DE112017003438T5 - Sensorvorrichtung - Google Patents

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Hiroshi Nakano
Masahiro Matsumoto
Yasuo Onose
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Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sensorvorrichtung bereitzustellen, die eine durch eine Temperaturänderung verursachte charakteristische Änderung reduzieren kann. In einer Sensorvorrichtung, die einen Detektionswiderstand, der einen sich gemäß einer physikalischen Größe ändernden Widerstandswert aufweist, und einen Referenzwiderstand 9, der mit dem Detektionswiderstand verglichen wird, umfasst, ist der Referenzwiderstand 9 durch elektrisches Verbinden einer ersten Widerstandsschaltung Rs und einer zweiten Widerstandsschaltung Rc ausgebildet. Die erste Widerstandsschaltung Rs umfasst ein erstes Widerstandselement Rn1 mit einem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten und ein zweites Widerstandselement Rp1 mit einem negativen Widerstands-Temperaturkoeffizienten, die elektrisch verbunden sind, und die zweite Widerstandsschaltung Rc umfasst ein drittes Widerstandselement Rn2 mit einem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten und ein viertes Widerstandselement Rp2 mit einem negativen Widerstands-Temperaturkoeffizienten, die elektrisch verbunden sind. Die erste Widerstandsschaltung Rs ist so ausgelegt, dass ein kombinierter Widerstandswert bezüglich einer Temperaturänderung eine erste Abweichung entweder zur positiven oder negativen Seite hin erzeugt, und die zweite Widerstandsschaltung Rc ist derart ausgelegt, dass ein kombinierter Widerstandswert bezüglich der Temperaturänderung eine zweite Abweichung zu der Seite hin erzeugt, die der positiven oder negativen Seite, zu der die erste Abweichung erzeugt wird, entgegengesetzt ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung, die eine Widerstandsschaltung umfasst, und insbesondere auf eine Sensorvorrichtung, die eine Widerstandsschaltung umfasst, die die Temperaturabhängigkeit eines Widerstandswertes verringern kann.
  • Stand der Technik
  • In letzter Zeit schreitet die Integration einer Sensorvorrichtung voran, um den Bedarf an Miniaturisierung der Sensorvorrichtung zu erfüllen. Als Sensorvorrichtung, die beispielsweise in einer Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug verwendet wird, ist eine multifunktionale Sensorvorrichtung erforderlich, die in der Lage ist, mehrere Umgebungsparameter aus Umgebungsparametern wie Durchflussrate, Feuchte, Druck und Ansauglufttemperatur zu messen. Um mehrere Sensorelemente zum Messen dieser Umgebungsparameter und Schaltungskomponenten wie LSI zu integrieren, ist es notwendig, die Sensorelemente und die Schaltungskomponenten zu miniaturisieren und die Anzahl der Komponenten zu reduzieren.
  • Als Beispiel für die Sensorvorrichtung gibt es eine Sensorvorrichtung, die eine Brückenschaltung unter Verwendung eines Referenzwiderstandes in einer Ansteuerschaltung eines Sensorelements verwendet. Der Referenzwiderstand muss eine kleine Änderung des Widerstandswertes mit der Temperatur aufweisen. Üblicherweise wird als Referenzwiderstand ein hochgenauer Widerstand verwendet oder ein Widerstandswert eines Widerstandes durch Widerstandsabgleich eingestellt. In diesem Fall ist jedoch das Problem einer Erhöhung der Komponentenkosten oder der Sicherstellung von Einbauraum zu klären. Andererseits wird der Referenzwiderstand als Alternative zu einem Chip-Widerstand in LSI ausgebildet, so dass die Anzahl der Komponenten reduziert werden kann. Es besteht jedoch das Problem, dass eine Änderung des Widerstandswertes mit der Temperatur (im Folgenden als Widerstandsänderung mit der Temperatur bezeichnet) in einem Widerstandselement, das in LSI ausgebildet werden kann, groß ist. Wenn die Widerstandsänderung mit der Temperatur in dem Referenzwiderstand der Ansteuerschaltung des Sensorelements vorliegt, tritt ein Messfehler durch die Temperaturänderung der Sensorvorrichtung auf. Insbesondere ist es bei dem Referenzwiderstand, der in der Brückenschaltung des Sensorelements verwendet wird, notwendig, die Temperaturabhängigkeit zu reduzieren, um eine winzige Widerstandsänderung des Sensorelements unabhängig von der Temperaturänderung der Sensorvorrichtung genau zu detektieren.
  • JP 2015-50549 A (PTL 1) offenbart eine Technologie zum Verringern der Temperaturabhängigkeit einer Schwingungsfrequenz einer in einer Sensorvorrichtung verwendeten Oszillatorschaltung. Die Sensorvorrichtung umfasst einen Halbleiterchip zum Anpassen und Ausgeben eines Sensorsignals und der Halbleiterchip umfasst eine Oszilllatorschaltung, um einem A/D-Umsetzer, einer digitalen Operationseinheit und einem D/A-Umsetzer eine Schwingungsfrequenz zu geben. Ein Widerstand zum Steuern der Schwingungsfrequenz in der Oszilllatorschaltung wird durch Kombinieren eines Widerstands mit positivem Temperaturkoeffizienten und eines Widerstands mit negativem Temperaturkoeffizienten bereitgestellt. Insbesondere werden mehrere Halbleiterwiderstände mit positiven Temperaturkoeffizienten und mehrere Kontaktwiderstände mit negativen Temperaturkoeffizienten kombiniert, Zahlen und ein Verhältnis von Zahlen der verwendeten Halbleiterwiderstände und Kontaktwiderstände angepasst und eine Temperaturkennlinie des gesamten Widerstands abgeflacht (siehe Zusammenfassung). Genauer werden die Halbleiterwiderstände und die Kontaktwiderstände durch Reihenschaltung, Parallelschaltung oder eine Kombination aus Reihenschaltung und Parallelschaltung verbunden (siehe Absatz 0022).
  • Entgegenhaltungsliste
  • Patentdokument(e)
  • PTL1: JP 2015-50549 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Beispielsweise ist in einer Gassensorvorrichtung, die einen Umgebungsparameter (eine physikalische Größe) in einem Einlasskanal einer Brennkraftmaschine misst, ein Temperaturbereich einer Umgebung, in der sich die Sensorvorrichtung befindet, aufgrund einer Änderung der Fahrumgebung oder Wärmeerzeugung der Kraftmaschine weitläufig. Daher müssen die Anforderungen an das Sensorleistungsvermögen bei -40 °C bis +125 °C erfüllt werden. Aus diesem Grund nimmt die Temperaturänderung des Widerstands zu und ein Widerstand mit einer geringen Widerstandsänderung mit der Temperatur in einem weiten Bereich der Temperaturumgebung ist erforderlich. Wenn dieser als Referenzwiderstand einer Brückenschaltung verwendet wird, um eine Widerstandsänderung eines Sensorelements zu detektieren, beeinträchtigt außerdem eine geringe Widerstandsänderung des Referenzwiderstandes die Messgenauigkeit. Aus diesem Grund ist ein Widerstand mit einer geringen Widerstandsänderung mit der Temperatur erforderlich.
