DE112012000823B4

DE112012000823B4 - Kombinierter Sensor

Info

Publication number: DE112012000823B4
Application number: DE112012000823.5T
Authority: DE
Inventors: Heewon JEONG; Masahide Hayashi
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2015-11-05
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: WO2012111357A1; JP5425824B2; US20130312517A1; JP2012168097A; DE112012000823T5; US9151776B2

Abstract

Kombinierter Sensor, der umfasst:
einen ersten beweglichen Abschnitt und einen zweiten beweglichen Abschnitt, die in Abhängigkeit von einer Änderung einer physikalischen Größe verlagert werden;
einen festen Abschnitt (15), der eine Kapazität zwischen dem ersten beweglichen Abschnitt und dem zweiten beweglichen Abschnitt bildet;
eine Detektionseinheit, die eine Verlagerung des ersten beweglichen Abschnitts und eine Verlagerung des zweiten beweglichen Abschnitts unter Verwendung einer Änderung der Kapazität detektiert;
einen ersten Blindabschnitt, der um den ersten beweglichen Abschnitt vorgesehen ist;
einen zweiten Blindabschnitt, der um den zweiten beweglichen Abschnitt vorgesehen ist; und
eine Potentialerzeugungsschaltung, die ein Potential an den ersten beweglichen Abschnitt, den zweiten beweglichen Abschnitt, den ersten Blindabschnitt und den zweiten Blindabschnitt anlegt,
wobei der erste bewegliche Abschnitt, der zweite bewegliche Abschnitt, der erste feste Abschnitt, der erste Blindabschnitt und der zweite Blindabschnitt in derselben leitenden Schicht eines laminierten Substrats ausgebildet sind,
wobei der erste Blindabschnitt und der zweite Blindabschnitt voneinander elektrisch getrennt sind und
wobei die Potentialerzeugungsschaltung ein erstes Potential an den ersten beweglichen Abschnitt und an den ersten Blindabschnitt anlegt und ein zweites Potential an den zweiten beweglichen Abschnitt und an den zweiten Blindabschnitt anlegt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kombinierten Sensor, der mehrere Sensoren, die auf einem Substrat vorgesehen sind, enthält.
Technischer Hintergrund
Ein Trägheitsmesssensor oder ein Steuersensor, der in einer Fahrzeugbewegungs-Steuervorrichtung oder in einer Roboterhaltungs-Steuervorrichtung verwendet wird, wird beispielsweise durch die Technik mikroelektromechanischer Systeme (MEMS-Technik) hergestellt. Als Beispiel des Trägheitsmesssensors ist ein Sensor bekannt, der eine Trägheit unter Verwendung einer Kapazitätsänderung misst.
Unter den Trägheitssensoren gibt es einen so genannten kombinierten Sensor, der eine Beschleunigung und eine Winkelgeschwindigkeit, die Arten der Trägheit sind, gleichzeitig detektieren kann. Beispielsweise wird die folgende Technik verwendet, um den kombinierten Sensor zu erzielen.
Mit dem Fortschritt der Halbleiterprozesstechnik und der Mikrobearbeitungstechnik (der so genannten MEMS-Technik) ist ein kombiniertes MEMS-Sensorelement, das eine Detektionsschaltung enthält und eine Trägheit unter Verwendung der Detektionsschaltung detektiert, in großem Umfang in Gebrauch gekommen. Beispielsweise detektiert ein Antiblockier-Bremssystem eines Fahrzeugs die Drehung des Fahrzeugs und die Beschleunigung, die auf das Fahrzeug wirkt, in allen Richtungen unter Verwendung eines Winkelgeschwindigkeitssensors und eines zweiachsigen Beschleunigungssensors und stellt einen Kraftmaschinenausgang und die Bremskraft an vier Rädern ein, um den Bewegungszustand eines sich bewegenden Körpers zu steuern. Im Allgemeinen werden als die Sensoren, die in dem Antiblockier-Bremssystem des Fahrzeugs verwendet werden, ein Winkelgeschwindigkeitssensor und Beschleunigungssensoren mit mehreren Detektionsachsen, die auf einer gedruckten Leiterplatte montiert sind, verwendet. Um in einigen Fällen eine Forderung nach geringen Herstellungskosten zu erfüllen, werden mehrere Sensorelemente in ein Sensorelement eingebaut, um die Herstellungs- oder Montagekosten zu verringern.
Ein Beispiel der Technik, die mit dem Trägheitssensor in Beziehung steht, ist in der folgenden PTL 1 offenbart.
Wenn ein Siliciumwafer verwendet wird, um den kombinierten MEMS-Sensor zu bilden, wird er durch eine Siliciumtiefätztechnik verarbeitet. Die Tiefätztechnik ist eine Verarbeitungstechnik, die wiederholt ein chemisches Ätzen unter Verwendung von SF₆-Gas als Hauptkomponente und eine chemische Zerlegung unter Verwendung von CF₄-Gas als Hauptkomponente ausführt. Ein nadelförmiger Siliciumrest, der schwarzes Silicium genannt wird, wird in einem Abschnitt mit einem großen Ätzbereich durch den Einfluss der Gleichmäßigkeit der Zerlegung oder der lokalen Aufladung mit Ionen (eine Potentialänderung aufgrund des Ladungsflusses) erzeugt und wird zu leitendem Staub. Der Staub wird im Hinblick auf die Charakteristik des Sensors nicht bevorzugt.
Wenn außerdem in der Ebene des Wafers aufgrund eines unterschiedlichen Eintrittszustands von Gas oder Ionen ein Bereich, in dem das Schlankheitsverhältnis eines Verarbeitungsabschnitts, das durch das Verhältnis der Dicke und des Spalts des Siliciumwafers definiert ist, stark unterschiedlich ist, erzeugt wird, tritt eine Veränderung der Ätzrate auf. Dieses Phänomen wird Mikrobelastungswirkung genannt, bei der die Ätzrate verringert wird, da ein Öffnungsabschnitt eines geätzten Bereichs verringert wird. Die Zeit, die erforderlich ist, um das Tiefätzen für einen Abschnitt mit feinem Muster abzuschließen, nimmt durch die Mikrobelastungswirkung zu.
Eine Veränderung der Zeit, die erforderlich ist, um das Ätzen abzuschließen, bewirkt einen Verarbeitungsmusterabschnitt, der von jenem feinen Muster verschieden ist, das am längsten einer Chemikalie, die ein Ätzmittel ist, ausgesetzt werden muss, selbst wenn das Ätzen des Verarbeitungsmusterabschnitts abgeschlossen worden ist, wobei der Verarbeitungsmusterabschnitt überätzt wird. Im Ergebnis besteht ein Unterschied zwischen dem Abmessungen der Oberseite des Trägheitskörpers und den Abmessungen der Unterseite des Trägheitskörpers, weshalb der Trägheitskörper nicht wie entworfen verarbeitet werden kann, was nicht bevorzugt wird. Um eine Veränderung der Öffnung des geätzten Bereichs zu verhindern, um eine Veränderung der verarbeiteten Abmessungen zu unterdrücken, werden ein Blindmuster, das nicht direkt zu der Sensorleistung beiträgt, um einen Trägheitsmassenkörper, eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode, die eine Detektionselektrode bilden, und ein Unterstützungsträgerstruktur-Muster in derselben Ebene vorgesehen.
Leitende Abschnitte wie etwa das Blindmuster, das vorgesehen ist, um den leitenden Staub zu verringern oder um die Veränderung der verarbeiteten Abmessungen zu steuern, eine Unterstützungsschicht zum Befestigen und Unterstützen des Trägheitsmassenkörpers, die Detektionselektrode, der Unterstützungsträger und das Blindmuster sowie ein Deckel, um diese Komponenten zu umgeben oder abzudecken, werden als ”Umfangsleiter” bezeichnet. Die Umfangsleiter enthalten Einkristall-Silicium oder einen isolierenden Film und einen leitenden Film, die auf den Einkristall-Silicium gebildet sind. Wenn ferner der Trägheitsmassenkörper, die Detektionselektrode, der Unterstützungsträger und die Umfangsleiter aus Einkristall-Silicium hergestellt sind, wird auf der Oberfläche der verarbeiteten Umfangsleiter ein natürlicher Oxidfilm mit einer Dicke etwa von einigen Nanometern gebildet.
Die Umfangsleiter, die das um den Trägheitsmassenkörper vorgesehene Blindmuster oder den Unterstützungsträger enthalten, müssen auf einem vorgegebenen Potential fixiert werden, um ein Aufladen aufgrund elektromagnetischer Wellen oder statischer Elektrizität zu verhindern. Wenn jedoch die Umfangsleiter auf einem Potential, das von dem Potential beweglicher Abschnitte wie etwa benachbarter Trägheitsmassenkörper verschieden ist, fixiert sind, wird zwischen den Umfangsleitern und den beweglichen Abschnitten eine elektrostatische anziehende Kraft erzeugt. Im Ergebnis treten beispielsweise Defekte wie etwa ein Offset, eine Schwankung der Empfindlichkeit, ein Anhaften oder ein Kurzschluss in dem Sensor auf. Daher wird bevorzugt, dass die Umfangsleiter und die beweglichen Abschnitte in der Nähe der Umfangsleiter das gleiche Potential haben.
