JP2010169684A - 歪みゲージによる面外検出を用いた表面技術におけるジャイロメーター - Google Patents

Abstract

【課題】それ自体の平面に位置する軸の周りにおける検出を遂行することを可能にする、新規なタイプのジャイロメータータイプの装置を提案することを目的とする。
【解決手段】本発明は、基板に含まれ、−使用されていない平面を画定する少なくとも１つの塊（３、３’、３１、３２、３３）であって、この平面に含まれる回転の第２の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）から所定の距離に配置され、前記回転の軸（Ｚ）に垂直なこの平面において振動することが引き起こされることができる塊と、−前記回転の軸に前記塊を接続するための少なくとも２つの接続アームと、−前記アームの少なくとも１つのために、前記回転の軸の周りにおける回転のための前記基板との少なくとも１つの接続部を形成する手段と、−前記回転運動を検出するための少なくとも１つの歪みゲージと、を含むことを特徴とするジャイロメータータイプの装置である。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、特にシリコンのマイクロセンサーの分野、例えば不活性センサーユニット、特にジャイロメーターに関する。

それは、自動車、携帯電話通信及び航空電子工学の分野を含む様々な分野に適用可能である。

周知の方法において、湿式エッチングを用いることによってセンサーの高感度素子がシリコンまたは石英基板の総厚内に作られる場合、共振センサーは、大きな塊の技術で実現することができる；このような技術は、文献ＦＲ２７６３６９４に記載されている。

文献ＥＰ−１６２６２８２は、装置の平面に垂直な平面に沿った運動を検出することができるジャイロメーターを記載する。

このような装置は、それ自体の平面に位置する軸の周りにおける回転を検出することができない。

仏国特許発明第２７６３６９４号明細書 欧州特許第１６２６２８２号明細書

従って、本発明は、それ自体の平面に位置する軸の周りにおける検出を遂行することを可能にする、新規なタイプのジャイロメータータイプの装置を提案することを目的とする。

本発明は、プレーナー技術を用いて実現される、自由にされた機械的な塊に加えられる面外圧力を検出することを可能にし、１つ又は幾つかの吊るされたゲージを用いて検出を実施する、例えばピエゾ抵抗又は共振器タイプ（ビームまたは音叉）の新規なタイプのセンサーを提案する。

本発明によるセンサーは、ジャイロメーターを実現することを可能にする。特に、それは、差動検出を可能にする。

それは、歪みを検出し測定するために使用される可動部分（慣性質量）及びゲージの形状、材料及び厚さを別個に最適化することを可能にする。

より正確には、本発明の対象は、第１の軸（Ｚ）の周りにおける回転を検出するための、ジャイロメータータイプの装置であって、この装置は、基板から実現され、または、基板にあるいは基板の表面若しくは表面領域に実現され、又は、基板に含まれ、
（ａ）第１の厚さを有し、
−使用されていない時に、平面を画定する少なくとも１つの塊であって、この平面に含まれる回転の第２の軸から所定の距離に配置され、前記回転の第１の軸に垂直なこの平面において振動することが引き起こされることができる塊と、
−前記回転の第２の軸に、または、前記回転の第２の軸に少なくとも部分的に位置合わせされる手段に、前記塊を接続するための少なくとも２つの接続アームと、
を含む、厚い領域と呼ばれる第１の領域と、
（ｂ）その平面において前記塊が振動することを引き起こす手段と、
（ｃ）前記回転の第２の軸の周りにおける回転のための前記基板との少なくとも１つの接続を形成する、前記アームの少なくとも１つのための、第２の厚さを有する第２の領域であって、前記第１の領域の厚さ以下の厚さを有する第２の領域であって、前記基板に形成される接続部が前記ピビットまたはヒンジタイプであり得る第２の領域と、
（ｄ）前記回転の第２の軸の周りにおける前記回転運動を検出するために、少なくとも１つの吊るされたタイプの歪みゲージを形成し、前記第２の領域の厚さより小さい厚さを有する、薄い領域と呼ばれる第３の領域と、を含む。

好ましくは、この第３の領域は、
−前記基板の平面に平行な平面に延長し、前記回転の軸を含まず、
−前記回転の第２の軸に垂直な平面に延長し、
−一方で前記第１及び第２の領域の一方に、他方で前記基板に接続される。

前記第２の領域は、前記回転の第２の軸が、前記ゲージの歪みの印加の点以上または以下に位置するように、前記第３の領域より厚い。

前記第２の領域が前記第１の領域より小さい厚さを有するという事実は、回転を助け、歪みの印加の点に近い回転の軸をもたらす低い剛性を保証することを可能にし、それは、レバーアーム効果を助けることを可能にする。

前記第３の領域は、好ましくは、最適な感度を保証するために十分に薄い（この領域が薄くなればなるほど、所定の幅において歪みが最上位になる）。

前記第１及び／又は第２の領域は、半導体及び／又は導電体及び／又は絶縁材料によって形成され得る。前記第１及び第２の領域は、等しい又は異なる材料によって形成され得る。

前記第１の領域は、前記第２の領域の厚さより厳密に大きい厚さを有し、それ自体は、前記第３の領域の厚さより厳密に大きい厚さを有し、歪みゲージを含む。

前記第３の領域の厚さは、前記第２の領域の厚さの半分以下であり得る。

このような装置は、その装置自体の平面に位置する、前記第１の軸の周りに与えられる回転を検出することを可能にする。行われるこの検出は、前記回転の第２の軸の周りにおける、この平面の外側の運動の検出である。この回転の第２の軸の周りにおけるこの運動は、コリオリ力に起因し、それ自体は、その装置全体に与えられる初期の回転と、それ自体の平面における各々の塊の振動との組み合わせによって引き起こされる。

このような装置は、表面タイプのＭＥＭＳセンサーの形態で実現されることができ、有利には例えばシリコンである半導体材料である基板に形成される。従って、この装置自体は、ここで再び例えばシリコンまたはＳｉＧｅである半導体材料で作られることができる。

第１の特定の実施形態において、前記第１の領域は、２つの塊を含み、各々は回転の第２の軸から所定の距離にある。

これらの２つの塊は、回転の第１の軸と結合される又は共通である、それらが共有する回転の第２の軸を有することができる。特に、２つのアームの各々は、前記回転の第２の共通の軸に前記２つの塊の各々を接続することができる。

このような装置において、少なくとも２つのゲージは、回転運動を検出するために提供されることができ、これらの２つのゲージは、差動的に載置される（diferential-mounted）。このタイプの差動的な組立体は、本発明の他の実施形態に適用されることもできる。

あるいは、２つの塊は、互いに異なり、互いに平行であり、及び、前記回転の第１の軸に平行である回転の第２の軸（Ｈ、Ｈ’）を有し、前記第１の領域は、その回転の第２の軸に各々の塊を接続するための２つのアームを含む少なくとも４つのアームを含む。

このような装置は、励起モードに依存して、逆位相の２つの塊を結合するための手段を含み得る。

この変形例による装置は、各々の塊の前記回転運動を検出するための少なくとも１つのゲージを含み得る。

例えば、前記歪みゲージは、単結晶若しくは多結晶シリコンなどのピエゾ抵抗材料で作られ、あるいは、シリコンナノワイヤ若しくはカーボンナノチューブ、または、単結晶若しくは多結晶ＳｉＧｅを含む。

ナノワイヤー、特にシリコンナノワイヤーは、一方向に細長い形状を有し、その方向に従う長さを有する構造体である。この方向に垂直な断面における横方向の寸法は、この長さより非常に短い。これらの横方向の寸法は、一般的に１００ｎｍ未満であり、好ましくは５０ｎｍまたは４０ｎｍ未満、有利には２０ｎｍ未満である。Ｘ方向に沿って方向付けられたナノワイヤーは、横軸方向のＹ及びＺ方向に沿ったシリコンビームをエッチングすることによって、又は、例えば触媒ＳＬＶ堆積によるナノワイヤーの成長によって得ることができる。

前記歪みゲージは、少なくとも１つの振動ストリップ、励起手段及び振動を検出するための手段を含む検出共振器を備え得る。

前記振動ストリップの励起及び／又は前記共振の検出は、前記振動ストリップに対して、前記振動の方向において配置された少なくとも１つの電極を用いて静電手段を使用することによって行われ得る。

前記共振の検出は、振動ストライプに配置されるピエゾ抵抗手段を用いて行われ得る。

本発明の実施形態に関わらず、前記歪みゲージ及び前記第１の領域の両方は、前記基板に対する前記第１の領域の下部平面である共通の平面に対して同一の側に位置することができる。前記第１の領域は、上部平面と下部平面との間に位置することができ、前記回転の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）は、これらの２つの平面に平行な平面にある。

有利には、前記ゲージの各々において生成される前記歪みの印加の点（Ｐ）は、前記回転の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）を含む平面に平行で、前記上部平面（Ｎ１）及び前記下部平面（Ｎ２）の各々に垂直である平面にある。

このような装置は、接続アーム毎に単一のゲージを含み、このゲージにおける前記歪みの印加の点は、前記回転の軸を通る平面に等しい平面又はこの平面と異なる平面にある。

あるいは、このような装置は、接続アーム毎に幾つかのゲージを含むことができ、これらのゲージにおける前記歪みの印加の点は、前記回転の軸を含む平面と異なる平行な平面にある。