  • Der in PTL 1 offenbarte Widerstand verwendet den aus einem Widerstandsmaterial mit einem positiven Temperaturkoeffizienten hergestellten Halbleiterwiderstand und den aus einem Widerstandsmaterial mit einem negativen Temperaturkoeffizienten hergestellten Kontaktwiderstand, wodurch eine Widerstandsänderung mit der in dem Halbleiterwiderstand erzeugten Temperatur und eine Widerstandsänderung mit der in dem Kontaktwiderstand erzeugten Temperatur ausgeglichen wird. Um einen Ausgleichseffekt zu steigern, müssen der Widerstandswert des Halbleiterwiderstandes und der Widerstandswert des Kontaktwiderstands ein optimales Verhältnis haben. Bei dem in PTL 1 offenbarten Widerstand wird das Verhältnis zwischen der Anzahl der Halbleiterwiderstände und der Anzahl der Kontaktwiderstände zuvor angepasst, um die Temperaturkennlinie abzuflachen.
  • Da jedoch in jedem Widerstandswert Abweichungen aufgrund von Herstellungsschwankungen auftreten, wird das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert des Halbleiterwiderstandes und dem Widerstandswert des Kontaktwiderstands nicht zu einem vorgesehenen Verhältnis. Wenn eine Abweichung in dem Verhältnis zwischen den Widerstandswerten auftritt, nimmt die Widerstandsänderung mit der Temperatur eines der Widerstände zu und der Ausgleichseffekt wird verringert. Wenn beispielsweise der Widerstand mit dem positiven Temperaturkoeffizienten mit einem Widerstandswert hergestellt wird, der größer als ein Entwurfswert ist, wird ein positiver Temperaturkoeffizient in einem kombinierten Gesamtwiderstand erzeugt. Wenn umgekehrt der Widerstand mit dem negativen Temperaturkoeffizienten mit einem Widerstandswert hergestellt wird, der größer als der Entwurfswert ist, wird ein negativer Temperaturkoeffizient in dem kombinierten Gesamtwiderstand erzeugt.
  • Wenn zwei Arten von Widerstandsmaterialien kombiniert werden, wird daher eine Änderung eines Gleichgewichts von zwei Arten von Widerstandswerten verursacht und folglich wird ein zufälliger positiver oder negativer Widerstands-Temperaturkoeffizient für den kombinierten Widerstandswert des Widerstands erzeugt. Der in dem Widerstand erzeugte Widerstands-Temperaturkoeffizient ändert die Charakteristik der Sensorvorrichtung und beeinträchtigt die Messgenauigkeit der Sensorvorrichtung.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensorvorrichtung zu schaffen, die eine durch eine Temperaturänderung verursachte charakteristische Änderung reduzieren kann.
  • Lösung des Problems
  • Um die obige Aufgabe zu lösen, umfasst eine Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Detektionswiderstand mit einem Widerstandswert, der sich gemäß einer physikalischen Größe ändert, und einen Referenzwiderstand, der mit dem Detektionswiderstand verglichen wird, und misst die physikalische Größe basierend auf einer Änderung des Widerstandswerts des Detektionswiderstands. Der Referenzwiderstand ist durch elektrisches Verbinden einer ersten Widerstandsschaltung und einer zweiten Widerstandsschaltung ausgebildet. Die erste Widerstandsschaltung umfasst ein erstes Widerstandselement mit einem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten und ein zweites Widerstandselement mit einem negativen Widerstands-Temperaturkoeffizienten, die elektrisch verbunden sind, und die zweite Widerstandsschaltung umfasst ein drittes Widerstandselement mit einem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten und ein viertes Widerstandselement mit einem negativen Widerstands-Temperaturkoeffizienten, die elektrisch verbunden sind. Die erste Widerstandsschaltung ist so ausgelegt, dass ein kombinierter Widerstandswert bezüglich einer Temperaturänderung eine erste Abweichung entweder zur positiven oder zur negativen Seite hin erzeugt. Die zweite Widerstandsschaltung ist so ausgelegt, dass ein kombinierter Widerstandswert bezüglich der Temperaturänderung eine zweite Abweichung zu der Seite hin erzeugt, die der positiven oder negativen Seite, zu der die erste Abweichung erzeugt wird, entgegengesetzt ist.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine hochgenaue Sensorvorrichtung zu schaffen, die eine charakteristische Änderung der Sensorvorrichtung durch eine Temperaturänderung reduzieren kann und von der Temperaturänderung kaum beeinträchtigt wird. Andere Probleme, Konfigurationen und Effekte als die oben beschriebenen sind aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen ersichtlich.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht auf ein Sensorelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Sensorelements.
    • 3 ist ein Ansteuerungsschaltungsdiagramm eines Sensorelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 4 ist ein Widerstandsschaltungsdiagramm, das eine Konfiguration gemäß einem Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 5 ist ein Widerstandsschaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 6 ist ein Diagramm, das eine Funktion und eine Wirkung einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 7 ist ein Diagramm, das eine Funktion und eine Wirkung einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 8 ist eine Draufsicht auf eine Widerstandsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 9 ist eine Querschnittsansicht der Widerstandsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 10 ist eine Draufsicht auf eine Widerstandsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 11 ist eine Draufsicht auf eine Widerstandsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • In einer nachstehend beschriebenen Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf eine Gaskonzentrationssensorvorrichtung zum Messen einer Einlassluftfeuchte einer Fahrzeugkraftmaschine als ein Beispiel einer Sensorvorrichtung angewendet. Eine physikalische Größe (ein Umgebungsparameter), die von der Sensorvorrichtung gemäß der Ausführungsform detektiert werden soll, ist eine Gaskonzentrationsänderung und die Sensorvorrichtung kann beispielsweise auch zum Messen einer Wasserstoffkonzentration und dergleichen verwendet werden.
  • Die von der Sensorvorrichtung gemäß der Ausführungsform zu messende Einlassluftfeuchte wird gemessen, indem eine Änderung der Wärmeleitfähigkeit des Gases aufgrund der Konzentration des Gases detektiert wird. Die Änderung der Wärmeleitfähigkeit wird aus einer Änderung einer Wärmeabgabemenge eines Heizelements, das in einem Sensorelement ausgebildet ist, detektiert. Da die Änderung der Wärmeleitfähigkeit des Gases aufgrund der Konzentration des Gases winzig ist, ist eine hochgenaue Ansteuerschaltung erforderlich, um die Änderung der Wärmeabgabemenge des Heizelements zu detektieren und eine Temperatur des Heizelements zu steuern, und eine Wirkung gemäß einer Konfiguration der vorliegenden Erfindung ist bei dieser Sensorvorrichtung hoch.
  • [Erste Ausführungsform]
  • 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Sensorelement 1 einer Gaskonzentrationssensorvorrichtung in dieser Ausführungsform.
