JPS6318272A - 圧電形加速度検出器 - Google Patents
圧電形加速度検出器Info
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- JPS6318272A JPS6318272A JP16242686A JP16242686A JPS6318272A JP S6318272 A JPS6318272 A JP S6318272A JP 16242686 A JP16242686 A JP 16242686A JP 16242686 A JP16242686 A JP 16242686A JP S6318272 A JPS6318272 A JP S6318272A
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- piezoelectric
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、圧電体の圧電効果を利用して加速度あるいは
機械的振動を検出する検出器に関するものである。
機械的振動を検出する検出器に関するものである。
（従来の技術）
従来から多く使用されている圧電形加速度検出器は、−
面をケースに固定した圧電体の他面に慣性質量を乗せた
構造を持つ。その加速度検出のメカニズムは、慣性質量
に加わった加速度に比例した力が圧電体表面に電荷を発
生させ、これを信号ケーブルでつながれたチャージアン
プで電圧信号に変換することで加速度を検出するもので
、その具体的構造は例えば特開昭５５−９５８７１号公
報、特開昭５８−１２３４６４号公報に記載されている
。
面をケースに固定した圧電体の他面に慣性質量を乗せた
構造を持つ。その加速度検出のメカニズムは、慣性質量
に加わった加速度に比例した力が圧電体表面に電荷を発
生させ、これを信号ケーブルでつながれたチャージアン
プで電圧信号に変換することで加速度を検出するもので
、その具体的構造は例えば特開昭５５−９５８７１号公
報、特開昭５８−１２３４６４号公報に記載されている
。
（発明が解決しようとする問題点）
ところでこのような加速度検出器において、圧電体とし
て用いられるジルコン・チタン酸鉛などのセラミックの
特性をそろえ、個々の部品を機械的に組み立てて検出器
を作るには高精度の機械加工、調整技術を必要とし、か
つ生産性もよくないことからどうしても高価になり、ま
た小形化にもＳ／Ｎの問題で限界がある等の問題点を有
している。さらにこの形式の検出器においては出力イン
ピーダンスが非常に高いため、その出力信号を信号ケー
ブルのキセノ５シタンスなどに影響されずにＳ／Ｎよく
検出するために高性能で高価なチャージアンプを必要と
するものであるが、このチャージアンプの問題点に関し
ては、例えば実開昭５７−２４５５１号公報、実開昭６
０−１０２６７４号公報等にあるように、高入力インピ
ーダンスアンプとしてＦＥＴを検出器のケースに内蔵し
て、検出器出力におけるＳ／Ｎをよくシ、外部のチャー
ジアンプを不要としたものが提案されているが、この場
合においても前記製造上の生産性の低さは解決されてお
らずかつ加速度検出器自体はＦＦＴを内蔵していないも
のよりさらに高価である。
て用いられるジルコン・チタン酸鉛などのセラミックの
特性をそろえ、個々の部品を機械的に組み立てて検出器
を作るには高精度の機械加工、調整技術を必要とし、か
つ生産性もよくないことからどうしても高価になり、ま
た小形化にもＳ／Ｎの問題で限界がある等の問題点を有
している。さらにこの形式の検出器においては出力イン
ピーダンスが非常に高いため、その出力信号を信号ケー
ブルのキセノ５シタンスなどに影響されずにＳ／Ｎよく
検出するために高性能で高価なチャージアンプを必要と
するものであるが、このチャージアンプの問題点に関し
ては、例えば実開昭５７−２４５５１号公報、実開昭６
０−１０２６７４号公報等にあるように、高入力インピ
ーダンスアンプとしてＦＥＴを検出器のケースに内蔵し
て、検出器出力におけるＳ／Ｎをよくシ、外部のチャー
ジアンプを不要としたものが提案されているが、この場