Die folgende PTL 2 offenbart ein Beispiel der Technik, die mit dem Trägheitssensor in Beziehung steht.
Weiterhin beschreibt die JP 2009-168777 A , dass ein Winkelgeschwindigkeitssensor und einen Beschleunigungssensor bei gleichem Dichtdruck abgedichtet werden. Der Dichtdruck wird auf einen Wert unterhalb des Atmosphärendrucks reduziert. Ferner ist ein Dämpfer vorgesehen, um Verschiebungen eines beweglichen Körpers des Beschleunigungsensors zu verhindern.
Die DE 10 2005 012 155 A1 beschreibt, dass ein Winkelgeschwindigkeitssensor des Vibrationstyps Winkelgeschwindigkeitssensoren und eine Anomalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit aufweist, die einen entgegengesetztphasigen Wellenformsynthetisierungsabschnitt aufweist. Die Anomalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit erzeugt ein Anomalitätsüberwachungssignal auf der Grundlage einer synthetisierten entgegengesetztphasigen Wellenform, die aus den Erkennungswellenformen synthetisiert wurde und gibt dieses Signal aus.
Die JP 2009-145321 A zeigt einen Trägheitssensor mit einer beweglichen Elektrode, einer festen Elektrode, die der beweglichen Elektrode zugewandt angeordnet ist, einem Leiter, einer Demodulationsschaltung und einer Spannungsanpassungschaltung 20. Der Trägheitssensor erfasst eine Änderung der Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode.
Die WO 2010/119573 A1 beschreibt einen weiteren Trägheitssensor, und die DE 195 30 736 A1 zeigt einen Beschleunigungssensor, der aus einem Dreischichtsystem aufgebaut ist. Die DE 101 07 327 A1 beschreibt einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der einen Gewichtsabschnitt besitzt, welcher in einer Ansteuerungsrichtung angesteuert oszillieren kann und in einer Erfassungsrichtung oszillieren kann, wenn eine Winkelgeschwindigkeit aufgebracht wird. Die DE 100 60 091 A1 zeigt einen mikromechanischen Inertialsensor, der aus drei Bauelementebenen aufgebaut ist.
Patentliteratur

PTL 1: Japanisches Patent Nr. JP 3 435 665 B2
PTL 2: JP 2009-145321 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Erfinder haben jedoch die mit dem Trägheitssensor in Beziehung stehende Technik untersucht und Folgendes gefunden.
Wenn beispielsweise der Winkelgeschwindigkeitssensor und der Beschleunigungssensor auf einem Chip vorgesehen sind, um zusammen verbaut zu werden, um einen kombinierten Sensor zu bilden, haben die Trägheitsmassenkörper, die den Winkelgeschwindigkeitssensor und den Beschleunigungssensor bilden, unterschiedliche Soll-Referenzpotentiale.
Im Allgemeinen gibt der Beschleunigungssensor eine Spannung Vref/2 + ΔV (wobei Vref/2, die ein Zwischenwert der Leistungsversorgungsspannung Vref ist, ein Referenzpotential ist) aus, wenn eine Beschleunigung in der positiven Richtung ausgeübt wird, während er eine Spannung Vref/2 – ΔV ausgibt, wenn eine Beschleunigung in der negativen Richtung ausgeübt wird.
Andererseits wird für den Winkelgeschwindigkeitssensor in einigen Fällen die Winkel-Eigenfrequenz so gesteuert, dass sie in einen vorgegebenen Bereich fällt, beispielsweise wird die detektionsseitige Winkel-Eigenfrequenz so gesteuert, dass sie gleich der Antriebswinkelfrequenz ist, um eine hohe Empfindlichkeit zu erhalten. Als Verfahren zum Steuern der Winkel-Eigenfrequenz gibt es ein Verfahren, das zwischen einer beweglichen Elektrode, die in dem Trägheitsmassenkörper vorgesehen ist, und einer festen Elektrode, die so vorgesehen ist, dass sie der beweglichen Elektrode zugewandt ist und an der Unterstützungsschicht befestigt ist, eine Gleichspannung anlegt, um eine elektrostatische Kraft zu erzeugen, um dadurch die wahrnehmbare Federkonstante zu verringern. Dies ist ein Abstimmverfahren, das einen so genannten elektrostatischen Federeffekt nutzt.
Der Frequenzbereich, der durch diesen Effekt eingestellt werden kann, ist durch die Potentialdifferenz zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode begrenzt. Daher ist es notwendig, das an den Trägheitsmassenkörper des Winkelgeschwindigkeitssensors angelegte Potential minimal zu machen, um eine Abstimmspannung sicherzustellen, um eine Veränderung der Winkel-Eigenfrequenz aufgrund eines Verarbeitungsfehlers während der Herstellung zu absorbieren und um die Ausbeute zu verbessern.
Vorzugsweise wird das gleiche Potential wie jenes, das an die benachbarten Trägheitsmassenkörper angelegt wird, an die Blindmuster angelegt, die um die Trägheitsmassenkörper in dem Beschleunigungssensor und in dem Winkelgeschwindigkeitssensor vorgesehen sind, um einen unnötigen Abstimmeffekt zu verhindern.
Wenn der Beschleunigungssensor und der Winkelgeschwindigkeitssensor getrennt ausgebildet sind und nicht zusammen verbaut sind, ist es verhältnismäßig einfach, das Potential des Trägheitsmassenkörpers an jenes des Blindmusters, das um den Trägheitsmassenkörper vorgesehen ist, anzugleichen. Im Fall eines kombinierten Sensors, in dem die Trägheitsmassenkörper und die Blindmuster, die um die Trägheitsmassenkörper in dem Winkelgeschwindigkeitssensor und dem Beschleunigungssensor vorgesehen sind, gemeinsam auf einem Chip gebildet sind, der dasselbe Element ist, ist es jedoch schwierig, das Potential jedes Trägheitsmassenkörpers, des Blindmusters, das um jeden Trägheitsmassenkörper vorgesehen ist, und des Umfangsleiters wie etwa der Unterstützungsschicht oder des Deckels gleichmäßig einzustellen.
Die Erfindung ist im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme gemacht worden, wobei es eine Aufgabe der Erfindung ist, den Rauschabstand und die Empfindlichkeit eines kombinierten Sensors zu verbessern.
Lösung für das Problem
Ein kombinierter Sensor gemäß der Erfindung enthält einen ersten und einen zweiten beweglichen Abschnitt und ein erstes und ein zweites Blindmuster, die um den ersten bzw. den zweiten beweglichen Abschnitt vorgesehen sind, die in einer Schicht eines laminierten Substrats ausgebildet sind. Der erste Blindabschnitt und der zweite Blindabschnitt sind elektrisch voneinander getrennt. An den ersten beweglichen Abschnitt und an den ersten Blindabschnitt wird ein erstes Potential angelegt, während an den zweiten beweglichen Abschnitt und an den zweiten Blindabschnitt ein zweites Potential angelegt wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem kombinierten Sensor der Erfindung ist es möglich, den Rauschabstand oder die Empfindlichkeit des kombinierten Sensors zu verbessern.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenschnittansicht, die einen kombinierten Sensor S1 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist eine Draufsicht, die ein Sensorelement S1E gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A' von 2.
4 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie B-B' von 2.
5 ist ein Diagramm, das die Verbindungsbeziehung zwischen der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG und Peripherieschaltungen zeigt.
6 ist ein Diagramm, das die Verbindungsbeziehung zwischen einer Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY und Peripherieschaltungen zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung im Einzelnen beschrieben. In allen Zeichnungen für die Beschreibung der Ausführungsformen werden im Prinzip die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und wird deren Beschreibung nicht wiederholt.
<Erste Ausführungsform>
1 ist eine Seitenschnittansicht, die einen kombinierten Sensor S1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Der kombinierte Sensor S1 enthält ein Keramikgehäuse 150, eine Signalverarbeitungs-IC 50 und ein Sensorelement S1E. Zunächst wird die Signalverarbeitungs-IC 50 an dem Keramikgehäuse 150 durch einen Klebstoff 151 befestigt und wird das Sensorelement S1E mit der IC 50 kontaktiert und daran befestigt. Dann werden die IC 50, das Winkelgeschwindigkeitssensorelement S1E und ein externer Eingangs-/Ausgangsanschluss 154 des Keramikgehäuses 150 durch leitende Drähte 152 unter Verwendung einer Drahtkontaktierung miteinander verbunden. Schließlich wird das Gehäuse mit einem Deckel 153 abgedichtet, um den kombinierten Sensor S1 zu vervollständigen.
Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, kann als das Gehäuse, das die Komponenten wie etwa das Sensorelement 1SE und die IC 50 aufnimmt, statt des Keramikgehäuses 150 beispielsweise ein Kunststoffgehäuse verwendet werden. Das heißt, es kann irgendein Gehäuse verwendet werden, solange es die Komponenten wie etwa die leitenden Drähte 152 schützen kann und Signale von außen empfangen und nach außen senden kann.
2 ist eine Draufsicht, die das Sensorelement S1E in der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Um der einfachen Erläuterung willen ist eine Glaskappe 100, die mit Bezug auf 3 beschrieben wird, nicht gezeigt. Das Sensorelement S1E enthält eine Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG und eine Winkelgeschwindigkeits detektionseinheit S1EY.
