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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrostatisch in Schwingungen versetzbare Anordnung wie einen elektrostatisch in Schwingungen versetztbaren Winkelgeschwindigkeitssensor oder ein elektrostatisch in Schwingungen versetztbares Betätigungs- bzw. Stellglied (actuator), welches einen Oszillator aufweist, der durch elektrostatische Kräfte in Schwingungen versetzt wird.
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Beispielsweise wurde ein elektrostatisch in Schwingungen versetzter Winkelgeschwindigkeitssensor, welcher beispielsweise durch Ätzen eines Halbleitersubstrats zur Bildung eines Sockels bzw. einer Basis (base), eines Oszillators und von Ansteuerungs- oder Ansteuerungselektroden (driving electrodes) zum Ansteuern bzw. erregen (driving) des Oszillators hergestellt wird, als die elektrostatisch in Schwingungen versetzte Anordnung vorgeschlagen (vergleiche beispielsweise die
JP 2003-511684 A , welche der
US 6470748 B1 entspricht, oder die
JP 2001-91265 A , welche der
US 6450033 B1 entspricht).
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Bei dem elektrostatisch in Schwingungen versetzten Winkelgeschwindigkeitssensor wird der Oszillator durch die Ansteuerungselektroden angesteuert, um eine Ansteuerungsoszillation bzw. Erregungsoszillation (drive oscillation) in einer vorbestimmten Richtung zu erzeugen. Wenn in diesem Oszillationszustand eine Winkelgeschwindigkeit aufgebracht wird, wird der Oszillator ebenfalls in einer rechtwinkligen bzw. senkrechten Richtung in Schwingungen versetzt, welche senkrecht zu der vorbestimmten Richtung der Ansteuerungsoszillation verläuft, um infolge der Erzeugung einer Coriolis-Kraft eine Messoszillation (measurement oscillation) zu erzeugen. Durch die Messung dieser Messoszillation in der rechtwinkligen Richtung wird der Grad der Winkelgeschwindigkeit festgestellt.
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Insbesondere wird in dem elektrostatisch in Schwingungen versetzten Winkelgeschwindigkeitssensor der Oszillator durch die elektrostatischen Kräfte in Schwingungen versetzt. Insbesondere sind flache Elektroden oder gezahnte bzw. mit Zinken versehene Elektroden an linken bzw. rechten Seiten des Oszillators vorgesehen. Eine vorbestimmte Spannung wird dem Oszillator aufgebracht, und es werden zwei Spannungen, welche entgegengesetzte Phasen aufweisen, den linken und rechten Elektroden derart aufgebracht, dass der Oszillator in Schwingungen versetzt wird.
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Jedoch tritt in dem vorhergehend vorgeschlagenen elektrostatisch in Schwingungen versetzten Winkelgeschwindigkeitssensor lediglich eine kleine Ansteuerungskraft auf, welche einer Differenz zwischen einer Anziehungskraft der linken Ansteuerungselektrode und einer Anziehungskraft der rechten Ansteuerungselektrode entspricht. Somit ist die Effizienz des Sensors nicht hoch. Dieser Punkt wird genauer unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
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10 zeigt eine schematische Draufsicht, welche eine Struktur eines vorhergehend vorgeschlagenen elektrostatisch in Schwingungen versetzten Winkelgeschwindigkeitssensors darstellt, d. h., einer vorhergehend vorgeschlagenen elektrostatisch in Schwingungen versetzten Anordnung.
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Bei der Herstellung eines derartigen Winkelgeschwindigkeitssensors wird eine SOI-Platte (silicon-on-insulator board, Silizium-auf-Isolator-Platte), welche zwei Siliziumplatten enthält, die durch einen Oxidfilm verbunden sind, unter Verwendung einer bekannten Halbleiterverarbeitungstechnologie verarbeitet.
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Ein Oszillator 30 wird auf einem Sockel bzw. einer Basis (base) 20 durch Ansteuerungs- bzw. Erregungsbrücken (driving bridges) 33 gesichert. Die Ansteuerungsbrücken 33 sind entsprechend 10 in einer x-Richtung elastisch deformierbar. Gezahnte Ansteuerungselektroden 40, 41 sind an dem Sockel 20 gesichert. Die Ansteuerungselektroden 40, 41 bringen dem Oszillator 30 elektrostatische Kräfte auf, um den Oszillator 30 zu anzusteuern bzw. zu erregen und dadurch die Ansteuerungsoszillation des Oszillators 30 in der x-Richtung zu erzeugen. Die Ansteuerungselektroden 40, 41 enthalten erste und zweite Ansteuerungselektroden 40, 41. In 10 sind die ersten und zweiten Ansteuerungselektroden 40, 41 auf der linken bzw. rechten Seite des Oszillators 30 vorgesehen, um einander in der x-Richtung gegenüberzuliegen.
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Des Weiteren ist in 10 eine Abtastmasse (sensing mass) 32 in der Mitte des Oszillators 30 angeordnet. Die Abstastmasse 32 ist mit dem Rest des Oszillators 30 durch Abtastbrücken (sensing bridges) 34 verbunden, welche in einer y-Richtung elastisch deformierbar sind. Zwei Abtastelektroden 50 sind an dem Sockel 20 an zwei Orten jeweils gesichert, welche der Abtastmasse 32 gegenüberliegen.
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Bei dem in 10 dargestellten elektrostatisch in Schwingungen versetzten Winkelgeschwindigkeitssensor wird eine vorbestimmte Spannung dem Oszillator 30 angelegt, und es werden zwei alternierende bzw. zwei Wechselspannungen (Ansteuerungssignale), welche entgegengesetzte Phasen aufweisen, der linken bzw. rechten Ansteuerungselektrode 40, 41 angelegt. Als Ergebnis wird der Oszillator 30 durch die Ansteuerungsbrücken 33 angesteuert, um die Ansteuerungsoszillation des Oszillators 30 in der x-Richtung zu erzeugen.
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Insbesondere wird die vorbestimmte Spannung V0 von einer Gleichspannungsquelle (DC-Spannungsquelle) 110 dem Oszillator 30 angelegt. Durch Verwendung einer Wechselspannungsquelle (AC-Spannungsquelle) 100 und eines Inverters 120 wird die Wechselspannung V1 der ersten Ansteuerungselektrode 40 angelegt, und es wird die Wechselspannung V2, welche eine Phase entgegengesetzt zu der Phase der Wechselspannung V1 aufweist, der zweiten Ansteuerungselektrode 41 angelegt.
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Somit wird die elektrostatische Anziehungskraft F1 zwischen der ersten Ansteuerungselektrode 40 und dem Oszillator 30 ausgeübt, und es wird die elektrostatische Anziehungskraft F2 zwischen der zweiten Elektrode 41 und dem Oszillator 30 ausgeübt. Die elektrostatische Kraft F1, welche zwischen der ersten Ansteuerungselektrode 40 und dem Oszillator 30 ausgeübt wird, wird durch F1∝|V0 – V1 ausgedrückt. Ähnlich wird die elektrostatische Kraft F2, welche zwischen der zweiten Ansteuerungselektrode 41 und dem Oszillator 30 ausgeübt wird, durch F2∝|V0 – V2| ausgedrückt.
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Eine Differenz (F1 – F2) zwischen der elektrostatischen Anziehungskraft F1 und der elektrostatischen Anziehungskraft F2 wird als Ansteuerungskraft zum Erzeugen der Ansteuerungsoszillation des Oszillators 30 in der x-Richtung verwendet.
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In dem obigen Zustand, bei welchem der Oszillator 30 angesteuert wird, um die Ansteuerungsoszillation zu erzeugen, wenn eine Winkelgeschwindigkeit Ω um eine z-Achse entsprechend 10 aufgebracht wird, wird die Coriolis-Kraft in dem Oszillator 30 in der y-Richtung erzeugt. Somit wird die Abtastmasse 32 des Oszillators 30, welche von den Abtastbrücken 34 getragen wird, in der y-Richtung durch die Coriolis-Kraft in Schwingungen versetzt, um die Messoszillation zu erzeugen.
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Die Kapazität zwischen jeder Abtastelektrode 50 und der Abtastmasse 32 ändert sich infolge der Messoszillation. Die Änderung der Kapazität wird durch den entsprechenden C/V-Wandler 130 gemessen, um den Grad der Winkelgeschwindigkeit festzustellen.
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Wenn der Oszillator 30 auf die oben beschriebene Weise angesteuert wird, um die Ansteuerungsoszillation zu erzeugen, kann die Winkelgeschwindigkeit Ω gemessen werden. Jedoch wird wie oben beschrieben lediglich die kleine Differenz (F1 – F2) zwischen den elektrostatischen Anziehungskräften F1, F2 zur Ansteuerung des Oszillators 30 verwendet. Somit ist die Effizienz der Ansteuerungsoszillation nicht hoch.
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Der obige Nachteil ist nicht spezifisch für den elektrostatisch in Schwingungen versetzten Winkelgeschwindigkeitssensor, es wird ihm jedoch gemeinsam entgegengetreten, wenn die Effizienz der Ansteuerungsoszillation, d. h., die Amplitude der Ansteuerungsoszillation, in den elektrostatisch in Schwingungen versetzten Anordnungen erhöht werden muss, welche den obigen Oszillator und die Ansteuerungselektroden aufweisen.
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Des weiteren ist die Coriolis-Kraft proportional zu der Oszillationsgeschwindigkeit der Ansteuerungsoszillation des Oszillators 30. Somit muss die Oszillationsgeschwindigkeit der Ansteuerungsoszillation des Oszillators 30 erhöht werden, um die Empfindlichkeit der Winkelgeschwindigkeit zu erhöhen und dadurch die Winkelgeschwindigkeit genau abzutasten. Um dieses Ziel zu erreichen, muss die Anzahl der Elektrodenzähne bzw. -zinken. (electrode teeth) jeder Ansteuerungselektrode erhöht werden, um die Ansteuerungskraft, d. h. die elektrostatische Kraft, zu erhöhen. Beispielsweise sollte in dem Fall des in 10 dargestellten Sensors die Anzahl der Elektrodenzähne jeder Ansteuerungselektrode 40, 41 erhöht werden.