  • Das Sensorelement 1 weist ein Substrat 2 auf, das aus Einkristallsilicium ausgebildet ist. Ein Hohlraumabschnitt 5 ist in dem Substrat 2 ausgebildet und der Hohlraumabschnitt 5 ist von einem Dünnfilmträger 6 bedeckt. Ein Detektionsheizelement 3 und ein Kompensationsheizelement 4 sind auf dem Dünnfilmträger 6 angeordnet. Das Kompensationsheizelement 4 ist so angeordnet, dass es das Detektionsheizelement 3 umgibt. Der Detektionsheizelement 3 und der Kompensationsheizelement 4 erstrecken sich entlang einer Ebene des Dünnfilmträgers 6 und sind als Widerstandsmuster mit mehreren gefalteten Abschnitten ausgebildet. Das Detektionsheizelement 3 und das Kompensationsheizelement 4 umfassen Elektroden 7a, 7b, 7c und 7d zur Verbindung mit einer Ansteuerschaltung 30 (siehe 3), die auf dem Substrat 2 ausgebildet sind.
  • 2 ist eine Darstellung, die einen Querschnitt entlang der Linie II-II von 1 zeigt.
  • Das Sensorelement 1 umfasst das Substrat 2, das aus Einkristallsilicium gebildet ist. Das Substrat 2 umfasst den Hohlraumabschnitt 5. Der Dünnfilmträger 6 ist auf einer oberen Oberfläche des Substrats 2 gestapelt. Der Dünnfilmträger 6 umfasst Isolierschichten 8a und 8b und ist derart bereitgestellt, dass das Detektionsheizelement 3 und das Kompensationsheizelement 4 zwischen der Isolierschicht 8a und der Isolierschicht 8b angeordnet sind. Das Detektionsheizelement 3 und das Kompensationsheizelement 4 werden von den Isolierschichten 8a und 8b getragen.
  • Ein Betrieb des Sensorelements 1 ist unter Verwendung von 2 beschrieben.
  • Das Detektionsheizelement 3 wird auf einer Temperatur Th1 gehalten, indem ein durch das Detektionsheizelement 3 fließender Strom gesteuert wird. Zudem wird das Kompensationsheizelement 4 auf einer Temperatur Th2 gehalten, indem ein durch das Kompensationsheizelement 4 fließender Strom gesteuert wird. Zum Beispiel beträgt die Temperatur Th1 etwa 500 °C und die Temperatur Th2 beträgt etwa 300 °C. Wenn sich eine Gaskonzentration in einer Atmosphäre ändert, in der das Sensorelement 1 angeordnet ist, ändert sich die Wärmeleitfähigkeit des Gases und eine Wärmeabgabemenge des Detektionsheizelements 3. Die Konzentration des Gases wird aus der Änderung der Wärmeabgabemenge detektiert.
  • Obwohl sich eine Temperatur einer Umgebung, in der das Sensorelement 1 installiert ist, entsprechend einer Fahrumgebung eines Fahrzeugs oder einem Betriebszustand einer Kraftmaschine ändert, wird ein Umfangsabschnitt des Detektionsheizelements 3 ist unter Verwendung des Kompensationsheizelements 4 auf einer konstanten Temperatur gehalten, die höher als die Umgebungstemperatur ist, so dass ein Einfluss einer Änderung der Umgebungstemperatur beseitigt wird. Folglich ist es möglich, direkt aus der Änderung der Wärmeabgabemenge des Detektionsheizelements 3 die Feuchte zu detektieren.
  • Für das Detektionsheizelement 3 und das Kompensationsheizelement 4 wird beispielsweise Platin (Pt), Tantal (Ta), Molybdän (Mo) oder Silicium (Si) als Material, das bei hohen Temperaturen stabil ist, (als Material mit einem hohen Schmelzpunkt) gewählt und Siliciumoxid (SiO2) und Siliciumnitrid (Si3N4) werden in einer einschichtigen Konfiguration oder in einer gestapelten Konfiguration als die Isolierschichten 8a und 8b gewählt. Als die Isolierschichten 8a und 8b kann ein Harzmaterial wie Polyimid, Keramik oder Glas in der einschichtigen Konfiguration oder der gestapelten Konfiguration gewählt werden. Außerdem wird Aluminium (Al) oder dergleichen für die Elektroden 7a, 7b, 7c und 7d gewählt.
  • Das Sensorelement 1 wird unter Verwendung einer Halbleiter-Mikrofertigungstechnik oder einer anisotropen Ätztechnik unter Verwendung von Photolithographie ausgebildet. Der Hohlraumabschnitt 5 wird durch Bearbeiten des Einkristallsiliciumsubstrats 2 mittels anisotropen Ätzens oder isotropen Ätzens ausgebildet.
  • 3 zeigt eine Ansteuerschaltung der Gaskonzentrationssensorvorrichtung in der Ausführungsform.
  • Die Sensorvorrichtung gemäß der Ausführungsform ist so ausgelegt, dass sie das in 1 gezeigte Sensorelement 1 und die in 3 gezeigte Ansteuerschaltung 30 umfasst. Die Ansteuerschaltung 30 umfasst eine Brückenschaltung 30A zum Steuern des Erwärmens des Detektionsheizelements 3 und eine Brückenschaltung 30B zum Steuern des Erwärmens des Kompensationsheizelements 4.
  • Die Brückenschaltung 30A mit dem Detektionsheizelement 3 umfasst eine Reihenschaltung, in der ein Referenzwiderstand 9a mit dem Detektionsheizelement 3 elektrisch in Reihe geschaltet ist, (erste Reihenschaltung) und eine Reihenschaltung, in der ein Widerstand 10a und ein Widerstand 11a elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind (zweite Reihenschaltung). Ein Potential eines Verbindungsabschnitts zwischen dem Detektionsheizelement 3 und dem Referenzwiderstand 9a (erstes Potential) und ein Potential eines Verbindungsabschnitts zwischen dem Widerstand 10a und dem Widerstand 11a (zweites Potential) werden in einen Differenzverstärker 12a eingegeben. Der Differenzverstärker 12a gibt eine Spannung oder eine Stromstärke entsprechend einer Differenz zwischen den Eingangsspannungen (einer Differenzspannung zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential) aus. Ein Ausgang des Differenzverstärkers 12a ist zwischen dem Detektionsheizelement 3 und dem Widerstand 10a der Brückenschaltung 30A angeschlossen und wird als Heizstrom des Detektionsheizelements 3 rückgekoppelt.
  • Ein jeweiliger Widerstandswert des Widerstands 10a und des Widerstands 11a wird auf das Zehnfache oder mehr eines Widerstandswerts des Detektionsheizelements 3 festgelegt. Als Folge davon fließt der größte Teil des von dem Differenzverstärker 12a gelieferten Stroms zu dem Detektionsheizelement 3 und das Detektionsheizelement 3 kann effizient erwärmt werden.