本発明の他の対象は、上記に定義される第１の領域、第２の領域及び第３の領域の実現を含む、本発明による装置を製造する方法である。

この組立体は、半導体材料である基板のエッチングによって得ることができる。好ましくは、この基板は、ＳＯＩタイプでありえ、このエッチングは、この基板の表面層で行われる。

エッチングされた歪みゲージを有する、本発明による平面的なジャイロメータータイプのセンサーの正面図を示す。 エッチングされた歪みゲージを有する、本発明による平面的なジャイロメータータイプのセンサーの断面図を示す。 エッチングされた歪みゲージを有する、本発明による平面的なジャイロメータータイプのセンサーの断面図を示す。 エッチングされた歪みゲージを有する、本発明による平面的なジャイロメータータイプのセンサーの断面図を示す。 エッチングされた歪みゲージを有する、本発明による平面的なジャイロメータータイプのセンサーの断面図を示す。 エッチングされた歪みゲージを有する、本発明による平面的なジャイロメータータイプのセンサーの断面図を示す。 差動的に載置された又は互いに対向して載置された歪みゲージを有する、本発明による平坦なタイプのジャイロメーターを示す。 ホイートストーンブリッジの図を示す。 図２Ａの装置の断面図を示す。 図２Ａの装置の変形例の一部を示す。 その平面に感知可能な軸を有し、高い励起結合を有する、本発明による装置の他の変形例を正面図で示す。 その平面に感知可能な軸を有し、高い励起結合を有する、本発明による装置の他の変形例を平面図で示す。 図３Ａ及び図３Ｂの装置の一部の変形例を示す。 図３Ａ及び図３Ｂの装置の一部の変形例を示す。 本発明による装置を実現する方法を示す。 本発明による装置を実現する方法を示す。 本発明による装置を実現する方法を示す。 本発明による装置を実現する方法を示す。 本発明による装置を実現する方法を示す。 本発明による装置を実現する方法を示す。 本発明による装置を実現する方法を示す。

様々な実施形態が、同一の要素に対する符号が異なる図面において共用される図１Ａから図３Ｄに示される。

本発明の第１実施形態は、図１Ａ（上面図）及び図１Ｂから図１Ｆ（断面図）で示されるジャイロメータータイプの装置に関する。

それは、回転を測定するために位置付けられるゲージと共振するジャイロメータータイプのセンサーを含む。このセンサーは、平坦であり（平面ＸＺ）、その平面において、プレーナー励磁を経る。もしこの装置が、Ｚ軸の周りにおける回転にさらされ、その平面に配置された場合、コリオリ力が、この軸の周りの回転においてそれにコリオリ力が働くが、この回転に対応する運動Ｊは、センサーのその平面の外側に位置付けられる。

図１Ａは、このセンサーが、２つの塊３、３’の組立体、及び、接続アーム８、８’、１９、１９’、２９、２９’、１９０、１９０’、２９０、２９０’の組立体を備えることを示す。使用されていないアーム及び塊は全てこの装置の平面に位置する。アーム８、８’は、それらが位置合わせされるＺ軸の周りにピボットを形成する領域５、５’に接続される。この軸は、２つの塊３、３’の平面に位置する。それは、そのセンサーの平面の外側における回転に対応する運動Ｊが周囲で起こる軸である。これらの塊のこの面外の運動Ｊの検出は、歪みゲージ４によって実現される。実際、このピボット接続部は、一方でアーム８、８’に接続され、他方で装置の固定部５０に固定される。この固定部５０は、装置が実現される基板であり得る。

図１Ｂ（図１Ａの矢印Ａ、Ａ’に沿った、図１Ａの断面において見られる）は、このセンサーが、平坦であり、震動性の塊（seismic mass）を形成する、厚さＴを有する第１の領域を備えることを示し、Ｔは、数百ｎｍから数十μｍであり、例えば５μｍである。センサーが延長し、Ｚ軸を含む平面において、Ｚ軸に垂直な第２の軸Ｘを定義する。第３の軸Ｙは、センサーの平面の外側に選択され、Ｘ及びＺによって定義される平面に垂直である。

この厚さＴは、この明細書で言及される厚さの全てのように、センサーのＸＺ平面に垂直に測定される。

さらに、この装置は、そのＸＺ平面において、数十から数百μｍ、例えば１０μｍまたは５０μｍから１００μｍ、２００μｍまたは５００μｍであり得る、Ｚ軸に沿った延長部Ｌ、及び、数十から数百μｍ、例えば１０μｍまたは５０μｍから１００μｍ、２００μｍまたは５００μｍであり得る、Ｚ軸に沿った幅ｌを有する。

この第１の領域は、Ｚ軸とセンサーのＸＺ平面に垂直な平面Ｓと（この平面Ｓとセンサーのこの平面との交点は、方向Ｚの軸に対応する）に関して互いに対称的な２つの塊３、３’を含む。また、この第１の領域は、接続アーム８、８’、１９、１９’、２９、２９’、１９０、１９０’、２９０、２９０’の組立体を含む。

この第２の領域は、第１の領域の要素（塊及び接続アーム）に対するピボットを形成する装置の領域または部分５、５’を含む。塊３、３’の各々は、接続アームによって、ピボットを形成するこれらの領域または部分に接続され、それらは、Ｚ軸の周りの回転用に、Ｚ軸に沿って方向付けられる。図１Ａの例では、ピボットを形成する部分は、アーム８、８’の各々において基本的に中ほどに位置する。

一方の震動性の塊３、３’と他方のピボット領域５、５’との間の接続部は、２つの主たる接続アーム８、８’を含む。これらのアームの各々は、Ｚ軸に基本的に垂直であるようにＸ軸方向に沿って引き延ばされる。これらのアームの各々は、後者の部品が使用されていないとき、塊のＸＺ平面に配置される。一方のアーム８は、図１Ａの図において両方の塊３、３’上に配置され、他方のアーム８’は、これらの同一の塊の下に配置される。

アーム８、８’に垂直な第２のアーム１９、１９’、１９０、１９０’、２９、２９’、２９０、２９０’は、アーム８、８’を塊３、３’に接続する。従って、これらのアームの各々は、Ｘ軸に基本的に垂直であるようにＺ軸方向に沿って引き延ばされる。また、これらの第２のアームは、これらの塊が使用されないとき、これらの塊の平面にある。各々のアームは、ピボット軸Ｚに垂直な方向Ｘにおいて、弾力性及び可撓性を有し、その同一の軸Ｘに沿った、従って図１Ａの平面に沿ったバネ機構をそれに与え、これらのアームの各々は、この方向Ｘに沿って圧力を加えられた後に、図１Ａで示される、すなわちＺ軸に基本的に平行である、その使用されていない位置に戻る。

使用されていない第１及び第２のアームの組立体は、図１ＡのＸＺ平面である同一平面にある。第２のアーム１９、１９’の２つは、下部の第１のアーム８’を塊３に接続し、他の２つの第２のアーム１９０、１９０’は、上部の第１のアーム８を同一の塊３に接続する。他の４つの第２のアーム２９、２９’、２９０、２９０’は、塊３’に対して同一の機能を果たす。言い換えると、塊の各々は、有利には、４つの第２のアームによって第１のアーム８、８’に接続される。２つの第２のアームは、各々の第１のアームに接続される。示された実施形態では、各々の塊に対して４つの第２のアームがある。第２のアームの数は、様々であり得る：それは、４を超えることもあるが、４未満であることもある。例えば、塊３’及び第１のアーム８、８’（各々の第１のアームと塊３’との間の単一の第２のアーム）において同等の配置を有して、塊３に上部の第１のアーム８を接続する単一のアーム、及び、同一の塊３に下部の第１のアーム８’を接続する単一のアームを有することが可能である。

従って、厚さＴの第１の領域は、塊、第１の接続アーム及び第２の接続アームであるこれらの部分を含む。第１のアーム８’、検出手段４、及び、塊３、３’の部分、及び、励起櫛状部１０、１１’（以下に記載される）のみが視認できる図１Ｂによって理解されるように、この組立体は、基板の平面に位置する。好ましくは、塊、第１のアーム及び第２のアームは全て、同一の厚さＴを有する。これは、測定を歪めるだろう接続アーム８、８’の屈曲（示された使用されていない位置における図１Ａの平面に垂直な屈曲）を避けながら、塊３、３’の面外運動（Ｊ、Ｊ’）（実際：ピボット軸Ｚの周りの回転Ω）を可能にする。

また、本発明によるこのような装置は、塊３．３’に、ＸＺ平面における動き又は振動を起こさせる手段を備える。

示された実施形態によれば、これらの手段は、塊と連携して動く静電手段を備える。塊は、導電性であり得る。もしそれらが例えばＳｉである場合、この材料の導電率は、櫛状部との静電相互作用を保証するために十分である。好ましくは、Ｓｉドーピングは、１０^１５ａｔ／ｃｍ^３である。