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Wenn jedoch die Anzahl der Elektrodenzähne jeder Ansteuerungselektrode einfach erhöht wird, wird die Größe der Platte des Sensors unvorteilhaft erhöht. Um diesem Nachteil zu begegnen, hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung einen Prototypen eines elektrostatisch in Schwingungen versetzten Winkelgeschwindigkeitssensors hergestellt.
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Der Sensor des Prototyps entsprechend 11 wird durch Bilden zweier Rahmen 131 in dem linken bzw. rechten Teil des Oszillators 30 des Sensors des Prototyps von 10 hergestellt.
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Entsprechend 11 wird ein Abschnitt jeder Ansteuerungselektrode 140, 141, welche auf einem Sockel 320 gesichert ist, innerhalb des entsprechenden Rahmens 139 platziert, um einen Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt 160 zu bilden. Ein gezahnter Ansteuerungselektrodenabschnitt 140b, 141b wird jedem Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt 160 bereitgestellt, welcher von dem entsprechenden Rahmen 131 umgeben ist.
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D. h., jede Ansteuerungselektrode 140, 141 des zweiten Prototypsensors besitzt das gezahnte erste Ansteuerungselektrodenteil 140a, 141a und das gezahnte zweite Ansteuerungselektrodenteil 140b, 141b. Das erste Ansteuerungselektrodenteil 140a, 141a liegt der entsprechenden Außenseite des Oszillators 330 gegenüber, und das zweite Ansteuerungselektrodenteil 140b, 141b wird dem entsprechenden Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt 160 bereitgestellt und liegt der Innenseite des entsprechenden Rahmens 131 gegenüber.
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Wenn der Oszillator 330 gebildet wird, um die Rahmen 131 zu besitzen, und das gezahnte Ansteuerungselektrodenteil 140b, 141b zusätzlich innerhalb jedes Rahmens 131 vorgesehen ist, ist es möglich, die Anzahl der Elektrodenzähne zu erhöhen, um den insgesamt wirksamen Elektrodenoberflächenbereich zu erhöhen, welcher die Ansteuerungsoszillation des Oszillators 330 unterstützt. Infolge des Ansteigens der Anzahl der Elektrodenzähne, welches durch die zusätzlichen zweiten Ansteuerungselektrodenteile 140b, 141b ermöglicht wird, sollte die elektrostatische Kraft erhöht werden, welche dem Oszillator 330 aufgebracht wird.
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Jedoch wird in dem Fall der in 11 dargestellten Struktur eine entgegengesetzte elektrostatische Kraft, welche in einer Richtung entgegengesetzt zu der elektrostatischen Ansteuerungskraft ausgeübt wird, welche beim Erzeugender Ansteuerungsoszillation des Oszillators 330 verwendet wird, in jedem Raum (welcher hiernach als Rückseitenraum bzw. Rückseitenoberflächenraum (back surface side space) bezeichnet) 170 ausgeübt. Der Rückseitenraum 170 ist definiert zwischen einer Rückseite 160a jedes Rahmeninnenseitensicherungsabschnitts 160, welcher gegenüber den Zähnen des entsprechenden zweiten Steuerungselektrodenteils 140b, 141b des Rahmeninnenseitensicherungsabschnitts 160 liegt, und der Innenseite des Rahmens 131, welche der Rückseite 160a gegenüberliegt.
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Obwohl die Anzahl der Elektrodenzähne erhöht ist, ist somit die Ansteuerungskraft nicht proportional zu der Anzahl der Elektrodenzähne erhöht, so dass die Oszillationsgeschwindigkeit der Ansteuerungsoszillation des Oszillators 330 nicht proportional erhöht ist. Der obige Nachteil ist für den elektrostatisch in Schwingungen versetzten Winkelgeschwindigkeitssensor nicht spezifisch, es wird ihm jedoch gemeinsam begegnet, wenn die Ansteuerungskraft in den elektrostatisch in Schwingungen versetzten Anordnungen erhöht werden muss, welche den Oszillator aufweisen, der den Rahmen enthält, welcher den gezahnten Elektrodenabschnitt umgibt.
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Die vorliegende Erfindung ist auf die obigen Nachteile gerichtet. Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrostatisch in Schwingungen versetzbare Anordnung zu schaffen, bei welcher eine Ansteuerungskraft für eine Oszillation eines Oszillators erhöht ist, während ein Ansteigen der Größe der elektrostatisch in Schwingungen versetzbaren Anordnung minimiert ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine elektrostatisch in Schwingungen versetzbare Anordnung gemäß Anspruch 1.
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Demgemäß wird eine elektrostatisch in Schwingungen versetzbare Anordnung geschaffen, welche einen Sockel bzw. eine Basis, einen Oszillator und erste und zweite Ansteuerungselektroden enthält. Der Oszillator ist relativ zu dem Sockel beweglich. Ebenfalls kann der Oszillator in einer vorbestimmten Richtung oszillieren. Die ersten und zweiten Ansteuerungselektroden sind an dem Sockel gesichert und bringen dem Oszillator eine elektrostatische Kraft auf, um eine Ansteuerungsoszillation des Oszillators in der vorbestimmten Richtung zu erzeugen. Die ersten und zweiten Ansteuerungselektroden sind auf einer ersten bzw. zweiten Seite des Oszillators angeordnet, welche in einer vorbestimmten Richtung einander gegenüberliegen. Zur Zeit der Ansteuerungsoszillation des Oszillators ist eine vorbestimmte elektrische Ladung in dem Oszillator akkumuliert bzw. gespeichert, und es werden elektrische Ladungen entgegengesetzter Polaritäten in der ersten bzw. zweiten Ansteuerungselektrode alternierend und periodisch akkumuliert, um eine Anziehungskraft zwischen dem Oszillator und einer entsprechenden der ersten und zweiten Ansteuerungselektroden auszuüben, und um ebenfalls eine abstoßende Kraft zwischen dem Oszillator und der anderen der ersten und zweiten Ansteuerungselektroden auszuüben.
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Entsprechend einem erläuternden Beispiel wird eine elektrostatisch in Schwingungen versetzbare Anordnung geschaffen, welche einen Sockel, einen Oszillator, erste und zweite Ansteuerungselektroden, wenigstens einen Hilfs- bzw. Ersatzabschnitt für die erste Ansteuerungselektrode (first driving electrode side dummy portion) und wenigstens eine Hilfs- bzw. Ersatzelektrode für die zweite Ansteuerungselektrode enthält. Der Oszillator ist relativ zum Sockel beweglich. Der Oszillator kann ebenfalls in einer vorbestimmten Richtung oszillieren und enthält erste und zweite Rahmen, die nacheinander in der vorbestimmten Richtung angeordnet sind. Erste und zweite Ansteuerungselektroden sind an dem Sockel gesichert und bringen dem Oszillator eine elektrostatische Kraft auf, um eine Oszillation des Oszillators in der vorbestimmten Richtung anzusteuern. Die ersten und zweiten Ansteuerungselektroden sind an einer ersten bzw. zweiten Seite des Oszillators angeordnet, welche einander in einer vorbestimmten Richtung gegenüberliegen. Die erste Ansteuerungselektrode enthält einen primären Ansteuerungselektrodenabschnitt (primary driving electrode portion), einen Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt und einen sekundären Ansteuerungselektrodenabschnitt. Der primäre Ansteuerungselektrodenabschnitt liegt einem Außenrandgebietsabschnitt einer ersten Seite (first side outer peripheral portion) des Oszillators in der vorbestimmten Richtung gegenüber. Der Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt ist an dem Sockel gesichert und erstreckt sich von dem primären Ansteuerungselektrodenabschnitt der ersten Ansteuerungselektrode in den ersten Rahmen. Der sekundäre Ansteuerungselektrodenabschnitt ist für den Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt der ersten Ansteuerungselektrode vorgesehen, um einem Innenrandgebietsabschnitt (inner peripheral portion) des ersten Rahmens in der vorbestimmten Richtung gegenüberzuliegen. Die zweite Ansteuerungselektrode enthält einen primären Ansteuerungselektrodenabschnitt, einen Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt und einen sekundären Ansteuerungselektrodenabschnitt. Der primäre Ansteuerungselektrodenabschnitt liegt einem Außenrandgebietsabschnitt einer zweiten Seite des Oszillators in der vorbestimmten Richtung gegenüber. Der Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt der zweiten Ansteuerungselektrode ist an dem Sockel gesichert und erstreckt sich von dem primären Ansteuerungselektrodenabschnitt der zweiten Ansteuerungselektrode in den zweiten Rahmen. Der sekundäre Ansteuerungselektrodenabschnitt ist für den Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt der zweiten Ansteuerungselektrode vorgesehen, um einem Innenrandgebietsabschnitt des zweiten Rahmens in der vorbestimmten Richtung gegenüberzuliegen. Der wenigstens eine Ersatzabschnitt für die erste Ansteuerungselektrode ist innerhalb des ersten Rahmens zwischen dem äußeren Randgebietsabschnitt der ersten Seite des Oszillators und dem sekundären Ansteuerungselektrodenabschnitt der ersten Ansteuerungselektrode in der vorbestimmten Richtung positioniert und besitzt ein elektrisches Potential, welches sich in einem floatenden bzw. schwimmenden Zustand befindet oder gleich demjenigen des ersten Rahmens ist. Der wenigstens eine Ersatzabschnitt für die zweite Ansteuerungselektrode ist innerhalb des zweiten Rahmens zwischen dem Außenrandgebietsabschnitt der zweiten Seite des Oszillators und dem sekundären Ansteuerungselektrodenabschnitt der zweiten Ansteuerungselektrode in der vorbestimmten Richtung positioniert und besitzt ein elektrisches Potential, welches sich in einem floatenden Zustand befindet oder gleich demjenigen des zweiten Rahmens ist.