  • Da sich der Widerstandswert des Detektionsheizelements 3 mit der Temperatur ändert, kann das Detektionsheizelement 3 auf einer konstanten Temperatur gehalten werden, indem eine Rückkopplungssteuerung derart durchgeführt wird, dass ein Widerstandsverhältnis zwischen dem Detektionsheizelement 3 und dem Referenzwiderstand 9a konstant wird.
  • Die Brückenschaltung 30B mit dem Kompensationsheizelement 4 umfasst eine Reihenschaltung, in der ein Referenzwiderstand 9b mit dem Kompensationsheizelement 4 elektrisch in Reihe geschaltet ist, (dritte Reihenschaltung) und eine Reihenschaltung, in der ein Widerstand 10b und ein Widerstand 11b miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind (vierte Reihenschaltung). Ein Potential eines Verbindungsabschnitts zwischen dem Kompensationsheizelement 4 und dem Referenzwiderstand 9b (drittes Potential) und ein Potential eines Verbindungsabschnitts zwischen dem Widerstand 10ab und dem Widerstand 11b (viertes Potential) werden in einen Differenzverstärker 12b eingegeben. Der Differenzverstärker 12b gibt eine Spannung oder eine Stromstärke entsprechend einer Differenz zwischen den Eingangsspannungen (einer Differenzspannung zwischen dem dritten Potential und dem vierten Potential) aus. Ein Ausgang des Differenzverstärkers 12b ist zwischen dem Kompensationsheizelement 4 und dem Widerstand 10b der Brückenschaltung 30B angeschlossen und wird als Heizstrom der Kompensationsheizelement 4 rückgekoppelt.
  • Ein Widerstandswert des Widerstands 10b und des Widerstands 11b ist auf das Zehnfache oder mehr des Widerstandswerts des Kompensationsheizelements 4 festgelegt. Als Folge davon fließt der größte Teil des von dem Differenzverstärker 12b gelieferten Stroms zu dem Kompensationsheizelement 4 und das Kompensationsheizelement 4 kann effizient erwärmt werden.
  • Da sich der Widerstandswert des Kompensationsheizelements 4 mit der Temperatur ändert, kann das Kompensationsheizelement 4 auf einer konstanten Temperatur gehalten werden, indem eine Rückkopplungssteuerung derart durchgeführt wird, dass ein Widerstandsverhältnis zwischen dem Kompensationsheizelement 4 und dem Referenzwiderstand 9b konstant wird.
  • Die Referenzwiderstände 9a und 9b, die Widerstände 10a und 10b, die Widerstände 11a und 11b und die Differenzverstärkerschaltungen 12a und 12b sind dazu vorgesehen, in einen Halbleiterchip integriert zu werden.
  • Ein Verhältnis zwischen dem Widerstandswert des Widerstands 10a und dem Widerstandswert des Widerstands 11a muss konstant sein. Zudem muss ein Verhältnis zwischen dem Widerstandswert des Widerstands 10b und dem Widerstandswert des Widerstands 11b konstant sein. Zu diesem Zweck sind der Widerstand 10a und der Widerstand 11a in dem Halbleiterchip unter Verwendung des gleichen Materials und des gleichen Prozesses ausgebildet. Zudem sind der Widerstand 10b und der Widerstand 11b in dem Halbleiterchip unter Verwendung des gleichen Materials und des gleichen Prozesses ausgebildet. Auf diese Weise sind selbst dann, wenn in den Widerständen 10a und 11a und den Widerständen 10b und 11b eine Widerstandsänderung mit der Temperatur erzeugt wird, die Widerstandsänderungsraten des Widerstands 10a und des Widerstands 11a und die Widerstandsänderungsraten des Widerstands 10b und der Widerstand 11b aufeinander abgestimmt. Dementsprechend werden das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert des Widerstands 10a und dem Widerstandswert des Widerstands 11a und das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert des Widerstands 10a und dem Widerstandswert des Widerstands 11a konstant gehalten.
  • Die Ansteuerschaltung 30 arbeitet derart, dass das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert des Referenzwiderstands 9a und dem Widerstandswert des Detektionsheizelements 3 zu der Zeit des Erwärmens (zu der Zeit des Ansteuerns) konstant wird. Wenn sich der Widerstandswert des Referenzwiderstands 9a mit der Umgebungstemperatur ändert, ändert sich in diesem Fall die Temperatur des Detektionsheizelements 3 derart, dass das Widerstandsverhältnis zwischen dem Detektionsheizelement 3 und dem Referenzwiderstand 9a konstant wird. Wenn sich die Temperatur des Detektionsheizelements 3 ändert, ändert sich die Heizleistung und ein Messfehler tritt auf. Außerdem arbeitet die Ansteuerschaltung 30 so, dass das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert des Referenzwiderstands 9b und dem Widerstandswert des Kompensationsheizelements 4 zu der Zeit des Erwärmens (zu der Zeit des Ansteuerns) konstant wird. Wenn sich der Widerstandswert des Referenzwiderstands 9b mit der Umgebungstemperatur ändert, ändert sich daher die Temperatur des Kompensationsheizelements 4 derart, dass das Widerstandsverhältnis zwischen dem Kompensationsheizelement 4 und dem Referenzwiderstand 9b konstant wird. Daher ist es erforderlich, dass die Referenzwiderstände 9a und 9b eine geringe Widerstandsänderung mit der Temperatur, die durch die Umgebungstemperatur verursacht wird, aufweisen.
  • 4 zeigt eine Konfiguration einer Widerstandsschaltung gemäß einem Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • In dem Vergleichsbeispiel von 4 werden dann, wenn die Referenzwiderstände 9a und 9b in dem Halbleiterchip ausgebildet werden, ein Widerstand Rp aus einem Widerstandsmaterial mit einem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten und ein Widerstand Rn aus einem Widerstandsmaterial mit einem negativen Widerstands-Temperaturkoeffizienten verbunden, um eine Reihenschaltung zu bilden. Wenn der Widerstands-Temperaturkoeffizient des Widerstands Rp auf αp gesetzt ist und der Widerstands-Temperaturkoeffizient des Widerstands Rn auf-αn gesetzt ist, wird ein kombinierter Widerstand Rs des Widerstands Rn und des Widerstands Rp zu Rs = Rp ( 1 + α p ⋅ T ) + Rn ( 1 − α n ⋅ T ) = ( Rp + Rn ) ( 1 + ( Rp α p − Rn α n ) / ( Rp + Rn ) ⋅ T
    Figure DE112017003438T5_0001
    Um zu bewirken, dass ein Koeffizient einer Temperatur T in Formel (1) null wird, wird Rp / Rn = α n / α p
    Figure DE112017003438T5_0002
    gesetzt. Durch geeignetes Gestalten eines Verhältnisses zwischen dem Widerstand Rp und dem Widerstand Rn gemäß den Widerstands-Temperaturkoeffizienten αn und αp wird ein Effekt des Ausgleichs der Temperaturabhängigkeit erhalten.
