JP2013007673A - Sensor - Google Patents

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西 昌 平 香
Junji Wadatsumi
潤 治 弘原海
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部 和 秀 阿
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor capable of being simply formed on a semiconductor substrate.SOLUTION: A sensor for detecting acceleration or pressure comprises: a first semiconductor element that is imparted with the acceleration or the pressure and outputs a voltage or a current of a frequency corresponding to the acceleration or the pressure; and a detecting section for generating a sensor value corresponding to the acceleration or the pressure on the basis of an output of the first semiconductor element. The first semiconductor element includes: a first acoustic wave propagating layer formed on a semiconductor substrate; a first acoustic wave reflecting layer formed such that an acoustic wave is confined in the first acoustic wave propagating layer; and a first contact that is formed on the first acoustic wave propagating layer and is connected to the detecting section.

Description

本発明の実施形態は、センサに関する。   Embodiments described herein relate generally to a sensor.

半導体集積回路上に形成可能な圧力センサや加速度センサとして、MEMS(Micro Electro Mechanical System)構造のデバイスが多く用いられている。MEMSはシリコン基板に形成可能ではあるが、通常のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)プロセスでの形成は困難であり、さらなる高集積化には不向きであるという問題がある。   As a pressure sensor and an acceleration sensor that can be formed on a semiconductor integrated circuit, a device having a MEMS (Micro Electro Mechanical System) structure is often used. Although MEMS can be formed on a silicon substrate, it is difficult to form it by a normal complementary metal oxide semiconductor (CMOS) process, which is unsuitable for further high integration.

特開2011−58819号公報JP 2011-58819 A

John J. Hall, “Electronic Effects in the Elastic Constants of n-Type Silicon”, Physical Review, Volume 161, No.3, Sept. 1967, pp161John J. Hall, “Electronic Effects in the Elastic Constants of n-Type Silicon”, Physical Review, Volume 161, No. 3, Sept. 1967, pp161

半導体基板上に簡易に形成可能なセンサを提供する。   Provided is a sensor that can be easily formed on a semiconductor substrate.

実施形態によれば、加速度または圧力を検出するセンサは、前記加速度または圧力が与えられ、前記加速度または圧力に応じた周波数の電圧または電流を出力する第1の半導体素子と、前記第1の半導体素子の出力に基づいて、前記加速度または圧力に対応したセンサ値を生成する検出部と、を備える。前記第1の半導体素子は、半導体基板に形成される第1の音響波伝播層と、前記第1の音響波伝播層内に音響波を閉じ込めるように形成される第1の音響波反射層と、前記第1の音響波伝播層に形成され、前記検出部と接続される第1のコンタクトと、有する。   According to the embodiment, the sensor that detects acceleration or pressure is supplied with the acceleration or pressure, and outputs a voltage or current having a frequency corresponding to the acceleration or pressure, and the first semiconductor. A detection unit that generates a sensor value corresponding to the acceleration or pressure based on the output of the element. The first semiconductor element includes a first acoustic wave propagation layer formed on a semiconductor substrate, a first acoustic wave reflection layer formed so as to confine the acoustic wave in the first acoustic wave propagation layer, and And a first contact formed on the first acoustic wave propagation layer and connected to the detection unit.

半導体素子100の上面図。2 is a top view of the semiconductor element 100. FIG. 半導体素子100の斜視図。1 is a perspective view of a semiconductor element 100. FIG. 半導体素子100の断面図。1 is a cross-sectional view of a semiconductor element 100. FIG. 第1の実施形態に係るセンサ50の概略構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a sensor 50 according to a first embodiment. センサ51の概略構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a sensor 51. センサ52の概略構成を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a sensor 52. 第2の実施形態に係るセンサ53の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the sensor 53 which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係るセンサ54の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the sensor 54 which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係るセンサに用いられる半導体素子150の斜視図。The perspective view of the semiconductor element 150 used for the sensor which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係るセンサ55の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the sensor 55 which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態で用いられる半導体素子100a,100bの上面図。The top view of semiconductor element 100a, 100b used by 5th Embodiment. 第5の実施形態に係るセンサ56の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the sensor 56 which concerns on 5th Embodiment. 第6の実施形態に係るセンサ57の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the sensor 57 which concerns on 6th Embodiment.