例えば、このような静電手段には、塊の各々に接続された１つ又は幾つかの容量性の櫛状部１０、１０’、１１、１１’が含まれる。各々の櫛状部は、各々の歯がＸ方向に沿って延びる複数の歯を有する。また、１つ又は幾つかの櫛状部、または、側歯１００の１つ又は幾つかの列は、各々の塊３、３’上に実現され、各々の歯１００は、装置の使用されていない位置においてＸ方向に沿ってそこに延びる。これらの櫛状部または列の各々は、Ｚ軸に平行に延長する。容量性の櫛状部の歯が塊の各々の櫛状部の２つに隣接する歯の間に配置されるように、各々の塊３、３’の歯の各々の列は、容量性の櫛状部１０、１１、１０’、１１’の１つに接続される。図１Ａは、各々の塊において２つの櫛状部を示し、あるいは、塊毎に単一の櫛状部が十分であり得る。

図１Ａの例では、２つの塊３、３’の各々は、各々がＺに平行に配置された側歯１００の２つの列を備える。ＸＺ平面において、各々の塊の何れかの側に、２つの容量性の櫛状部１０、１１（塊３）、１０’、１１’（塊３’）が配置され、その容量性の櫛状部は、方向Ｘに沿った振動運動（図１Ａにおける“Ｖ”、“Ｖ’”によって示される運動）をそれに与えるためにこの塊と協力する。それで、第２のアームは、この運動を案内することを可能にするものであるが、この運動を妨げないように塊の振動の軸Ｘに沿って十分に微細なものである。

有利には、２つの塊の振動は、逆位相である、すなわち、塊は、同時にセンサーの外側に向かって位置する。言い換えると、２つの塊は、同時に軸Ｚから同一距離ｄ_ｓｕｐにあり、ｄ_ｓｕｐは、それらが使用されていない場合にこの軸に対してそれらが有する距離よりも大きい。

逆に、これらの２つの塊は、同時にセンサーの内側にある。言い換えると、２つの塊は、同時に、Ｚ軸から距離ｄ_ｉｎｆの位置に見出され、ｄ_ｉｎｆは、それらが使用されていない場合にこの軸に対してそれらが有する距離よりも小さい。

動作中、塊３、３’は、上記の手段を用いてＸ軸に沿って振動Ｖ、Ｖ’が行われる。この装置がピボット軸５、５’の各々によって接続される、Ｚ軸の周りの基板５０の回転Ωにおいて、コリオリ力（Ｆ＝Ω∧Ｖなどの）が発生し、これらの塊の各々に加えられる振動の運動の方向Ｘに垂直で回転の軸Ｚの方向に垂直なＹ軸に沿った塊の各々をもたらす。

２つの塊の振動運動が逆位相である場合、２つの塊は、Ｙ軸に沿った反対の方向の運動を有する。

Ｙ軸に沿って塊３、３’に動きを与えることによって、第２及び第１のアームが動き、特に第１のアームがピボット領域５、５’の周囲を回転する。それは、センサーを形成する手段４によって検出することができるこの回転である。

実際、ピボット領域と呼ばれる、第２の領域の各々の部分５、５’は、一方ではアーム８、８’に接続され、他方では装置５０の固定部に接続される。従って、コリオリ力の作用の下で塊がＹ軸に沿って動いたとき、これらの部分５、５’の各々は、ねじれを経る。この平面に垂直な軸に沿った加速の場合、２つの塊３及び３’の各々は、この接続アーム８に同一方向の力を与える；それで、ピボット領域５、５’のねじれはない。従って、２つの対称的な塊の組立体を有することは、Ｚ軸の周りの回転とＹ軸に沿った加速とを区別することを可能にする。

第２の領域において、各々のピボット５、５’は、例えば、第１の領域の厚さより小さい厚さを有することができる。また好ましくは、ピボット軸Ｚの周りの回転運動を容易にするために第２のアームの幅以下の幅（Ｘ軸に沿って測定された）がある。これらの寸法は、寄生モードの出現を避け、十分な感度を得るために、シミュレーションによって決定され得る。

図１Ａのアーム８’である第１のアームの少なくとも１つは、それが接続されるピボット領域５の延長部において、延長部８１を有する。この延長部の厚さは、ゲージ４０の厚さ以上である。この厚さは、アーム８の厚さ及び塊３、３’の厚さと同一であり得る。この延長部は、塊及びアームと同一平面に配置され、好ましくは、それは、アーム８’に関してピボット５に対称的に配置され、言い換えると、それは、ピボット５に接続される側部に対向するアーム８’の側部において、図１Ａの平面に位置する。それは、Ｚ軸の周りの塊３、３’の回転が、Ｚ軸の周りのアーム８の回転及び延長部８１の回転を引き起こすように、ピボット軸Ｚに沿って方向付けられる。ピボット領域が一方でアーム８、８’に接続され、他方で基板５０に接続されるので、それは、ねじれ状態にある。

延長部８１の位置は、同一のアームに固定されるピボット５に対称的でなくてもよい。例えば、この延長部の少なくとも一部がこのＺ軸の接線であるかそれに近くなるように、Ｚ軸に関してオフセットされるが、それに平行である延長部８１を示す、図１Ｅの配置のような配置を有してもよい。これにより、以下に説明されるように、ゲージとの接触の点をＺ軸の高さに位置させることが可能になる。

少なくとも１つのゲージ４は、延長部８１の少なくとも１つを接触して位置し、この部分の回転が、センサーのＸＺ平面において、歪みゲージ４に力Ｆを与えるようになる。あるいは、歪んでいるピボットに、従って５又は５’に直接ゲージを接続することも可能である。

ゲージは、ピボット領域５、５’の厚さより厳密に小さい第３の厚さを有する第３の領域を形成する。

これは、好ましくは、吊るされたゲージを伴う。“吊るされた”ゲージは、端部部分と呼ばれる２つの部分に保持される。これらの２つの端部部分間に配置され、中心部分と呼ばれるゲージの部分は、ゼロではない長さを有し、あらゆる他の材料、特にセンサーを構成する材料の何れにも接触しない。

一般的に、このようなゲージは、一方向に沿った細長い形状、及び、ゲージ長さと呼ばれる長さを有し、それは、この方向において非常に大きい（前記方向に垂直な断面で測定される各々の寸法と比較して）。それは、各々が、そのゲージ又はその中心部分の長さと比較して小さい又は非常に小さい長さを有する２つの端部部分において保持される。

このような歪みゲージは、センサーの平面に平行であり、延長部８１の軸Ｚに垂直になるような、Ｘ軸に沿ってここで方向付けされる。従って、歪みゲージ４の方向は、Ｚ軸を含む平面Ｓに垂直である。

図１Ｂから分かるように、この装置の可動部分におけるゲージの接触の点Ｐは、ピボット軸Ｚに近い。

好ましくは、図１Ｅ及び図１Ｆに示されるように、それは、この軸、すなわち、この軸を通過する平面Ｓ内で、この装置が使用されていない位置に含まれるＸＺ平面に垂直な軸と同一レベルにある（実際：図１Ａの平面）。それで、点Ｐは、ピボット接続５の回転の軸Ｚの“直下”であると考えられ、それは、第１の順序で、ゲージにおいて軸歪みのみを有することを可能にする。このゲージにおける歪みの印加の点のこの配置は、特に、既に上記で説明したように、Ｚ軸に関して延長部８１のオフセットを有して得られ得る。図１Ｅ及び図１Ｆは、この装置の一部のみを示し、残部は、図１Ａ及び図１Ｂの装置と同一または類似である。

塊３、３’の重心Ｇ、Ｇ’、回転の軸Ｚ、及び、歪みゲージ４における歪みの印加の点Ｐ間におけるレバーアーム効果は、点Ｇ、Ｇ’が軸Ｚから遠く、点Ｐがこの軸Ｚに近い場合、より重要でさえある。しかしながら、もしこの点ＰがＺ軸と結合すると、もはやレバーアーム効果はない。

Ｚ軸の周りの震動性の塊の回転Ωは、歪みゲージ４に与えられる、Ｘ軸に沿った力Ｆの印加に変わる（図１Ａ参照）。

好ましくは、ゲージの厚さｅ（Ｚ方向に沿うが、好ましくはＹにも沿う）は、数十ｎｍから数マイクロメートルの間、例えば、１μｍ、２μｍまたは１０μｍである。厚さの例は、ナノワイヤータイプの歪みゲージにおいて４０ｎｍであり、又は、多結晶シリコンの吊るされた歪みゲージまたは検出共振器において２００ｎｍである。好ましくは、ｅは、ｄと比較して非常に小さく（ｅ＜＜ｄ、又は、ｅ＜ｄ／１０、又は、ｅ＜ｄ／２０）、ｄは、Ｚ軸と、この装置の下部平面Ｎ２（以下に説明され、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｅ、図１Ｆに記載されるように）との間の距離である。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｅ及び図１Ｆに記載される本発明の実施形態において、歪みゲージ４は、センサーのＸＺ平面において共振で振動することができる共振器を含む。

この共振器は、振動ストリップ４０、励起手段４１及び測定手段４２を含む。振動ストリップの励起を生成する手段は、振動ストリップ４０を有するコンデンサを形成する電極でありえ、図に示されていない交流発電機に接続され得る。それで、この共振器は、ＸＺ平面で振動する。関連する電極は、基板２の平面に平行な平面において相互に関連して位置する。電極間の間隙は、例えば、５０ｎｍから数μｍ程度であり、例えば、１μｍまたは５μｍである。それは、数十ｎｍまたは数十ｎｍ（例えば：１０ｎｍまたは５０ｎｍ）から百ｎｍまたは数百ｎｍ（例えば：１００ｎｍまたは５００ｎｍ）の精度で、制御された間隙幅を有するフォトリソグラフィを用いて形成され得る。