合においても前記製造上の生産性の低さは解決されてお
らずかつ加速度検出器自体はＦＦＴを内蔵していないも
のよりさらに高価である。
本発明はこのような問題点を解決することを目的とした
もので、超小形で製品品質が安定しかつ生産性がよく安
価な加速度検出器を提供するものである。
もので、超小形で製品品質が安定しかつ生産性がよく安
価な加速度検出器を提供するものである。
（問題点を解決するための手段）
本発明の加速度検出器は、基体に接合したＭＯＳ−ＦＥ
Ｔのゲート酸化膜上に、直接に又はゲート電極を介して
間接に、圧電体を接合し、この圧電体の表面に慣性質量
体を接合したものとする。
Ｔのゲート酸化膜上に、直接に又はゲート電極を介して
間接に、圧電体を接合し、この圧電体の表面に慣性質量
体を接合したものとする。
（作用）
これによれば、加速度又は振動が慣性質量体に加わると
、圧電体に、慣性質量体側の面を一極とし、ゲート酸化
膜側の面をもう一極とする電荷が誘起される。すなわち
圧電体が、加速度又は振動の強さに対応する電圧を発生
する。これし：よる電界がゲート酸化膜に接するチャン
ネル（ソースとドレイン間の半導体Ｎ）の表面（すなわ
ちゲート酸化膜直下）に電荷を誘起し該チャンネルのコ
ンダクタンスがこの電荷に対応した値となる。すなわち
、圧電体の、加速度又は振動に対応した発生電荷が、電
気リードを介することなく直接にＭＯＳ −ＦＥＴのチ
ャンネルに作用し、！’ＩＯ３−ＦＥＴのソース／ドレ
イン間のコンダクタンスが該発生電荷に対応した値とな
る。
、圧電体に、慣性質量体側の面を一極とし、ゲート酸化
膜側の面をもう一極とする電荷が誘起される。すなわち
圧電体が、加速度又は振動の強さに対応する電圧を発生
する。これし：よる電界がゲート酸化膜に接するチャン
ネル（ソースとドレイン間の半導体Ｎ）の表面（すなわ
ちゲート酸化膜直下）に電荷を誘起し該チャンネルのコ
ンダクタンスがこの電荷に対応した値となる。すなわち
、圧電体の、加速度又は振動に対応した発生電荷が、電
気リードを介することなく直接にＭＯＳ −ＦＥＴのチ
ャンネルに作用し、！’ＩＯ３−ＦＥＴのソース／ドレ
イン間のコンダクタンスが該発生電荷に対応した値とな
る。
この加速度検出器は、従来別々に組み立てていた圧電体
の部分とＦＥＴの部分を一体化した構造であるので、従
来の、圧電体とＦＥＴなどの電気処理回路要素との電気
リード接続の、リード線および接続工程が省略となるな
ど、製造工程数が低減すると共に小形化と製造コストの
低減が達成される。また、圧電体の発生電圧は一般に高
いが、従来はそれに接続された電気リードにおける、浮
遊容量やリーク等により電圧低下が大きく、発生電圧が
変動し易い。本発明の加速度検出器では、電気リードを
介さずに圧電体の発生電圧が直接にＦＥＴのゲートに作
用するので、検出信号の変動が低減する。したがって圧
電体は発生電圧が比較的に低い、極く小形のものにし得
る。
の部分とＦＥＴの部分を一体化した構造であるので、従
来の、圧電体とＦＥＴなどの電気処理回路要素との電気
リード接続の、リード線および接続工程が省略となるな
ど、製造工程数が低減すると共に小形化と製造コストの
低減が達成される。また、圧電体の発生電圧は一般に高
いが、従来はそれに接続された電気リードにおける、浮
遊容量やリーク等により電圧低下が大きく、発生電圧が
変動し易い。本発明の加速度検出器では、電気リードを
介さずに圧電体の発生電圧が直接にＦＥＴのゲートに作
用するので、検出信号の変動が低減する。したがって圧
電体は発生電圧が比較的に低い、極く小形のものにし得
る。
（実施例）
以下図示の実施例にもとずいて本発明の詳細な説明する
。第１図は本発明の一実施例の要部の断面図である。第
１図において、１０がＭＯＳ−ＦＥＴ、２０が圧電体、
３０が慣性質量体である。
。第１図は本発明の一実施例の要部の断面図である。第
１図において、１０がＭＯＳ−ＦＥＴ、２０が圧電体、
３０が慣性質量体である。
４０は検出器ケース、５０は検出器基体である。
ＭＯＳ−ＦＥＴ １０は、半導体基板１１．ソース電
極１６．ドレイン電極１７．ゲート酸化膜１５およびゲ
ート電極１４を有する。これらの部分は、典型的な’ｖ
