力に応答して可動であること
を特徴とする。

【００６１】（３）前記（１）又は（２）のキャパシ
タンス型加速度検知器は、上記コンデンサ電極の各々が
多数のセクションから形成されていることを特徴とす
る。

【００６２】（４）前記（３）のキャパシタンス型加
速度検知器は、上記電極セクションが並列に配向されて
いることを特徴とする。

【００６３】（５）本加速度計は、ａ．第１及び第２
コンデンサであり、該コンデンサの各々が１対の電極を
有し、各々のコンデンサの電極の一方が他方のコンデン
サの電極の一方に電気的に接続されており、これにより
差動コンデンサ構成を形成している第１及び第２コンデ
ンサを有するキャパシタンス型加速度検知器であって、
上記コンデンサの各々において、上記電極の一方が静止
的であり、上記電極の他方が適用された加速度に応答し
て移動可能であり、これらの電極は全てシリコン基板上
に懸下されたポリシリコン部材から形成されていること
と、ｂ．上記検知器のコンデンサを互いに位相が１８０
度ずれている第１及び第２搬送波信号を適用するための
手段と、及びｃ．上記検知器の出力信号を分解するため
の手段と、を含むことを特徴とする。

【００６４】（６）前記（５）の加速度計は、上記検
知器からの出力信号を分解するための手段が上記検知器
を力平衡モードで作動せしめるための手段を含むことを
特徴とする。

【００６５】本発明の基本的概念をこのように述べてき
たが、上記の詳細な開示は例示のみのために与えられる
ように意図されており、限定的ではないことが当業者に
は容易に明白となろう。種々の変化、改良、及び修正が
行なわれ、当業者に対して意図されるが、本明細書には
明示されていない。これらの修正、変化、及び改良は本
明細書によって示唆されるものと意図されており、本明
細書の精神及び範囲内にある。従って、本発明は以下の
請求の範囲及びその等価物のみによって限定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、先行技術の容量性加速度検知器の図