ストリップを励起する手段がどのようなものであっても、ストリップ４０の振動の方向に垂直な、歪みゲージ４の長さに沿った歪みの印加後に、ストリップの振動周波数は変化する。この変化は、測定手段４２によって測定される。

測定手段は、ピエゾ抵抗タイプのもの（１つは、抵抗変化を測定する）でありえ、又は、電極４２であり得る。後者の場合、電極は、振動ストリップと測定電極との間に形成される容量の変化の測定を用いて振動ストリップの変化周波数を測定することを可能にする。次いで、電極４２が振動ストリップの振動の方向において、振動ストリップに対して位置する。

図１Ａ（または図１Ｅ）に記載された本発明の実施形態において、励起手段４１及び測定手段４２は、共に容量性である。

図１Ａ及び図１Ｂ、又は、図１Ｅ及び図１Ｆに示されるように、歪みゲージが検出共振器を有する本発明の一実施形態において、このゲージは、有利にはエッチングによって形成され、この装置の一般的な平面に平行な平面に配置されるが、ねじり軸Ｚの下を通過する。このゲージがこの装置の一般的な平面に平行な平面に配置され、ねじり軸Ｚの上を通過する場合において、堆積による実現も実現可能である。

あるいは、以下に記載されるように、歪みゲージは、ピエゾ抵抗タイプであり得る。

図１Ｃは、図１Ａの矢印ＢＢ’に沿って、断面図で図式的に、本発明によるこの実施形態の機械的原理を示す。塊３、３’及び櫛状部１０、１１’の一部を除いて、装置のアーム８’及び他の部分を隠すアーム８のみが見える。ピボット５、５’も隠される。アーム８の端部に印加される力Ｆ、Ｆ’及び回転Ωも示される。力Ｆ、Ｆ’は、この装置の平面に垂直であり、従って、この装置は、実際、その平面外で機械的破砕を経る。その破砕は、センサーを形成する手段によって検出される。

図１Ｄは、図１Ｂと同様に、図Ａの矢印Ａ、Ａ’に沿った図１Ａの底面図である。しかしながら、本発明による装置が、一方でピボットを形成する領域５、５’によって及び他方でゲージ４の端部によって接続される基板５０がこの図１Ｄにも示される。

この図において、上部表面１１０（または第１の表面）及び下部表面１２０（または第２の表面）を含むことが実際に分かる。上部表面１１０は、平面Ｎ１にあり、下部表面１２０は、平面Ｎ２にある。Ｎ１及びＮ２は共に、基板５０の表面によって定義される平面Ｎ２１に平行である。従って、平面Ｎ２は、プレートの上部表面Ｎ１と平面Ｎ２１との間にあることが分かる。形容詞“下部の”及び“上部の”は、便宜上選択されるが、一方に対して平面の他方の限定的な相対的位置を表すものではない。それぞれ“第１の表面”及び“第２の表面”または“第１の平面”及び“第２の平面”という表現を使用することもできる。この明細書の残りの部分において、装置の“平面”とは、２つの下部平面Ｎ２と上部平面Ｎ１との間に位置する中央平面を指し；この中央平面は、塊が使用されていない位置にあるとき、塊の各々を通過する。

第１及び第２のアームに加えて塊３、３’は、平面Ｎ１及びＮ２の間に配置される。

また、回転の軸Ｚは、それらの各々に平行なこれらの２つの平面間に配置される。

また、実際にピボット５、５’を形成する位置にある、第２の領域を構成する部分は、これらの２つの平面間に配置される。有利には、Ｚ軸と、２つの塊３、３’の重心Ｇ、Ｇ’は、それ自体も２つの平面Ｎ１及びＮ２に平行である同一平面に配置される。この配置は、それが、横軸の加速度に対する敏感性を避けるので、有利である。

最後に、このゲージ４が下部表面Ｎ２の付近に配置されることが分かる。好ましくは、このゲージまたは塊３、３’は、基板５０に対して、下部平面Ｎ２の同一側に配置される。

言い換えると、図１Ｄにおいて、ゲージ及び塊３、３’は、平面Ｎ２に接触して配置されるが、この平面上にある。特に、ゲージ及び塊はそれぞれ、共に基板の平面に平行に配置され、軸Ｙに沿って異なる高さにおいて下部平面及び上部平面を有する；塊３、３’において、これらの下部及び上部平面は、平面Ｎ１及びＮ２に結合される。図１Ｄに示される実施形態において、平面Ｎ２はまた、ゲージ４の下部平面にある。Ｎ１及びＮ２は、それ自体、図１Ｄの平面に垂直であり、基板５０は、平面Ｎ２の下に配置される。このような配置は、ゲージの実現に適合し、エッチングによって、さらにこの装置の他の部分に適合する。もし複数のゲージが使用されると、同一の意見が当てはまる。あるいは、ゲージは、その下部平面を構成する平面Ｎ１の付近に堆積され得る。

本発明による装置は、シリコンまたは他のガラスタイプの材料で作られる基板に堆積される、半導体材料、例えば、単結晶または多結晶シリコンで、又は、ＳｉＧｅ層で、実現され得る。

図１Ｄによれば、本発明による装置が基板またはプレート５０に含まれ又は実現され得ることが理解される。それは、基板またはプレート５０として、例えば、以上に示されたものの１つなどの半導体タイプの材料である同一の材料で実現される。

本発明による装置を実現するために使用される１つの技術は、適切なマスク工程を用いた、基板またはプレート５０のエッチング技術である。装置の部品の全ては、ゲージ４が定義される第３の領域を含んで、エッチングによって実現され得る。あるいは、ゲージは、堆積によって実現され得る。

本発明による装置を実現するために選択され得る材料、この装置を実現するために基板５０を用いる可能性、及び、実現化技術におけるこれらの注目は、それが、それが上記されたか、又は、それらが他の図面と関連して以下に記載されるかに関わらず、実施形態に関わらず有効である。

本発明の第２実施形態は、図２Ａ及び図２Ｂに関連して記載されるだろう。それは、繰り返しになるが、前の実施形態と同じタイプのジャイロメータータイプのセンサーに関連し、その差異は、主として歪みゲージに関連する。

この実施形態において、異なって配置される４つの歪みゲージがあり、２つは、各々のピボット領域用であり、または、ピボットを形成する各々の領域の各々の延長部８１、８２用である。延長部８２及びピボット５’は、アーム８’に対するピボット５及び延長部８１と同一の、アーム８に対する相対配置を有する。図２Ａに示された例では、２つのゲージ６、６’は、上部の第１のアーム８用のピボット５’の延長部８２に直接付けられる。これらの２つのゲージの各々はまた、基板５０に固定される。従って、アーム８の運動は、センサーの平面においてゲージ６、６’の各々に力を与える。これらの２つのゲージは、平面Ｓに対して及びＺ軸に対して互いに対称的に配置される。２つのゲージ４、４’は、下部の第１のアーム８’用のピボットを形成する領域の延長部８１に付けられる。これらの２つのゲージの各々はまた、基板５０に固定される。下部の第１のアーム８’は、センサーの平面においてゲージ４、４’の各々に力を与える。これらの２つのゲージ４、４’は、平面Ｓに対して及びＺ軸に対して互いに対称的に配置され、同様のことが２つのゲージ６、６’に当てはまる。

各々のゲージは、例えば、印加される歪みに従って抵抗が変化するタイプのものである。それで、このようなゲージは、有利には、例えば単結晶または多結晶シリコンであるピエゾ抵抗材料で作られ、又は、それは、カーボンナノチューブまたはシリコンナノワイヤなどで構成される。

使用されていない４つのゲージは、震動性の塊３、３’及びアーム８、８’によって形成される平面の近くに配置される。それらの正確な配置は、図２Ｃの配置でありえ、平面Ｎ２は、ゲージ及び塊３、３’の下部平面を構成する。あるいは、ゲージは、平面Ｎ１の付近に配置され、それは、その底部部分を構成する。

ゲージの各々の対において、歪みゲージは、基板に垂直な平面に対して相互に関連して対称的に載置され、ねじれ軸Ｚを通過し得る。しかしながら、図２Ｄに示されるように、その平面の何れかの側に配置され、基板に垂直で、ねじれ軸Ｚを通過するが、この平面に相互に関連して非対称的である、２つのゲージ４、４’のみを示す他の配置が可能である。図２Ｄのこの配置も、ゲージ６、６’に適用可能である。装置の回転Ω及び塊３、３’に加えられるコリオリ力は、ゲージ６、６’及び４、４’の各々の対の２つのゲージの１つにおける牽引力ｆ及びゲージのこの同一の対の他のゲージにおける圧縮をもたらす。従って、歪みは、差動的に測定されることができる：すなわち、センサーは、各々の対のゲージの１つに加えられる歪みと、この同一の対のゲージの他の１つに加えられる歪みと、の間の差を測定するように載置されるだろう。

従って、各々の対における両方のゲージにおいて等しい、差動測定法においてそれらを相殺する寄生歪みの変化（例えば温度によって）からそれ自体を開放することが可能である；従って、２つの測定点によって、良好な測定精度を得ることが可能になる。２つのゲージが差動的に載置されるということもできる。