Die Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG enthält einen Trägheitsmassenkörper 11, eine Unterstützungsträgerstruktur 12, eine bewegliche Elektrode 13, eine feste Elektrode 14, einen Aufhängungsabschnitt 15, ein Blindmuster 16 und eine Durchgangselektrode 17.
Der Trägheitsmassenkörper 11 ist ein beweglicher Abschnitt, der verlagert wird, wenn auf die Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG eine Trägheitskraft ausgeübt wird. Die Unterstützungsträgerstruktur 12 unterstützt den Trägheitsmassenkörper 11. Die bewegliche Elektrode 13 wird zusammen mit dem Trägheitsmassenkörper 11 verlagert, um die Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode 13 und der festen Elektrode 14 zu bilden. Die Kapazität wird durch die Verlagerung des Trägheitsmassenkörpers 11 geändert, wobei der Bewegungsbetrag des Trägheitsmassenkörpers 11 anhand der Änderung der Kapazität detektiert werden kann. Der Aufhängungsabschnitt 15 befestigt den Trägheitsmassenkörper 11 und die Unterstützungsträgerstruktur 12 an einer Unterstützungsschicht 1a, die mit Bezug auf 3 beschrieben wird, und hält diese auf hängende Weise. Die Durchgangselektrode 17 verläuft durch den Aufhängungsabschnitt 15 und ist mit einem Anschlussfläche 18, das später beschrieben wird, elektrisch verbunden. Das Blindmuster 16 ist um jede der oben erwähnten Komponenten in derselben Ebene angeordnet und trägt nicht direkt zu den Funktionen des Sensors bei.
Die Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit 1SEY enthält ein Blindmuster 16a, einen Trägheitsmassenkörper 23 und eine Unterstützungsträgerstruktur 24. Zwischen den Blindmustern 16a und 16 ist ein Spalt 30 gebildet, um die Blindmuster 16a und 16 elektrisch zu trennen. Der Trägheitsmassenkörper 23 ist ein beweglicher Abschnitt, der verlagert wird, wenn auf die Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY eine Trägheitskraft ausgeübt wird. Der Trägheitsmassenkörper 23 kann in einer Antriebsrichtung (x) und in einer Detektionsrichtung (y) verlagert werden. Die Unterstützungsträgerstruktur 24 unterstützt den Trägheitsmassenkörper 23.
Mit Bezug auf die 5 und 6 werden beispielsweise das Punktionsprinzip der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG und der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY und die genaue Struktur jeder Komponente der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG und der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit 1SEY beschrieben.
In der Erfindung entsprechen ein ”erster beweglicher Abschnitt” und ein ”zweiter beweglicher Abschnitt” den Trägheitsmassenkörpern 11 und 23 und deren beweglichen Elektroden. Ein ”fester Abschnitt” entspricht der festen Elektrode 14 und einer festen Elektrode einer Detektionselektrode 29, die später beschrieben wird.
Ein ”erster Blindabschnitt” und ein ”zweiter Blindabschnitt” entsprechen den Blindmustern 16 und 16a. Eine ”Potentialerzeugungsschaltung” entspricht einer Schaltung, die Referenzpotentiale 20a und 20b liefert, wie später beschrieben wird.
3 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A' in 2. Beispielsweise kann eine mechanische Komponente des Sensorelements 1SE wie etwa der Aufhängungsabschnitt 15 auf einem Substrat wie etwa einem Silicium-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat) 1 gebildet sein.
In dem SOI-Substrat 1 ist eine Zwischenisolierschicht 1b auf der Unterstützungsschicht 1a gebildet und ist eine aktive Schicht 1c auf der Zwischenisolierschicht 1b gebildet. Die Unterstützungsschicht 1a kann beispielsweise aus Silicium (Si) hergestellt sein. Die Zwischenisolierschicht 1b kann beispielsweise aus Siliciumoxid (SiO₂) hergestellt sein. Die aktive Schicht 1c kann beispielsweise aus leitendem Silicium hergestellt sein.
Die Gesamtdicke der Unterstützungsschicht 1a und der Zwischenisolierschicht 1b liegt beispielsweise im Bereich von einigen zehn Mikrometern bis zu mehreren hundert Mikrometern. Die Dicke der aktiven Schicht 1c liegt beispielsweise im Bereich von einigen Mikrometern bis zu mehreren zehn Mikrometern. In der ersten Ausführungsform wird das SOI-Substrat verwendet. Das Substrat ist jedoch nicht auf das SOI-Substrat eingeschränkt, vielmehr können verschiedene Halbleitersubstrate verwendet werden. Beispielsweise kann leitendes Polysilicium unter Verwendung einer Oberflächen-MEMS-Technik oder ein plattiertes Metall wie etwa Nickel (Ni) als aktive Schicht 1c verwendet werden.
Jede Komponente des kombinierten Sensors S1 gemäß der ersten Ausführungsform wird durch Verarbeiten der aktiven Schicht 1c des SOI-Substrats 1 gebildet. Beispielsweise wird das folgende Verfahren als ein Verfahren zum Verarbeiten der aktiven Schicht 1c angesehen.
Nachdem ein Resist, der auf Licht oder einen Elektronenstrahl reagiert, auf die aktive Schicht 1c aufgebracht worden ist, wird ein Abschnitt des Resists auf der aktiven Schicht 1c durch eine Photolithographietechnik oder durch eine Elektronenstrahl-Lithographietechnik entfernt. Dann wird die belichtete aktive Schicht 1c beispielsweise durch Trockenätzen wie etwa durch reaktives Ionenätzen (RIE) oder durch ein Nassätzen unter Verwendung einer Alkali-Chemikalie wie etwa Tetramethyl-Ammoniumhydroxid (TMAH) oder Kaliumhydroxid (KOH) entfernt. Dann wird der verbleibende Resist entfernt und wird die Zwischenisolierschicht 1b durch Gas oder Flüssigkeit wie etwa Fluorwasserstoffsäure entfernt.
Zu diesem Zeitpunkt ist anhand der in 3 gezeigten Form der Zwischenisolierschicht 1b ersichtlich, dass die Zwischenisolierschicht 1b nicht unter einem schmalen Abschnitt der aktiven Schicht 1c gebildet ist und dass der schmale Abschnitt gegenüber der Unterstützungsschicht 1a schwebt. Die Zwischenisolierschicht 1b verbleibt unter einem breiten Abschnitt der aktiven Schicht 1c, wobei der breite Abschnitt an der Unterstützungsschicht 1a befestigt ist. Diese Verarbeitung macht es möglich, mechanische Komponenten des kombinierten Sensors S1 wie etwa der Trägheitsmassenkörper 11 und 23, des Aufhängungsabschnitts 15 und der Unterstützungsträgerstrukturen 12 und 24, wie später beschrieben wird, in der aktiven Schicht 1c zu bilden.
4 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie B-B' von 2. Die Durchgangselektrode 17 ist in dem Aufhängungsabschnitt 15 gebildet. Die Durchgangselektrode 17 verläuft durch den Aufhängungsabschnitt 15 und ist mit der auf der Unterstützungsschicht 1a gebildeten Anschlussfläche 18 verbunden. Die Anschlussfläche 18 ist mit der IC 50 durch den leitenden Draht 152 verbunden. Eine Anschlussfläche 47 ist mit der Unterstützungsschicht 1a elektrisch verbunden, wobei an die Unterstützungsschicht 1a über die Anschlussfläche 47 ein Potential angelegt werden kann.
Die Durchgangselektrode 17 ist so konfiguriert, dass sie ein elektrisches Signal von der Unterstützungsschicht 1a über die Anschlussfläche 18 liefern kann, um ein Potential anzulegen, alternativ kann sie auf ein vorgegebenes Potential fixiert sein. Die Durchgangselektrode 17 kann durch den folgenden Prozess gebildet werden.
Zunächst wird in der Unterstützungsschicht 1a, der Zwischenisolierschicht 1b und der aktiven Schicht 1c ein Durchgangsloch gebildet, außerdem werden die Unterstützungsschicht 1a, die Zwischenisolierschicht 1b und die aktive Schicht 1c thermisch oxidiert, um um das Durchgangsloch einen Oxidfilm 25 zu bilden. Dann wird in das Durchgangsloch durch chemische Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) Polysilicium 17a gefüllt. Das Polysilicium 17a, das auf dem Oxidfilm 25 während des Befüllungsvorgangs abgelagert wird, und der Oxidfilm 25, der auf der Oberfläche der aktiven Schicht 1c während der thermischen Oxidation gebildet wird, werden durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) oder durch ein Plasmaätzverfahren entfernt, so dass die Oberfläche der aktiven Schicht 1c freiliegt. Anschließend wird Polysilicium 17b durch CVD abgelagert. Die Durchgangselektrode 17 kann durch den oben erwähnten Prozess gebildet werden.
Wenn das Polysilicium 17a und das Polysilicium 17b abgelagert werden, können sie durch zwei Ablagerungsoperationen abgelagert werden. In diesem Fall werden nach dem ersten Ablagerungsvorgang durch thermische Diffusion leitende Störstellen in das Polysilicium 17a und das Polysilicium 17b implantiert. Auf diese Weise ist es möglich, den elektrischen Widerstand des Polysiliciums 17a und des Polysiliciums 17b zu reduzieren.
