JP2000214024A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JP2000214024A JP2000214024A JP1638399A JP1638399A JP2000214024A JP 2000214024 A JP2000214024 A JP 2000214024A JP 1638399 A JP1638399 A JP 1638399A JP 1638399 A JP1638399 A JP 1638399A JP 2000214024 A JP2000214024 A JP 2000214024A
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- stress
- resistance value
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体基板に対するピエゾ抵抗素子の形成領域
をできる限り増加させることなしに検出感度の向上を図
る。 【解決手段】電流の流れる方向が印加圧力に対する応力
の方向と異なるピエゾ抵抗素子Rの湾曲部3の幅寸法W
1を、応力と略平行な方向に電流が流れるピエゾ抵抗素
子Rの部位(直線部4)の幅寸法W2よりも大きく形成
する。これにより、印加圧力に対する応力によって抵抗
値が変化しないピエゾ抵抗素子Rの湾曲部3の抵抗値が
小さくなり、半導体基板1に対するピエゾ抵抗素子Rの
形成領域をできる限り増加させることなく応力に対する
ピエゾ抵抗素子Rの抵抗値変化を大きくして圧力の検出
感度を向上させることができる。
をできる限り増加させることなしに検出感度の向上を図
る。 【解決手段】電流の流れる方向が印加圧力に対する応力
の方向と異なるピエゾ抵抗素子Rの湾曲部3の幅寸法W
1を、応力と略平行な方向に電流が流れるピエゾ抵抗素
子Rの部位(直線部4)の幅寸法W2よりも大きく形成
する。これにより、印加圧力に対する応力によって抵抗
値が変化しないピエゾ抵抗素子Rの湾曲部3の抵抗値が
小さくなり、半導体基板1に対するピエゾ抵抗素子Rの
形成領域をできる限り増加させることなく応力に対する
ピエゾ抵抗素子Rの抵抗値変化を大きくして圧力の検出
感度を向上させることができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板に形成
したピエゾ抵抗素子の抵抗値変化に基づいて外部から印
加される圧力を検出する半導体圧力センサに関するもの
である。
したピエゾ抵抗素子の抵抗値変化に基づいて外部から印
加される圧力を検出する半導体圧力センサに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体圧力センサは、シリコン等
の半導体基板を加工して薄膜のダイヤフラム部並びにピ
エゾ抵抗素子を形成し、外部から印加される圧力によっ
て変化するピエゾ抵抗素子の抵抗値に基づいて印加圧力
を検出するものである。かかる半導体圧力センサにおい
ては、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が高いほど圧力の検出感
度が高くなるため、高濃度且つ高抵抗のピエゾ抵抗素子
を形成する必要がある。
の半導体基板を加工して薄膜のダイヤフラム部並びにピ
エゾ抵抗素子を形成し、外部から印加される圧力によっ
て変化するピエゾ抵抗素子の抵抗値に基づいて印加圧力
を検出するものである。かかる半導体圧力センサにおい
ては、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が高いほど圧力の検出感
度が高くなるため、高濃度且つ高抵抗のピエゾ抵抗素子
を形成する必要がある。
【0003】そこで従来は、図4に示すようにピエゾ抵
抗素子Rを直線状ではなく、図5に示すように印加圧力
に対する応力の方向と略直交する方向に蛇行した形状に
ピエゾ抵抗素子Rを形成することで長さ方向の寸法を稼
ぐようにしていた。
抗素子Rを直線状ではなく、図5に示すように印加圧力
に対する応力の方向と略直交する方向に蛇行した形状に
ピエゾ抵抗素子Rを形成することで長さ方向の寸法を稼
ぐようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、(110)
基板1を用いた半導体加速度センサにおいては、図6に
示すようにダイヤフラム部2の端部近傍にそれぞれ1つ
のピエゾ抵抗素子R,Rを形成するとともにダイヤフラ
ム部2の略中央に2つのピエゾ抵抗素子R,Rを形成
し、これら4つのピエゾ抵抗素子R…に対して<110>
方向(図6(b)における矢印イ、ロの方向)に電流が
流れる領域(直線部4)の抵抗値が印加圧力による応力
によって変化することを利用して圧力を検出している。
従って、各ピエゾ抵抗素子R…を、電流の流れる方向が
応力の方向と異なる部位が湾曲し、応力方向と平行な方
向に電流が流れる部位が直線状となるように蛇行した形
状に形成していた。このとき、ピエゾ抵抗素子R…にお
いて<100>方向(図6(b)における矢印ハの方向)
に電流が流れる領域(湾曲部3)の抵抗値は応力によっ
て変化しないため、この領域(湾曲部3)における抵抗
値のピエゾ抵抗素子R…全体の抵抗値に占める割合が大
きいと、応力に対するピエゾ抵抗素子R…の抵抗値の変
化量が小さくなってしまい、圧力の検出感度が低下する
原因となってしまう。
基板1を用いた半導体加速度センサにおいては、図6に
示すようにダイヤフラム部2の端部近傍にそれぞれ1つ
のピエゾ抵抗素子R,Rを形成するとともにダイヤフラ
ム部2の略中央に2つのピエゾ抵抗素子R,Rを形成
し、これら4つのピエゾ抵抗素子R…に対して<110>
方向(図6(b)における矢印イ、ロの方向)に電流が
流れる領域(直線部4)の抵抗値が印加圧力による応力
によって変化することを利用して圧力を検出している。
従って、各ピエゾ抵抗素子R…を、電流の流れる方向が
応力の方向と異なる部位が湾曲し、応力方向と平行な方
向に電流が流れる部位が直線状となるように蛇行した形
状に形成していた。このとき、ピエゾ抵抗素子R…にお
いて<100>方向(図6(b)における矢印ハの方向)
に電流が流れる領域(湾曲部3)の抵抗値は応力によっ
て変化しないため、この領域(湾曲部3)における抵抗
値のピエゾ抵抗素子R…全体の抵抗値に占める割合が大
きいと、応力に対するピエゾ抵抗素子R…の抵抗値の変
化量が小さくなってしまい、圧力の検出感度が低下する
原因となってしまう。
【0005】本発明は上記事情に鑑みて為されたもので
あり、その目的とするところは、半導体基板に対するピ
エゾ抵抗素子の形成領域をできる限り増加させることな
しに検出感度の向上が図れる半導体圧力センサを提供す
ることにある。
あり、その目的とするところは、半導体基板に対するピ
エゾ抵抗素子の形成領域をできる限り増加させることな
しに検出感度の向上が図れる半導体圧力センサを提供す
ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明は、半導体基板にピエゾ抵抗素子を
形成し外部から印加される圧力によって変化するピエゾ
抵抗素子の抵抗値に基づいて印加圧力を検出する半導体
圧力センサにおいて、電流の流れる方向が印加圧力に対
する応力の方向と異なるピエゾ抵抗素子の部位を湾曲さ
せるとともにこの湾曲部におけるピエゾ抵抗素子の幅寸
法を応力と略平行な方向に電流が流れるピエゾ抵抗素子
の部位の幅寸法よりも大きく形成したことを特徴とし、
印加圧力に対する応力によって抵抗値が変化しないピエ
ゾ抵抗素子の湾曲部の抵抗値が小さくなり、半導体基板
に対するピエゾ抵抗素子の形成領域をできる限り増加さ
せることなく応力に対するピエゾ抵抗素子の抵抗値変化
を大きくして圧力の検出感度を向上させることができ
る。
に、請求項1の発明は、半導体基板にピエゾ抵抗素子を
形成し外部から印加される圧力によって変化するピエゾ
抵抗素子の抵抗値に基づいて印加圧力を検出する半導体
圧力センサにおいて、電流の流れる方向が印加圧力に対
する応力の方向と異なるピエゾ抵抗素子の部位を湾曲さ
せるとともにこの湾曲部におけるピエゾ抵抗素子の幅寸
法を応力と略平行な方向に電流が流れるピエゾ抵抗素子
の部位の幅寸法よりも大きく形成したことを特徴とし、
印加圧力に対する応力によって抵抗値が変化しないピエ