この差動的な組立体は、２つの共振器の２つの周波数をそれらの間で減じることを可能にする電気装置をその組立体に取り付けることによって、特に検出共振器タイプの歪みゲージを用いて可能である；それで、この測定された周波数変化は、ゲージによって見られる歪みに比例する。

可変抵抗を有する材料の歪みゲージの場合において、差動測定法は、ホイートストーンブリッジを用いて、各々の対のゲージにおいて行われ得る。

図２Ｂは、４つのブランチの各々が抵抗値Ｒを有する作動ホイートストーンブリッジの概略図を示す。ブリッジに対向する２つの点Ａ及びＢ間の電圧測定Ｖ_ＡＢは、値Ｒ（１＋α）及びＲ（１−α）である、これらの２つの点の一方の何れかの側に配置され、互いに反比例して変化する抵抗器間の差２αＲを測定することを可能にする。

図２Ａの２つのゲージ４、４’はそれぞれ、差動ホイートストーンブリッジのアームを形成する。これらの２つのゲージの各々は、既知の値の抵抗Ｒに関連する。

この差動ホイートストーンブリッジを形成するために、電圧測定点Ｂは、ここでは、ピボット領域５’を延長する第１の領域の材料の部分８１上において、２つのゲージ４及び４’間で選択される。２つのゲージ４、４’（延長部８１の各々の側において）の位置のために、ピボット領域５’のねじれは、対向するこれらの２つのゲージに加えられる力をもたらす。

ホイートストーンブリッジは、図２Ａに示されるように、２つの他の抵抗器１４０、１４０’を用いて形成される。測定の他の点Ａは、これらの２つの抵抗器の間に位置する。

このように形成されたブリッジは、抵抗器間の抵抗変化２αＲに戻ることを可能にし、その抵抗変化は、ピボット領域５のねじれによって引き起こされる、Ｚ軸の周囲における延長部８１の回転によって、歪みゲージ４、４’に与えられる。この方法は、例えば加速度または熱膨張のために、歪みゲージの他の抵抗変化からそれ自体を開放することができる。電流は、例えばゲージ４の１つによって供給され、この電流は、第２の歪みゲージ４’を通って出る。

図２Ａに示されるような、２つのゲージ４、４’、６、６’の場合において、２つの抵抗変化測定を得ることができ、各々の対のゲージは、同一のホイートストーンブリッジ（フルブリッジと呼ばれる）に接続されることができる。有利には、例えば対４、４’または対６、６’である、１対のゲージのみが使用され得る。実際、ゲージの増加は、各々のゲージに加えられる歪みの対応する分割をもたらす。

本発明の第１の２つの実施形態において、回転軸に沿った延長部８１、８２の存在に加えて接続アーム８及び８’の存在は、Ｙ軸に沿った加速度とＺ軸の周囲におけるセンサーの回転との間を区別することを可能にする。両方の場合において、Ｙに沿った力は、塊に与えられる。

しかしながら、装置の全てに与えられる、Ｙに沿った加速度の場合において、塊３及び３’に与えられる力は、等しく、同一の値及び方向である。それで、第２の厚さの領域のねじれはなく、従って、歪みゲージにねじれは加わらない。実際には：−アーム８及び８’の何れかは、Ｙ軸に沿ったそれらの剛性によって、Ｙに沿った運動の不存在を保証し、従って、塊の回転の不存在を保証する。−または、アーム８及び８’の剛性は不十分であるが、塊に与えられる力は等しく、塊３の回転運動は、塊３’のそれと反対であり；従って、ピボット領域におけるこれらの運動によって与えられる歪みは、それらを相殺し、それで、そのピボットに伝達される回転がない。

図２Ｃは、図２Ａの矢印Ａ、Ａ’に沿った、図２Ａの底面図である。しかしながら、一方でピボットを形成する領域５、５’によって及び他方でゲージ４、４’の端部によって本発明による装置が接続される基板５０も図２Ｃに示される。実際には、基板との接続は、基板のＮ２１表面に対して突出し、そのエッチングによって得られるピンまたはブロック５０１、５０１’、５０１’’を用いて行われる。

この図は、この装置が再び上部表面１１０（又は第１の表面）及び下部表面１２０（または第２の表面）を含むことを明確に示す。上部表面１１０は、平面Ｎ１にあり、下部表面１２０は、平面Ｎ２にある。図１Ｄに関連して並びに様々な部品の相対位置及びこれらの２つの平面に対してこの装置のＺ軸の相対位置に関連して以上で行われた意見の全ては、ここで適用可能である。

しかしながら、この図２Ｃは、２つのゲージ４、４’が平面Ｎ２の付近に共に配置されることを示す。好ましくは、これらのゲージ及び塊３、３’は、基板５０に対して、下部平面Ｎ２の同一側に配置される。ここで再び、このような配置は、エッチングによって、さらにこの装置の他の部品のようなゲージの実現に適合する。同一の意見は、他のアーム８’の付近に配置される一対のゲージ６、６’に当てはまる。

ゲージにおける圧力の印加の点の各々の位置に対する、図１Ｂに関連した上記の意見の全てがここで適用できる。特に、適用されるゲージの印加の様々な点を、互いに平行な異なる平面における同一の第１のアームと、回転軸Ｚを含み、この装置の第１の平面Ｎ１及び第２の平面Ｎ２（これらの２つの平面は、図２Ｃに示される）の各々に垂直である平面と、に対して配置することに関心がある。

本発明による装置の第３の実施形態は、図３Ａの前面図に示される。

本発明の前の実施形態に記載された装置のようなこの装置は、３つの領域から構成される。それは、基本的に、ＸＺ平面における寸法Ｌ及びｌに加えて厚さＴで上記に示されるものと同一の寸法を有する。

第１の領域は、この基板の平面に垂直な平面Ｓに相互に関連して対称的な２つの塊３、３’を含む。この平面と基板の平面との交点は、Ｚ方向の軸を形成する。Ｘ軸及びＹ軸は、第１の実施形態で定義される。この第１の領域の厚さＴは、数百ｎｍから数十μｍであり、例えば１μｍである。

第１の領域は、Ｘ軸に沿って方向付けられる第１の接続アーム８０、８０’及び８１、８１’と、Ｚ軸に沿って方向付けられる第２のアーム１９、１９’、１９０、１９０’、２９、２９’、２９０、２９０’とに加えて２つの塊を含む。

第１のアーム８０、８０’、８１、８１’の各々は、基本的にＺ軸に垂直であるように、Ｘ方向に沿って細長い。塊の部品が使用されない場合に、これらのアームの各々は、塊の平面ＸＺに配置される。これらのアームのうちの２つは、図３Ａの正面図において、２つの塊３、３’の上（一方のアームが各々の塊の上）に配置され、他の２つのアームは、これらの同一の塊の下（一方のアームが各々の塊の下）に配置される。

第１のアームに垂直な第２のアーム１９、１９’、１９０、１９０’、２９、２９’、２９０、２９０’は、第１のアームの部品を塊３、３’に接続する。従って、これらの第２のアームの各々は、基本的にＸ軸に垂直になるように、Ｚ軸に沿って細長い。これらの第２のアームはまた、塊の部品が使用されていない場合に、塊の平面にある。各々のアームは、ピボット軸Ｚに垂直なＸ方向において及びセンサーの平面において、図３Ａの平面において、この同一の方向Ｘに沿ってそれにバネ機構を与える弾力性または可撓性を有する：これらのアームの各々は、この方向Ｘに沿って圧力が加えられた後に、図１Ａに示されるような、すなわち基本的にＺ方向に垂直である、その使用されていない位置に戻る。

使用されていない、第１及び第２のアームの組立体は、同一の平面、すなわち図３ＡのＸＺ平面にある。第２のアーム１９、１９’の２つは、第１の下部の第１のアーム８を塊３に接続し、２つの他の第２のアーム１９０、１９０’は、第１の上部の第１のアーム８０をこの同一の塊３に接続する。他の４つの第２のアーム２９、２９’、２９０、２９０’は、塊３’と第２のアーム８’及び８０’に対する同一の機能を保証する。示された実施形態において、各々の塊に４つの第２のアームがある。第２のアームの数は、異なり得る：それは、４よりも大きくあり得るが、それは、４未満でもあり得る。

第１の厚さＴの、この装置の第１の領域は、塊、第１の接続アーム及び第２の接続アームである３つの部品を含む。この組立体は、基板のＸＺ平面に位置する。好ましくは、塊、第１のアーム及び第２のアームは全て、同一の厚さＴを有する。これは、塊３、３’の面外運動（Ｊ、Ｊ’）において、その回転軸の周りにおける各々の塊の回転Ωをもたらし、測定を歪めるだろう、第１の接続アーム８、８’の屈曲を避けることを可能にする。

この装置は、塊３、３’がＸ軸に沿って振動することを引き起こす手段も含む。この手段の詳細については、第１の実施形態の上記の説明を参照されたい。ここで、この手段は、各々の塊３、３’の一側において、実際にはＺ軸に対して最外側において、櫛状部を形成する、Ｚ方向に平行な歯の列を含み得る。これらの櫛状部の対向する各々は、他の櫛状部１０、１１である。これらの櫛状部のフィンガーは、塊３、３’の端部に形成される歯にインターデジタルである。