Die Verwendung der Durchgangselektrode 17 ermöglicht es, elektrische Signale zwischen der Unterstützungsschicht 1a und jeder Komponente, die in der aktiven Schicht 1c gebildet ist, einzugeben bzw. auszugeben. Selbst wenn daher die Kappe 100 auf der aktiven Schicht 1c durch Anodenkontaktierung unter Verwendung von Glas oder anderen Klebstoffen vorgesehen ist, ist es möglich, Signale zwischen dem kombinierten Sensor S1 und der äußeren Umgebung einfach ein- und auszugeben.
Oben ist die Struktur des kombinierten Sensors S1 beschrieben worden. Als Nächstes wird das Funktionsprinzip der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG beschrieben.
5 ist ein Diagramm, das die Verbindungsbeziehung zwischen der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG und Peripherieschaltungen veranschaulicht. Wenn auf die Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG eine Beschleunigung ausgeübt wird, wird der Trägheitsmassenkörper 11 durch das Trägheitsgesetz verlagert. In diesem Fall kann der Verlagerungsbetrag durch eine Änderung der Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode 13 und der festen Elektrode 14 berechnet werden.
Wenn insbesondere die Kapazität zwischen den Anschlussflächen 15a und 15d, die mit der festen Elektrode 14 über die Durchgangselektrode 17 verbunden sind, und einer Anschlussfläche 15b, die mit der beweglichen Elektrode 13 verbunden ist, geändert wird, setzt eine Kapazitätsspannungs-Umsetzungsschaltung (CV-Umsetzungsschaltung) 19 der IC 50 die Änderung der Kapazität in eine Spannung um und eine Spannungsveränderung in den Betrag einer Verlagerung des Trägheitsmassenkörpers 11 um. Ein Kapazitätsunterschied zwischen der beweglichen Elektrode 13 und der festen Elektrode 14 kann durch Trägerwellen, die durch eine Trägerwellenanwendungsschaltung 22 und eine Demodulationsschaltung 21 erzeugt bzw. demoduliert werden, gemessen werden.
Im Allgemeinen verwenden die Trägerwellen ein Frequenzband von mehreren hundert Kilohertz, denen der Trägheitsmassenkörper 11 nicht folgen kann. Die Hochfrequenz-Trägerwelle (Anwendungsschaltung) 22 wird aus den folgenden Gründen (a) und (b) verwendet. (a) Im Allgemeinen ist die Kappungsfrequenz eines Vibrationssystems, das den Trägheitsmassenkörper 11 und die Unterstützungsträgerstruktur 12 verwendet, gleich oder kleiner als 1 kHz, wobei das Vibrationssystem der Trägerwelle 2 mit einer hohen Frequenz nicht folgt. Daher tritt ein Funktionsfehler weniger wahrscheinlich auf. (b) Wenn die Hochfrequenz-Trägerwelle 22 verwendet wird, wird der elektrische Wechselspannungswiderstand, d. h. die Impedanz des Kondensators, der durch die bewegliche Elektrode 13 und die feste Elektrode 14 gebildet ist, verringert, ferner wird die Empfindlichkeit des Sensors verbessert.
Wenn jedoch die Frequenz der Trägerwelle 22 zu hoch ist (beispielsweise 1 MHz oder mehr), ist die Trägerwelle durch das Durchlassband eines OP-AMP 19a, der später beschrieben wird, beschränkt, ferner wird die Empfindlichkeit des Sensors verringert.
Die CV-Umsetzungsschaltung 19 enthält den OP-AMP 19a und einen Referenzkondensator Cf. Die Differenz zwischen dem Potential 20a, das in einen positiven Anschluss des OP-AMP 19a eingegeben wird, und einem Signal, das von der Anschlussfläche 15b eingegeben wird und zu der Verlagerung des Trägheitsmassenkörpers 11 proportional ist, wird verstärkt, um einen Ausgang Vo zu erhalten. Der Ausgang Vo von der CV-Umsetzungsschaltung 17 erfüllt den folgenden Ausdruck 1:
[Ausdruck 1]

Vo = (ΔC/Cs) × Vc + Vb (1) (wobei ΔC: Kapazitätsveränderung zwischen der beweglichen Elektrode 13 und der festen Elektrode 14 Vc: Amplitude der Trägerwelle 22 Vb: Potential 20a des positiven Anschlusses des OP-AMP 19a).

Das Referenzpotential 20a, das in den positiven Anschluss des OP-AMP 19a, der die CV-Umsetzungsschaltung 19 bildet, eingegeben wird, wird auch als das Referenzpotential der Trägerwelle 22 verwendet. Das heißt, die Trägerwelle 22 hat das Referenzpotential 20a als eine Gleichspannung und ist ein überlagertes Signal von Wechselspannungssignalen mit einer Frequenz von mehreren hundert Kilohertz. Die Gleichspannungskomponenten der Trägerwelle 22 heben sich während der differentiellen Detektion gegenseitig auf. Daher wird im Prinzip selbst dann, wenn zwischen dem Referenzpotential 20a des OP-AMP 19a und dem Referenzpotential der Trägerwelle 22 eine Differenz vorhanden ist, der Sensorausgang Vo durch die Differenz zwischen den Referenzpotentialen nicht beeinflusst.
Wenn jedoch eine Veränderung der Kapazität in der festen Elektrode 14, die mit der Anschlussfläche 15a verbunden ist, und der festen Elektrode 14, die mit der Anschlussfläche 15d verbunden ist, aufgrund eines Verarbeitungsfehlers während der Herstellung auftritt, wird der Trägheitsmassenkörper 11 durch die Differenz des Referenzpotentials 20a verlagert. Im Ergebnis tritt ein Offset auf.
Selbst wenn kein Verarbeitungsfehler vorliegt, werden aufgrund der Differenz zwischen der an den Trägheitsmassenkörper 11 angelegten Referenzspannung und dem an den positiven Anschluss des OP-AMP 19a angelegten Potential 20a elektrostatische Kräfte in dem Trägheitsmassenkörper 11 erzeugt, die sich in der Verlagerungsrichtung gegenseitig aufheben. Daher wird ein elektrostatischer Federeffekt erzeugt und wird eine Winkel-Eigenfrequenz, die kleiner als ein Entwurfswert ist, erhalten. Wenn die Winkel-Eigenfrequenz niedrig ist, nimmt eine Verlagerung x in Bezug auf die Anwendung der Einheitsbeschleunigung zu und wird eine Empfindlichkeit, die kleiner oder größer als ein Entwurfswert ist, erhalten. Die Beziehung zwischen der Winkel-Eigenfrequenz ω des Vibrationssystems, das den Trägheitsmassenkörper 11 und die Unterstützungsträgerstruktur 12 enthält, und der Verlagerung x, wenn eine Beschleunigung ausgeübt wird, ist durch den folgenden Ausdruck 2 gegeben:
[Ausdruck 2]

x = α/ω² (2) (wobei x: Verlagerung, wenn eine Beschleunigung α ausgeübt wird ω: (k/m)^1/2 m: Masse des Trägheitsmassenkörpers 11k k: Federkonstante der Unterstützungsträgerstruktur).

Daher wird bevorzugt, dass das Referenzpotential 20b der Trägerwelle 22 gleich dem Referenzpotential 20a der CV-Umsetzungsschaltung 19 ist. Wenn das an den Sensor angelegte Leistungsversorgungspotential gleich Vref ist, wird bevorzugt, dass die Referenzpotentiale 20a und 20b gleich Vref/2, d. h. gleich dem halben Leistungsversorgungspotential sind.
Wie aus dem oben erwähnten Ausdruck 1 ersichtlich ist, ist es dann, wenn das Referenzpotential VB (20a) der CV-Umsetzungsschaltung 19 gleich Vref/2 ist, möglich, positive und negative Sensorausgänge im Verhältnis zu ΔC zu erhalten. In der ersten Ausführungsform ist die Schaltung, die die analoge Spannung ausgibt, als ein Beispiel angegeben worden. Es kann jedoch eine Schaltung, die eine Analog/Digital-Umsetzung (AD-Umsetzung) ausführt und ein digitales Signal ausgibt, verwendet werden. In diesem Fall ist es möglich, den gleichen Effekt wie oben beschrieben zu erhalten.
Wie aus dem oben erwähnten Ausdruck 1 ersichtlich ist, nimmt der Ausgang Vo pro Einheits-ΔC zu, wenn die Wechselspannungsamplitude Vc der Trägerwelle 22 zunimmt. Wenn daher die Leistungsversorgungsspannung Vref des Sensors angelegt wird, wird das Referenzpotential 20a der Trägerwelle auf Vref/2 gesetzt, was ermöglicht, die maximale Trägerwellenamplitude zu erhalten. Das heißt, da eine große Trägerwellenamplitude sichergestellt ist, ist es möglich, denselben Ausgang selbst dann zu erhalten, wenn ΔC verhältnismäßig klein ist. Im Verhältnis ist es möglich, die Größe des Sensorelements S1EG zu reduzieren. Oben ist das Funktionsprinzip der Beschleunigungsdetektionseinheit SIEG beschrieben worden. Als Nächstes werden das Potential des Blindmusters 16 in der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG und dessen Einfluss beschrieben.