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Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen elektrostatisch in Schwingungen versetzten Winkelgeschwindigkeitssensor einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher als elektrostatisch in Schwingungen versetzte Anordnung dient;
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2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie II-II von 1;
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3A bis 3C zeigen Diagramme, welche jeweils Querschnittsansichten ähnlich denjenigen von 2 anzeigen und Herstellungsschritte des Winkelgeschwindigkeitssensors der ersten Ausführungsform darstellen;
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4A bis 4D zeigen Diagramme, welche ähnlich denen von 3A bis 3C sind und Herstellungsschritte darstellen, welche den Herstellungsschritten der 3A bis 3C folgen;
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5 zeigt ein Diagramm, welches eine Schaltungsstruktur der Winkelgeschwindigkeitssensoren der ersten Ausführungsform darstellt;
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6 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Winkelgeschwindigkeitssensor eines erläuternden Beispiels;
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7 zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie VII-VII von 6;
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8A bis 8C zeigen Diagramme, welche jeweils Querschnittsansichten ähnlich denjenigen von 7 anzeigen, und stellen Herstellungsschritte der Winkelgeschwindigkeitssensoren des Beispiels dar;
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9A bis 9D zeigen Diagramme, welche ähnlich denjenigen von 8A bis 8C sind und Herstellungsschritte zeigen, welche den Herstellungsschritten von 8A bis 8C folgen;
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10 zeigt eine schematische Draufsicht auf den vorhergehend vorgeschlagenen elektrostatisch in Schwingungen versetzten Winkelgeschwindigkeitssensor, welcher als elektrostatisch in Schwingungen versetzte Anordnung dient; und
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11 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen anderen vorhergehend vorgeschlagenen Prototyp eines Winkelgeschwindigkeitssensors.
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1 bis 5 betreffen den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, während die übrigen Figuren deren Erläuterung dienen.
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Erste Ausführungsform
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen elektrostatisch in Schwingungen versetzten Winkelgeschwindigkeitssensor S1 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher als elektrostatisch in Schwingungen versetzte Anordnung dient. 2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie II-II von 1.
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Entsprechend 2 ist eine Platte eines Winkelgeschwindigkeitssensors S1 eine SOI-Platte (silicon-on-insulator board, Silizium-auf-Isolator-Platte) 10, welche erste und zweite Halbleiterplatten 11, 12 und einen dazwischen angeordneten Oxidfilm 13 enthält.
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Gräben 12a sind in der zweiten Siliziumplatte 12 gebildet, um einen Oszillator 30, Ansteuerungs- bzw. Erregungselektroden (driving electrodes) 40, 41, Abtastelektroden 50 und Brücken 33, 34 in einem Ätzprozess zu definieren.
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Des weiteren sind die erste Siliziumplatte 11 und der Oxidfilm 13 durch Ätzen in einem Abschnitt der SOI-Platte 10 eliminiert, welcher dem Oszillator 30 entspricht, so dass eine Öffnung 14 gebildet ist. Ein Außenrandgebietsabschnitt der ersten Siliziumplatte 11 und des Oxidfilms 13 um die Öffnung 14 herum ist als Trägeranordnung gebildet, d. h. als Sockel (base) 20.
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Der Oszillator 30, welcher über der Öffnung 14 angeordnet ist, ist an dem Sockel 20 durch die Ansteuerungs- bzw. Erregungsbrücken (driving bridges) 33 gesichert. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Oszillator 30 mit dem Sockel 20 durch die vier Ansteuerungsbrücken 33 verbunden.
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Des weiteren ist entsprechend 1 eine Abtastmasse 32 in der Mitte des Oszillators 30 vorgesehen und mit den benachbarten Teilen des Oszillators 30 durch die Abtastbrücken 34 verbunden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Abtastmasse 32 mit den benachbarten Teilen des Oszillators 30 durch die vier Abtastbrücken (sensing bridges) 34 verbunden.
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Dabei sind entsprechend 1 die Ansteuerungsbrücken 33 in einer x-Richtung relativ frei ablenkbar und in Bezug auf eine Ablenkung in einer y-Richtung einer Begrenzung unterworfen. Somit gestatten die Ansteuerungsbrücken 33 eine Oszillation des Oszillators 30 in der x-Richtung. Demgegenüber sind die Abtastbrücken 34 in der y-Richtung relativ frei ablenkbar und in Bezug auf eine Ablenkung in der x-Richtung einer Begrenzung unterworfen. Somit gestatten die Abtastbrücken 34 eine Oszillation des Oszillators 30 in der y-Richtung.
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Des weiteren sind in der zweiten Siliziumplatte 12, welche an dem Sockel 20 gesichert ist, die Ansteuerungselektroden 40, 41 auf den linken und rechten Seiten des Oszillators 30 gebildet und liegen einander in der x-Richtung gegenüber. Die Ansteuerungselektroden 40, 41 sind dafür vorgesehen, dem Oszillator 30 elektrostatische Kräfte aufzubringen, um die Ansteuerungs- bzw. Erregungsoszillation (driving oscillation) des Oszillators 30 in der x-Richtung zu erzeugen.
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Die Ansteuerungselektroden 40, 41 enthalten die ersten und zweiten Ansteuerungselektroden 40, 41. Die ersten und zweiten Ansteuerungselektroden 40, 41 sind an der linken bzw. rechten Seite des Oszillators 40 vorgesehen und liegen einander in der x-Richtung gegenüber. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jede der ersten und zweiten Ansteuerungselektroden 40, 41 als gezahnte Ansteuerungselektrode gebildet, welche eine Mehrzahl von Zähnen bzw. Zinken (teeth) aufweist (d. h. als Ansteuerungselektrodenabschnitt, welcher die Zähne aufweist).
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Die Zähne jeder der ersten und zweiten Ansteuerungselektroden 40, 41 und die Zähne einer entsprechenden gegenüberliegenden Zahnanordnung 30a des Oszillators 30 sind wechselweise in der y-Richtung angeordnet.
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Die zwei Abtastelektroden (sensing electrodes) 50 sind auf dem Sockel 20 an zwei Orten gesichert, welche der Abtastmasse (sensing mass) 32 gegenüberliegen. Insbesondere sind die Abtastelektroden 50 an gegenüberliegenden Seiten der Abtastmasse 32 der zweiten Siliziumplatte 12 angeordnet, welche einander in der y-Richtung gegenüberliegen.
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Die Abtastelektroden 50 sind dazu vorgesehen, die Oszillation (Messoszillation (measurement oszillation)) der Abtastmasse 32 in der y-Richtung abzutasten, welche zur Zeit des Aufbringens der Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse, die senkrecht zu der x-Richtung und der y-Richtung verläuft, bei Vorhandensein der Ansteuerungsoszillation des Oszillators erzeugt wird. Danach geben die Abtastelektroden 50 Messsignale aus, welche der abgetasteten Oszillation (der Messoszillation) der Abtastmasse 32 entsprechen.
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Dabei sind Kontaktstellen (Kontaktstellen für die Ansteuerungselektrode (driving electrode side pads)) 45, welche beispielsweise aus Aluminium hergestellt sind, für die Ansteuerungselektroden 40, 41 jeweils vorgesehen. Ebenfalls sind Kontaktstellen (Kontaktstellen für die Abtastelektrode (sensing electrode side pads)) 55, welche beispielsweise aus Aluminium hergestellt sind, für die Abtastelektroden 50 jeweils vorgesehen. Jede der Kontaktstellen 45, 55 ist elektrisch mit einer Schaltung (5) durch beispielsweise Drahtbonden verbünden.
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Des weiteren ist an einem Sicherungsabschnitt jeder Ansteuerungsbrücke 33 zu dem Sockel 20 eine Kontaktstelle (Kontaktstelle für den Oszillator (oscillator side pad) 35 beispielsweise aus Aluminium gebildet. Jede der Kontaktstellen 35 ist elektrisch mit der Schaltung (5) durch beispielsweise Drahtbonden verbunden.
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Als Nächstes wird das Herstellungsverfahren des Winkelgeschwindigkeitssensors S1 beschrieben, welcher aus dem SOI (silicon-on-insulator, Silizium-auf-Isolator) gebildet ist. 3A bis 4D stellen das Herstellungsverfahren des Winkelgeschwindigkeitssensors S1 dar. Insbesondere stellt jede der 3A bis 4D einen Querschnitt eines entsprechenden Werkstücks in einem entsprechenden Herstellungsschritt dar.
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Zuerst wird wie in 3A dargestellt die SOI-Platte 10 bereitgestellt bzw. vorbereitet. Die SOI-Platte 10 enthält die ersten und zweiten Siliziumplatten 11, 12 und den Oxidfilm 13. Die ersten und zweiten Siliziumplatten 11, 12 sind aus einkristallinem Silizium gebildet. Der Oxidfilm 13 besitzt eine Dicke von beispielsweise 1 μm und ist zwischen der ersten Siliziumplatte 11 und der zweiten Siliziumplatte 12 angeordnet.
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Danach wird Phosphor oder dergleichen in die gesamte Oberfläche der zweiten Siliziumplatte 12 mit einer hohen Dichte eindiffundiert (N+-Diffusion), um den Kontaktwiderstand zwischen der zweiten Siliziumplatte 12 und jeder entsprechenden Aluminiumkontaktstelle 35, 45, 55 zu verringern (es sind lediglich die Kontaktstellen 45 in der Zeichnung dargestellt).
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Als Nächstes werden die jeweiligen Kontaktstellen 35, 45, 55 durch Aufdampfen von Aluminium von beispielsweise einer Dicke von 1 μm auf die Oberfläche (die zweite Siliziumplatte 12) der SOI-Platte 10 und danach durch Photoätzen des Aluminiums gebildet.
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Als Nächstes wird wie in 3B dargestellt die Rückseite (die erste Siliziumplatte 11) der SOI-Platte 10 geerdet und durch Rückseitenpolieren (back polishing) auf eine vorbestimmte Tiefe (von beispielsweise 300 μm) derart poliert, dass die Rückseite (die erste Siliziumplatte 11) der SOI-Platte 10 hochglanzpoliert ist.