  • Da jedoch der Widerstand Rp und der Widerstand Rn aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind, sind auch die Herstellungsprozesse unterschiedlich, und in einem Widerstandswert (Rp) des Widerstands Rp und einem Widerstandswert (Rn) des Widerstandes Rn treten voneinander unabhängige Abweichungen auf. Daher wird ein Widerstands-Temperaturkoeffizient entsprechend einer Abweichung des Widerstandsverhältnisses Rp/Rn erzeugt.
  • Um dieses Problem zu lösen, ist in der Ausführungsform die folgende Widerstandsschaltung bereitgestellt.
  • 5 zeigt eine Widerstandsschaltung als Referenzwiderstand, auf die die vorliegende Erfindung angewendet ist.
  • Die Widerstandsschaltung 9 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Reihenschaltung (erste Widerstandsschaltung) Rs, die einen Widerstand (ein zweites Widerstandselement) Rp1 mit einem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten und einen Widerstand (ein erstes Widerstandselement) Rn1 mit einem negativen Widerstands-Temperaturkoeffizienten umfasst, und eine Parallelschaltung (zweite Widerstandsschaltung) Rc, die einen Widerstand (ein viertes Widerstandselement) Rp2 mit einem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten und einen Widerstand (ein drittes Widerstandselement) Rn2 mit einem negativen Widerstands-Temperaturkoeffizienten umfasst. Die Widerstandsschaltung 9 bildet die Referenzwiderstände 9a und 9b.
  • Der Widerstand Rp1 und der Widerstand Rp2 werden unter Verwendung des gleichen Widerstandsmaterials und des gleichen Prozesses ausgebildet. Außerdem werden der Widerstand Rn1 und der Widerstand Rn2 unter Verwendung des gleichen Widerstandsmaterials und des gleichen Prozesses ausgebildet. Das heißt, ein widerstandsbehafteter Dünnfilm mit einem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten wird so geätzt, dass der Widerstand Rp1 und der Widerstand Rp2 gleichzeitig strukturiert und ausgebildet werden. Wenn eine Herstellungsschwankung in einer Filmdicke des widerstandsbehafteten Dünnfilms auftritt, ändern sich der Widerstandswert des Widerstands Rp1 und der Widerstandswert des Widerstands Rp2 zugleich und ein Verhältnis (Widerstandsverhältnis) zwischen dem Widerstandswert des Widerstands Rp1 und dem Widerstand Widerstandswert des Widerstands Rp2 wird aufrechterhalten. In ähnlicher Weise werden die Widerstände Rn1 und Rn2 gleichzeitig durch Ätzen eines widerstandsbehafteten Dünnfilms mit einem negativen Widerstands-Temperaturkoeffizienten ausgebildet.
  • Das heißt, in der Ausführungsform werden der Widerstand Rp1 und der Widerstand Rp2 unter Verwendung des gleichen Prozesses in einem Film der gleichen Schicht in mehreren gestapelten Schichten ausgebildet. Außerdem werden der Widerstand Rn1 und der Widerstand Rn2 unter Verwendung des gleichen Prozesses in einem Film der gleichen Schicht in mehreren gestapelten Schichten ausgebildet.
  • Wenn ein jeweiliger Widerstands-Temperaturkoeffizient der Widerstände Rp1 und Rp2 auf αp gesetzt ist und ein jeweiliger Widerstands-Temperaturkoeffizient der Widerstände Rn1 und Rn2 auf -αn gesetzt ist, wird ein kombinierter Widerstand Rs der Reihenschaltung des Widerstands Rn1 und des Widerstandes Rp1 in der Widerstandsschaltung 9 zu Rs = Rn1 ( 1 + α n ⋅ T ) + Rp1 ( 1 − α p ⋅ T )
    Figure DE112017003438T5_0003
    Zudem wird ein kombinierter Widerstand Rc der Parallelschaltung des Widerstands Rn2 und des Widerstandes Rp2 in der Widerstandsschaltung 9 zu Rc = 1 / ( 1 / ( Rn1 ( 1 + α n ⋅ T ) ) + 1 / ( Rp1 ( 1 − α p ⋅ T ) ) )
    Figure DE112017003438T5_0004
    Die Widerstandsschaltung 9 gemäß der Ausführungsform wird durch Verbinden der Reihenschaltung Rs und der Parallelschaltung Rc erhalten.
  • Im Folgenden sind Funktionen und Effekte der Widerstandsschaltung 9 gemäß der Ausführungsform beschrieben.
  • 6 zeigt Temperaturkennlinien, wenn in dem Widerstandsverhältnis zwischen dem Widerstand Rn1 und dem Widerstand Rp1 in dem kombinierten Widerstand Rs der Reihenschaltungseinheit Schwankungen auftreten. Hier ist ein Beispiel der Verwendung von Widerstandsmaterialien mit Eigenschaften gezeigt, bei denen der Widerstands-Temperaturkoeffizient an des Widerstands Rn1 und der Widerstands-Temperaturkoeffizient αp des Widerstands Rp1 die gleichen Absolutwerte, aber unterschiedliche Vorzeichen haben.
  • Wie in 6 gleichen sich dann, wenn das Widerstandsverhältnis zwischen dem Widerstand Rp1 und dem Widerstand Rn1 1:1 ist, eine Widerstandsänderung mit der Temperatur des Widerstands Rn1 und eine Widerstandsänderung mit der Temperatur des Widerstands Rp1 aus und flach Kennlinien bezüglich der Temperatur werden erhalten. Wenn sich Rp1 aufgrund einer Herstellungsschwankung um das 1,2-fache erhöht, verschiebt sich der kombinierte Gesamtwiderstand Rs zu einer positiven Seite. Gleichzeitig bricht ein Ausgleichseffekt bezüglich der Temperatur zusammen und eine Widerstandszunahme von ΔRs wird durch die Temperaturänderung verursacht.
  • 7 zeigt Temperaturkennlinien, wenn eine Schwankung in dem Widerstandsverhältnis zwischen dem Widerstand Rn2 und dem Widerstand Rp2 in dem kombinierten Widerstand Rc der Parallelschaltungseinheit auftritt. Ähnlich wie oben ist hier ein Beispiel für die Verwendung von Widerstandsmaterialien mit Eigenschaften gezeigt, bei denen der Widerstands-Temperaturkoeffizient an des Widerstands Rn2 und der Widerstands-Temperaturkoeffizient αp des Widerstands Rp2 die gleichen Absolutwerte, aber unterschiedliche Vorzeichen haben.
  • Wie in 7 gezeigt gleichen sich dann, wenn das Widerstandsverhältnis zwischen dem Widerstand Rp2 und dem Widerstand Rn2 1:1 ist, eine Widerstandsänderung mit der Temperatur des Widerstands Rn2 und eine Widerstandsänderung mit der Temperatur des Widerstands Rp2 aus und flache Kennlinien bezüglich der Temperatur werden erhalten. Wenn sich Rp2 dann aufgrund einer Herstellungsschwankung um das 1,2-fache erhöht, verschiebt sich der kombinierte Gesamtwiderstand Rc zu einer positiven Seite. Gleichzeitig bricht ein Ausgleichseffekt bezüglich der Temperatur zusammen und eine Widerstandsabnahme von ΔRc wird durch die Temperaturänderung verursacht.