Das Blindmuster 16 ist in der aktiven Schicht 1c so gebildet, dass es den Umfang des Trägheitsmassenkörpers 11, der Unterstützungsträgerstruktur 12, der beweglichen Elektrode 13, der festen Elektrode 14 und des Aufhängungsabschnitts 15 umgibt. Der Hauptzweck des Blindmusters 16 besteht darin, die Verarbeitungszeit zu verringern, wenn ein tiefes aktives Ionenätzen (DRIE) für die aktive Schicht 1c ausgeführt wird, das Schlankheitsverhältnis so zu managen, dass es so gleichmäßig wie möglich ist, und einen Mikrobelastungseffekt zu unterdrücken. Daher ist es möglich, das Auftreten einer Kerbe durch übermäßiges Entfernen des Bodens aufgrund einer Überätzung oder die Entstehung von leitendem Staub aufgrund von schwarzem Silicium zu unterdrücken.
Wenn jedoch zwischen dem beweglichen Abschnitt wie etwa dem Trägheitsmassenkörper 11 und dem Blindmuster 16, das um den beweglichen Abschnitt mit einem vorgegebenen Spalt dazwischen vorgesehen ist, eine Potentialdifferenz auftritt, tritt der elektrostatische Federeffekt auf und tritt eine Offsetveränderung aufgrund der ungleichen elektrostatischen Anziehungskraft, die durch einen Verarbeitungsfehler verursacht wird, auf. Außerdem ist das Blindmuster 16 von anderen Abschnitten elektrisch unabhängig und ist das Potential des Blindmusters 16 nicht konstant. Daher tritt der Einfluss der Ladung beispielsweise aufgrund elektromagnetischer Wellen von außen oder durch Reibung auf. Im Ergebnis erfolgt eine Aufladung, wobei sich der Offset oder die Empfindlichkeit des Sensorausgangs im Verlauf der Zeit verändern.
Daher ist es notwendig, das Potential des Blindmusters 16 auf einen vorgegebenen Wert festzulegen. Vorzugsweise wird dasselbe Potential wie das Referenzpotential 20a, das an den Trägheitsmassenkörper 11 angelegt wird, an das Blindmuster 16 angelegt, um den elektrostatischen Federeffekt, ein Anhaften, einen Offset und eine Empfindlichkeitsschwankung aufgrund einer elektrostatischen Kraft zu verhindern. Weiterhin kann derselbe Effekt erhalten werden, wenn der Spalt zwischen dem Blindmuster 16 und dem Trägheitsmassenkörper 11 oder dergleichen in der Nähe des Blindmusters 16 in gewissem Ausmaß zunimmt und das Potential in der Umgebung des Referenzpotentials 20a angelegt wird. In diesem Fall muss jedoch die IC 50 mehrere Potentiale liefern und nimmt die Größe der IC 50 zu, was nicht bevorzugt wird.
In der ersten Ausführungsform ist eine Anschlussfläche 15c, die in der Unterstützungsschicht 1a durch die Durchgangselektrode 17 gebildet wird, mit der IC 50 durch den leitenden Draht 152 verbunden, um an das Blindmuster 16 ein Potential anzulegen.
Oben sind das Potential des Blindmusters 16 in der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG und dessen Einfluss beschrieben worden. Als Nächstes wird das Funktionsprinzip der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY beschrieben.
6 ist ein Diagramm, das die Verbindungsbeziehung zwischen der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY und Peripherieschaltungen veranschaulicht. Die Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY enthält zusätzlich zu den mit Bezug auf 2 beschriebenen Komponenten eine Antriebselektrode 27, eine Überwachungselektrode 28, eine Detektionselektrode 29 und den Aufhängungsabschnitt 15. Die Antriebselektrode 27 lässt den Trägheitsmassenkörper 23 in der Antriebsrichtung vibrieren. Die Überwachungselektrode 28 überwacht die Verlagerung des Trägheitsmassenkörpers 23 in der Antriebsrichtung. Die Detektionselektrode 29 detektiert den Verlage rungsbetrag des Trägheitsmassenkörpers 23, wenn der Trägheitsmassenkörper 23 durch die von außen ausgeübte Winkelgeschwindigkeit in der Detektionsrichtung verlagert wird.
An die Antriebselektrode 27 wird ein Antriebssignal, das durch eine Antriebsschaltung 32 erzeugt wird, angelegt. Die Antriebselektrode 27 ist eine feste Elektrode, die so vorgesehen ist, dass sie der beweglichen Elektrode des Trägheitsmassenkörpers 23 mit einem vorgegebenen Spalt dazwischen zugewandt ist. Die Antriebselektrode 27 lässt den Trägheitsmassenkörper 23 in der Antriebsrichtung unter Verwendung der elektrostatischen Kraft, die durch das Antriebssignal von der Antriebsschaltung 32 erzeugt wird, vibrieren. In diesem Fall ist die effektive Potentialdifferenz, die auf die Antriebselektrode 27 wirkt, die Differenz zwischen dem Potential des Antriebssignals und dem Referenzpotential des Trägheitsmassenkörpers 23. Das Referenzpotential des Trägheitsmassenkörpers 23 ist eine Gleichspannung 20c einer Trägerwelle (Anwendungsschaltung) 22a, die später beschrieben wird.
Die Trägerwelle 22a in einem Frequenzband von einigen hundert Kilohertz, das von jenem der Trägerwelle 23 zum Messen der Verlagerung des Trägheitsmassenkörpers 11 verschieden ist, wird verwendet, um die Mischung von Signalen mit der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG, die auf derselben aktiven Schicht 1c gebildet ist, zu verhindern. Die Vorgleichspannung (Referenzpotential) 20c, die an die Trägerwelle 22a angelegt wird, ist das Gleichspannungsreferenzpotential des Trägheitsmassenkörpers 23. Der elektrostatische Federeffekt wird durch die Potentialdifferenz zwischen der Detektionselektrode 27, die später beschrieben wird, und dem Trägheitsmassenkörper 23 erzeugt, um die Winkel-Eigenfrequenz in der Detektionsrichtung einzustellen. Daher wird bevorzugt, das Potential 20c minimal zu machen, um einen weiten Frequenzeinstellbereich sicherzustellen. In der ersten Ausführungsform ist das Potential 20c auf etwa 1 V eingestellt.
Die Corioliskraft Fc, die in der Detektionsrichtung durch die Ausübung einer Winkelgeschwindigkeit Ω erzeugt wird, ist durch den weiter unten angegebenen Ausdruck 3 definiert, während die Verlagerung y in der Detektionsrichtung, die durch die Corioliskraft Fc erzeugt wird, durch den folgenden Ausdruck 4 gegeben ist. Wenn daher die Empfindlichkeit S des Winkelgeschwindigkeitssensors als das Verhältnis der Verlagerung y in der Detektionsrichtung zu der eingegebenen Winkelgeschwindigkeit Ω definiert ist und der Ausdruck 3 in den Ausdruck 4 eingesetzt wird, wird die Empfindlichkeit S (Ausdruck 5) des Winkelgeschwindigkeitssensors erhalten.
[Ausdruck 3]
F_c = –2mΩν (3) (wobei m: Masse des Trägheitsmassenkörpers 23
Ω: ausgeübte Winkelgeschwindigkeit
ν: Geschwindigkeit des Trägheitsmassenkörpers 23 in der Antriebsrichtung). [Ausdruck 4]
(wobei k_y: Federkonstante der Unterstützungsträgerstruktur 24 in de Detektionsrichtung
ω_d: Winkelfrequenz des Antriebssignals, das durch die Antriebsschaltung 32 erzeugt wird
ω_y: Winkel-Eigenfrequenz eines Detektionsvibrationssystems, das den Trägheitsmassenkörper 23 und die Unterstützungsträgerstruktur 24 enthält
Q_y: mechanischer Qualitätsfaktor des Detektionsvibrationssystem) [Ausdruck 5]
Wie aus dem oben erwähnten Ausdruck 5 ersichtlich ist, wird dann, wenn die Winkel-Eigenfrequenz ωy des Detektionsvibrationssystems gleich der Antriebswinkelfrequenz ωc ist, die maximale Empfindlichkeit S erhalten. Die maximale Empfindlichkeit S hat die Bedeutung, dass die detektierte Amplitude y pro Einheit der ausgeübten Winkelgeschwindigkeit maximal ist. Daher hat die maximale Empfindlichkeit S die Bedeutung, dass der Eingang in die CV-Umsetzungsschaltung 19 und in die Steuer-IC 50 maximal ist. Das heißt, da die Verlagerung y, die ein Signal ist, aus Sicht des Sensors S1 zunimmt, wird der Rauschabstand verbessert.