【図２】図２は、図１の検知器を用いる先行技術の加速
度計信号調節器のブロック図

【図３】図３は、本発明に係る差動コンデンサ加速度計
の第１実施例の高レベルブロック図

【図４】図４は、本発明に係る例示作動コンデンサ加速
度検知器の簡易平面図

【図５】図５は、多重キャパシタンスセルを有する、図
４に係る検知器の一部分の簡易平面図

【図６】図６は、図４又は図５の構造体の右側面図

【図７】図７は、図３に前に図示された加速度計の第１
例示実施例の部分ブロック部分略回路図

【図８】図８は、本発明に係る加速度計の第２実施例の
部分線図部分略回路モデル

【図９】図９は、図８の実施例のための部分ブロック部
分略回路図

【図１０】図１０は、所定のインタバルにわたって加速
度プロフィールを記録するための任意抽出システムのブ
ロック図

【図１１】図１１乃至図１４は、本発明に係る差動コン
デンサ検知器を構成するための一連の段階の図

【図１２】図１１乃至図１４は、本発明に係る差動コン
デンサ検知器を構成するための一連の段階の図

【図１３】図１１乃至図１４は、本発明に係る差動コン
デンサ検知器を構成するための一連の段階の図

【図１４】図１１乃至図１４は、本発明に係る差動コン
デンサ検知器を構成するための一連の段階の図

【図１５】図１５は、本発明に係る加速度計構造を削る
のに用いられる回路アーキテクチュアの簡易略図

【図１６】図１６は、トリミングプロセスの期間中加速
度計トランスジューサに適用される相対的搬送波振幅を
変化するための回路の簡易略図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ブローカウ，エイ・ポールアメリカ合衆国マサチューセッツ州01803, バーリントン，マコン・ロード 81 (72)発明者ツァン，ロバート・ダブリュー・ケイアメリカ合衆国マサチューセッツ州01730, ベッドフォード，グレンリッジ・ドライブ 46 (72)発明者コア，テレサアメリカ合衆国マサチューセッツ州01701, フラミンガム，ダッガン・ドライブ 26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１および第２のコンデンサ（１４、１
６）であり、各々が２つの電極、第１および第２の電極
（３６、３８、４２、４４）を有し、一方の電極（４
２、４４）は静止的であり、他方の電極（３６、３８）
は適用された加速度に応答して移動可能である、該２つ
の第１および第２のコンデンサを含むモノシリック・キ
ヤパシタンス型・加速度検知器において、前記第１のコンデンサの前記第１の電極（３６）は前記
第２のコンデンサの第１の電極（３８）に電気的に接続
されて、差動コンデンサを形成し、これらの電極（３６、３８、４２、４４）は全てシリコ
ン基板（２２）上に懸下されたポリシリコン部材から形
成され、前記移動可能な電極の移動に応答して加速度を表す信号
を発生する、前記コンデンサの前記電極（３６、３８、
４２、４４）に接続された前記基板（２２）上の分解す
る回路（１０４、１１０）を備えたことを特徴とする加
速度検知器。
【請求項２】前記コンデンサの電極の全て（３６、３
８、４２、４４）が物理的に並列に配向されており、前
記移動可能な電極（３６、３８）が、前記移動可能な電
極（３６、３８）と前記基板（２２）の間で適用された
力に応答して、前記電極により定義された軸に対して垂
直な軸に沿って、移動可能であることを特徴とする請求
項１記載の加速度検知器。
【請求項３】前記各々のコンデンサの電極が、多数の
セクションで形成されていることを特徴とする請求項１
または２記載の加速度検知器。
【請求項４】前記検知器のコンデンサに対して、互い
に位相が１８０度ずれている第１および第２の搬送波信
号を適用するための手段（１０２）を、更に備えたこと
を特徴とする請求項１記載の加速度検知器。
【請求項５】前記分解する回路が、前記検知器を力平
衡モードで作動せしめるための手段（１０４、１１０、
１３２、１３４、１３６、１３７）を備えることを特徴
とする請求項４記載の加速度検知器。
【請求項６】前記移動可能な電極（３６または３８）
が、ポリシリコンブリッジ（２４）を含み、前記ブリッ
ジが、前記基板（２２）の表面から延設し、前記基板の上に前
記ポリシリコンブリッジを懸下する複数のポスト（２６
Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ）を含み、更に、前記ブリ
ッジが、概ね互いに平行であり前記ブリッジの中心ビー
ム（３４）から外側に延設する複数の移動可能なフィン
ガー（３６、３８）を含み、前記ブリッジ（２４）が、前記第１および第２ののコン