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Danach wird wie in 3C dargestellt ein SiN-Plasmafilm 300 von beispielsweise 0,5 μm auf die Rückseite (die erste Siliziumplatte 11) der SOI-Platte 10 aufgetragen, um eine Photostruktur zu bilden. Danach wird der SiN-Plasmafilm 300 geätzt, um eine Öffnung in einem vorbestimmten Bereich des SiN-Plasmafilms 300 zu bilden.
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Als Nächstes wird entsprechend 4A eine Struktur, welche den Oszillator 30, die Ansteuerungselektroden 40, 41, die Abtastelektroden 50 und die Brücken 33, 34 definiert, auf der Oberfläche der zweiten Siliziumplatte 12 gebildet. Danach werden Gräben 12a, welche den Oxidfilm 13 erreichen, vertikal durch Ätzen gebildet.
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Danach wird wie in 4B dargestellt die erste Siliziumplatte 11 in einer KOH-Lösung tief geätzt, während die in dem SiN-Plasmafilm 300 gebildete Struktur als Maske verwendet wird.
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Wenn zu dieser Zeit das Ätzen auf den Oxidfilm 13 übergeht, kann der Oxidfilm 13 durch den Fluiddruck der Ätzlösung zerstört werden. Somit sollte die Ätzzeit sorgfältig bis zu dem Ende auf eine Weise gesteuert werden, dass das Silizium von 10 μm in der ersten Siliziumplatte 11 zurückbleibt, um die Zerstörung des Oxidfilms 13 zu beschränken.
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Als Nächstes wird wie in 4C dargestellt das Silizium (Si), welches indem Schritt von 4B übriggeblieben ist, durch Plasma- bzw. Trockenätzen (plasma dry etching) entfernt. Zu dieser Zeit wird der SiN-Plasmafilm 300, welcher auf der Rückseite der SOI-Platte 10 vorhanden ist, gleichzeitig entfernt.
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Schließlich wird wie in 4D dargestellt der Oxidfilm 13 von dem entsprechenden Teil durch Trockenätzen derart entfernt, dass der Oszillator 30 gebildet wird. Auf diese Weise wird das Herstellen des Winkelgeschwindigkeitssensors S1 fertiggestellt. Danach wird jede der Kontaktstellen 35, 45, 55 durch beispielsweise Drahtbonden mit der Schaltung elektrisch verbunden (5).
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Als Nächstes wird der Betrieb des Winkelgeschwindigkeitssensors S1 beschrieben. 5 stellt eine Schaltungsstruktur des Winkelgeschwindigkeitssensors S1 dar, welcher die oben beschriebene Schaltung enthält. Wie in 5 dargestellt enthält die Schaltung eine Wechselstrom- bzw. Wechselspannungsquelle (AC-Spannungsquelle) 100, eine Gleichstrom- bzw. Gleichspannungsquelle (DC-Spannungsquelle) 110, einen Inverter 120 und Kapazitäts-Spannungs-Wandler (C/V-Wandler) 130. Die Schaltung kann eine integrierte Schaltung sein, welche integriert auf der SOI-Platte 10 gebildet ist, welche den Winkelgeschwindigkeitssensor S1 aufweist. Alternativ kann die Schaltung eine separate Schaltung sein, welche von der SOI-Platte 10 getrennt ist.
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Ein Kondensator für den Oszillator (oscillator side capacitor) 200 ist zwischen der Gleichspannungsquelle 110 und dem Oszillator 30 angeschlossen und ist mit dem Oszillator 30 elektrisch verbunden. Der Kondensator für den Oszillator 200 ist dazu vorgesehen, elektrische Ladung in dem Oszillator 30 zu akkumulieren bzw. zu speichern.
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Des Weiteren ist ein Kondensator für die erste Ansteuerungselektrode (first driving electrode side capacitor) 210 zwischen der Wechselspannungsquelle 100 und der ersten Ansteuerungselektrode 40 angeschlossen. Der Kondensator für die erste Ansteuerungselektrode 210 ist elektrisch mit der ersten Ansteuerungselektrode 40 verbunden. Der Kondensator für die erste Ansteuerungselektrode 210 ist dafür vorgesehen, elektrische Ladung in der ersten Ansteuerungselektrode 40 zu akkumulieren bzw. zu speichern.
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Des weiteren ist ein Kondensator für die zweite Ansteuerungselektrode (second driving electrode side capacitor) 220 zwischen dem Inverter 120 und der zweiten Ansteuerungselektrode 41 angeschlossen. Der Kondensator für die zweite Ansteuerungselektrode 220 ist dafür vorgesehen, elektrische Ladung in der zweiten Ansteuerungselektrode 41 zu akkumulieren bzw. zu speichern.
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Die Kapazität zwischen der ersten Ansteuerungselekrode 40 und dem Oszillator 30 (insbesondere der linken Zahnanordnung 30a des Oszillators 30 in 5) ist auf einen Wert gleich der Kapazität zwischen der zweiten Ansteuerungselektrode 41 und dem Oszillator 30 (insbesondere der rechten Zahnanordnung 30a des Oszillators 30 in 5) festgelegt.
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Des Weiteren ist die Kapazität des Kondensators an der Seite der ersten Ansteuerungselektrode 210 auf einen Wert gleich der Kapazität des Kondensators für die zweite Ansteuerungselektrode 220 festgelegt. Dabei wird zur Vereinfachung der Erklärung die Kapazität des Kondensators für den Oszillator 200 als C0 bezeichnet, und es wird jede Kapazität des Kondensators für die erste Ansteuerungselektrode 210 und des Kondensators für die zweite Ansteuerungselektrode 220 als C1 bezeichnet.
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Jede von der Kapazität C0 des Kondensators für den Oszillator 200, der Kapazität C1 des Kondensators für die erste Ansteuerungselektrode 210 und der Kapazität C1 des Kondensators für die zweite Ansteuerungselektrode 220 ist größer als die Kapazität zwischen der ersten Ansteuerungselektrode 40 und dem Oszillator 30.
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Es wird beispielsweise gewünscht, jede von der Kapazität C0 und der Kapazität C1 auf einen Wert wenigstens 10-mal so groß denjenigen der Kapazität zwischen der ersten Ansteuerungselektrode 40 und des Oszillators 30 festzulegen, um in jeder entsprechenden Komponente eine hinreichende elektrische Ladung zu akkumulieren bzw. zu speichern.
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Jeder Kondensator 200, 210, 220 kann integriert als Teil einer integrierten Schaltung gebildet sein, welche in der SOI-Platte 10 integriert ist. Alternativ kann jeder Kondensator 200, 210, 220 als Teil einer separaten Schaltungsplatte gebildet sein, welche von der SOI-Platte 10 getrennt ist. Des Weiteren kann jeder Kondensator 200, 210, 220 durch einen Halbleiterherstellungsprozess gebildet oder kann als parasitärer Kondensator der SOI-Platte 10 gebildet sein. Ebenfalls kann jeder Kondensator 200, 210, 220 als externe diskrete Komponente wie ein elektrolytischer Kondensator gebildet sein.
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In der obigen Schaltungsstruktur wird ein vorbestimmtes elektrisches Potential V0 von der DC-Spannungsquelle 110 dem Oszillator 30 angelegt, wenn der Oszillator 30 angesteuert wird, um in der x-Richtung zu oszillieren. Eine elektrische Ladung Q0, welche in dem Kondensator an der Seite des Oszillators 200 akkumuliert ist, wird als Q0 = C0·V0 ausgedrückt, und es wird eine vorbestimmte elektrische Ladung (–Q0) in dem Oszillator 30 akkumuliert.
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In dem obigen Zustand, bei welchem die vorbestimmte elektrische Ladung (–Q0) in dem Oszillator 30 akkumuliert bzw. gespeichert wird, wird der alternierende Strom, welcher die Sinuswellenform aufweist, von der AC-Spannungsquelle 100 ausgegeben. Zu dieser Zeit wird die Spannung, welche die Phase entgegengesetzt zu derjenigen der ersten Ansteuerungselektrode 40 aufweist, der zweiten Ansteuerungselektrode 41 angelegt.
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In einem beispielhaften Fall, bei welchem die positive Spannung V1 von der AC-Spannungsquelle 100 dem Kondensator für die erste Ansteuerungselektrode 210 angelegt wird, wird die elektrische Ladung Q1, welche in dem Kondensator für die erste Ansteuerungselektrode 210 gespeichert ist, als Q1 = C1·V1 ausgedrückt. Die elektrische Ladung (+Q1), welche die Polarität entgegengesetzt zu derjenigen des Oszillators 30 aufweist, wird in der ersten Ansteuerungselektrode 40 akkumuliert bzw. gespeichert.
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Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung V1, welche die entgegengesetzte Phase zu derjenigen des Kondensators für die erste Ansteuerungselektrode 210 aufweist, von dem Inverter 120 dem Kondensator für die zweite Ansteuerungselektrode 220 angelegt. Somit wird die elektrische Ladung, welche in dem Kondensator für die zweite Ansteuerungselektrode 220 akkumuliert ist, als –Q1 ausgedrückt. Auf diese Weise wird die elektrische Ladung (–Q1), welche dieselbe Polarität wie diejenige des Oszillators 30 aufweist, in der zweiten Ansteuerungselektrode 41 akkumuliert.
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Während in der obigen Schaltung die vorbestimmte elektrische Ladung in dem Oszillator 30 akkumuliert wird, können die elektrischen Ladungen, welche die entgegengesetzten Polaritäten jeweils aufweisen, alternierend und periodisch in der ersten Ansteuerungselektrode 40 und in der zweiten Ansteuerungselektrode 41 akkumuliert werden.