Im Allgemeinen ist jedoch die Winkel-Eigenfrequenz ωy des Detektionsvibrationssystems nicht unbedingt gleich dem Entwurfswert, sondern weicht hiervon aufgrund eines Verarbeitungsfehlers ab, wenn der Trägheitsmassenkörper 23 und die Unterstützungsträgerstruktur 24 verarbeitet werden. Daher gibt es als eine bekannte Technik ein Verfahren, das zwischen den Trägheitsmassenkörper 23 und die feste Elektrode, die dem Trägheitsmassenkörper 23 in der Detektionsrichtung zugewandt ist, wobei dazwischen ein vorgegebener Spalt vorhanden ist, eine Gleichspannung anlegt, um den elektrostatischen Federeffekt zu erzeugen, um dadurch die Winkel-Eigenfrequenz des Detektionsvibrationssystems einzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, die Empfindlichkeit S des Sensors zu verbessern.
In der ersten Ausführungsform ist die feste Elektrode zum Erzeugen des elektrostatischen Federeffekts nicht getrennt vorgesehen, vielmehr wird die feste Elektrode der Detektionselektrode 29 verwendet, um den elektrostatischen Federeffekt zu erzeugen. Eine Spannungseinstellschaltung 31 wird verwendet, um eine Gleichspannung Vt zum Einstellen der Winkel-Eigenfrequenz an die feste Elektrode der Detektionselektrode 29 anzulegen. Zwischen dem Trägheitsmassenkörper 23 und der festen Elektrode der Detektionselektrode 29 wird eine Potentialdifferenz Vt – Vb (Potential 20c) angelegt.
Der Einstellbereich Δfy einer Eigenfrequenz fy durch den elektrostatischen Federeffekt ist eine Funktion der Potentialdifferenz Vt – Vb, wie im folgenden Ausdruck 6 gezeigt ist. Es ist notwendig, die maximale Potentialdifferenz (Vt – Vb) anzulegen, um eine Schwankung der Eigenfrequenz in einem weiten Bereich zu absorbieren und um die Herstellungsausbeute zu verbessern. Die obere Grenze des Potentials, das durch die Spannungseinstellschaltung 31 geliefert werden kann, ist die Leistungsversorgungsspannung Vref. Daher ist es notwendig, das Referenzpotential 20c der Trägerwelle 22a minimal zu machen, um eine große Potentialdifferenz anzulegen. [Ausdruck 6]
(wobei Δfy: Einstellbereich der Eigenfrequenz
Δk: Einstellbereich der Federkonstante der Unterstützungsträgerstruktur 24 in der Detektionsrichtung ΔV = Vt – Vb u: Spalt zwischen dem Trägheitsmassenkörper 23 und der Detektionselektrode 26)
Das Referenzpotential 20c und die Wechselspannungsamplitude der Trägerwelle 20a sind mit der Größe der Detektionselektrode 29 und mit anderen komplizierten Entwurfsfaktoren korreliert und werden nicht gleichmäßig bestimmt. Daher ist das Referenzpotential 20a = Vref/2 die optimale Bedingung in der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG, das Referenzpotential 20c muss jedoch in der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EV für jeden Entwurf auf einen anderen Wert eingestellt werden. Das Referenzpotential 20c ist durch die Wechselspannungsamplitude der Trägerwelle 22a beschränkt. In der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben worden ist, ist das Referenzpotential 20c auf etwa 1 V eingestellt und ist die Wechselspannungsamplitude der Trägerwelle auf 1 Vpp eingestellt.
Oben ist das Funktionsprinzip der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY beschrieben worden. Als Nächstes werden das Potential des Blindmusters 16a der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY und dessen Einfluss beschrieben. Vorzugsweise wird ähnlich dem Mechanismus zum Einstellen des Potentials 20a des Blindmusters 16 der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG das gleiche Potential wie das Referenzpotential 20c an das Blindmuster 16a der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY angelegt. In diesem Fall ist das an das Blindmuster 16 der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG angelegte Potential 20e nicht unbedingt gleich dem Potential 20c, das an das Blindmuster 16a der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY angelegt wird.
In dem Sensorelement S1E des kombinierten Sensors S1 gemäß der ersten Ausführungsform, das in 2 gezeigt ist, ist auf einer aktiven Schicht 1c ein Komplex aus der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG und der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY angeordnet. Daher ist es notwendig, die Blindmuster 16 und 16a elektrisch zu trennen, um unterschiedliche Potentiale an die Blindmuster 16 und 16a anzulegen.
Es ist möglich, einfach die aktive Schicht 1c zwischen der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG und der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY in der Längsrichtung zu trennen. Da jedoch mehrere Sensorelemente SIE auf einem SOI-Substrat 1 gebildet sind, besteht die Besorgnis, dass dann, wenn die kombinierten Sensoren S1 durch Zerschneiden getrennt werden, während des Schneidens Wasser oder Staub in Rillen eindringt und ein elektrisches Leck entsteht, was nicht bevorzugt wird.
Daher erstreckt sich in der ersten Ausführungsform das Blindmuster 16 in der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG in einer Form, die die Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY umgibt, ferner ist der Spalt 30 gebildet, um die Blindmuster 16 und 16a elektrisch zu trennen. Da die Kappe 100 auf dem Blindmuster 16 hermetisch abgedichtet ist, ist es möglich, ein Eindringen von Wasser oder Staub während des Schneidens zu verhindern.
Die Kapazitätsspannungs-Umsetzungsschaltung (CV-Umsetzungsschaltung) 19, die Schaltung zum Anlegen der Referenzpotentiale 20a bis 20d, die Demodulationsschaltung 21, die Trägerwellenanwendungsschaltungen 22 und 22a, die Spannungseinstellschaltung 31 und die Antriebsschaltung 32, die mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben worden sind, können in der IC 50 gebildet sein.
<Erste Ausführungsform: Zusammenfassung>
Wie oben beschrieben worden ist, sind in dem kombinierten Sensor S1 gemäß der ersten Ausführungsform mehrere bewegliche Abschnitte, die eine Trägheit detektieren, in derselben Schicht ausgebildet und sind die Blindmuster, die am Umfang jedes beweglichen Abschnitts angeordnet sind, voneinander elektrisch getrennt. Daher ist es möglich, das gleiche Potential an jeden beweglichen Abschnitt und an die Umfangs-Blindmuster anzulegen und somit eine Verschlechterung des Rauschabstandes, den Offset und eine Veränderung der Empfindlichkeit aufgrund der Potentialdifferenz zwischen dem Umfangsblindmuster und dem beweglichen Abschnitt zu unterdrücken.
Außerdem kann der kombinierte Sensor S1 gemäß der ersten Ausführungsform die Referenzpotentiale 20a und 20c einstellen, um den Einstellbereich einer Schwankung der Winkel-Eigenfrequenz aufgrund eines Verarbeitungsfehlers während der Herstellung zu erweitern. Daher ist es möglich, die Ausbeute zu verbessern und die Herstellungskosten zu verringern.
<Zweite Ausführungsform>
In dem kombinierten Sensor S1 gemäß der ersten Ausführungsform sind die Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG und die Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY in der aktiven Schicht 1c des SOI-Substrats 1 ausgebildet und an der Unterstützungsschicht 1a über die Zwischenisolierschicht 1b befestigt und daran aufgehängt. Daher sind die Trägheitsmassenkörper 11 und 23 und die Unterstützungsschicht 1a voneinander elektrisch getrennt und mechanisch so angeordnet, dass sie einander zugewandt sind, wobei dazwischen ein Spalt vorhanden ist, der der Dicke der Zwischenisolierschicht 1b entspricht. Das heißt, ähnlich wie bei den Blindmustern 16 und 16a ist es notwendig, das Potential in der Unterstützungsschicht 1a zu fixieren.
Ähnlich wie bei der Struktur, in der das Blindmuster 16 der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG von dem Blindmuster 16a der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY elektrisch getrennt ist und verschiedene Potentiale an die Blindmuster 16 und 16a angelegt werden, kann ein Abschnitt der Unterstützungsschicht 1a, der unter der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG angeordnet ist, von einem weiteren Abschnitt der Unterstützungsschicht 1a, der unter der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY angeordnet ist, getrennt sein. Das Potential des Blindmusters 16 wird an den Abschnitt der Unterstützungsschicht 1a angelegt, der unter der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG angeordnet ist, während das Potential des Blindmusters 16a an den Abschnitt der Unterstützungsschicht 1a angelegt wird, der unter der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY angeordnet ist.
Die Anschlussfläche 47, die aus einem leitenden Material wie etwa Aluminium hergestellt ist, kann mit der IC 50 durch den leitenden Draht 152 verbunden sein, um an die Unterstützungsschicht 1a ein Potential anzulegen.
<Dritte Ausführungsform>
Es wird davon ausgegangen, dass die Unterteilung der Unterstützungsschicht 1a mit einer Dicke von einigen hundert Mikrometern in zwei Teile wie in der zweiten Ausführungsform in Bezug auf die Festigkeit und die Schwierigkeit bei der Verarbeitung nicht bevorzugt wird. Daher wird in einer dritten Ausführungsform der Erfindung im Unterschied zu der zweiten Ausführungsform das Potential der Unterstützungsschicht 1a so eingestellt, dass es gleich dem Potential des Blindmusters 16 der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG ist, ohne dass die Unterstützungsschicht 1a in zwei Teile unterteilt wird. Im Folgenden wird der Grund hierfür beschrieben.