第１の領域の厚さ以下である第２の厚さを有する第２の領域は、一方で第１の厚さの領域に接続され、他方で参照符号５０によって全体的に示される基板に接続される。この領域は、塊３、３’が接続される第１のアーム８０、８０’、８１、８１’のヒンジ１５、１５’、２５、２５’を形成する。各々の塊は、この塊が接続される第１のアームを接続するヒンジによって定義された回転軸の周りで回転され得る。このために、各々の塊３、３’の回転軸は、既に記載された実施形態と異なり、Ｚ軸に結合されない、又は、Ｚ軸に全く一致しない。塊３、３’の２つの回転軸は、それぞれＨ及びＨ’によって示される。これらの軸は、Ｚ軸に平行である。それらは、これらの層又は可動性の塊の平面に含まれる。

接続アーム８０及び８１を用いて震動性の塊３に接続されたヒンジ１５及び２５は、位置合わせされる：ヒンジ１５によって可能となる回転の軸は、ヒンジ２５の回転の軸と同じであり、それは、震動性の塊３においてＺに平行な回転軸Ｈを含む。ヒンジ１５’及び２５’はまた、同様に位置合わせされ、震動性の塊３’においてＺに平行な回転軸Ｈ’を形成する。

第２の厚さのヒンジまたは領域は、それらが、第１の接続アーム８０、８０’、８１、８１’に、軸Ｈ、Ｈ’の周りにおける回転以外のあらゆる運動を可能にしないようなものである。記載された実施形態において、各々のヒンジは、２つの部分から構成され、各々は、一方で接続アームに接続され、他方で基板５０に接続され、Ｘ及びＺに沿った運動を防止し、ＨまたはＨ’の周りにおける回転のみを可能にする。２つの平行な位置におけるこの実施形態の利点は、２つの部分２５、２５’、１５、１５’間に接続されるゲージ４を実現し位置合わせすることを可能にすることである。さらに、従って、図３Ａに記載されるように、領域５０におけるヒンジの固定点Ｐ_５、Ｐ’_５に関してゲージ４から固定点Ｐ_４を電気的に絶縁することが可能である（実際、ヒンジは、点に縮小されない領域５０における固定領域を有するが、“固定点”という表現は、ここでは短縮形で使用される）。この絶縁は、この装置の実現中に適切なエッチングを用いて得ることができる。単一のゲージ及び１つのヒンジ領域用にそこに記載されているものは、この装置の全てのヒンジ領域及び全てのゲージに適用することができる。

図３Ｃは、ゲージ４が２つのヒンジ２５の組立体に関して側方にオフセットされた他の実施形態を示す；従って、このゲージは、もはや２つのヒンジの間に含まれない。ここで再び、例えば領域５０を適切にエッチングすることによって、ヒンジの固定点Ｐ_５、Ｐ’_５に関して、基板５０のゲージ４から固定点Ｐ４の電気絶縁を得る。ここで再び、これは、ゲージ及びヒンジ領域の全てに適用することができる。

あるいは、Ｚに沿った幅広いピボットを形成することによって、Ｘ及びＺに沿った第１の接続アームの運動を制限することが可能であり、それにより、Ｚに沿った接続アームの全ての運動を防止する：例えば、単一のヒンジによって固定領域５０にアーム８１’を接続する２つのヒンジ１５、１５’を、Ｚ軸における突起物において測定されるアーム８１’の幅ｌ_８１’に基本的に等しいＺ軸に沿った長さに置き換える。それらは、図３Ｄ（アーム８０の場合を示す）に示されるような、ゲージの位置合わせを考慮して若干小さい長さを有することができる。この場合、単一のヒンジに対するゲージ４の位置合わせは、ゲージを側方にオフセットすることによって得ることができる。ここで再び、例えば領域５０の適切なエッチングによって、ヒンジの固定点Ｐ_５に対する、基板５０におけるゲージ４の固定点Ｐ_４の電気絶縁を得る。ここで再び、この全ては、ゲージ及びヒンジ領域の全てに適用することができる。

より一般的には、この実施形態において、固定部分５０におけるゲージの固定点は、この同一の固定部分におけるヒンジの固定点または固定領域から電気的に絶縁される。これは、以下によって得ることができる：
−図３Ａの場合のように、ヒンジの固定部から絶縁される、固定部分における各々のゲージの固定部の中心位置合わせによるか；
−図３Ｃ及び図３Ｄの場合のように、ヒンジから電気的に絶縁され、固定部分における各々のゲージの固定分の中心を外れた位置合わせによって。

好ましくは、対応するゲージにおける第１のアーム（例えばアーム８０）の支持点は、Ｚ軸を含む平面Ｓに平行で、軸ＨまたはＨ’を含む、平面Ｎ１及びＮ２に垂直な平面（すなわち図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃの各々に垂直な平面）に配置される。図３Ｃ及び図３Ｄの実施形態において、これは、領域５０に向かうアーム８０の端部の適切なエッチングによって得られ、それは、Ｈ軸の略上又は直上のゲージ４にアーム８０の支持点Ｐ_８０を位置合わせすることを可能にする。

この実施形態において、軸Ｈ及びＨ’は、センサーの“内側”にあり、すなわち、これらの軸は、重心Ｇ及びＧ’を通るＺに平行な２つの軸の間に配置される。有利には、震動性の塊が振動中でないとき、軸Ｈ及びＨ’は、結合構造体７０の点Ｃ及びＣ’を通過し、それは、後に記載される。

第２の領域の厚さより厳密に小さい第３の厚さを有する領域は、Ｘ軸に沿って方向付けられ、一方で基板５０に固定され、他方で第１の領域に、実際にはここでは２つの第１のアーム（アーム８０及び８０’）に固定される１つ又は幾つかの歪みゲージ４、４’を形成する。

使用することができるゲージのタイプは、既に上記されたものである。ホイートストーンブリッジによる測定は、図２Ａ及び図２Ｂに関連して上記されたように、潜在的に実施し得る。しかしながら、好ましくは平面Ｓに対して対照的に配置される２つの歪みゲージ４、４’がある；少なくとも１つの歪みゲージは、各々の震動性の塊の歪みを測定するために割り当てられる。実際には、回転の軸Ｈ、Ｈ’は結合されず、ヒンジ領域は２つの塊の各々において異なる２つの塊の回転を可能にし、２つの塊の各々の運動は、後に記載される２つの塊の結合メカニズムにもかかわらず、好ましくは別個に測定される。

この実施形態において、歪みゲージは、好ましくは可変抵抗であり、及び、有利には、差動的な載置を容易にするためにピエゾ抵抗性である。全ての場合において、差動的な組立体は、既に上記に説明された利点を有する。検出モードの他の例は、第１の実施形態に関して提供された。

有利には、２つの塊３、３’の振動は、逆位相であり、すなわち、２つの塊は、同時にセンサーの外側に向かって共に位置する。言い換えると、２つの塊は、それらが使用されていないとき、Ｚ軸に対してそれらが有する距離よりも大きい、Ｚ軸からの距離に同時にある。

逆に、これらの２つの塊は、同時にセンサーの内側にある。言い換えると、２つの塊は、それらが使用されていないとき、Ｚ軸に対してそれらが有する距離よりも小さい、Ｚ軸からの距離に同時にある。

この逆位相振動を生成する手段は、２つの震動性の塊３、３’を結合するための構造体７０を含む。この構造体は、２つの震動性の塊３または３’の第２の部分の、平面Ｓに対する対称的な運動をもたらす２つの塊３または３’の第１の部分のＸ軸に沿った運動を可能にする。このような基板７０は、図３Ａ及び以下の実施形態の枠組みにおいて記載されるが、構造体内に静電櫛状部１０’、１１がないのであるが、以前に記載された実施形態（図１Ａから図２Ｄ）に適用することができる。

この結合構造体７０は、センサーの対称性の平面Ｓに対して対称的である。

この構造体７０は、さらに、平面Ｓ’に対して対称的であると共に、正規直交の符号ＸＹＺの方向Ｘを含み、２つの震動性の塊３、３’の重心を通過するセンサーの平面に垂直である。それは、特に、Ｘ軸に沿って方向付けられ、Ｚ軸に沿って所定の可撓性を有する、平面Ｓ’に関して対称的な２つの固定アーム７５及び７５’を含む。これらの固定構造体７５及び７５’は、平面Ｓにおけるそれらの各々の中心Ｄ及びＤ’を有し、例えば基板５０に埋め込まれた接続部によって、基板５０に接続される。

平面Ｓ及びＳ’に対して対称的に、Ｘ軸及びＺ軸に沿って弾力性のあり、Ｘ軸及びＺ軸に対して傾斜して方向付けられた（例えばこれらの軸に対して４５°において）４つの伝達アーム７１、７２、７１’、７２’は、塊の内縁の交点である点Ｃ及びＣ’を、固定アームの点Ｄ及びＤ’において、平面Ｓ^＊を有する塊３及び３’の側方櫛状部を支持する対向する内縁に連結する。これらの４つの伝達アームは、ダイアモンド形または菱形を形成する。有利には、点Ｄ、Ｄ’間の距離は、点Ｃ、Ｃ’間の距離に等しく、従って伝達アームは、正方形を形成する。