１０ Ｓ −Ｆ Ｅ Ｔの構造をなすものであり、従来
より公知のＭＯＳＩ造プロセスで作られたものである。
極１６．ドレイン電極１７．ゲート酸化膜１５およびゲ
ート電極１４を有する。これらの部分は、典型的な’ｖ
１０ Ｓ −Ｆ Ｅ Ｔの構造をなすものであり、従来
より公知のＭＯＳＩ造プロセスで作られたものである。
すなわち、Ｐ型Ｓｔ基板１１に、ｎ“ のソース領域１
２およびドレイン領域１３を、拡散操作によって形成し
、これらのｎ＋領領域上に金属を蒸着して、これにソー
ス電極１６およびドレイン電極１７を接合し、ソース電
極１６とドレイン電ｌ１１７の間のＰ型半導体の表面に
０．１〜１．０μｍ程度の厚さの酸化薄膜５ｉ０２を作
る。これがゲート酸化膜１５である。この酸化薄膜の上
に金属を蒸着してゲート電極１４としている。これは典
型的なＭＯＳ−ＦＥＴである。
２およびドレイン領域１３を、拡散操作によって形成し
、これらのｎ＋領領域上に金属を蒸着して、これにソー
ス電極１６およびドレイン電極１７を接合し、ソース電
極１６とドレイン電ｌ１１７の間のＰ型半導体の表面に
０．１〜１．０μｍ程度の厚さの酸化薄膜５ｉ０２を作
る。これがゲート酸化膜１５である。この酸化薄膜の上
に金属を蒸着してゲート電極１４としている。これは典
型的なＭＯＳ−ＦＥＴである。
この実施例の特徴は、このＭＯＳ−ＦＥＴ１０のゲート
電極１４を有する面上に圧電体膜２０と慣性質量体３０
を付加して慣性質量体３〇−圧電体膜２〇−酸化膜１５
−半導体１１の多層構造としたことにある。ＭＯＳ−Ｆ
ＥＴ １０の、ゲート電極１４を有する面上に圧電体
膜２０を被着させる方法としては、圧電性セラミック（
ＺｎＯやＰｂＴｉ０ａなど）をスパッタリングして薄膜
を形成するか、あるいは圧電性高分子膜（ポリフッ化ビ
リニデンなど）を接着する方法がある。スパッタリング
では数μ層厚までの圧電性セラミックの薄膜を形成する
ことが可能で、焼結し分極処理を施した圧電性セラミッ
クを機械加工するよりも、膜厚や圧電特性を比較的容易
にコントロールでき生産性がよい。また圧電性高分子膜
は数μｍ〜数＋μｍのものを簡単し；入手でき、一般し
；圧電性セラミックに比べ圧電定数は小さいが、比誘電
率が２桁程度１弾性率も１〜２術小さいため、電圧感度
がよくかつ軟かいので半導体基板への機械的な負担が少
なく加工がやりやすい等の利点を持つ。
電極１４を有する面上に圧電体膜２０と慣性質量体３０
を付加して慣性質量体３〇−圧電体膜２〇−酸化膜１５
−半導体１１の多層構造としたことにある。ＭＯＳ−Ｆ
ＥＴ １０の、ゲート電極１４を有する面上に圧電体
膜２０を被着させる方法としては、圧電性セラミック（
ＺｎＯやＰｂＴｉ０ａなど）をスパッタリングして薄膜
を形成するか、あるいは圧電性高分子膜（ポリフッ化ビ
リニデンなど）を接着する方法がある。スパッタリング
では数μ層厚までの圧電性セラミックの薄膜を形成する
ことが可能で、焼結し分極処理を施した圧電性セラミッ
クを機械加工するよりも、膜厚や圧電特性を比較的容易
にコントロールでき生産性がよい。また圧電性高分子膜
は数μｍ〜数＋μｍのものを簡単し；入手でき、一般し
；圧電性セラミックに比べ圧電定数は小さいが、比誘電
率が２桁程度１弾性率も１〜２術小さいため、電圧感度
がよくかつ軟かいので半導体基板への機械的な負担が少
なく加工がやりやすい等の利点を持つ。
この実施例に本発明をするものではないが、第１図に示
す実施例では、圧電性高分子膜２０を用いて本発明を実
現した。前述のＭＯＳ−ＦＥＴ１０のゲート電極１４の
上に数μｍ厚のエポキシ系接着材で約３０μｍ厚の圧電
性高分子膜（ポリフッ化ビニリデン）２０を接着し、さ
らに、その厚みはその下部にある圧電体膜２０やゲート
酸化膜１５の厚みに比べ十分に大きく加速度検出用の慣
性質量体として働くようにした銅片３０を接着しこの銅
片３０を細いリード線３１で基体５０の導体部へ電気的
に接続し慣性質量体３０も基準（アース）電位としてい
る。そしてこれらを一体的に一点鎖線でしめずアルミニ
ウム製のケース４０に納めている。
す実施例では、圧電性高分子膜２０を用いて本発明を実
現した。前述のＭＯＳ−ＦＥＴ１０のゲート電極１４の