ゾ抵抗素子の湾曲部の抵抗値が小さくなり、半導体基板
に対するピエゾ抵抗素子の形成領域をできる限り増加さ
せることなく応力に対するピエゾ抵抗素子の抵抗値変化
を大きくして圧力の検出感度を向上させることができ
る。
【0007】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、応力と略平行な方向に電流が流れる部位の幅寸法が
4μmよりも大きくなく、且つ湾曲部の幅寸法が16μ
mよりも小さくないようにピエゾ抵抗素子を形成したこ
とを特徴とし、請求項1の発明の望ましい実施態様であ
る。
て、応力と略平行な方向に電流が流れる部位の幅寸法が
4μmよりも大きくなく、且つ湾曲部の幅寸法が16μ
mよりも小さくないようにピエゾ抵抗素子を形成したこ
とを特徴とし、請求項1の発明の望ましい実施態様であ
る。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図1
〜図3を参照して詳細に説明する。但し、本実施形態の
半導体圧力センサとしての基本的な構造は図6に示した
従来例と共通であるから、共通する部分については図示
並びに説明は省略する。
〜図3を参照して詳細に説明する。但し、本実施形態の
半導体圧力センサとしての基本的な構造は図6に示した
従来例と共通であるから、共通する部分については図示
並びに説明は省略する。
【0009】本実施形態は、図1に示すように電流の流
れる方向が印加圧力に対する応力の方向と異なるピエゾ
抵抗素子Rの湾曲部3の幅寸法W1を、応力と略平行な
方向に電流が流れるピエゾ抵抗素子Rの部位(直線部
4)の幅寸法W2よりも大きく形成した点に特徴があ
る。
れる方向が印加圧力に対する応力の方向と異なるピエゾ
抵抗素子Rの湾曲部3の幅寸法W1を、応力と略平行な
方向に電流が流れるピエゾ抵抗素子Rの部位(直線部
4)の幅寸法W2よりも大きく形成した点に特徴があ
る。
【0010】ところで、一般にピエゾ抵抗素子の設計に
おいては、温度特性を考慮して不純物注入量並びに拡散
条件を決めるため、まずシート抵抗の値が決まり、所望
の抵抗値のピエゾ抵抗素子を形成するためにピエゾ抵抗
素子の長さ寸法(L)/幅寸法(W)を調整している。
そして、通常半導体圧力センサの応力分布を考慮して、
応力をより有効に利用するためにピエゾ抵抗素子を蛇行
した形状に形成する。
おいては、温度特性を考慮して不純物注入量並びに拡散
条件を決めるため、まずシート抵抗の値が決まり、所望
の抵抗値のピエゾ抵抗素子を形成するためにピエゾ抵抗
素子の長さ寸法(L)/幅寸法(W)を調整している。
そして、通常半導体圧力センサの応力分布を考慮して、
応力をより有効に利用するためにピエゾ抵抗素子を蛇行
した形状に形成する。
【0011】従来例で説明したように(110)基板1
を用いた場合、<100>方向に電流が流れる領域(湾曲
部3)は応力を受けても抵抗値が変化しないため、湾曲
部3の幅寸法W1を直線部4の幅寸法W2よりも大きく
する。例えばシート抵抗が70Ω/□となる不純物濃度
で抵抗値が12kΩのピエゾ抵抗素子Rを幅寸法2μm
で形成するとすれば、<100>方向に電流が流れる領域
(湾曲部3)の抵抗値を低減するために湾曲部3の幅寸
法W1を16μmに形成する(図1参照)。
を用いた場合、<100>方向に電流が流れる領域(湾曲
部3)は応力を受けても抵抗値が変化しないため、湾曲
部3の幅寸法W1を直線部4の幅寸法W2よりも大きく
する。例えばシート抵抗が70Ω/□となる不純物濃度
で抵抗値が12kΩのピエゾ抵抗素子Rを幅寸法2μm
で形成するとすれば、<100>方向に電流が流れる領域
(湾曲部3)の抵抗値を低減するために湾曲部3の幅寸
法W1を16μmに形成する(図1参照)。
【0012】ここで、図3は湾曲部3の幅寸法W1と湾
曲部3の抵抗値との関係を示しており、図2に示すよう
に湾曲部3の幅寸法W1を4μmとした場合には1個の
ピエゾ抵抗素子Rにおける湾曲部3の全抵抗値が4.2
kΩ(=700Ω×6個)であるのに対し、湾曲部3の
幅寸法W1を上記のように16μmとした場合には1個
のピエゾ抵抗素子Rにおける湾曲部3の全抵抗値を3.