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Insbesondere werden die elektrischen Ladungen, welche die entgegengesetzten Polaritäten aufweisen, alternierend den Ansteuerungselektroden 40, 41 auf die folgende Weise angelegt. D. h., in einem Zustand, bei welchem die elektrische Ladung, welche dieselbe Polarität wie diejenige des Oszillators 30 aufweist, in der ersten Ansteuerungselektrode 40 akkumuliert wird, wird die elektrische Ladung, welche die Polarität entgegengesetzt zu derjenigen des Oszillators 30 aufweist, in der zweiten Ansteuerungselektrode 41 akkumuliert. Des Weiteren wird in dem anderen Zustand, bei welchem die elektrische Ladung, welche die Polarität entgegengesetzt zu derjenigen des Oszillators 30 aufweist, in der ersten Ansteuerungselektrode 40 akkumuliert wird, wird die elektrische Ladung, welche gleich derjenigen des Oszillators 30 ist, in der zweiten Ansteuerungselektrode 41 akkumuliert.
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Somit wird zu dem Zeitpunkt der Ansteuerungsoszillation des Oszillators 30 eine Anziehungskraft zwischen einer der ersten und zweiten Ansteuerungselektroden 40, 41 und der entsprechenden Zahnanordnung 30a des Oszillators 30 ausgeübt, und es wird eine Abstoßungskraft zwischen der anderen von den ersten und zweiten Ansteuerungselektroden 40, 41 und der entsprechenden Zahnanordnung 30a des Oszillators 30 und umgekehrt ausgeübt.
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Wenn die elektrischen Ladungen wechselweise von der AC-Spannungsquelle 100 den Ansteuerungselektroden 40, 41 angelegt werden, wird der Oszillator 30 angesteuert, um die Ansteuerungsoszillation mit der Frequenz des elektrischen Wechselstroms in der x-Richtung durch die oben beschriebene Anziehungskraft und Abstoßungskraft durchzuführen.
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In der obigen Betriebsstufe, bei welcher der Oszillator 30 angesteuert wird, um die Ansteuerungsoszillation zu erzeugen, wenn die Winkelgeschwindigkeit Ω um die z-Achse aufgebracht wird, wird die Coriolis-Kraft in dem Oszillator 30 in der y-Richtung erzeugt. Somit wird die Abtastmasse 32 des Oszillators 30 in der y-Richtung durch die Coriolis-Kraft in Schwingungen versetzt, um die Messoszillation zu erzeugen.
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Die Kapazität zwischen jeder Abtastelektrode 50 und der Abtastmasse 32 ändert sich infolge der Messoszillation. Die Änderung der Kapazität wird durch den entsprechenden C/V-Wandler 130 gemessen, um den Grad der Winkelgeschwindigkeit Ω festzustellen.
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Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform wird der Winkelgeschwindigkeitssensor S1 geschaffen, welcher als die elektrostatisch in Schwingungen versetzte Anordnung dient und den Sockel 20, den Oszillator 30 und die ersten und zweiten Ansteuerungselektroden 40, 41 erhält. Der Oszillator 30 ist derart angeordnet, dass er relativ zu dem Sockel 20 beweglich ist und in der vorbestimmten Richtung in Schwingungen versetzt werden kann, d. h., in der x-Richtung. Die ersten und zweiten Ansteuerungselektroden 40, 41 sind gebildet, um die elektrostatischen Kräfte dem Oszillator 30 aufzubringen, welcher an dem Sockel 20 gesichert ist, um die Ansteuerungsoszillation des Oszillators 30 in der x-Richtung zu erzeugen. Die erste Ansteuerungsrichtung 40 ist auf einer Seite des Oszillators 30 vorgesehen, und die zweite Ansteuerungselektrode 41 ist auf der anderen Seite des Oszillators 30 vorgesehen. Der Winkelgeschwindigkeitssensor S1 bietet die folgenden Vorteile.
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D. h., es wird der Winkelgeschwindigkeitssensor S1 gebildet, in welchem die elektrischen Ladungen, welche entgegengesetzte Polaritäten jeweils aufweisen, alternierend und periodisch in der ersten Ansteuerungselektrode 40 und der zweiten Ansteuerungselektrode 41 auf die folgende Weise akkumuliert. D. h., während die vorbestimmte elektrische Ladung in dem Oszillator 30 zu der Zeit des Erzeugens der Ansteuerungsoszillation des Oszillators 30 akkumuliert wird, wird eine Anziehungskraft zwischen einer der ersten und zweiten Ansteuerungselektroden 40, 41 und dem Oszillator 30 ausgeübt, und es wird die Abstoßungskraft zwischen der anderen von den ersten und zweiten Ansteuerungselektroden 40, 41 und dem Oszillator 30 und umgekehrt ausgeübt.
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Wie oben erörtert werden die elektrischen Ladungen, welche die entgegengesetzten Polaritäten jeweils aufweisen, wechselweise in den ersten und zweiten Ansteuerungselektroden 40, 41 akkumuliert, während die vorbestimmte elektrische Ladung in dem Oszillator 30 akkumuliert wird. Somit wird während der Zeit des Erzeugens der Ansteuerungsoszillation des Oszillators 30 die Anziehungskraft zwischen einer der ersten und zweiten Ansteuerungselektroden 40, 41 und dem Oszillator 30 ausgeübt, und es wird die Abstoßungskraft zwischen der anderen der ersten und zweiten Ansteuerungselektroden 40, 41 und dem Oszillator 30 und umgekehrt ausgeübt.
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Daher ist bei der vorliegenden Erfindung die Ansteuerungskraft (drive force) zum Erzeugender Ansteuerungsoszillation des Oszillators 30 die Summe der Anziehungskraft, welche zwischen einer der Ansteuerungselektroden 40, 41 und dem Oszillator 30 ausgeübt wird, und der Abstoßungskraft, welche zwischen der anderen der Ansteuerungselektroden 40, 41 und dem Oszillator 30 ausgeübt wird.
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D. h., bei dem vorhergehend vorgeschlagenen Sensor wird die Differenz zwischen der elektrostatischen Anziehungskraft einer der Ansteuerungselektroden und der elektrostatischen Anziehungskraft der anderen der Ansteuerungselektroden als die Ansteuerungskraft für das Oszillieren des Oszillators verwendet. Demgegenüber ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Ansteuerungskraft wenigstens zweimal größer als diejenige bei dem vorhergehend vorgeschlagenen Sensor.
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Obwohl wie bei der vorliegenden Ausführungsform oben erörtert die Strukturen der Elektroden die gleichen wie jene bei dem vorhergehend vorgeschlagenen Sensor sind, wird die Spannung nicht einfach den Elektroden angelegt. Während stattdessen bei der vorliegenden Erfindung die vorbestimmte elektrische Ladung in dem Oszillator 30 akkumuliert wird, wird die elektrische Ladung, welche die Polarität entgegengesetzt zu derjenigen des Oszillators 30 besitzt, einer der Ansteuerungselektroden 40, 41 angelegt, und es wird die elektrische Ladung, welche dieselbe Polarität wie diejenige des Oszillators 30 aufweist, der anderen der Ansteuerungselektroden 40, 41 und umgekehrt angelegt. Auf diese Weise werden die elektrostatische Anziehungskraft und die elektrostatische Abstoßungskraft dazu verwendet, die elektrostatischen Kräfte dem Oszillator 30 aufzubringen.
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Somit wird entsprechend der vorliegenden Ausführungsform bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 51, welcher als die elektrostatisch in Schwingungen versetzte Anordnung dient und die Ansteuerungselektroden 40, 41 an den gegenüberliegenden Seiten des Oszillators 30 besitzt, welche in der Richtung der Ansteuerungsoszillation des Oszillators 30 gegenüberliegen, d. h. in der x-Richtung, die Amplitude der Oszillation des Oszillators mit derselben Versorgungsspannung erhöht, welche gleich derjenigen des vorhergehend vorgeschlagenen Sensors ist.
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Ebenfalls ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Kondensator für den Oszillator 200, welcher dazu verwendet wird, die elektrische Ladung in dem Oszillator 30 zu akkumulieren, elektrisch mit dem Oszillator 30 verbunden. Des Weiteren ist der Kondensator an der Seite de ersten Ansteuerungselektrode 210, welcher dazu verwendet wird, die elektrische Ladung in der ersten Ansteuerungselektrode 40 zu akkumulieren, elektrisch mit der ersten Ansteuerungselektrode 40 verbunden. Darüber hinaus ist der Kondensator für die zweite Ansteuerungselektrode 220, welcher verwendet wird, die elektrische Ladung in der zweiten Ansteuerungselektrode 140 zu akkumulieren, elektrisch mit der zweiten Ansteuerungselektrode 41 verbunden.
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Mit dieser Konstruktion wird die Akkumulation bzw. Speicherung der elektrischen Ladung in jeder entsprechenden Komponente bei der vorliegenden Ausführungsform geeignet erreicht.
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Bei der ersten Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung in dem Winkelgeschwindigkeitssensor implementiert. Jedoch kann die vorliegende Erfindung beispielsweise auf ein elektrostatisch in Schwingungen versetztes Stell- bzw. Betätigungsglied (actuator) angewandt werden.
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Insbesondere kann die vorliegende Erfindung in irgendeiner elektrostatisch in Schwingungen versetzten Anordnung implementiert werden, welche den Oszillator und die ersten und zweiten Ansteuerungselektroden aufweist.
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Bei dieser Anordnung ist der Oszillator derart angeordnet, dass er relativ zu dem Sockel beweglich ist und in der vorbestimmten Richtung in Schwingungen versetzt werden kann. Des weiteren sind die ersten und zweiten Ansteuerungselektroden gebildet, um die elektrostatischen Kräfte dem Oszillator aufzubringen, welcher an dem Sockel gesichert ist, um die Ansteuerungsoszillation des Oszillators in der vorbestimmten Richtung zu erzeugen. Dabei ist die erste Ansteuerungselektrode an der einen Seite des Oszillators vorgesehen, und es ist die zweite Ansteuerungselektrode an der anderen Seite des Oszillators vorgesehen.