上に数μｍ厚のエポキシ系接着材で約３０μｍ厚の圧電
性高分子膜（ポリフッ化ビニリデン）２０を接着し、さ
らに、その厚みはその下部にある圧電体膜２０やゲート
酸化膜１５の厚みに比べ十分に大きく加速度検出用の慣
性質量体として働くようにした銅片３０を接着しこの銅
片３０を細いリード線３１で基体５０の導体部へ電気的
に接続し慣性質量体３０も基準（アース）電位としてい
る。そしてこれらを一体的に一点鎖線でしめずアルミニ
ウム製のケース４０に納めている。
第１図に示す検出器による加速度検出のメカニズムを説
明する。これは周知のＭＯＳ ＦＥＴの動作と基本的
には同じであるものの、ＦＥＴのゲート電圧の代りに圧
電効果で発生した電荷をソース、ドレイン間のチャンネ
ルの制御に直接利用するところが異なる。まず慣性質量
体３０に加速度が加わると圧電体膜２０に応力が加わり
、圧電効果により圧電体膜２０の、ゲート酸化膜１５側
の面にその応力に比例した電荷が発生する。圧電体膜２
０の、質量体３０側の面を、質量体３０およびリードを
介して基体の基準電位（アース）導体に接続しているの
で、圧電体膜２０の、ゲート酸化膜１５側の面の電位が
、前記応力に比例したものとなる。この電荷により、ゲ
ート酸化膜１５中に電界が発生し、そのためその終端に
続いている半導体基板１１の酸化膜１５側界面に自由電
子が誘導されて、ソース領域１２とドレイン領域１３の
間に電流の流れるチャンネルができ、圧電体膜２０の電
荷量が変化すると、このチャンネル幅が変化しソース〜
ドレイン間のコンダクタンスが変わる。
明する。これは周知のＭＯＳ ＦＥＴの動作と基本的
には同じであるものの、ＦＥＴのゲート電圧の代りに圧
電効果で発生した電荷をソース、ドレイン間のチャンネ
ルの制御に直接利用するところが異なる。まず慣性質量
体３０に加速度が加わると圧電体膜２０に応力が加わり
、圧電効果により圧電体膜２０の、ゲート酸化膜１５側
の面にその応力に比例した電荷が発生する。圧電体膜２
０の、質量体３０側の面を、質量体３０およびリードを
介して基体の基準電位（アース）導体に接続しているの
で、圧電体膜２０の、ゲート酸化膜１５側の面の電位が
、前記応力に比例したものとなる。この電荷により、ゲ
ート酸化膜１５中に電界が発生し、そのためその終端に
続いている半導体基板１１の酸化膜１５側界面に自由電
子が誘導されて、ソース領域１２とドレイン領域１３の
間に電流の流れるチャンネルができ、圧電体膜２０の電
荷量が変化すると、このチャンネル幅が変化しソース〜
ドレイン間のコンダクタンスが変わる。
すなわち加速度を慣性質量体３０が力とし、それを圧電
体２０が電荷に変え、発生した電荷は直接ソース１２〜
ドレイン１３間のコンダクタンスを操作する、というよ
うなメカニズムで加速度を検出するわけである。
体２０が電荷に変え、発生した電荷は直接ソース１２〜
ドレイン１３間のコンダクタンスを操作する、というよ
うなメカニズムで加速度を検出するわけである。
なお、第１図に示す実施例では、ゲート酸化膜１５と圧
電体２０の間に、従来のゲート電極１４をそのまま形成
しているが、このゲート電極１４を省略して、圧電体２
０の一端面を直接にゲート酸化膜１５に接合してもよい
。
電体２０の間に、従来のゲート電極１４をそのまま形成
しているが、このゲート電極１４を省略して、圧電体２
０の一端面を直接にゲート酸化膜１５に接合してもよい
。
（発明の効果）
以上述べたように本発明になる加速度検出器は、Ｍ Ｏ
Ｓ −Ｆ Ｅ Ｔと圧電体を一体化しこれに慣性質量体
を接合した構造としたもので次のような効果が挙げられ
る。
Ｓ −Ｆ Ｅ Ｔと圧電体を一体化しこれに慣性質量体
を接合した構造としたもので次のような効果が挙げられ
る。
（１）加わった加速度によって圧電体の電荷が直接ＦＥ
Ｔのソースとドレイン間のチャンネル幅をコントロール
するため、Ｓ／Ｎがよい。
Ｔのソースとドレイン間のチャンネル幅をコントロール
するため、Ｓ／Ｎがよい。
（２）小形化できる。
（３）ＭＯＳ半導体製造技術を利用して極めて能率的に
製造できるため安価にできる。
製造できるため安価にできる。
第１図は本発明の一実施例の主要部の構造を示す断面図