以下、実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments will be specifically described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1〜図3はそれぞれ、センサに用いられる半導体素子100の上面図、斜視図および断面図である。半導体素子100は、シリコン基板(半導体基板)10と、p型拡散層(音響波伝播層)1と、SiO膜(音響波反射層)2と、nウェル3と、コンタクト4と、配線5とを備えている。
(First embodiment)
1 to 3 are a top view, a perspective view, and a cross-sectional view, respectively, of a semiconductor element 100 used for a sensor. The semiconductor element 100 includes a silicon substrate (semiconductor substrate) 10, a p-type diffusion layer (acoustic wave propagation layer) 1, a SiO 2 film (acoustic wave reflection layer) 2, an n-well 3, a contact 4, and a wiring 5. And.

シリコン基板10の表面には、例えば不純物としてリンあるいはヒ素がドーピングされたnウェル3が形成される。nウェル3の内側に、例えば不純物としてホウ素がドーピングされたp型拡散層1が形成される。p型拡散層1を上面から見た形状は、短辺および長辺を有する略長方形である。   On the surface of the silicon substrate 10, for example, an n-well 3 doped with phosphorus or arsenic as an impurity is formed. A p-type diffusion layer 1 doped with, for example, boron as an impurity is formed inside the n-well 3. The shape of the p-type diffusion layer 1 as viewed from above is a substantially rectangular shape having a short side and a long side.

nウェル3の内側で、p型拡散層1を囲うように溝6がシリコン基板10に形成され、その中にSiO膜2が埋め込まれている。SiO膜2は、いわゆるSTI(Shallow Trench Isolation)と呼ばれる構造であり、p型拡散層1をシリコン基板10上に形成される他の素子と電気的に分離する。コンタクト4は、p型拡散層1上に形成され、p型拡散層1と配線5とを電気的に接続する。配線5は他の素子(不図示)と接続される。 A groove 6 is formed in the silicon substrate 10 so as to surround the p-type diffusion layer 1 inside the n-well 3, and the SiO 2 film 2 is embedded therein. The SiO 2 film 2 has a so-called STI (Shallow Trench Isolation) structure, and electrically isolates the p-type diffusion layer 1 from other elements formed on the silicon substrate 10. The contact 4 is formed on the p-type diffusion layer 1 and electrically connects the p-type diffusion layer 1 and the wiring 5. The wiring 5 is connected to other elements (not shown).

図1〜図3の半導体素子100は簡易な構造であるため、通常のCMOSプロセスにより形成できる。   Since the semiconductor element 100 of FIGS. 1 to 3 has a simple structure, it can be formed by a normal CMOS process.

一般に、キャリアを有する半導体中では、電荷密度が変化すると体積が変化し、体積が変化すると電荷密度が変化すること、すなわち、電気と機械振動との相互作用が知られている。より具体的には、ρを電荷密度、Φを体積変化に比例する変数、cを半導体中の音速とすると、下記の方程式(1)が成立する。

Figure 2013007673
Generally, in a semiconductor having carriers, it is known that the volume changes when the charge density changes, and the charge density changes when the volume changes, that is, the interaction between electricity and mechanical vibration. More specifically, the following equation (1) is established, where ρ is a charge density, Φ is a variable proportional to the volume change, and c is the speed of sound in the semiconductor.
Figure 2013007673

上記(1)式の左辺は音響波の伝搬を表す方程式であり、電荷密度ρの変化があると(右辺)、音速cの音響波が伝播する(左辺)ことを示している。   The left side of the above equation (1) is an equation representing the propagation of acoustic waves. When there is a change in the charge density ρ (right side), it indicates that an acoustic wave of sound velocity c propagates (left side).

このことを図1〜図3の半導体素子100に当てはめる。半導体素子100では、p型拡散層1にキャリアとしてホールが存在する。コンタクト4から電気入力が与えられるとp型拡散層1の電荷密度が変化し、その結果、p型拡散層1が音響波伝播層となって音響波が伝播する。一方、SiO膜2は音響波反射層として機能する。すなわち、音響波はp型拡散層1とSiO膜2との界面で反射し、p型拡散層1に音響定在波が生じる。この音響定在波の周波数はp型拡散層1の長辺の長さとp型拡散層1中の音速cとに応じて定まる。 This applies to the semiconductor device 100 of FIGS. In the semiconductor element 100, holes exist as carriers in the p-type diffusion layer 1. When electric input is applied from the contact 4, the charge density of the p-type diffusion layer 1 changes, and as a result, the p-type diffusion layer 1 becomes an acoustic wave propagation layer and an acoustic wave propagates. On the other hand, the SiO 2 film 2 functions as an acoustic wave reflection layer. That is, the acoustic wave is reflected at the interface between the p-type diffusion layer 1 and the SiO 2 film 2, and an acoustic standing wave is generated in the p-type diffusion layer 1. The frequency of the acoustic standing wave is determined according to the length of the long side of the p-type diffusion layer 1 and the sound velocity c in the p-type diffusion layer 1.