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Erläuterndes Beispiel
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Unter Bezugnahme auf die zugehörigen 6 bis 9 wird ein Beispiel beschrieben, welches nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet sondern lediglich deren Erläuterung dient. 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen elektrostatisch in Schwingungen versetzten Winkelgeschwindigkeitssensor S101 als Beispiel, welcher als eine elektrostatisch in Schwingungen versetzte Anordnung dient. 7 zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie VII-VII von 6.
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Entsprechend 7 ist eine Platte des Winkelgeschwindigkeitssensors S101 eine SOI-Platte (silicon-on-insulator board, Silizium-auf-Isolator-Platte) 310, welche erste und zweite Siliziumplatten 111, 112 und einen dazwischen angeordneten Oxidfilm 113 enthält.
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Gräben 112a sind auf der zweiten Siliziumplatte 112 gebildet, um einen Oszillator 330, Ansteuerungselektroden 140, 141, Abtastelektroden 150 und Brücken 133, 134 in einem Ätzprozess zu definieren.
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Des weiteren sind die erste Siliziumplatte 111 und der Oxidfilm 113 durch Ätzen in einem Abschnitt der SOI-Platte 310 eliminiert, welche dem Oszillator 330 entspricht, so dass eine Öffnung 114 gebildet ist. Ein äußerer Randgebietsabschnitt der ersten Siliziumplatte 111 und des Oxidfilms 113 um die Öffnung 114 herum ist als Trägeranordnung, d. h. als Sockel 320 gebildet.
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Der Oszillator 330 enthält zwei Rahmen 131 und eine Abtastmasse 132. Die Rahmen 131 sind auf der linken bzw. rechten Seite der ersten Siliziumplatte 112 in der x-Richtung angeordnet. Jeder Rahmen 131 ist derart gebildet, dass er in der Draufsicht auf den Rahmen 131 eine Rahmenform aufweist. Die Abtastmasse 132 ist zwischen den Rahmen 131 angeordnet und derart gebildet, dass sie eine rechtwinklige Form in einer Draufsicht auf die Abtastmasse 132 besitzt.
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Bei dem Beispiel ist der Oszillator 330 mit dem Sockel 320 durch die vier Ansteuerungsbrücken 133 verbunden. Ebenfalls ist bei dem Beispiel die Abtastmasse 132 mit den Rahmen 131 durch die vier Abtastbrücken 134 verbunden.
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Dabei sind die Ansteuerungs- bzw. Erregungsbrücken (driving bridges) 133 relativ frei in der x-Richtung ablenkbar und in Bezug auf eine Ablenkung in einer y-Richtung entsprechend 6 einer Begrenzung unterworfen. Somit gestatten die Ansteuerungsbrücken 133 eine Oszillation des Oszillators 330 in der x-Richtung. Demgegenüber sind die Abtastbrücken 134 in der y-Richtung relativ frei ablenkbar und in Bezug auf eine Ablenkung in einer x-Richtung einer Begrenzung unterworfen. Somit gestatten die Abtastbrücken 134 eine Oszillation des Oszillators 330 in der y-Richtung.
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Des Weiteren sind in der zweiten Siliziumplatte 112, welche an dem Sockel 320 gesichert ist, die Ansteuerungselektroden 140, 141 auf den linken und rechten Seiten der Rahmen 131 des Oszillators 330 gebildet, um einander in der x-Richtung gegenüberzuliegen.
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Die Ansteuerungselektroden 140, 141 sind vorgesehen, um die elektrostatische Kraft dem Oszillator 330 aufzubringen, um die Ansteuerungsoszillation des Oszillators 330 in der x-Richtung zu erzeugen. Die Ansteuerungselektrode 140, welche sich auf der linken Seite von 6 befindet, wird hiernach als linke Ansteuerungselektrode (oder als erste Ansteuerungselektrode) 140 bezeichnet. Ebenfalls wird die Ansteuerungselektrode 141, welche in 6 auf der rechten Seite befindlich ist, im Folgenden als rechte Ansteuerungselektrode (oder als zweite Ansteuerungselektrode) 141 bezeichnet.
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Die linke Ansteuerungselektrode 140 enthält primäre und sekundäre Ansteuerungselektrodenabschnitte (drive electrode portions) 140a, 140b. Der primäre Ansteuerungselektrodenabschnitt 140 der linken Ansteuerungselektrode 140 liegt dem linken Außenrandgebietsabschnitt (einer linken äußeren Zahnanordnung 330a, welche eine Vielzahl von Zähnen bzw. Zinken aufweist) des Oszillators 330 gegenüber, und der sekundäre Ansteuerungselektrodenabschnitt 140b der linken Ansteuerungselektrode 40 liegt einem Innenrandgebietsabschnitt (einer linken inneren Zahnanordnung 330b, welche einen Vielzahl von Zähnen bzw. Zinken aufweist) des linken Rahmens 131 des Oszillators 330 gegenüber. Ähnlich enthält die rechte Ansteuerungselektrode 141 primäre und sekundäre Ansteuerungselektrodenabschnitte 141a, 141b. Der primäre Ansteuerungselektrodenabschnitt 141a der rechten Ansteuerungselektrode 141 liegt einem rechten Außenrandgebietsabschnitt (einer rechten äußeren Zahnanordnung 330a, welche eine Vielzahl von Zähnen bzw. Zinken aufweist) des Oszillators 330 gegenüber, und der sekundäre Ansteuerungselektrodenabschnitt 141b der rechten Ansteuerungselektrode 141 liegt einem Innenrandgebietsabschnitt (einer rechten inneren Zahnanordnung 330b, welche eine Vielzahl von Zähnen bzw. Zinken aufweist) des rechten Rahmens 131 des Oszillators 330 gegenüber.
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Der sekundäre Ansteuerungselektrodenabschnitt 140b der linken Ansteuerungselektrode 140 ist in einem Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt (frame interior side securing portion) 160 der linken Ansteuerungselektrode 140 vorgesehen, welche ein Teil der zweiten Siliziumplatte 112 ist, die an dem Sockel 320 gesichert ist und welche innerhalb des linken Rahmens 131 angeordnet ist. Ähnlich ist der sekundäre Ansteuerungselektrodenabschnitt 141b der rechten Ansteuerungselektrode 141 in einem Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt 160 der rechten Ansteuerungselektrode 141 vorgesehen, welche ein Teil der zweiten Siliziumplatte 112 ist, die an dem Sockel 320 gesichert ist, und welche innerhalb des rechten Rahmens 131 angeordnet ist.
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Ein Abschnitt jedes Rahmens 131 ist durch den Rahmen 131 in der x-Richtung zur Bildung einer Öffnung 131a durchschnitten, und der Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt 160 ist in einem im Allgemeinen T-förmigen Körper gebildet. Der T-förmige Körper des Rahmeninnenseitensicherungsabschnitts 160 erstreckt sich von einem Sicherungsabschnitt des T-förmigen Körpers, welcher an dem Sockel 320 gesichert ist, und wird in dem Inneren des Rahmens 131 durch die Öffnung 131a aufgenommen.
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Bei dem Beispiel ist jeder der primären und sekundären Ansteuerungselektrodenabschnitte 140a, 140b, 141a, 141b als gezahnter Ansteuerungselektrodenabschnitt gebildet, welcher eine Vielzahl von Zähnen bzw. Zinken aufweist. Die Zähne jeder der primären und sekundären Ansteuerungselektrodenabschnitte 140a, 140b, 141a, 141b und die Zähne einer entsprechenden der gegenüberliegenden Zahnanordnungen 330a, 330b des Oszillators 330 sind wechselweise in der y-Richtung entsprechend 6 angeordnet.
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Des Weiteren sind die Abtastelektroden 150 auf gegenüberliegenden Seiten der Abtastmasse 132 der zweiten Siliziumplatte 112 angeordnet, welche einander in der y-Richtung gegenüberliegen. Die Abtastelektroden 150 sind vorgesehen, um die Oszillation (Messoszillation) der Abtastmasse 132 in der y-Richtung abzutasten, welche zu der Zeit des Aufbringens der Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse, welche senkrecht zu der x-Richtung und der y-Richtung verläuft, bei Vorhandensein der Ansteuerungsoszillation des Oszillators 330 erzeugt wird. Danach geben die Abtastelektroden 150 Messsignale aus, welche der abgetasteten Oszillation (der Messoszillation) der Messmasse 132 entspricht.
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Dabei sind Kontaktstellen (Kontaktstellen für die Ansteuerungselektrode) 145, welche beispielsweise aus Aluminium hergestellt sind, für die Ansteuerungselektroden 140, 141 vorgesehen. Ebenfalls sind Kontaktstellen (Kontaktstellen für die Abtastelektrode) 155, welche beispielsweise aus Aluminium hergestellt sind, für die Abtastelektroden 150 vorgesehen. Jede der Kontaktstellen 145, 155 ist beispielsweise durch Drahtbonden mit einer Schaltung (welche zwar nicht dargestellt, jedoch ähnlich derjenigen von 5 ist) elektrisch verbunden.
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Des Weiteren ist an einem Sicherungsabschnitt jeder Ansteuerungsbrücke 133 zu dem Sockel 320 eine Kontaktstelle (eine Kontaktstelle für den Oszillator) 135 beispielsweise aus Aluminium gebildet. Jede der Kontaktstellen 135 ist beispielsweise durch Drahtbonden elektrisch mit der Schaltung verbunden.