である。 １０ ： ＭＯＳ−ＦＥＴ １１ ：半導体
基板１２：ソース領域 １３ニドレイン領域１４
：ゲート電極 １５：ゲート酸化膜１６：ソース
電極 １７：ドレイン電極２０：圧電体膜（圧電
体）３０：銅片（慣性質量体）３１：リード線
４０：ケース５０：基体
である。 １０ ： ＭＯＳ−ＦＥＴ １１ ：半導体
基板１２：ソース領域 １３ニドレイン領域１４
：ゲート電極 １５：ゲート酸化膜１６：ソース
電極 １７：ドレイン電極２０：圧電体膜（圧電
体）３０：銅片（慣性質量体）３１：リード線
４０：ケース５０：基体
Claims (1)
- 基体に接合したＭＯＳ−ＦＥＴ、このＭＯＳ−ＦＥＴ
のゲート酸化膜上に、直接に又はゲート電極を介して間
接に、接合した圧電体、および、この圧電体の表面に接
合した慣性質量体、を備える圧電形加速度検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16242686A JPS6318272A (ja) | 1986-07-10 | 1986-07-10 | 圧電形加速度検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16242686A JPS6318272A (ja) | 1986-07-10 | 1986-07-10 | 圧電形加速度検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6318272A true JPS6318272A (ja) | 1988-01-26 |
Family
ID=15754379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16242686A Pending JPS6318272A (ja) | 1986-07-10 | 1986-07-10 | 圧電形加速度検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6318272A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03231158A (ja) * | 1990-02-06 | 1991-10-15 | Honda Motor Co Ltd | 半導体センサ |
| US5279162A (en) * | 1988-09-02 | 1994-01-18 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Semiconductor sensor |
| US20130187201A1 (en) * | 2012-01-25 | 2013-07-25 | Infineon Technologies Ag | Sensor Device and Method |
-
1986
- 1986-07-10 JP JP16242686A patent/JPS6318272A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5279162A (en) * | 1988-09-02 | 1994-01-18 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Semiconductor sensor |
| JPH03231158A (ja) * | 1990-02-06 | 1991-10-15 | Honda Motor Co Ltd | 半導体センサ |
| US20130187201A1 (en) * | 2012-01-25 | 2013-07-25 | Infineon Technologies Ag | Sensor Device and Method |
| US9728652B2 (en) * | 2012-01-25 | 2017-08-08 | Infineon Technologies Ag | Sensor device and method |
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