  • In der Reihenschaltung Rs, die in 6 gezeigt ist, und die Parallelschaltung Rc, die in 7 gezeigt ist, unterscheiden sich die Temperaturabhängigkeiten, die durch den hohen Widerstand der Materialien (Rp1 und Rp2) mit den positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten erzeugt werden, nach positiv und negativ. In der Reihenschaltung Rs tritt die Temperaturabhängigkeit des Widerstands der Hochwiderstandsseite in den beiden Widerständen auf. Aus diesem Grund wird dann, wenn der Widerstand von Rp1 zu einem hohen Widerstand wird, eine positive Widerstandsänderung mit der Temperatur erzeugt. Andererseits wird in der Parallelschaltung Rc, da die Temperaturabhängigkeit des Widerstands der Niederwiderstandsseite in den beiden Widerständen auftritt, umgekehrt eine negative Widerstandsänderung mit der Temperatur erzeugt. Daher unterscheiden sich in der Reihenschaltung Rs und der Parallelschaltung Rc die Temperaturabhängigkeiten der kombinierten Widerstände Rs und Rc dann, wenn die Temperaturänderung erzeugt wird, nach positiv und negativ.
  • Wenn der kombinierte Widerstandswert (Rs) der Reihenschaltung Rs und der kombinierte Widerstandswert (Rc) der Parallelschaltung Rc elektrisch in Reihe geschaltet sind, wird ein Effekt des Ausgleichs der Widerstandszunahme der Reihenschaltung Rs und der Widerstandsabnahme der Parallelschaltung Rc erhalten.
  • In dem obigen Beispiel ist der Fall der Verwendung der Materialien beschrieben, in dem der Absolutwert des Widerstands-Temperaturkoeffizienten αn der Widerstände Rn1 und Rn2 und der Absolutwert des Widerstands-Temperaturkoeffizienten αp der Widerstände Rp1 und Rp2 gleich sind. Wenn jedoch der Absolutwert des Widerstands-Temperaturkoeffizienten an und der Absolutwert des Widerstands-Temperaturkoeffizienten αp verschieden sind, kann das Widerstandsverhältnis zwischen dem Widerstand Rn1 und dem Widerstand Rp1 geeignet angepasst werden und der Absolutwert des Widerstands-Temperaturkoeffizienten αn und der Absolutwert des Widerstands-Temperaturkoeffizienten αp müssen nicht gleich sein.
  • Wenn der kombinierte Widerstandswert (Rs) der Reihenschaltung Rs und der kombinierte Widerstandswert (Rc) der Parallelschaltung Rc vorzugsweise so ausgelegt sind, dass sie im Wesentlichen die gleichen Widerstandswerte werden (Rs = Rc), sind ΔRs und ΔRc, die in 6 und 7 gezeigt sind, besser aufeinander abgestimmt, so dass der Effekt des Ausgleichs der Widerstandsänderung mit Temperaturen, die durch die Widerstandsschwankungen erzeugt wird, zunimmt.
  • Das heißt, der kombinierte Widerstandswert (Rs) der Reihenschaltung Rs und der kombinierte Widerstandswert (Rc) des Parallelwiderstands Rc sind im Wesentlichen gleich. Wenn der kombinierte Widerstandswert Rs und der kombinierte Widerstandswert Rc einen Fehler aufgrund von Verarbeitungsschwankungen oder dergleichen oder eine absichtlich erzeugte Differenz zwischen den Widerstandswerten Rs und Rc in einem Bereich, in dem die Aufgabe der vorliegenden Erfindung erfüllt werden kann, aufweisen, werden der kombinierte Widerstandswert (Rs) und der kombinierte Widerstandswert (Rc) als im Wesentlichen gleich betrachtet.
  • 8 und 9 zeigen spezifische Strukturen der Widerstandsschaltung 9 gemäß der Ausführungsform. 8 zeigt eine ebene Struktur und 9 zeigt eine Querschnittsstruktur.
  • Die Reihenschaltung Rs, die das polykristalline Silicium Rn1 mit dem negativen Widerstands-Temperaturkoeffizienten und das polykristalline Silicium Rp1 mit dem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten umfasst, und die Parallelschaltung Rc, die das polykristalline Silicium Rn2 mit dem negativen Widerstands-Temperaturkoeffizienten und das polykristalline Silicium Rp1 mit dem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten umfasst, sind elektrisch in Reihe geschaltet. Jeder Widerstand ist durch eine Aluminiumverdrahtungsleitung AL und einen Kontakt Cont angeschlossen. Die Positivität/Negativität des Widerstands-Temperaturkoeffizienten des polykristallinen Siliciums ist durch eine Fremdstoffkonzentration bestimmt.
  • Wie in der Querschnittsstruktur von 9 gezeigt werden der Widerstand Rn1 und der Widerstand Rn2 in der gleichen Schicht unter Verwendung des gleichen Prozesses ausgebildet. Zudem werden der Widerstand Rp1 und der Widerstand Rp2 in der gleichen Schicht unter Verwendung des gleichen Prozesses ausgebildet. Da der Widerstand Rn1 und der Widerstand Rp1 oder der Widerstand Rn2 und der Widerstand Rp2 unterschiedliche Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweisen, werden sie unter Verwendung verschiedener Prozesse gebildet. Obwohl der Widerstand Rn1 und der Widerstand Rp1 in der Zeichnung in der gleichen Schicht ausgebildet sind, können sie in verschiedenen Schichten ausgebildet sein. Obwohl der Widerstand Rn2 und der Widerstand Rp2 in der gleichen Schicht ausgebildet sind, können sie in verschiedenen Schichten ausgebildet sein.
  • Als Widerstandsmaterialien kann zusätzlich zu dem polykristallinen Silicium ein diffundierter Widerstand verwendet werden, der durch Dotieren eines Siliciumsubstrats mit Fremdstoffen erhalten wird. Als diffundierter Widerstand, der durch Dotieren des Siliciumsubstrats mit den Fremdstoffen erhalten wird, kann ein Silizidwiderstand oder ein Metallwiderstand verwendet werden. Das polykristalline Silicium weist eine geringere Widerstandsänderung als diese Widerstandsmaterialien auf. Daher können das Widerstandsverhältnis zwischen dem Widerstand Rn1 und dem Widerstand Rn2 und das Widerstandsverhältnis zwischen dem Widerstand Rp1 und dem Widerstand Rp2 besser abgestimmt werden und die Wirkung der vorliegenden Erfindung kann gesteigert werden.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • Eine weitere Ausführungsform eines Referenzwiderstandes eines Sensorelements gemäß der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
  • Bei einer Sensorvorrichtung 1, die in einer rauen Umgebung wie etwa einer Fahrzeugkraftmaschine verwendet wird, ist es erforderlich, neben dem Einfluss einer Temperaturänderung den Einfluss einer mechanischen Verzerrung zu reduzieren. Wenn eine Verzerrung auf einen Halbleiterchip ausgeübt wird, der mit einer Ansteuerschaltung 9 versehen ist, wird eine Widerstandsänderung durch einen Piezoeffekt (im Folgenden als Piezowiderstandsänderung bezeichnet) in einem Widerstand erzeugt, der in dem Halbleiterchip ausgebildet ist. Die mechanische Verzerrung wird durch Dehnung und Stauchung eines Trägermaterials, auf dem der Halbleiterchip installiert ist, zusätzlich zu einer thermischen Dehnung und Stauchung des Halbleiterchips aufgrund einer Temperatur erzeugt. Wenn sich eine Umgebungstemperatur, bei der die Sensorvorrichtung 1 verwendet wird, ändert, wird daher zusätzlich zu einer Widerstandsänderung mit der Temperatur die Piezowiderstandsänderung erzeugt.