デンサ（１４、１６）の各々の前記第１の電極（３６、
３８）を含み、更に、前記第１および第２のコンデンサの前記第２の電極が、
概ね互いに平行な電気的に伝導性の静止した複数のフィ
ンガー（４２、４４）を備え、各々の該静止したフィン
ガーが前記移動可能なフィンガーの一つと対応し、前記
移動可能なフィンガーと対応している静止したフィンガ
ーがコンデンサ（１４、１６）を形成する様に前記対応
する移動可能のフィンガーに相対的に位置付けされ、これにより、加速力のもとでの前記ブリッジ（２４）の
移動が、前記移動可能なフィンガー（３６、３８）を前
記静止したフィンガー（４２、４４）に相対的に移動さ
せ、各々の前記移動可能なフィンガーと前記対応してい
る静止したフィンガーとの間のキヤパシンスを変更す
る、ことを特徴とする請求項１記載の加速度検知器。
【請求項７】前記基板（２２）が、前記ブリッジ（２
４）と前記基板（２２）との間の寄生キヤパシンタンス
を減少させるために、前記ブリッジ（２４）の下方にｎ
＋ドーピング領域を備えることを特徴とする請求項６記
載の加速度検知器。
【請求項８】前記分解する回路が、開ループ構成であ
り、互いに位相が１８０度ずれ、振幅と周波数が等しい第１
および第２の正弦波信号（１００、１０２）を発生する
手段と、前記第１の正弦波信号を前記第１のコンデンサ（１４）
に供給する手段（１０２）と、前記第２の正弦波信号を前記第２のコンデンサ（１６）
に供給する手段（１０２）と、前記第１および第２のコンデンサに接続された入力と、
出力とを有するバッファ増幅器（１０４）と、前記バッファ増幅器の出力に接続された入力と、出力と
を有する復調器（１１０）であつて、該復調器の前記出
力が前記加速度検知器の加速度を表す電圧である該復調
器（１１０）と、を備えることを特徴とする請求項６記載の加速度検知
器。
【請求項９】前記バッファ増幅器（１０４）の前記出
力が、前記ブリッジの下方のｎ＋ドーピング領域（６
０）に更に接続されたことを特徴とする請求項８記載の
加速度検知器。
【請求項１０】前記第１および第２の正弦波信号が、
前記第１および第２のコンデンサの前記静止したフィン
ガー（４２、４４）にそれぞれ接続され、前記第１およ
び第２のコンデンサの前記移動可能なフィンガー（３
６、３８）が前記バッファ増幅器（１０４）に接続され
たことを特徴とする請求項９記載の加速度検知器。
【請求項１１】前記分解する回路が、閉ループ構成で
あり、互いに位相が１８０度ずれ、振幅と周波数が等しい第１
および第２の正弦波信号（１００、１０２）を発生する
手段と、前記第１の正弦波信号を前記第１のコンデンサに供給す
る手段（１４）と、前記第２の正弦波信号を前記第２のコンデンサに供給す
る手段（１６）と、前記第１および第２のコンデンサ（１４、１６）に接続
された入力と、出力とを有するバッファ増幅器（１０
４）と、前記バッファ増幅器の出力に接続された入力と、前記バ
ッファ増幅器（１０４）の入力（７２）に接続された出
力とを有する復調器（１１０）であつて、該復調器の前
記出力が前記バッファ増幅器（１０４）の前記入力（７
２）にフィードバツクされた該復調器（１１０）と、を備えることを特徴とする請求項６記載の加速度検知
器。
【請求項１２】前記第１および第２の正弦波信号が第
３および第４のコンデンサ（１３２、１３４）を介し
て、それぞれ前記第１および第２のコンデンサ（１４、
１６）に接続されたことを特徴とする請求項３記載の加
速度検知器。
【請求項１３】前記バッファ増幅器（１０４）の出力
が、更に前記ブリッジ（２４）の下方のｎ＋ドーピング
領域に接続されたことを特徴とする請求項１２記載の加
速度検知器。
【請求項１４】前記正弦波信号が、前記第３および第
４のコンデンサ（１３２、１３４）を介して、それぞれ
前記第１および第２のコンデンサ（１４、１６）の前記
静止したフィンガー（４２、４４）に接続され、前記第
１および第２のコンデンサ（１４、１６）の移動可能な
フィンガー（３６、３８）が前記バッファ増幅器（１０
４）に接続されたことを特徴とする請求項１３記載の加
速度検知器。
【請求項１５】前記第１のコンデンサ（１４）が、更
に正のオフセット電圧（Ｖ_R）に接続され、前記第２の
コンデンサが、更に負のオフセット電圧（−Ｖ_R）に接
続されたことを特徴とする請求項１１記載の加速度検知
器。
【請求項１６】前記バッファ増幅器（１０４）と直流
基準電圧との間に接続された抵抗（１０６）を更に備
え、これにより該加速度検知器用の直流動作点が制定さ
れる請求項１１記載の加速度検知器。
【請求項１７】前記第１のコンデンサ（１４）が、更