音速cは、加速度あるいは圧力(以下、まとめて外力と呼ぶ)によって変化することが知られている。例えば、外力が変化すると、変形ポテンシャル効果により、音速cも変化する。   It is known that the speed of sound c varies with acceleration or pressure (hereinafter collectively referred to as external force). For example, when the external force changes, the sound speed c also changes due to the deformation potential effect.

したがって、音響定在波の周波数に基づいて、外力を検出することができる。   Therefore, the external force can be detected based on the frequency of the acoustic standing wave.

なお、図1〜図3の半導体素子100は、1つのコンタクト4を有する例を示しているが、p型拡散層1の一端側に形成されるコンタクト4aに加え、他端側に形成されるコンタクト4b(不図示)とを有してもよい。   1 to 3 shows an example having one contact 4, the semiconductor element 100 is formed on the other end side in addition to the contact 4 a formed on one end side of the p-type diffusion layer 1. You may have the contact 4b (not shown).

図4は、第1の実施形態に係るセンサ50の概略構成を示すブロック図である。センサ50は、半導体素子100と、検出部200とを備えている。半導体素子100のコンタクト4は検出部200の入力端子に接続される。半導体素子100に外力Pが与えられると、半導体素子100は、周波数が外力Pに依存する電圧V(P)または電流I(P)を、コンタクト4から出力する。検出部200はこれに基づいて、外力Pに対応したセンサ値を生成する。   FIG. 4 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the sensor 50 according to the first embodiment. The sensor 50 includes a semiconductor element 100 and a detection unit 200. The contact 4 of the semiconductor element 100 is connected to the input terminal of the detection unit 200. When an external force P is applied to the semiconductor element 100, the semiconductor element 100 outputs a voltage V (P) or a current I (P) whose frequency depends on the external force P from the contact 4. Based on this, the detection unit 200 generates a sensor value corresponding to the external force P.

検出部200は電気信号を増幅するものであるから、半導体素子100と同じシリコン基板上に形成でき、センサ50を小型化できる。以下、センサ50の具体的な構成例について説明する。   Since the detection unit 200 amplifies the electric signal, it can be formed on the same silicon substrate as the semiconductor element 100, and the sensor 50 can be downsized. Hereinafter, a specific configuration example of the sensor 50 will be described.

図5は、センサ51の概略構成を示すブロック図である。同図の検出部201は、増幅器21と、カウンタ22とを有する。半導体素子100のコンタクト4が増幅器21の入力端子および出力端子に接続される。増幅器21が半導体素子100の出力を増幅し、再び半導体素子100に入力することで半導体素子100は共振する。   FIG. 5 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the sensor 51. The detection unit 201 in FIG. 1 includes an amplifier 21 and a counter 22. The contact 4 of the semiconductor element 100 is connected to the input terminal and the output terminal of the amplifier 21. The amplifier 21 amplifies the output of the semiconductor element 100 and inputs it to the semiconductor element 100 again, so that the semiconductor element 100 resonates.

ここで、半導体素子100中の音速cは、上述したように、外力Pに依存するため、共振周波数も外力Pに依存する。このようにして、増幅器21は外力Pに依存する周波数f(P)で発振する発振信号を生成する。カウンタ22は、所定の基準クロックCLKに基づいて発振信号のパルス数をカウントする。カウント値は周波数f(P)にほぼ比例するため、このカウント値が外力Pと対応したセンサ値となる。   Here, since the sound velocity c in the semiconductor element 100 depends on the external force P as described above, the resonance frequency also depends on the external force P. In this way, the amplifier 21 generates an oscillation signal that oscillates at a frequency f (P) that depends on the external force P. The counter 22 counts the number of pulses of the oscillation signal based on a predetermined reference clock CLK. Since the count value is substantially proportional to the frequency f (P), this count value becomes a sensor value corresponding to the external force P.

周波数f(P)に対して十分に長い時間、例えば発振周波数100MHzに対して1ms程度カウントを行うことで、信号成分は増幅され、かつ、ノイズ成分はキャンセルされるため、S/N比が向上する。   By counting the frequency f (P) for a sufficiently long time, for example, about 1 ms for the oscillation frequency of 100 MHz, the signal component is amplified and the noise component is canceled, so the S / N ratio is improved. To do.