結合構造は、塊３の運動が、点Ｃにおいて結合構造体に力Ｉを与え、アーム７１及び７２の点ＣにおいてＸ軸に沿った運動を与えるように設計される。このような動作は、伝達アーム７１及び７２の方向付け並びにＸ及びＺに沿ったそれらの可撓性と比較すると、それぞれの固定アーム７５、７５’に、Ｚ軸の沿った力Ｋ及びＫ’を与える。これらのアームは、Ｚ軸に沿って可撓性であり、力Ｋ及びＫ’は、固定アームの中心Ｄ及びＤ’における屈曲を与え、力Ｋ及びＫ’の方向に依存して（及び、従って、塊３、３’の運動の初期の方向に従って）、それらをより近づける又は遠ざけるようにする。この操作を示すために使用される例では、固定アームは、共に近づく。

固定アーム７１’、７２’の運動は、平面Ｓに対してアーム７１、７２の運動に対称的であろう。従って、Ｚ軸に沿った運動を点Ｄ及びＤ’に伝達することによって、この運動は、伝達アーム７１’及び７２’に運動を与える。後者の部品の方向付け並びに軸Ｘ及びＺに沿ったそれらの可撓性を考えると、それらは、塊３の運動によって点Ｃにおいて与えられる、Ｘ軸に沿った力Ｉ及び運動に対向するＸ軸に沿った力Ｉ’及び運動を、点Ｃ’において塊３’に与える。

その塊３を平面Ｓから離す運動の場合に示される、結合構造体７０の操作は、この運動が塊３を平面Ｓに近づける又は元の運動が塊３’に加えられる場合、同一の論理に従う。

好ましくは、震動性の塊は、所定の例においてこの端部、容量性の櫛状部３０及び１１に提供される手段を用いてＸ軸に沿って対称的に振動することを引き起こされる。構造体７０は、２つの塊の振動間の同期を保証する。結合構造体の厚さは、第１及び第２の領域のそれより小さいものであり得るが、必ずしも小さくはない。この厚さは、長さ、幅及び厚さの全てが寄生共振モードを考慮して、長さ、幅及び厚さ間の妥協に起因する。

操作中、塊３、３’は、上記の手段を用いて、Ｘ軸に沿って振動することが引き起こされる。この装置がヒンジの各々によって接続される基板５０の回転Ω中に、コリオリ力（Ｆ＝Ω∧Ｖなど）が生じ、これらの塊の各々に加えられる振動運動の方向Ｘに垂直で、回転軸Ｚの方向に垂直な、Ｙ軸に沿った塊の各々をもたらす。

２つの塊の振動運動が逆位相であるとき、２つの塊は、Ｙ軸に沿って反対の方向の運動を有する。

塊３、３’をＹ軸に沿って動かすことを引き起こすことは、第２及び第１のアームを動かすことを引き起こし、特にヒンジ５、５’、１５、１５’の周りで後者の部品が回転することを引き起こす。それは、センサーを形成する手段４、４’によって検出可能であるこの回転である。

図３Ｂは、図３Ａの矢印Ａ、Ａ’に沿った図３Ａの底面図である。しかしながら、一方でヒンジ２５を形成する領域２５、２５’によって及び他方でゲージ４、４’の端部によって本発明による装置が接続される基板５０が、この図３Ｂにも示される。

この装置が上部表面１１０（または第１表面）及び底部表面（第２表面）を含むことがこの図において実際に見ることができる。上部表面１１０は、平面Ｎ１にあり、下部表面１２０は、平面Ｎ２にある。図１Ｄに関連し、及び、この装置の異なる部品の相対位置及びこれらの２つの平面に対するこれらの軸の相対位置に対して以上で行われた意見の全ては、ここで適用可能である。特に、軸Ｈ及びＨ’の両方は、２つの平面Ｎ１及びＮ２に平行であってそれらの間のＺ軸のように配置される。

また、基板の表面Ｎ２１に対して突出し、元の基板のエッチングによって定義され得る、基板５０の２つのピンまたはブロック５００、５００’が、この図に示される。一方でヒンジ２５、２５’及び他方で２つのゲージ４、４’は、これらのピンまたはブロックに接続される。また、この図は、このアーム８０、８０’が、回転が停止されることができる２つの軸Ｈ、Ｈ’の輪郭を示す。基板５０に２つのアーム７２、７２’を接続するアーム７５’がこの図で見られる（図３Ａの構造体を参照）。このアーム７５’は、ピンまたはブロック５００、５００’と同様の２つのピンまたはブロックに固定され得るが、図３Ｂでは見ることができない。

図２Ｃのように、２つのゲージ４、４’は、平面Ｎ２の近くに共に配置される。好ましくは、これらのゲージ及び塊３，３’は、基板５０に対して下部平面Ｎ２の同一側に配置される。ここで再び、このような配置は、さらにこの装置の他の部品のように、エッチングによるゲージの実現に適合する。同一の意見が、他のアーム８’の付近に配置されるゲージ６、６’の対に当てはまる。

このゲージは、この固定点においてヒンジから電気的に絶縁される；これらは、配置される：
−固定部の中心領域においてヒンジから絶縁されるか（例えばエッチングによって）；
−固定部の中心から外れた領域においてヒンジから絶縁される（例えばエッチングによって）。

図３Ｂと同様の視界は、図３Ａの矢印Ｂ、Ｂ’に沿ってこの装置上から得ることができる。

本発明の実施形態にかかわらず、電圧供給装置は、塊の各々にその各々の平面における運動を与える櫛状部に電力供給することを可能にする。

さらに、使用されるセンサーは、例えばマイクロコンピューターである処理手段に接続され、それは、データを処理し、Ｚ軸の周囲の装置によって経られる回転運動に関する情報を提供することを可能にする。

本発明による装置を実現する第１の方法は、図４Ａから図４Ｇに関して記載されるだろう。それは、エッチングされたゲージの場合に対応する。ここでのゲージは、共振器タイプのものである。

この方法は、半導体材料（ここではシリコンであるが、この方法は、ＳｉＧｅに適用することもできる）のエピタキシャル成長を実行する。

ＳＯＩ基板２００は、第１に選択される（図４Ａ）。例えば、それは、１μｍの厚さのＳｉＯ_２酸化物の層２４０に対して０．５μｍの厚さのＳｉの層２２０を含む。

リソグラフィー、次いでＳｉの層２２０のエッチングは、検出共振器の部分３００を画定するために行われる（図４Ａ）。従って、この部分は、小さな厚さの表面半導体層に画定される。あるいは、この段階は、ピエゾ抵抗ゲージの一部を画定する。

このエッチングは、ＳｉＯ_２の層２４０上で停止される。次いで、例えば０．５μｍの厚さのＳｉＯ_２の層（図示されない）の堆積を進め、続いてＳｉの層２２０における停止を伴って平坦化を行い、次いで、例えば約０．４μｍの厚さでＳｉＯ_２の堆積３２０を行う（図４Ｂ）。

次いで、ＳｉＯ_２の層３２０において、電極の少なくとも一部を覆う、共振器上の突出部３４０のエッチングによってリソグラフィーを行う（図４Ｃ）。

次いで、シリコンエピタキシャル３５０は、初期の表面半導体層２２０上に形成される（図４Ｄ）。エピタキシャル成長された層の厚さは、層３２０の厚さより大きくありえ、例えば４μｍである。

Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ金属堆積、次いでエッチングによるリソグラフィーは、コンタクト３６０を形成するために行われる（図４Ｅ）。

次いで、機械的な構造体のリソグラフィー及び異方性のエッチング（例えば：ＤＲＥＥ）が行われ(図４Ｆ)、ＳｉＯ_２である二酸化物の層２４０上で停止する。この段階は、同一の操作中に、塊３、３’及びピボットまたはヒンジ５、５’、１５、１５’、２５、２５’３５、３５’、５２、５２’を形成する領域、同一の厚さの材料における第１及び第２アームを実現することを可能にする。また、可動性の塊３の歯１００を認識する。

この装置は、この層２４０のＨＦエッチング（湿式または蒸気）によって最後に取り外され、同時に停止する。また、図６Ｇにおいて、装置の底部に位置するゲージを明確に見ることができる。

本発明による装置のあらゆる形状は、丁度記載されたような方法を調整することによって得てもよい。一般的に、−そこにある検出手段の少なくとも一部を実現するための、ＳＯＩの表面層のエッチング；次いで、このエッチングは、ＳＯＩの埋め込まれた絶縁層上で停止される；−場合によっては検出手段用の保護の前の形成を有する、エッチングされた表面層におけるＳｉのエピタキシャル成長された層の形成；−このエピタキシャル成長された層におけるコンタクトの起り得る形成、次いで、機械的構造体のエッチング（可動性の塊、軸、アーム；など）；−埋め込まれた酸化物層のエッチングによる組立体の取り外し；を行う。

この方法は、励起及び検出電極の形成用の段階を取り除くことによってピエゾ抵抗性のゲージの場合に適合され得る。また、それは、堆積によって得られるゲージに適合され得る。

本発明の装置は、塊の寄生性の運動を制限するための手段を含み得る。この手段は、回転軸の外側の運動を妨げるスプリング要素を特に含み得る。

他の側面によれば、本発明による装置（図３の装置を除いて）は、この層若しくは可動性の塊の平面に含まれる回転軸に又はヒンジに基本的に垂直な、歪みゲージを形成する第３の領域を含む。さらに、実施形態の全てにおいて、これらのゲージは、構造体の平面に含まれ、第２の回転軸に対応する回転の軸に、又は、固定された部品に可動性の部品を接続する領域に垂直である。これは、ゲージの固定部に対してオフセットされる回転の軸を引き起こし、面外運動に対するこの装置の感度を許容する、第２及び第３領域間の異なる厚さの使用によって可能である。