にスイッチ（１４２）の第１の端子に結合され、前記ス
イッチ（１４２）の第２の端子が接地され、該スイッチ
（１４２）は通常は開位置にあり、該スイッチ（１４
２）の閉路は前記第１および第２のコンデンサ（１４、
１６）の非平衡をもたらし、これにより該加速度検知器
が試験され得ることを特徴とする請求項１１記載の加速
度検知器。
【請求項１８】前記復調器（１１０）の前記出力に接
続された第１の端子と前記バッファ増幅器（１０４）の
前記入力（７２）に接続された第２の端子を有する第１
のトリム抵抗（Ｒ₁）と、前記第１のトリム抵抗（Ｒ₁）
に接続された第１の端子と接地された第２の端子を有す
る第２のトリム抵抗（Ｒ₂）を更に備え、前記第１およ
び第２のトリム抵抗（Ｒ₁、Ｒ₂）が該加速度検知器の直
流動作点を設定する手段を与えることを特徴とする請求
項１１記載の加速度検知器。
【請求項１９】前記復調器（１１０）の前記出力に接
続されたサンプリング・デジタル手段（１４４）と、前記サンプリング・デジタル化手段（１４４）に接続さ
れ、前記復調器（１１０）の前記出力のデジタル表示を
連続的に記憶するＦＩＦＯメモリ（１４６）を更に備え
ことを特徴とする請求項８記載の加速度検知器。
【請求項２０】加速度検知器の全体的な感度を調整す
るための、（ａ）前記第１の抵抗（Ｒ₁）の前記第２の
端子で特定の電圧を供給する手段と、（ｂ）前記第１の抵抗（Ｒ₁）の前記第１の端子で検
知結果電圧を測定する手段と、（ｃ）前記第１および第２のコンデンサ（１４、１
６）の第１の電極（３６、３８）の間の電圧差を決定す
る手段と、（ｄ）前記コンデンサ（１４）の前記電極（３６、４
２）の間の特定のギヤップに相対的な前記ブリッジ（２
４）の所定の変位をシュミレートするために前記搬送波
の振幅を変更する手段と、（ｅ）前記第１の抵抗（Ｒ₁）の前記第１の端子で検
知結果電圧を測定する手段と、（ｆ）前記ステップ（ｂ）と（ｅ）で測定された電圧
の差に基づいて該加速度検知器の利得因子Ｇ、コンデン
サのギヤップｄを計算し、該加速度検知器の初期感度を
演算する手段と、（ｇ）該加速度検知器の所定の値に対する最終感度を
設定するために前記初期感度に基づいて前記第１および
第２の抵抗（Ｒ₁、Ｒ₂）をトリミングする手段と、を備えたことを特徴とする請求項１８記載の加速度検知
器。
【請求項２１】その上にポリシリコンミクロ構造が付
着されたシリコン基板と、該ポリシリコンミクロ構造は該ポリシリコンミクロ構造
を該シリコン基板に付着する手段とともに前記シリコン
基板に関連する所定の位置から移動可能であること、バイポーラ回路素子とＭＯＳ回路素子の１つまたは両方
を含み、前記所定位置からの前記ミクロ構造の移動に基
づく信号を処理するための前記ミクロ構造に接続された
回路と、を備えたことを特徴とするモノシリック装置。
【請求項２２】前記ポリシリコンミクロ構造が加速度
を検知することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】その上にミクロ構造が配置された半導
体基板と、該ミクロ構造は前記基板の表面から外側に延設する複数
のポストと及び前記ポストによって前記基板の上に懸下
されるシリコンブリッジを含み、前記ブリッジは中心ビ
ームと及び互いにいくぶん平行で該中心ビームから突き
出した移動可能な複数のフィンガーとを含み、前記移動
可能なフィンガーは前記基板と相対的な所定位置から移
動できることと、前記基板にアンカされた複数の静止したフィンガーであ
って、該静止したフィンガーの各々が前記移動可能なフ
ィンガーの１つと対応し、前記移動可能なフィンガーと
前記対応している静止したフィンガーとがコンデサの第
１および第２のプレートを形成する如く前記静止したフ
ィンガーが前記対応する移動可能なフィンガーのそばに
隣接し平行に位置付けされたことと、前記移動可能なフィンガーの前記所定位置からの移動に
基づいて信号を発生する、前記移動可能なフィンガーと
前記静止したフィンガーとに結合された回路と、を備えたことを特徴とするモノシリック検知器。
【請求項２４】表面を備えた半導体基板と、前記基板の前記表面から外側に延設する複数のポスト
と、複数の移動可能なフィンガーを備えた前記ポストから懸
下するブリッジと、前記基板にアンカされた電気的に伝導性の静止した複数
のフィンガーであって、該静止したフィンガーの各々が
前記移動可能なフィンガーの１つと対応し、前記移動可
能なフィンガーと前記対応する静止したフィンガーとが
対応する前記静止したフィンガーに対する前記移動可能
なフィンガーの相対的な移動により前記移動可能なフィ
ンガーと前記静止したフィンガーとの間のキャパシタン