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Des Weiteren ist bei dem Beispiel ein Hilfs- bzw. Ersatzabschnitt (dummy portion) 180 in jedem entsprechenden Raum vorgesehen, d. h. in jedem Rückseitenraum (back surface side space) 170. Der Rückseitenraum 170 ist zwischen einem Rückseitenabschnitt 160a des entsprechenden Rahmeninnenseitensicherungsabschnitts 160, welcher den Zähnen des sekundären Ansteuerungselektrodenabschnitts 140b, 141b gegenüberliegt, und einem gegenüberliegenden Innenrandgebietsabschnitt des entsprechenden Rahmens 131 definiert, welcher dem Rückseitenabschnitt 160a gegenüberliegt. Das elektrische Potential jedes Hilfsabschnitts 180 befindet sich in einem schwimmenden bzw. floatenden Zustand oder ist gleich dem elektrischen Potential des entsprechenden Rahmens 131 (Oszillator 330). Insbesondere sind in dem vorliegenden Fall zwei Hilfsabschnitte (Hilfsabschnitte für die erste Ansteuerungselektrode (first driving electrode side dummy portions) 180 innerhalb des linken Rahmens (des ersten Rahmens) zwischen dem Außenrandgebietsabschnitt der linken Seite (der ersten Seite) des Oszillators 330 und dem sekundären Ansteuerungselektrodenabschnitt 140b der linken Ansteuerungselektrode (der ersten Ansteuerungselektrode) 140 von 6 positioniert. Ebenfalls sind zwei Hilfsabschnitte (Hilfsabschnitte für die zweite Ansteuerungselektrode) 180 innerhalb des rechten Rahmens (des zweiten Rahmens) zwischen dem Außenrandgebietsabschnitt einer rechten Seite (zweiten Seite) des Oszillators 330 und dem sekundären Ansteuerungselektrodenabschnitt 141b der rechten Ansteuerungselektrode (der zweiten Ansteuerungselektrode) 141 von 6 positioniert.
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Jeder Hilfsabschnitt 180 kann als Teil der zweiten Siliziumplatte 112 gebildet sein. Alternativ kann jeder Hilfsabschnitt 180 als separate Komponente wie ein separater Halbleiter gebildet sein, welcher separat von der zweiten Siliziumplatte 112 gebildet ist. Es wird jedoch gewünscht, jeden Hilfsabschnitt 180 an dem Sockel 320 zu sichern. Das Verfahren zum Sichern jedes Hilfsabschnitts 180 an dem Sockel 320 kann eines sein, welches bekannt ist oder welches für einen Fachmann naheliegend ist.
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Beispielsweise kann ein dielektrisches Teil zwischen jedem Hilfsabschnitt 180 und einem Abschnitt der zweiten Siliziumplatte 112 angeordnet sein, welche von dem Sockel 320 getragen wird und von dem Oszillator 330 und jeder Elektrode 140, 141, 150 derart getrennt ist, dass jeder Hilfsabschnitt 180 von dem Sockel 320 durch das elektrische Teil getragen wird.
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Alternativ kann jeder Hilfsabschnitt 180 an einem geeigneten Abschnitt des Sicherungsabschnitts des Rahmeninnenseitensicherungsabschnitts 160 durch ein dielektrisches Verbindungsteil gesichert sein. Die Struktur der Gräben 112a, welche jede entsprechende in 6 dargestellte Komponente definieren, sollte als beispielhafte Struktur der Gräben 112a verstanden werden. Beispielsweise kann die Struktur der Gräben 112a verändert werden, so dass jeder Hilfsabschnitt 180 von dem Sockel 320 lediglich an einem längsseitigen Ende des Hilfsabschnitts 180 getragen wird und dadurch jeder Hilfsabschnitt 180 einseitig eingespannt ist.
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Es sollte jedoch erwähnt werden, dass jeder Hilfsabschnitt 180 innerhalb eines eingeschränkten Bereichs beweglich gemacht werden kann, ohne dass der entsprechende Rahmen 131 des Oszillators 330 und der entsprechende Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt 160 berührt werden.
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Wenn das elektrische Potential des Hilfsabschnitts 180 gleich demjenigen des entsprechenden Rahmens 131, d. h. des Oszillators 330, gemacht werden muss, kann eine Elektrode, welche elektrisch mit dem Hilfsabschnitt 180 verbunden ist, für einen geeigneten Ort vorgesehen sein, um dieselbe Spannung wie diejenige des Oszillators 330 an den Hilfsabschnitt 180 durch diese Elektrode anzulegen.
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Als Nächstes wird das Herstellungsverfahren des Winkelgeschwindigkeitssensors S101 beschrieben, welches aus dem SOI (silicon-on-insulator, Silizium auf Isolator) gebildet ist. 8A bis 9D stellen das Herstellungsverfahren des Winkelgeschwindigkeitssensors S101 dar. Insbesondere stellt jede der 8A bis 9D einen Querschnitt eines entsprechenden Werkstücks, welches ähnlich demjenigen von 7 ist, in einem entsprechenden Herstellungsschritt dar.
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Zuerst wird wie in 8A dargestellt die SOI-Platte 310 bereitgestellt bzw. vorbereitet. Die SOI-Platte 310 enthält erste und zweite Siliziumplatten 111, 112 und den Oxidfilm 113. Die ersten und zweiten Siliziumplatten 111, 112 sind aus einkristallinem Silizium gebildet. Der Oxidfilm 113 besitzt eine Dicke von beispielsweise 1 μm und ist zwischen der ersten Siliziumplatte 111 und der zweiten Siliziumplatte 112 angeordnet.
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Danach wird Phosphor oder dergleichen in die gesamte Oberfläche der zweiten Siliziumplatte 112 in einer hohen Dichte eindiffundiert (N+-Diffusion), um den Kontaktwiderstand zwischen der zweiten Siliziumplatte 112 und jeder entsprechenden Aluminiumkontaktstelle 135, 145, 155 zu verringern (es sind lediglich die Kontaktstellen 145 in der Zeichnung dargestellt).
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Als Nächstes werden die jeweiligen Kontaktstellen 135, 145, 155 durch Aufdampfung von Aluminium auf eine Dicke von beispielsweise 1 μm auf die Oberfläche (die zweite Siliziumplatte 112) der SOI-Platte 310 und danach durch Photoätzen des Aluminiums gebildet.
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Als Nächstes wird wie in 8B dargestellt die Rückseite (die erste Siliziumplatte 111) der SOI-Platte 310 geerdet und durch Rückseitenpolieren auf eine vorbestimmte Dicke (von beispielsweise 300 μm) derart poliert, dass die Rückseite (die erste Siliziumplatte 111) der SOI-Platte 310 hochglanzpoliert ist.
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Als Nächstes wird wie in 8C dargestellt ein SiN-Plasmafilm 400 von beispielsweise 0,5 μm auf der Rückseite (der ersten Siliziumplatte 111) der SOI-Platte 310 zur Bildung einer Photostruktur aufgetragen. Danach wird der SiN-Plasmafilm 400 geätzt, um eine Öffnung in einem vorbestimmten Bereich des SiN-Plasmafilms 400 zu bilden.
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Als Nächstes wird entsprechend 9A eine Struktur, welche den Oszillator 330, die Ansteuerungselektroden 140, 141, die Abtastelektroden 150, die Brücken 133, 134 und die Hilfsabschnitte 180 der Rückseitenräume 170 definiert, auf der Oberfläche der zweiten Siliziumplatte 112 gebildet. Danach werden die Gräben 112a, welche den Oxidfilm 113 erreichen, vertikal durch Trockenätzen gebildet.
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Danach wird wie in 9B dargestellt die erste Siliziumplatte 111 in einer KOH-Lösung tiefgeätzt, während die in dem SiN-Plasmafilm 400 gebildete Struktur als Maske verwendet wird.
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Wenn zu dieser Zeit mit dem Ätzen bis zu dem Oxidfilm 113 fortgefahren wird, wird der Oxidfilm 113 durch den Fluiddruck der Ätzlösung zerstört. Somit sollte die Ätzzeit sorgfältig bis zu einem Ende auf eine Weise derart überwacht werden, dass das Silizium von 10 μm in der ersten Siliziumplatte 111 übrig bleibt, um die Zerstörung des Oxidfilms 113 zu begrenzen.
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Als Nächstes wird wie in 9C dargestellt Si, welches in dem Schritt von 9B übrig geblieben ist, durch Plasma- bzw. Trockenätzen (plasma dry etching) entfernt. Zu dieser Zeit wird der SiN-Plasmafilm 400, welcher auf der Rückseite der SOI-Platte 310 vorhanden ist, gleichzeitig entfernt.
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Schließlich wird wie in 9D dargestellt der Oxidfilm 113 durch Trockenätzen derart entfernt, dass der Oszillator 330 gebildet ist. Jeder Hilfsabschnitt 180 muss vor dem Entfernen des Oxidfilms 113 an dem Sockel 320 gesichert werden. Auf diese Weise wird die Herstellung des Winkelgeschwindigkeitssensors S101 beendet. Danach wird jede der Kontaktstellen 135, 145, 155 beispielsweise durch Drahtbonden elektrisch mit der obigen Schaltung verbunden.
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Als Nächstes wird der Betrieb des Winkelgeschwindigkeitssensors S101 beschrieben. Die vorbestimmte Spannung wird von der obigen Schaltung dem Oszillator 330 durch die Kontaktstelle für den Oszillator 135 auf eine Weise ähnlich derjenigen angelegt, welche für die erste Ausführungsform unter Bezugnahme auf 5 erörtert wurde. Ebenfalls werden zwei alternierende Spannungen (Ansteuerungssignale), welche entgegengesetzte Phasen besitzen, der linken bzw. rechten Ansteuerungselektrode 140, 141 von 6 auf eine Weise ähnlich derjenigen angelegt, welche für die erste Ausführungsform unter Bezugnahme auf 5 erörtert wurde.
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Auf diese Weise wird die elektrostatische Kraft (die elektrostatische Anziehungskraft) zwischen jeder entsprechenden Zahnanordnung 330a, 330b des Oszillators 330 und der gegenüberliegenden Ansteuerungselektrode 140, 141 derart erzeugt, dass der gesamte Oszillator 330 durch die Ansteuerungsbrücken 133 angesteuert wird, um die Ansteuerungsoszillation in der x-Richtung zu erzeugen.
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Wenn in dem obigen Zustand, bei welchem der Oszillator 330 angesteuert wird, um die Ansteuerungsoszillation zu erzeugen, die Winkelgeschwindigkeit Ω um die z-Achse herum aufgebracht wird, wird die Coriolis-Kraft in dem Oszillator 330 in der y-Richtung erzeugt. Somit wird die Abtastmasse 132 des Oszillators 330 in der y-Richtung durch die Coriolis-Kraft in Schwingungen versetzt, um die Messoszillation zu erzeugen.