0kΩ(=500Ω×6個)に低減することができる。
これにより、1個のピエゾ抵抗素子Rにおける直線部4
の全抵抗値を7.8kΩ(=12kΩ−4.2kΩ)か
ら9.0kΩ(=12kΩ−3.0kΩ)に増大させる
ことができる。その結果、圧力の検出感度を約15%向
上させることができるのである。なお、図3からも明ら
かなように湾曲部3の抵抗値は幅寸法W1が16μm以
上では略一定となるから、湾曲部3の幅寸法W1を16
μmよりも小さくないようにするのが望ましく、また、
直線部4の抵抗値を増大させるためにはその幅寸法W2
を4μmよりも大きくないようにするのが望ましい。
曲部3の抵抗値との関係を示しており、図2に示すよう
に湾曲部3の幅寸法W1を4μmとした場合には1個の
ピエゾ抵抗素子Rにおける湾曲部3の全抵抗値が4.2
kΩ(=700Ω×6個)であるのに対し、湾曲部3の
幅寸法W1を上記のように16μmとした場合には1個
のピエゾ抵抗素子Rにおける湾曲部3の全抵抗値を3.
0kΩ(=500Ω×6個)に低減することができる。
これにより、1個のピエゾ抵抗素子Rにおける直線部4
の全抵抗値を7.8kΩ(=12kΩ−4.2kΩ)か
ら9.0kΩ(=12kΩ−3.0kΩ)に増大させる
ことができる。その結果、圧力の検出感度を約15%向
上させることができるのである。なお、図3からも明ら
かなように湾曲部3の抵抗値は幅寸法W1が16μm以
上では略一定となるから、湾曲部3の幅寸法W1を16
μmよりも小さくないようにするのが望ましく、また、
直線部4の抵抗値を増大させるためにはその幅寸法W2
を4μmよりも大きくないようにするのが望ましい。
【0013】上述のように、電流の流れる方向が印加圧
力に対する応力の方向と異なるピエゾ抵抗素子Rの湾曲
部3の幅寸法W1を、応力と略平行な方向に電流が流れ
るピエゾ抵抗素子Rの部位(直線部4)の幅寸法W2よ
りも大きく形成することにより、印加圧力に対する応力
によって抵抗値が変化しないピエゾ抵抗素子Rの湾曲部
3の抵抗値が小さくなり、半導体基板1に対するピエゾ
抵抗素子Rの形成領域をできる限り増加させることなく
応力に対するピエゾ抵抗素子Rの抵抗値変化を大きくし
て圧力の検出感度を向上させることができる。
力に対する応力の方向と異なるピエゾ抵抗素子Rの湾曲
部3の幅寸法W1を、応力と略平行な方向に電流が流れ
るピエゾ抵抗素子Rの部位(直線部4)の幅寸法W2よ
りも大きく形成することにより、印加圧力に対する応力
によって抵抗値が変化しないピエゾ抵抗素子Rの湾曲部
3の抵抗値が小さくなり、半導体基板1に対するピエゾ
抵抗素子Rの形成領域をできる限り増加させることなく
応力に対するピエゾ抵抗素子Rの抵抗値変化を大きくし
て圧力の検出感度を向上させることができる。
【0014】
【発明の効果】請求項1の発明は、半導体基板にピエゾ
抵抗素子を形成し外部から印加される圧力によって変化
するピエゾ抵抗素子の抵抗値に基づいて印加圧力を検出
する半導体圧力センサにおいて、電流の流れる方向が印
加圧力に対する応力の方向と異なるピエゾ抵抗素子の部
位を湾曲させるとともにこの湾曲部におけるピエゾ抵抗
素子の幅寸法を応力と略平行な方向に電流が流れるピエ
ゾ抵抗素子の部位の幅寸法よりも大きく形成したので、
印加圧力に対する応力によって抵抗値が変化しないピエ
ゾ抵抗素子の湾曲部の抵抗値が小さくなり、半導体基板
に対するピエゾ抵抗素子の形成領域をできる限り増加さ
せることなく応力に対するピエゾ抵抗素子の抵抗値変化
を大きくして圧力の検出感度を向上させることができる
という効果がある。
抵抗素子を形成し外部から印加される圧力によって変化
するピエゾ抵抗素子の抵抗値に基づいて印加圧力を検出
する半導体圧力センサにおいて、電流の流れる方向が印
加圧力に対する応力の方向と異なるピエゾ抵抗素子の部
位を湾曲させるとともにこの湾曲部におけるピエゾ抵抗