In einem Detektionsvibrationssystem, das die Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG bildet, wird die Winkel-Eigenfrequenz ω, die durch den obigen Ausdruck 2 repräsentiert wird, verringert, um eine hohe Empfindlichkeit S zu erhalten. Insbesondere wird in einem Beschleunigungssensor, der hauptsächlich verwendet wird, um das Verhalten einer niederfrequenten Welle einschließlich einer Gleichspannungskomponente wie etwa einer Neigung oder der Schwerkraft zu messen, etwa bei der Bewegungssteuerung eines Fahrzeugs und der Haltungsdetektion eines Roboters, bevorzugt, dass ein Überdämpfungsentwurf, bei dem die Winkel-Eigenfrequenz ω verringert wird, um die Empfindlichkeit S zu erhöhen, verwendet wird, um eine mechanische Kappungsfrequenz zu verringern, damit ein Ansprechen auf eine hochfrequente Vibrationsstörung vermieden wird.
Um andererseits in der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY wie im obigen Ausdruck 5 gezeigt eine hohe Empfindlichkeit zu erhalten, ist die Antriebs-Winkelfrequenz ω_d gleich der Winkel-Eigenfrequenz ω_y des Detektionsvibrationssystems. In der natürlichen Umgebung tritt jedoch hauptsächlich eine niederfrequente Vibrationsstörung wie etwa 1/f-Rauschen oder 1/f²-Rauschen auf. Daher ist es notwendig, die Eigenfrequenz ω_y des Detektionsvibrationssystems maximal zu machen, um einen Winkelgeschwindigkeitssensor mit hoher Vibrationsbeständigkeit zu erhalten.
Wie aus dem obigen Untersuchungsergebnis ersichtlich ist, wird bevorzugt, dass die Winkel-Eigenfrequenz des Detektionsvibrationssystems der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG niedrig ist und dass die Winkel-Eigenfrequenz der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY hoch ist, um die Empfindlichkeit und die Zuverlässigkeit des kombinierten Sensors S1 zu verbessern.
Wie aus dem obigen Ausdruck 6 ersichtlich ist, nimmt dann, wenn eine Potentialdifferenz ΔV zwischen der Unterstützungsschicht 1a und den Trägheitsmassenkörpern 11 und 23 sowie den Umfangsblindmustern 16 und 16a auftritt, eine Schwankung von Δf zu, wenn die Federkonstante (k_y) abnimmt. Daher wird das Potential der Unterstützungsschicht 1a in Übereinstimmung mit dem Referenzpotential 20a des Blindmusters 16 der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG, die eine verhältnismäßig kleine Federkonstante besitzt und wahrscheinlich durch ΔV beeinflusst wird, eingestellt.
Der Trägheitsmassenkörper 11 der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG und der Trägheitsmassenkörper 23 der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY haben jeweils ein Gewicht im Bereich von etwa 30 μg bis 100 μg, wobei das Gewichtsverhältnis der Trägheitsmassenkörper 11 und 23 bei einem Wert von 1:5 maximal ist. Die Trägheitsmassenkörper 11 und 23 haben Winkel-Eigenfrequenzen im Bereich von etwa 6000 rad/s bis 60000 rad/s, wobei das Verhältnis der Winkel-Eigenfrequenzen so entworfen ist, dass es etwa 1:10 beträgt. Daher ist die Federkonstante des Detektionsvibrationssystems der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY ungefähr größer oder gleich der zwanzigfachen Federkonstante des Detektionsvibrationssystems der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG. Das heißt, in der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY ist selbst dann, wenn nur eine geringe Potentialdifferenz ΔV zwischen dem Umgangsblindmuster 16a, der Unterstützungsschicht 1a und der Kappe 100 vorhanden ist, der Einfluss der Potentialdifferenz begrenzt.
Wie oben beschrieben worden ist, wird bevorzugt, dass zwischen den Trägheitsmassenkörpern 11 und 23 und den Blindmustern 16 und 16a, die ”Umfangsleiter” der Trägheitsmassenkörper 11 und 23 sind, und zwischen den Trägheitsmassenkörpern 11 und 23, der Unterstützungsschicht 1a und der Kappe 100 keine Gleichspannungspotentialdifferenz vorhanden ist. Wenn jedoch das Potential gleich irgendeinem der Potentiale der Trägheitsmassenkörper 11 und 23 sein soll, kann es gleich dem Referenzpotential 20a des Trägheitsmassenkörpers 11 sein, der durch die elektrostatische Kraft zwischen dem Trägheitsmassenkörper 11 und dem ”Umfangsleiter” stark verlagert wird. Außerdem wird von dem Beschleunigungssensor und von dem Winkelgeschwindigkeitssensor der Trägheitsmassenkörper im Beschleunigungssensor durch die elektrostatische Kraft stärker verlagert.
Um insbesondere die Potentiale der Blindmuster 16 und 16a gleich den Gleichspannungspotentialen 20a und 20c der Trägheitsmassenkörper 11 und 23 zu machen, können die Blindmuster 16 und 16a voneinander getrennt werden und können eine Potentialerzeugungsschaltung und eine entsprechende Anschlussfläche zum Ausgeben der Potentiale 20a und 20c an die IC 50 vorgesehen sein.
<Dritte Ausführungsform: Zusammenfassung>
Wie oben beschrieben, ist in dem kombinierten Sensor S1 gemäß der dritten Ausführungsform die Unterstützungsschicht 1a nicht getrennt und wird das Referenzpotential (20a oder 20c), das einem der Trägheitsmassenkörper 11 und 23 entspricht, der durch die elektrostatische Kraft stärker verlagert wird, angelegt. Daher ist es möglich, den Einfluss der durch die Potentialdifferenz erzeugten elektrostatischen Kraft minimal zu machen, während die Probleme im Zusammenhang mit der Festigkeit des kombinierten Sensors S1 oder der Schwierigkeit in der Verarbeitung gelöst werden.
<Vierte Ausführungsform>
In den ersten bis dritten Ausführungsformen werden die Glaskappe 100, die Natrium enthält, und das SOI-Substrat 1 durch die Anodenverbindungstechnik miteinander verbunden. Ein leitendes Substrat wie etwa ein Siliciumsubstrat kann jedoch an dem SOI-Substrat 1 beispielsweise durch oberflächenaktiviertes Anhaften, Glasfrittenhaftung oder eine Haftungstechnik, die einen Metallklebstoff verwendet, befestigt werden. In diesem Fall ist die Kappe 100 in der Nähe beispielsweise des Trägheitsmassenkörpers 11, der Unterstützungsträgerstruktur 12 und der beweglichen Elektrode 13 so angeordnet, dass dazwischen ein vorgegebener Spalt vorhanden ist. Im Ergebnis treten beispielsweise aufgrund der dazwischen vorhandenen Potentialdifferenz ein Offset, eine Empfindlichkeitsveränderung und ein Hängenbleiben auf.
In der vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung wird ähnlich dem Potential des Blindmusters 16 das Potential der Kappe 100 gleich dem Referenzpotential 20e des Trägheitsmassenkörpers 11 eingestellt, um die oben genannten Probleme zu vermeiden. Der Grund, weshalb das Potential der Kappe 100 gleich dem Referenzpotential 20a eingestellt wird, ist der gleiche wie jener in der dritten Ausführungsform.
Auf einem Kontaktabschnitt zwischen dem Blindmuster 16 und der Kappe 100 wird ein leitender Klebstoff aufgebracht, um das gleiche Potential wie jenes des Blindmusters 16 an die Kappe 100 anzulegen. Wenn ein nicht leitender Klebstoff wie etwa eine Glasfritte für den Kontaktabschnitt zwischen dem Blindmuster 16 und der Kappe 100 verwendet wird, werden das Sensorelement S1E und die IC 50 durch einen leitenden Klebstoff wie etwa eine Silberpaste miteinander verbunden. Daher ist es möglich, ein Potential von einem Potentialanlegeanschlussfläche (nicht gezeigt), das auf der IC 50 gebildet ist, anzulegen.
An das Blindmuster 16, die Kappe 100 und die Unterstützungsschicht 1a wird ein vorgegebenes Potential angelegt, derart, dass das Blindmuster 16, die Kappe 100 und die Unterstützungsschicht 1a als eine Abschirmung dienen, um elektromagnetische Wellen von außen abzuschirmen. Daher kann erwartet werden, dass die Zuverlässigkeit des Sensors 51 weiter verbessert wird.
<Vierte Ausführungsform: Zusammenfassung>
Wie oben beschrieben, wird in dem kombinierten Sensor S1 gemäß der vierten Ausführungsform an die Kappe 100 das Referenzpotential (20a oder 20c), das einem der Trägheitsmassenkörper 11 und 23, der durch die elektrostatische Kraft stärker verlagert wird, angelegt. Daher ist es möglich, den Einfluss der durch die Potentialdifferenz erzeugten elektrostatischen Kraft minimal zu machen.
Da gemäß dem kombinierten Sensor S1 der vierten Ausführungsform das Potential sämtlicher Hauptkomponenten auf das Referenzpotential (20a oder 20c) eingestellt ist, ist es möglich, die Anzahl von Drähten, die mit der Potentialerzeugungsschaltung verbunden sind, zu verringern und die Größe der Schaltung zu verringern. Außerdem ist es möglich, einen Fehler aufgrund der Unterbrechung der Drähte zu verringern.