３、３’ 塊
４ 歪みゲージ
５、５’ 領域
８、８’、１９、１９’、２９、２９’、１９０、１９０’、２９０、２９０’ 接続アーム
１０、１０’、１１、１１’ 櫛状部
４０ ゲージ
４２ 測定手段
５０ 固定部
８１ 延長部
１００ 歯

Claims (19)

1. 第１の軸（Ｚ）の周りの回転を検出するための、ジャイロメータータイプの装置であって、この装置は、基板から実現され、
   （ａ）第１の厚さを有し、
   −使用されていない平面を画定する少なくとも１つの塊であって、この平面に含まれる回転の第２の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）から所定の距離に配置され、前記回転の第１の軸（Ｚ）に垂直なこの平面において振動することが引き起こされることができる塊と、
   −前記回転の第２の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）に前記塊を接続するための少なくとも２つの接続アームと、
   を含む、厚い領域と呼ばれる第１の領域と、
   （ｂ）その平面において前記塊が振動することを引き起こす手段と、
   （ｃ）前記回転の第２の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）の周りの回転のための前記基板との少なくとも１つの接続を形成する、前記アームの少なくとも１つのための、第２の厚さの第２の領域であって、前記第１の領域の厚さ以下の厚さを有する第２の領域と、
   （ｄ）前記回転の第２の軸の周りの前記回転運動を検出するための、少なくとも１つの吊るされたタイプの歪みゲージを形成し、前記第２の領域の厚さより小さい厚さを有する、薄い領域と呼ばれる第３の領域であって、
   −前記基板の平面に平行な平面に延長し、前記回転の軸を含まず、
   −前記回転の第２の軸に垂直な平面に延長し、
   −一方で前記第１及び第２の領域の一方に、他方で前記基板に接続される第３の領域と、
   を備える装置。
2. 前記第１の領域が２つの塊を含み、各々の塊が、この塊の回転の第２の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）から所定の距離に使用されていない状態で配置され、これらの２つの塊の各々とその回転の第２の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）との間の２つの距離が等しい、請求項１に記載の装置。
3. 前記２つの塊が、前記回転の第１の軸と共通の回転の第２の共通の軸（Ｚ）を有し、前記２つのアームの各々が、前記２つの塊の各々を前記回転の第２の共通の軸に接続する、請求項２に記載の装置。
4. 回転運動を検出するための少なくとも２つのゲージを備え、これらの２つのゲージが差動的に載置される、請求項３に記載の装置。
5. 回転の第２の軸（Ｈ、Ｈ’）を有する前記２つの塊が、互いに異なり、互いに平行であり、及び、前記回転の第１の軸に平行であり、前記第１の領域が、その回転の第２の軸に各々の塊を接続するための２つのアームを含む少なくとも４つのアームを含む、請求項２に記載の装置。
6. 逆位相の前記２つの塊を結合する結合装置を含む、請求項５に記載の装置。
7. 各々の塊の前記回転運動を検出するための少なくとも１つのゲージを含む、請求項５に記載の装置。
8. 前記少なくとも１つの歪みゲージが、単結晶若しくは多結晶シリコンなどのピエゾ抵抗材料で作られ、あるいは、シリコンナノワイヤ、単結晶若しくは多結晶ＳｉＧｅ、または、カーボンナノチューブで作られる、請求項１に記載の装置。
9. 前記少なくとも１つの歪みゲージが、少なくとも１つの振動ストリップ、励起手段及び振動検出器を含む検出共振器を備える、請求項１に記載の装置。
10. 前記振動ストリップの励起及び／又は前記共振の検出が、前記振動ストリップに対して、前記振動の方向において配置された少なくとも１つの電極を用いて静電的に行われる、請求項９に記載の装置。
11. 前記振動ストリップ上に配置される、前記共振を検出するためのピエゾ抵抗装置を含む、請求項９に記載の装置。
12. 前記少なくとも１つの歪みゲージ及び前記第１の領域が、前記基板に対する前記第１の領域の下部平面（Ｎ２）である共通の平面に対して同一の側に位置する、請求項１に記載の装置。
13. 前記第１の領域が、上部平面（Ｎ１）と下部平面（Ｎ２）との間に位置し、前記回転の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）が、これらの２つの平面に平行な平面にある、請求項１に記載の装置。
14. 前記ゲージの各々において生成される前記歪みの印加（Ｐ）の点が、前記回転の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）を含む平面に平行で、前記上部平面（Ｎ１）及び前記下部平面（Ｎ２）の各々に垂直である平面にあり、または、前記回転の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）を含む平面に平行で、前記上部平面（Ｎ１）及び前記下部平面（Ｎ２）の各々に垂直である平面にある、請求項１３に記載の装置。
15. 接続アーム毎に単一のゲージを含み、このゲージにおける前記歪みの印加の点が、前記回転の軸を通る平面に結合され又はその平面と異なる、前記回転の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）を含む平面に平行で、前記上部平面（Ｎ１）及び前記下部平面（Ｎ２）の各々に垂直な平面にある、請求項１４に記載の装置。
16. 接続アーム毎に幾つかのゲージを含み、これらのゲージにおける前記歪みの印加の点が、前記回転の軸を含む平面と異なる、前記回転の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）を含む平面に平行で、前記上部平面（Ｎ１）及び前記下部平面（Ｎ２）の各々に垂直な平面にある、請求項１５に記載の装置。
17. 前記第３の領域の厚さが、前記第２の領域の厚さの半分以下である、請求項１に記載の装置。
18. 第１の軸（Ｚ）の周りの回転を検出するための、ジャイロメータータイプの装置であって、この装置は、基板から実現され、
    （ａ）第１の厚さを有し、使用されていない平面を画定する２つの塊であって、前記２つの塊の各々が使用されていない状態で、この塊の回転の第２の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）から所定の距離に配置されると共に前記平面に含まれ、これらの２つの塊の各々とその回転の第２の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）との間の前記２つの距離が等しく、前記２つの塊の各々が、前記回転の第１の軸（Ｚ）に垂直なこの平面において振動することが引き起こされることができる２つの塊であって、前記回転の第１の軸と共通の回転の第２の共通の軸（Ｚ）を有し、前記２つのアームの各々が、前記２つの塊の各々を前記回転の第２の共通の軸に接続する２つの塊と、
    −前記回転の第２の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）に前記２つの塊を接続するための少なくとも２つの接続アームと、
    を含む、厚い領域と呼ばれる第１の領域と、
    （ｅ）それらの平面において前記塊が振動することを引き起こす静電性の櫛状部と、
    （ｆ）前記回転の第２の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）の周りの回転のための前記基板との少なくとも１つの接続を形成する、前記アームの少なくとも１つのための、第２の厚さの第２の領域であって、前記第１の領域の厚さ以下の厚さを有する第２の領域と、
    （ｇ）前記回転の第２の軸の周りの前記回転運動を検出するための、少なくとも１つの吊るされたタイプの歪みゲージを形成し、前記第２の領域の厚さより小さい厚さを有する、薄い領域と呼ばれる第３の領域であって、
    −前記基板の平面に平行な平面に延長し、前記回転の軸を含まず、
    −前記回転の第２の軸に垂直な平面に延長し、
    −一方で前記第１及び第２の領域の一方に、他方で前記基板に接続される第３の領域と、
    を備える装置。
19. 第１の軸（Ｚ）の周りの回転を検出するための、ジャイロメータータイプの装置であって、この装置は、基板から実現され、
    （ａ）第１の厚さを有し、使用されていない平面を画定する２つの塊であって、前記２つの塊の各々が使用されていない状態で、この塊の回転の第２の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）から所定の距離に配置されると共に前記平面に含まれ、これらの２つの塊の各々とその回転の第２の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）との間の前記２つの距離が等しく、前記２つの塊の各々が、前記回転の第１の軸（Ｚ）に垂直なこの平面において振動することが引き起こされることができる２つの塊であって、互いに異なる回転の第２の軸（Ｈ、Ｈ’）を有し、前記第１の領域が、その回転の第２の軸に各々の塊を接続するための２つのアームを含む少なくとも４つのアームを含む、２つの塊と、
    −前記回転の第２の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）に前記２つの塊を接続するための少なくとも２つの接続アームと、
    を含む、厚い領域と呼ばれる第１の領域と、
    （ｈ）それらの平面において前記塊が振動することを引き起こす静電性の櫛状部と、
    （ｉ）前記回転の第２の軸（Ｚ、Ｈ、Ｈ’）の周りの回転のための前記基板との少なくとも１つの接続を形成する、前記アームの少なくとも１つのための、第２の厚さの第２の領域であって、前記第１の領域の厚さ以下の厚さを有する第２の領域と、
    （ｊ）前記回転の第２の軸の周りの前記回転運動を検出するための、少なくとも１つの吊るされたタイプの歪みゲージを形成し、前記第２の領域の厚さより小さい厚さを有する、薄い領域と呼ばれる第３の領域であって、
    −前記基板の平面に平行な平面に延長し、前記回転の軸を含まず、
    −前記回転の第２の軸に垂直な平面に延長し、
    −一方で前記第１及び第２の領域の一方に、他方で前記基板に接続される第３の領域と、
    を備える装置。

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