スを変更するコンデンサを形成するように、これらの静
止したフィンガーは前記対応した移動可能なフィンガー
と相対的に位置付されることと、前記基板上に配置され、前記移動可能なフィンガーと前
記静止したフィンガーとに結合され、前記移動可能なフ
ィンガーと前記静止したフィンガーとの相対的位置に基
づいて信号を処理する回路と、を備えたことを特徴とするモノシリック・ミクロメカニ
カル・装置。
【請求項２５】表面を備えた半導体基板と、前記基板の前記表面から外側に延設する複数のポスト
と、前記ポストから懸下するブリッジであって、前記ブリッ
ジは、互いに概ね平行な複数の移動可能なフィンガーが
外側に延設する中心ビームを含み、前記基板にアンカされた互いに概ね平行な電気的に伝導
性の実質的に静止した複数のフィンガーであって、該静
止したフィンガーの各々が前記移動可能なフィンガーの
１つと対応し、前記移動可能なフィンガーと前記対応す
る静止したフィンガーとが対応する前記静止したフィン
ガーに対する前記移動可能なフィンガーの相対的な移動
により前記移動可能なフィンガーと前記静止したフィン
ガーとの間のキャパシタンスを変更するコンデンサを形
成するように、前記静止したフィンガーが前記対応した
移動可能なフィンガーと相対的に位置付され、前記基板に配置され、前記移動可能なフィンガーと前記
静止したフィンガーとに結合され、前記移動可能なフィ
ンガーと前記静止したフィンガーとの相対的位置付けに
基づいて信号を処理する回路と、を備えたことを特徴とするモノシリック・ミクロメカニ
カル・装置。
【請求項２６】表面を備えた半導体基板と、前記基板の前記表面から外側に延設する複数のポスト
と、前記ポストから懸下するブリッジであって、該ブリッジ
が複数の移動可能なフィンガーを備え、前記基板にアンカされた電気的に伝導性の複数の静止し
たフィンガーであって、該静止したフィンガーの各々が
前記移動可能なフィンガーの１つと対応し、前記移動可
能なフィンガーと前記対応する静止したフィンガーとが
コンデンサを形成するように、前記静止したフィンガー
が前記対応した移動可能なフィンガーと相対的に位置付
されること、を特徴とするモノシリック・キャパシタンス型・ミクロ
構造。
【請求項２７】前記移動可能なフィンガーが前記基板
の表面に関して横断するように移動可能であることを特
徴とする請求項２６に記載のモノシリック・キャパシタ
ンス型・ミクロ構造。
【請求項２８】表面を備えた半導体基板と、前記基板の前記表面から外側に延設する複数のポスト
と、前記ポストから懸下するブリッジであって、前記ブリッ
ジは、互いに概ね平行な複数の移動可能なフィンガーが
外側に延設する中心ビームを含み、前記基板にアンカされた概ね平行な電気的に伝導性の実
質的に静止したフィンガーであって、該静止したフィン
ガーの各々が前記移動可能なフィンガーの１つと対応
し、前記移動可能なフィンガーと前記対応する静止した
フィンガーとがコンデンサを形成するように、前記静止
したフィンガーが前記対応した移動可能なフィンガーと
相対的に位置付される、ことを特徴とするモノシリック・キャパシタンス型・ミ
クロ構造。
【請求項２９】表面を備えた半導体基板と、前記基板の前記表面から外側に延設された複数のポスト
と、前記ポストから懸下するブリッジであって、該ブリッジ
が前記基板の前記表面に関して前記基板の表面と平行に
移動する移動可能である素子を含み、前記移動可能な素子と静止した素子とがコンデンサを形
成するように、前記移動可能な素子に相対的に位置付さ
れる電気的に伝導性である前記静止した素子と、を備えることを特徴とするモノシリック・キャパシタン
ス型・ミクロ構造。
【請求項３０】加速度検知器を含むことを特徴とする
請求項２９に記載のモノシリック・キャパシタンス型・
ミクロ構造。
【請求項３１】前記半導体基板がシリコンから成り、
前記ブリッジがポリシリコンから成ることを特徴とする
請求項２９項に記載のモノシリック・キャパシタンス型
・ミクロ構造。
【請求項３２】キャパシタンス型・ミクロメカニカル
・検知器と、回路とを備え、該キャパシタンス型・ミクロメカニカル・検知器が、基板と、２つの差動コンデンサ、第１および第２のコンデンサで
あって、両方のコンデンサが１組の電極を有し、該各々
のコンデンサの該電極の１つが該基板に関して実質的に
静止しており、該各々のコンデンサの該電極の他のもの
が該基板の上に懸下し、該基板に関して移動可能である
ことを含み、該回路が、該検知器が該第１および第２の搬送波信号に応答して検
知器信号を発生するように、前記検知器のコンデンサに
互いに位相が１８０度ずれた第１および第２の搬送波信
号を適用する手段と、該検知器信号に応答し、前記移動可能な電極と前記静止