素子の幅寸法を応力と略平行な方向に電流が流れるピエ
ゾ抵抗素子の部位の幅寸法よりも大きく形成したので、
印加圧力に対する応力によって抵抗値が変化しないピエ
ゾ抵抗素子の湾曲部の抵抗値が小さくなり、半導体基板
に対するピエゾ抵抗素子の形成領域をできる限り増加さ
せることなく応力に対するピエゾ抵抗素子の抵抗値変化
を大きくして圧力の検出感度を向上させることができる
という効果がある。
【0015】請求項2の発明は、応力と略平行な方向に
電流が流れる部位の幅寸法が4μmよりも大きくなく、
且つ湾曲部の幅寸法が16μmよりも小さくないように
ピエゾ抵抗素子を形成したので、請求項1の発明と同様
の効果を奏する。
電流が流れる部位の幅寸法が4μmよりも大きくなく、
且つ湾曲部の幅寸法が16μmよりも小さくないように
ピエゾ抵抗素子を形成したので、請求項1の発明と同様
の効果を奏する。
【図1】実施形態におけるピエゾ抵抗素子を示す平面図
である。
である。
【図2】同上の比較例を示す平面図である。
【図3】同上における湾曲部の幅寸法と抵抗値との関係
を示す図である。
を示す図である。
【図4】従来例におけるピエゾ抵抗素子を示す平面図で
ある。
ある。
【図5】他の従来例におけるピエゾ抵抗素子を示す平面
図である。
図である。
【図6】(a)は同上の平面図、(b)はピエゾ抵抗素
子の要部平面図である。
子の要部平面図である。
R ピエゾ抵抗素子 1 半導体基板 2 ダイヤフラム部 3 湾曲部 4 直線部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年3月8日(1999.3.8)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、(110)
基板1を用いた半導体圧力センサにおいては、図6に示
すようにダイヤフラム部2の端部近傍にそれぞれ1つの
ピエゾ抵抗素子R,Rを形成するとともにダイヤフラム
部2の略中央に2つのピエゾ抵抗素子R,Rを形成し、
これら4つのピエゾ抵抗素子R…に対して<110>方向
(図6(b)における矢印イ、ロの方向)に電流が流れ
る領域(直線部4)の抵抗値が印加圧力による応力によ
って変化することを利用して圧力を検出している。従っ
て、各ピエゾ抵抗素子R…を、電流の流れる方向が応力
の方向と異なる部位が湾曲し、応力方向と平行な方向に
電流が流れる部位が直線状となるように蛇行した形状に
形成していた。このとき、ピエゾ抵抗素子R…において
<100>方向(図6(b)における矢印ハの方向)に電
流が流れる領域(湾曲部3)の抵抗値は応力によって変
化しないため、この領域(湾曲部3)における抵抗値の
ピエゾ抵抗素子R…全体の抵抗値に占める割合が大きい
と、応力に対するピエゾ抵抗素子R…の抵抗値の変化量
が小さくなってしまい、圧力の検出感度が低下する原因
となってしまう。
基板1を用いた半導体圧力センサにおいては、図6に示
すようにダイヤフラム部2の端部近傍にそれぞれ1つの
ピエゾ抵抗素子R,Rを形成するとともにダイヤフラム
部2の略中央に2つのピエゾ抵抗素子R,Rを形成し、
これら4つのピエゾ抵抗素子R…に対して<110>方向
(図6(b)における矢印イ、ロの方向)に電流が流れ
る領域(直線部4)の抵抗値が印加圧力による応力によ
って変化することを利用して圧力を検出している。従っ
て、各ピエゾ抵抗素子R…を、電流の流れる方向が応力
の方向と異なる部位が湾曲し、応力方向と平行な方向に
電流が流れる部位が直線状となるように蛇行した形状に
形成していた。このとき、ピエゾ抵抗素子R…において
<100>方向(図6(b)における矢印ハの方向)に電
流が流れる領域(湾曲部3)の抵抗値は応力によって変
化しないため、この領域(湾曲部3)における抵抗値の
ピエゾ抵抗素子R…全体の抵抗値に占める割合が大きい