  • Die Positivität/Negativität eines Piezowiderstandskoeffizienten eines Halbleiters unterscheidet sich je nach Leitfähigkeitstyp des Siliciums. Wenn beispielsweise bei N-Typ-Silicium, das mit Phosphor als Fremdstoff dotiert ist, eine mechanische Spannung entlang einer Richtung eines durch den Widerstand fließenden Stroms ausgeübt wird, nimmt der Widerstandswert ab. Umgekehrt steigt in P-Typ-Silicium, das mit Bor als Fremdstoff dotiert ist, der Widerstandswert an. Daher kann die Widerstandsänderung aufgrund der Verzerrung eines Referenzwiderstands reduziert werden, indem Siliciummaterialien unterschiedlicher Leitfähigkeitstypen kombiniert werden.
  • 10 zeigt ein spezifisches Beispiel des Referenzwiderstands, bei dem die Änderung des Piezowiderstands reduziert worden ist.
  • In den Widerständen Rn1 und Rn2 wird polykristallines Silicium vom N-Typ verwendet und in den Widerständen Rp1 und Rp2 wird polykristallines Silicium vom P-Typ verwendet. Die restliche Konfiguration ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Wenn eine mechanische Spannung σL entlang der Richtung des durch den Widerstand fließenden Stroms ausgeübt wird, nimmt in einem Widerstand Rn1 und einem Widerstand Rp1, die eine Reihenschaltung (erste Widerstandsschaltung) Rs bilden, ein Widerstandswert des Widerstands Rn1 ab und ein Widerstandswert des Widerstands Rp1 nimmt zu. Zudem nimmt in einem Widerstand Rn2 und einem Widerstand Rp2, die eine Parallelschaltung (zweite Widerstandsschaltung) Rc bilden, ein Widerstandswert des Widerstands Rn2 ab und ein Widerstandswert des Widerstands Rp2 nimmt zu.
  • Wenn eine mechanische Spannung σT in einer Richtung, die quer zu der Richtung des durch den Widerstand fließenden Stroms ist, in dem Widerstand Rn1 und dem Widerstand Rp1, die die Reihenschaltung Rs bilden, ausgeübt wird, nimmt der Widerstandswert des Widerstands Rn1 zu und der Widerstandswert des Widerstands Rp1 nimmt ab. Zudem nimmt in dem Widerstand Rn2 und dem Widerstand Rp2, die die Parallelschaltung Rc bilden, der Widerstandswert des Widerstands Rn2 zu und der Widerstandswert des Widerstands Rp2 nimmt ab.
  • In der oben beschriebenen Konfiguration heben sich, wenn die mechanische Spannung σL oder die mechanische Spannung σT angelegt wird, durch Kombinieren der Widerstände der verschiedenen Leitfähigkeitstypen die Piezowiderstandsänderung des Widerstands Rn1 und die Piezowiderstandsänderung des Widerstands Rp1 bzw. die Piezowiderstandsänderung des Widerstands Rn2 und die Piezowiderstandsänderung des Widerstands Rp2 gegenseitig auf. Daher wird in dieser Ausführungsform der Einfluss der Piezowiderstandsänderung aufgrund der mechanischen Spannung σL und der mechanischen Spannung σT unterdrückt, und eine Änderung des kombinierten Widerstandswerts der Widerstandsschaltung 9 wird unterdrückt.
  • Bei der Widerstandsschaltung 9 gemäß der Ausführungsform sind die Reihenschaltung Rs und die Parallelschaltung Rc ähnlich zu der ersten Ausführungsform und sie hat die gleichen Funktionen und Effekte wie die erste Ausführungsform.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • 11 zeigt ein weiteres spezifisches Beispiel eines Referenzwiderstands, bei dem eine Änderung des Piezowiderstands reduziert worden ist.
  • Alle Widerstände Rn1, Rn2, Rp1 und Rp2 verwenden polykristallines Silicium vom N-Typ mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp. Zudem wird das Strukturieren derart durchgeführt, dass eine Richtung (y-Richtung) eines Stroms, der durch die Widerstände Rn1 und Rp1 fließt, die eine Reihenschaltung Rs bilden, und eine Richtung (x-Richtung) eines Stroms, der durch die Widerstände Rn2 und Rp2 fließt, die eine Parallelschaltung Rc bilden, orthogonal zueinander sind. Die restliche Konfiguration ist die gleiche wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform.
  • Wenn in der obigen Struktur eine mechanische Spannung in x-Richtung in der Zeichnung ausgeübt wird, nehmen Widerstandswerte der Widerstände Rn1 und Rp1 zu und Widerstandswerte der Widerstände Rn2 und Rp2 ab. Somit sind die Widerstände Rn1 und Rp1 und die Widerstände Rn2 und Rp2 des gleichen Leitfähigkeitstyps so angeordnet, dass die Stromrichtungen zueinander orthogonal sind. Als Ergebnis heben sich Widerstandsänderungen der Widerstände Rn1 und Rp1 und der Widerstände Rn2 und Rp2 gegenseitig auf.
  • Aus diesem Grund unterscheidet sich in dieser Ausführungsform die Anordnung des Widerstands Rn1 und des Widerstands Rp1, die die Reihenschaltung Rs bilden, von der der ersten und zweiten Ausführungsform. Das heißt, eine Verdrahtungsleitung 13 zum Verbinden des Widerstands Rn1 und des Widerstands Rp1 ist umgefaltet und die Richtung des durch den Widerstand Rn1 fließenden Stroms und die Richtung des durch den Widerstand Rp1 fließenden Stroms sind parallel und unterscheiden sich um 180 Grad.
  • Mit anderen Worten sind in der Ausführungsform das erste Widerstandselement Rn1, das zweite Widerstandselement Rp1, das dritte Widerstandselement Rn2 und das vierte Widerstandselement Rp2 so angeordnet, dass die Richtung des Stroms, der durch das erste Widerstandselement Rn1 und das zweite Widerstandselement Rn2 fließt, die die erste Widerstandsschaltung Rs bilden, und die Richtung des Stroms, der durch das dritte Widerstandselement Rn2 und das vierte Widerstandselement Rp2 fließt, die die zweite Widerstandsschaltung Rc bilden, orthogonal zueinander sind.