した電極との相対位置を表す出力信号を発生するレゾル
バーと、を含む、ことを特徴とする検知器。
【請求項３３】前記回路は閉ループ構成であり、前記
検知器が前記レゾルバーの出力信号に応答して前記コン
デンサの電極に力平衡電圧を適用する力平衡回路を備え
ることを特徴とする請求項３２に記載の検知器。
【請求項３４】前記力平衡回路が、前記各々のコンデ
ンサの第１の電極にＤＣ電圧を適用する手段と、前記出
力信号に応答して前記各々のコンデンサの第２の電極に
フィードバック電圧を適用する手段とを含むことを特徴
とする請求項３３に記載の検知器。
【請求項３５】前記レゾルバーが、前記第１および第２のコンデンサに結合された入力と、
出力とを有するバッファ増幅器と、前記バッファ増幅器の出力に結合された入力と、前記第
１及び第２のコンデンサの前記第２の電極に結合された
出力とを有する復調器であって、該復調器の出力が前記
第１および第２のコンデンサにフィードバックされるこ
とと、を備えることを特徴とする請求項３４に記載の検知器。
【請求項３６】前記回路が、オープンループ構成を有
することを特徴とする請求項３２に記載の検知器。
【請求項３７】前記レゾルバーが、前記第１および第２のコンデンサに接続された入力と、
出力とを有するバッファ増幅器と、前記バッファ増幅器の出力に結合された入力と、前記出
力信号を供給する出力とを有する復調器と、を備えることを特徴とする請求項３６に記載の検知器。
【請求項３８】前記回路が、前記基板の表面に構成さ
れたことを特徴とする請求項３２に記載の検知器。
【請求項３９】キャパシタンス型・加速度検知器の全
体的な感度を調節する方法において、該検知器が、第１および第２のコンデンサの移動可能な
電極と静止した電極とに結合され移動可能な電極の移動
に応答する速度を表す信号を発生するレゾルバー回路を
含み、前記第１および第２のコンデンサの各々は、第１および
第２の電極を有し、前記第１のコンデンサの第１の電極
が前記第２のコンデンサの前記第１の電極に電気的に結
合されて差動コンデンサを形成し、各々の該コンデンサにおいて、前記第１の電極の１つが
実質的に静止され、前記第２の電極が加えられた加速度
に応答して移動可能であり、これによって加速的な力が
前記移動可能な電極を前記実質的に静止した電極に相対
的に移動させ、各々の前記移動可能な電極と前記対応す
る実質的に静止した電極との間のキャパシタンスを変更
し、前記レゾルバー回路が、同一の振幅及び周波数と互いに１８０度ずれた位相の第
１および第２の正弦波信号の２つの正弦波信号を発生す
る手段と、前記第１の正弦波信号を前記第１のコンデンサに供給す
る手段と、前記第２の正弦波信号を前記第２のコンデンサに供給す
る手段と、前記第１および第２のコンデンサに結合された入力と、
出力とを有するバッファ増幅器と、前記バッファ増幅器の前記出力に結合された入力と、出
力とを有する復調器と、前記復調器の前記出力に結合された出力を有する出力増
幅器と、前記出力増幅器の前記出力に結合された第１の端子と、
第２の抵抗を介して前記コンデンサの前記第１の電極に
結合された第２の端子とを有する第１の抵抗と、を有
し、前記方法が、１）前記第１の抵抗の前記第２の端子に特定の電圧を供
給するステップと、２）前記１）のステップからの出力電圧を前記第１の抵
抗の前記第１の端子で測定するステップと、３）前記搬送波信号の振幅を変更することにより、前記
第２の電極の前記第１の電極に対する相対的な変位をシ
ュミレートするステップと、４）前記第１の抵抗の前記第1の端子で電圧変化結果△
Ｖ₀₁を測定するステップと、５）該４）ステップで測定された電圧の差に基づいて利
得因子Ｇを計算するステップと、６）ビーム共鳴周波数を測定するステップと、７）前記加速度検知器の前記コンデサの前記電極間のキ
ャパシタンスギャツプ値を計算するステップと、８）前記加速度検知器の初期感度を計算するステップ
と、９）特定の値に対する前記加速度検知器の全体的な最終
感度を設定するために前記初期の感度に基づいて前記レ
ゾルバー回路をトリミングするステップと、を備えることを特徴とするキャパシタンス型・加速度検
知器の全体的な感度を調節する方法。
【請求項４０】前記ステップ（３）が、前記搬送波を
等しい振幅を有するものから等しくない振幅を有するも
のに切換えることを含む請求項第３９に記載のキャパシ
タンス型・加速度検知器の全体的な感度を調節する方
法。
【請求項４１】前記ステップ（９）が、所定の加速度
値に応答して前記加速度計の全体的な出力電圧を決定す
ることを含む請求項４０に記載のキャパシタンス型・加
速度検知器の全体的な感度を調節する方法。