<Fünfte Ausführungsform>
In den ersten bis vierten Ausführungsformen kann der Raum zwischen der Kappe 100 und der Beschleunigungsdetektionseinheit S1EG von dem Raum zwischen der Kappe 100 und der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit S1EY getrennt werden, wobei der erstgenannte Raum bei Atmosphärendruck abgedichtet werden kann und der zweitgenannte Raum auf Vakuum abgedichtet sein kann. Außerdem können die Kappen 100 in jedem Raum so vorgesehen sein, dass sie voneinander elektrisch getrennt sind und die Referenzpotentiale (20a oder 20c) individuell angelegt werden können. In diesem Fall ist es möglich, den Einfluss der durch eine Potentialdifferenz erzeugten elektrostatischen Kraft zu verringern.
<Sechste Ausführungsform>
Die Blindmuster 16 und 16a sind nicht notwendig voneinander getrennt, wobei an die Blindmuster 16 und 16a in Abhängigkeit von der für den kombinierten Sensor S1 geforderten Genauigkeit und seinem Zweck das gleiche Potential angelegt werden kann. Wenn in diesem Fall zwischen den Trägheitsmassenkörpern 11 und 23 und den Blindmustern 16 und 16a eine Potentialdifferenz vorhanden ist, kann das Referenzpotential, das an den Trägheitsmassenkörper angelegt wird, der durch die elektrostatische Kraft stärker verlagert wird, an die Blindmuster 16 und 16a angelegt werden.
Die von den Erfindern entwickelte Erfindung ist im Einzelnen mit Bezug auf die Ausführungsformen beschrieben worden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, vielmehr können verschiedene Abwandlungen und Änderungen an der Erfindung vorgenommen werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung und vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Beispielsweise kann der kombinierte Sensor S1 gemäß der Erfindung als ein Trägheitsmess- und Steuersensor, der in einer Fahrzeugbewegungs-Steuervorrichtung oder in einer Roboterhaltungs-Steuervorrichtung verwendet wird, eingesetzt werden. Insbesondere kann der kombinierte Sensor S1 gemäß der Erfindung als ein Trägheitssensor verwendet werden, der durch eine MEMS-Technik hergestellt wird und mehrere Arten von Trägheit detektiert oder mehrere Detektionsachsen besitzt und dabei eine Kapazitätsänderung verwendet.
Bezugszeichenliste

S1: kombinierter Sensor
S1E: kombiniertes Sensorelement
S1EG: Beschleunigungsdetektionseinheit
S1EY: Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit
1: SOI-Substrat
1a: Unterstützungsschicht
1b: Zwischenisolierschicht
1c: aktive Schicht
11: Trägheitsmassenkörper der Beschleunigungsdetektionseinheit
12: Unterstützungsträgerstruktur der Beschleunigungsdetektionseinheit
13: bewegliche Elektrode
14: feste Elektrode
15: fester Abschnitt (Aufhängungsabschnitt)
16: Blindmuster der Beschleunigungsdetektionseinheit
16a: Blindmuster der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit
17: Durchgangselektrode
17a, 17b: Polysilicium
18: Anschlussfläche
19: Kapazitätsspannungs-Umsetzungsschaltung (CV-Umsetzungsschaltung
19a: OP-AMP
20a: Referenzpotential
20b: Referenzpotential
20c: Referenzpotential
20d: Referenzpotential
21: Demodulationsschaltung
22: Trägerwellenanlegeschaltung
22a: Trägerwellenanlegeschaltung
23: Trägheitsmassenkörper der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit
24: Unterstützungsträgerstruktur der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit
25: Oxidfilm
27: Antriebselektrode
28: Überwachungselektrode
29: Detektionselektrode
30: Spalt
31: Spannungseinstellschaltung
32: Antriebsschaltung
47: Anschlussfläche
100: Kappe
152: leitender Draht
153: LID
154: externer Eingangs-/Ausgangsanschluss

Claims

Kombinierter Sensor, der umfasst: einen ersten beweglichen Abschnitt und einen zweiten beweglichen Abschnitt, die in Abhängigkeit von einer Änderung einer physikalischen Größe verlagert werden; einen festen Abschnitt (15), der eine Kapazität zwischen dem ersten beweglichen Abschnitt und dem zweiten beweglichen Abschnitt bildet; eine Detektionseinheit, die eine Verlagerung des ersten beweglichen Abschnitts und eine Verlagerung des zweiten beweglichen Abschnitts unter Verwendung einer Änderung der Kapazität detektiert; einen ersten Blindabschnitt, der um den ersten beweglichen Abschnitt vorgesehen ist; einen zweiten Blindabschnitt, der um den zweiten beweglichen Abschnitt vorgesehen ist; und eine Potentialerzeugungsschaltung, die ein Potential an den ersten beweglichen Abschnitt, den zweiten beweglichen Abschnitt, den ersten Blindabschnitt und den zweiten Blindabschnitt anlegt, wobei der erste bewegliche Abschnitt, der zweite bewegliche Abschnitt, der erste feste Abschnitt, der erste Blindabschnitt und der zweite Blindabschnitt in derselben leitenden Schicht eines laminierten Substrats ausgebildet sind, wobei der erste Blindabschnitt und der zweite Blindabschnitt voneinander elektrisch getrennt sind und wobei die Potentialerzeugungsschaltung ein erstes Potential an den ersten beweglichen Abschnitt und an den ersten Blindabschnitt anlegt und ein zweites Potential an den zweiten beweglichen Abschnitt und an den zweiten Blindabschnitt anlegt.
Kombinierter Sensor nach Anspruch 1, wobei das laminierte Substrat durch Laminieren einer Unterstützungsschicht (1a), einer Zwischenisolierschicht (1b) und einer aktiven Schicht (1c) gebildet ist und der erste bewegliche Abschnitt, der zweite bewegliche Abschnitt, der feste Abschnitt (15), der erste Blindabschnitt und der zweite Blindabschnitt in der aktiven Schicht (1c) ausgebildet sind.
Kombinierter Sensor nach Anspruch 2, der ferner umfasst: einen Spaltabschnitt, der zwischen dem ersten Blindabschnitt und dem zweiten Blindabschnitt in der aktiven Schicht (1c) vorgesehen ist und den ersten Blindabschnitt und den zweiten Blindabschnitt elektrisch trennt.
Kombinierter Sensor nach Anspruch 2, wobei die Unterstützungsschicht umfasst: einen ersten Unterstützungsabschnitt, der unter dem ersten beweglichen Abschnitt vorgesehen ist; und einen zweiten Unterstützungsabschnitt, der unter dem zweiten beweglichen Abschnitt vorgesehen ist, wobei der erste Unterstützungsabschnitt und der zweite Unterstützungsabschnitt voneinander elektrisch getrennt sind und die Potentialerzeugungsschaltung das erste Potential an den ersten Unterstützungsabschnitt anlegt und das zweite Potential an den zweiten Unterstützungsabschnitt anlegt.
Kombinierter Sensor nach Anspruch 2, wobei die Potentialerzeugungsschaltung ein Potential an die Unterstützungsschicht (1a) anlegt, das einem Potential des ersten oder zweiten beweglichen Abschnittes entspricht, der von der elektrostatischen Kraft größer verschoben ist.
Kombinierter Sensor nach Anspruch 2, wobei die Unterstützungsschicht (1a) mit Masse verbunden ist.
Kombinierter Sensor nach Anspruch 1, der ferner umfasst: einen Deckelabschnitt, der den ersten beweglichen Abschnitt und den zweiten beweglichen Abschnitt abdeckt.
Kombinierter Sensor nach Anspruch 7, wobei der Deckelabschnitt aus einem leitenden Material hergestellt ist und die Potentialerzeugungsschaltung das erste Potential oder das zweite Potential an den Deckelabschnitt anlegt.
Kombinierter Sensor nach Anspruch 7, wobei der Deckelabschnitt mit Masse verbunden ist.
Kombinierter Sensor nach Anspruch 7, wobei die Potentialerzeugungsschaltung ein Potential an den Deckelabschnitt anlegt, das einem Potential des ersten oder zweiten beweglichen Abschnittes entspricht, der von der elektrostatischen Kraft größer verschoben ist.
Kombinierter Sensor nach Anspruch 1, wobei der erste bewegliche Abschnitt eine Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit ist, die einen Trägheitskörper enthält, der in einer vorgegebenen Antriebsrichtung durch eine elektrostatische Kraft in Vibrationen versetzt wird und in einer Richtung senkrecht zu der Antriebsrichtung durch die Corioliskraft verlagert wird, wenn eine Winkelgeschwindigkeit ausgeübt wird, und der zweite bewegliche Abschnitt eine Beschleunigungsdetektionseinheit ist, die einen Trägheitskörper enthält, der verlagert wird, wenn eine Beschleunigung angelegt wird.
Kombinierter Sensor nach Anspruch 11, der ferner umfasst: einen Deckelabschnitt, der den ersten beweglichen Abschnitt und den zweiten beweglichen Abschnitt abdeckt, wobei ein Raum zwischen dem Deckelabschnitt und der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit vakuumabgedichtet ist und ein Raum zwischen dem Deckelabschnitt und der Beschleunigungsdetektionseinheit auf Atmosphärendruck abgedichtet ist.