  • In der ersten Ausführungsform ist die Verdrahtungsleitung 13 (siehe 8) zum Verbinden des Widerstands Rn1 und des Widerstands Rp1 linear ausgebildet. Wenn jedoch eine Piezowiderstandsänderung ignoriert werden kann, kann die in 8 gezeigte Verdrahtungsleitung 13 umgefaltet werden, wie es in 11 gezeigt ist.
  • Wie oben beschrieben kann eine Änderung des Referenzwiderstandes aufgrund der durch die Änderung der Umgebungstemperatur verursachte Verzerrung durch die Konfiguration, bei der die Widerstände Rn1, Rp1, Rn2 und Rp2, die den Referenzwiderstand bilden, durch Kombinieren der Widerstände (N-Typ-Widerstände) Rn1 und Rn2 und der Widerstände (P-Typ-Widerstände) Rp1 und Rp2 der verschiedenen Leitfähigkeitstypen ausgebildet sind, oder durch die Konfiguration, bei der die Widerstände Rn1 und Rp1 und die Widerstände Rn2 und Rp2 des gleichen Leitfähigkeitstyps derart kombiniert sind, dass die Richtungen der fließenden Ströme sich um 90 Grad unterscheiden, verringert werden.
  • In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Konfiguration gezeigt, in der der Reihenwiderstand Rs (Rn1 und Rp1) und der Parallelwiderstand Rc (Rn2 und Rp2) in Reihe geschaltet sind. Die gleichen Effekte können jedoch auch in einer Konfiguration erzielt werden, in der diese parallel geschaltet sind.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Abwandlungen sind eingeschlossen. Zum Beispiel sind die Ausführungsformen im Einzelnen beschrieben, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Vorrichtung beschränkt, die die vollständigen Konfigurationen aufweist. Zudem kann ein Teil der Konfigurationen der bestimmten Ausführungsform durch die Konfigurationen anderer Ausführungsformen ersetzt werden oder die Konfigurationen anderer Ausführungsformen können zu den Konfigurationen der bestimmten Ausführungsform hinzugefügt werden. Außerdem kann ein Teil der Konfigurationen der einzelnen Ausführungsformen entfernt oder hinzugefügt werden oder durch andere Konfigurationen werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Sensorelement
    2
    Substrat
    3
    Detektionsheizelement
    4
    Kompensationsheizelement
    5
    Hohlraumabschnitt
    6
    Dünnfilmträger
    7a bis 7d
    Elektrode
    8a, 8b
    Isolierschicht
    9a, 9b
    Referenzwiderstand
    10a, 10b
    Widerstand
    11a, 11b
    Widerstand
    12a, 12b
    Differenzverstärker
    13
    Verdrahtungsleitung
    30
    Ansteuerschaltung
    30A
    Brückenschaltung mit Detektionsheizelement 3
    30B
    Brückenschaltung mit Kompensationsheizelement 4
    Rc
    Parallelschaltung
    Rn1, Rp1
    Widerstand zur Ausbildung der Reihenschaltung Rs
    Rn2,
    Widerstand Rp2 zur Ausbildung der Parallelschaltung Rc
    Rs
    Reihenschaltung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2015050549 A [0004, 0005]

Claims (6)

  1. Sensorvorrichtung, die einen Detektionswiderstand mit einem Widerstandswert, der sich gemäß einer physikalischen Größe ändert, und einen Referenzwiderstand, der mit dem Detektionswiderstand verglichen wird, umfasst und die physikalische Größe basierend auf einer Änderung des Widerstandswerts des Detektionswiderstands misst, wobei der Referenzwiderstand durch elektrisches Verbinden einer ersten Widerstandsschaltung und einer zweiten Widerstandsschaltung ausgebildet ist, wobei die erste Widerstandsschaltung ein erstes Widerstandselement mit einem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten und ein zweites Widerstandselement mit einem negativen Widerstands-Temperaturkoeffizienten umfasst, die elektrisch verbunden sind, und die zweite Widerstandsschaltung ein drittes Widerstandselement mit einem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten und ein viertes Widerstandselement mit einem negativen Widerstands-Temperaturkoeffizienten umfasst, die elektrisch verbunden sind, die erste Widerstandsschaltung so ausgelegt ist, dass ein kombinierter Widerstandswert bezüglich einer Temperaturänderung eine erste Abweichung entweder zur positiven oder zur negativen Seite hin erzeugt, und die zweite Widerstandsschaltung so ausgelegt ist, dass ein kombinierter Widerstandswert bezüglich der Temperaturänderung eine zweite Abweichung zu der Seite hin erzeugt, die der positiven oder negativen Seite, zu der die erste Abweichung erzeugt wird, entgegengesetzt ist.
  2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Widerstandsschaltung eine Reihenschaltung umfasst, in der das erste Widerstandselement und das zweite Widerstandselement in Reihe geschaltet sind, und die zweite Widerstandsschaltung eine Parallelschaltung umfasst, in der das dritte Widerstandselement und das vierte Widerstandselement parallel geschaltet sind.
  3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das erste Widerstandselement und das dritte Widerstandselement aus einem polykristallinen Siliciumfilm der gleichen Schicht ausgebildet sind, und das zweite Widerstandselement und das vierte Widerstandselement aus einem polykristallinen Siliciumfilm der gleichen Schicht ausgebildet sind.
  4. Sensorvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Referenzwiderstand so ausgelegt ist, dass ein kombinierter Widerstandswert der Reihenschaltung und ein kombinierter Widerstandswert der Parallelschaltung im Wesentlichen gleich sind.
  5. Sensorvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das erste Widerstandselement und das dritte Widerstandselement polykristallines Silicium sind, das mit Fremdstoffen des gleichen Leitfähigkeitstyps dotiert ist, und das dritte Widerstandselement und das vierte Widerstandselement polykristallines Silicium sind, das mit Fremdstoffen eines Leitfähigkeitstyps dotiert ist, der sich von dem Leitfähigkeitstyp des ersten Widerstandselements und des zweiten Widerstandselements unterscheidet.
  6. Sensorvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das erste Widerstandselement, das zweite Widerstandselement, das dritte Widerstandselement und das vierte Widerstandselement mit Fremdstoffen des gleichen Leitfähigkeitstyps dotiertes polykristallines Silicium sind, und das erste Widerstandselement, das zweite Widerstandselement, das dritte Widerstandselement und das vierte Widerstandselement so angeordnet sind, dass eine Richtung eines Stroms, der durch das erste Widerstandselement und das zweite Widerstandselement fließt, die die erste Widerstandsschaltung bilden, und eine Richtung eines Stroms, der durch das dritte Widerstandselement und das vierte Widerstandselement fließt, die die zweite Widerstandsschaltung bilden, orthogonal zueinander sind.
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