と、応力に対するピエゾ抵抗素子R…の抵抗値の変化量
が小さくなってしまい、圧力の検出感度が低下する原因
となってしまう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西條 隆司 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 江田 和夫 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 青木 亮 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Fターム(参考) 2F055 AA40 BB20 CC02 DD04 EE14 FF11 GG16 4M112 AA01 BA01 CA05 CA09 EA03
Claims (2)
- 【請求項1】 半導体基板にピエゾ抵抗素子を形成し外
部から印加される圧力によって変化するピエゾ抵抗素子
の抵抗値に基づいて印加圧力を検出する半導体圧力セン
サにおいて、電流の流れる方向が印加圧力に対する応力
の方向と異なるピエゾ抵抗素子の部位を湾曲させるとと
もにこの湾曲部におけるピエゾ抵抗素子の幅寸法を応力
と略平行な方向に電流が流れるピエゾ抵抗素子の部位の
幅寸法よりも大きく形成したことを特徴とする半導体圧
力センサ。 - 【請求項2】 応力と略平行な方向に電流が流れる部位
の幅寸法が4μmよりも大きくなく、且つ湾曲部の幅寸
法が16μmよりも小さくないようにピエゾ抵抗素子を
形成したことを特徴とする請求項1記載の半導体圧力セ
ンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1638399A JP2000214024A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1638399A JP2000214024A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000214024A true JP2000214024A (ja) | 2000-08-04 |
Family
ID=11914763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1638399A Pending JP2000214024A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000214024A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009300197A (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Alps Electric Co Ltd | 半導体圧力センサ |
JPWO2011161917A1 (ja) * | 2010-06-25 | 2013-08-19 | パナソニック株式会社 | 加速度センサ |
-
1999
- 1999-01-26 JP JP1638399A patent/JP2000214024A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009300197A (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Alps Electric Co Ltd | 半導体圧力センサ |
JPWO2011161917A1 (ja) * | 2010-06-25 | 2013-08-19 | パナソニック株式会社 | 加速度センサ |
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