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Infolge der Messoszillation ändert sich die Kapazität zwischen jeder Abtastelektrode 150 und der Abtastmasse 132. Durch Messen einer Änderung der Kapazität zwischen der Abtastelektrode 150 und der Abtastmasse 132 kann die Winkelgeschwindigkeit Ω festgestellt werden.
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Bei dem erläuternden Beispiel wird der Winkelgeschwindigkeitssensor S101 gebildet, welcher als die elektrostatisch in Schwingungen versetzte Anordnung dient und welcher den Sockel 320, den Oszillator 330 und die Ansteuerungselektroden 140, 141 enthält. Der Oszillator 330 ist derart angeordnet, dass er relativ zu dem Sockel 320 beweglich ist und in der vorbestimmten Richtung in Schwingungen versetzt werden kann, d. h. in der x-Richtung. Die Ansteuerungselektroden 140, 141 sind vorgesehen, um die elektrostatische Kraft dem Oszillator 330 aufzubringen, welcher an dem Sockel 320 gesichert ist, um die Ansteuerungsoszillation des Oszillators 330 in der x-Richtung zu erzeugen. Der Winkelgeschwindigkeitssensor S101 bietet die folgenden Vorteile.
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Der Oszillator 330 besitzt die Rahmen 131, von denen jeder die Rahmenform in der Draufsicht auf den Rahmen 131 besitzt. Jeder Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt 160 ist innerhalb des entsprechenden Rahmens 131 platziert und an dem Sockel 320 gesichert.
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Jede Ansteuerungselektrode 140, 141 besitzt den gezahnten primären Ansteuerungselektrodenabschnitt 140a, 141a und den gezahnten sekundären Ansteuerungselektrodenabschnitt 140b, 141b. Der primäre Ansteuerungselektrodenabschnitt 140a, 141a liegt der entsprechenden Außenseite des Oszillators 330 in der x-Richtung gegenüber, und der sekundäre Ansteuerungselektrodenabschnitt 140b, 141b ist dem entsprechenden Rahmeninnenseitensicherungsabschnitt 160 bereitgestellt und liegt der Innenrandgebietsseite des entsprechenden Rahmens 131 in der x-Richtung gegenüber.
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Des Weiteren ist der Hilfs- bzw. Ersatzabschnitt (dummy portion) 180 in jedem entsprechenden Raum vorgesehen, welcher zwischen dem Rückseitenabschnitt 160a des entsprechenden Rahmeninnenseitensicherungsabschnitts 160, der den Zähnen des sekundären Ansteuerungselektrodenabschnitts 140b, 141b gegenüberliegt, und einem gegenüberliegenden Innenrandgebietsabschnitt des entsprechenden Rahmens 131 definiert ist, welcher dem Rückseitenabschnitt 160a in der x-Richtung gegenüberliegt. Das elektrische Potential jedes Hilfsabschnitts 180 befindet sich in dem schwimmenden bzw. floatenden Zustand oder ist gleich dem elektrischen Potential des Rahmens 131.
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In dem Winkelgeschwindigkeitssensor S101 des Beispiels besitzt der Oszillator 330 den Rahmen 131, wobei in jedem davon der sekundäre Ansteuerungselektrodenabschnitt 140b, 141b vorgesehen ist. Während ein Ansteigen der Größe des Winkelgeschwindigkeitssensors S101 begrenzt ist, wird somit der effektive Oberflächenbereich jeder Ansteuerungselektrode, welche bei der Ansteuerungsoszillation des Oszillators 330 eine Unterstützung liefert, erhöht.
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Die Hilfsabschnitte 180 sind in den Rückseitenräumen 170 gebildet und besitzen das elektrische Potential, welches sich in dem schwimmenden bzw. floatenden Zustand befindet oder gleich demjenigen der Rahmen 131 ist. Somit wird die elektrostatische Kraft in jedem Rückseitenraum 170 durch den entsprechenden Hilfsabschnitt 180 verringert.
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D. h., der Rückseitenabschnitt 160a jedes Rahmeninnenseitensicherungsabschnitts 160, welcher den Zähnen des sekundären Ansteuerungselektrodenabschnitts 140b, 141b des Rahmeninnenseitensicherungsabschnitts 160 gegenüberliegt, ist nicht direkt dem gegenüberliegenden Innenrandgebietsabschnitt des Rahmens 131 infolge der Positionierung der Hilfsabschnitte 180 dazwischen zugewandt. Somit besitzt die elektrostatische Kraft, welche von der Rückseite 160a aus angelegt wird und auf die Ansteuerungsoszillation einwirkt bzw. sie beeinträchtigt, den geringeren Effekt auf den Rahmen 131.
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Daher können bei dem Beispiel in dem Winkelgeschwindigkeitssensor, welcher als die elektrostatisch in Schwingungen versetzte Anordnung dient und durch Ätzen der Platte hergestellt wird, um den Sockel 320, den Oszillator 330 und die Ansteuerungselektroden 140, 141 zu besitzen, die Ansteuerungskraft geeignet erhöht werden, ohne dass die Größe des Winkelgeschwindigkeitssensors wesentlich erhöht wird.
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Es wird bei dem Beispiel gewünscht, dass das elektrische Potential jedes Hilfsabschnitts 180 sich in demselben Zustand wie demjenigen des Oszillators 330 befindet. Da die elektrostatische Kraft nicht zwischen jedem Hilfsabschnitt 180 und dem Rahmen 131 ausgeübt wird, kann die Anwendung der unerwünschten elektrostatischen Kraft auf den Oszillator 330 in der Richtung, welche entgegengesetzt der effektiven elektrostatischen Kraft zur Erzeugung der Ansteuerungsoszillation des Oszillators 330 ist, geeignet begrenzt werden.
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Das erläuternde Beispiel kann wie folgt modifiziert sein.
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Bei dem obigen Winkelgeschwindigkeitssensor werden der Oszillator 330 und die anderen entsprechenden Komponenten durch Rückseitenverarbeitung gebildet. Alternativ können der Oszillator 330 und andere entsprechende Komponenten durch die Vorderseitenverarbeitung gebildet werden, bei welcher ein Opferätzen des Oxidfilms 113 der SOI-Platte 310 durchgeführt werden kann, oder bei welcher das Grabenätzen und das Seitenätzen von der Vorderseite der SOI-Platte 310 aus durchgeführt werden kann, um den Oszillator 330 und die entsprechenden Komponenten zu bilden. In diesem Fall wird jeder Hilfsabschnitt 180 von dem Sockel 320 unter Durchführung des Ätzens auf eine Weise getragen, bei welcher der auf der Unterseite befindliche Oxidfilm 113 übrig bleibt, welcher unterhalb des Hilfsabschnitts 180 positioniert
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Jeder Hilfsabschnitt 180 kann durch eine separate entsprechende Struktur getragen werden, welche unter der SOI-Platte 110 des Winkelgeschwindigkeitssensors S101 oder unter der zweiten Siliziumplatte 112 befindlich ist und den Hilfsabschnitt 180 trägt. Alternativ kann jeder Hilfsabschnitt 180 an der benachbarten Ansteuerungselektrode 140, 141 oder dem Oszillator 330 mechanisch gesichert und elektrisch davon isoliert sein. In einem derartigen Fall kann das entsprechende elektrische Potential jedem Hilfsabschnitt 180 durch eine separate Verdrahtung angelegt werden, welche von der benachbarten Ansteuerungselektrode 140, 141 und dem Oszillator 330 getrennt ist.
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Bei dem obigen Beispiel ist die elektrostatisch in Schwingungen versetzbare Anordnung in dem Winkelgeschwindigkeitssensor implementiert. Jedoch kann die elektrostatisch in Schwingungen versetzbare Anordnung beispielsweise in einem elektrostatisch in Schwingungen versetztbaren Betätigungsglied (actuator) implementiert sein.
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Insbesondere kann die elektrostatisch in Schwingungen versetzbare Anordnung in der Anordnung implementiert sein, welche den Sockel, den Oszillator und die Ansteuerungselektroden aufweist, von denen jede den Ansteuerungselektrodenabschnitt aufweist, der in dem entsprechenden Rahmen des Oszillators aufgenommen ist.
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Zusätzliche Vorteile und Modifizierungen sind für den Fachmann leicht ersichtlich. Die Erfindung ist daher in ihrer Gesamtheit nicht auf spezifische Details, repräsentative Vorrichtungen sowie auf dargestellte und beschriebene erläuternde Beispiele beschränkt.
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Vorstehend wurde eine elektrostatisch in Schwingungen versetzbare Anordnung offenbart. Ein Oszillator (30, 330) ist in einer vorbestimmten Richtung (x) in Schwingungen versetzbar. Erste und zweite Ansteuerungselektroden (40, 41, 140, 141) sind an dem Sockel (20, 330) gesichert und bringen dem Oszillator (30, 330) eine elektrostatische Kraft auf, um eine Ansteuerungsoszillation des Oszillators (30, 330) in der vorbestimmten Richtung (x) zu erzeugen. Zu der Zeit der Ansteuerungsoszillation des Oszillators (30, 330) ist bzw. wird eine vorbestimmte elektrische Ladung in dem Oszillator (30, 330) akkumuliert bzw. gespeichert, und es werden elektrische Ladungen entgegengesetzter Polaritäten alternierend und periodisch in der ersten bzw. zweiten Ansteuerungselektrode (40, 41, 140, 141) akkumuliert, um eine Anziehungskraft zwischen dem Oszillator (30, 330) und einer entsprechenden der ersten und zweiten Ansteuerungselektroden (40, 41, 140, 141) auszuüben und um ebenfalls eine Abstoßungskraft zwischen dem Oszillator (30, 330) und der anderen ersten und zweiten Ansteuerungselektroden (40, 41, 140, 141) und umgekehrt auszuüben.