図6は、半導体素子100に2つのコンタクトが設けられる場合のセンサ52の概略構成を示すブロック図である。同図のセンサ52では、半導体素子100の一方のコンタクトが増幅器21の入力端子に接続され、他方のコンタクトが増幅器21の出力端子に接続される。増幅器21は半導体素子100の一方のコンタクトから出力される信号を増幅して、半導体素子100の他方のコンタクトへ入力する。これにより半導体素子100は共振する。その他の動作は図5と同様である。図6の構成では、デバイス100の一方のコンタクトを接地端子GNDに接続する制約をなくすことができる。   FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of the sensor 52 when the semiconductor element 100 is provided with two contacts. In the sensor 52 shown in the figure, one contact of the semiconductor element 100 is connected to the input terminal of the amplifier 21, and the other contact is connected to the output terminal of the amplifier 21. The amplifier 21 amplifies a signal output from one contact of the semiconductor element 100 and inputs it to the other contact of the semiconductor element 100. As a result, the semiconductor element 100 resonates. Other operations are the same as those in FIG. In the configuration of FIG. 6, the restriction of connecting one contact of the device 100 to the ground terminal GND can be eliminated.

このように、第1の実施形態では、シンプルな構造の半導体素子100を用いて、周波数が外力Pに依存する電圧または電流を生成する。そのため、特殊なプロセスを用いなくても、センサを半導体基板上に形成でき、外力Pを検出できる。また、センサ51,52は半導体素子100の出力を増幅して、外力Pに依存する周波数f(P)の発振信号を生成することにより、簡易にセンサ値を生成できる。   Thus, in the first embodiment, a voltage or current whose frequency depends on the external force P is generated using the semiconductor element 100 having a simple structure. Therefore, the sensor can be formed on the semiconductor substrate without using a special process, and the external force P can be detected. Further, the sensors 51 and 52 can easily generate a sensor value by amplifying the output of the semiconductor element 100 and generating an oscillation signal having a frequency f (P) depending on the external force P.

なお、半導体素子100の構造は図1〜図3に限定されるものではない。音響波をp型拡散層1内に効率よく閉じ込めるためには、図1〜図3に示すように音響波伝播層を取り囲むように音響波反射層が設けられるのが望ましいが、少なくとも、不純物拡散領域の長辺方向の両端に音響波反射層が形成されていればよい。例えば、SiO膜2をp型拡散層1の長辺方向の両端にのみ形成し、短辺方向の側面にはnウェル3が形成されていてもよい。音響波反射層の材料は、p型拡散層1が形成されるシリコン基板10の材料の音響インピーダンスとの差が大きい方が望ましく、例えばSiN等でもよい。また、図1〜図3の半導体素子100は、nウェル3およびp型拡散層1を形成しているが、導電型を逆にし、pウェル3’およびn型拡散層1’を形成してもよい。 The structure of the semiconductor element 100 is not limited to FIGS. In order to efficiently confine the acoustic wave in the p-type diffusion layer 1, it is desirable to provide an acoustic wave reflection layer so as to surround the acoustic wave propagation layer as shown in FIGS. The acoustic wave reflection layer should just be formed in the both ends of the long side direction of an area | region. For example, the SiO 2 film 2 may be formed only at both ends of the p-type diffusion layer 1 in the long side direction, and the n well 3 may be formed on the side surface in the short side direction. The material of the acoustic wave reflection layer is desirably larger in difference with the acoustic impedance of the material of the silicon substrate 10 on which the p-type diffusion layer 1 is formed, and may be SiN, for example. 1 to 3 has the n well 3 and the p-type diffusion layer 1 formed therein, but the conductivity type is reversed to form the p well 3 'and the n-type diffusion layer 1'. Also good.

(第2の実施形態)
以下に説明する第2の実施形態は、2つの半導体素子100を用いてより高精度に外力Pを検出するものでる。
(Second Embodiment)
In the second embodiment described below, the external force P is detected with higher accuracy using two semiconductor elements 100.

図7は、第2の実施形態に係るセンサ53の概略構成を示すブロック図である。図7では、図5と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。   FIG. 7 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the sensor 53 according to the second embodiment. In FIG. 7, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and different points will be mainly described below.

センサ53は、図5のセンサ51に加え、半導体素子100bと、増幅器21bと、カウンタ22bとを備えている。また、センサ53の検出部203は、増幅器21aと、カウンタ22aと、比較器(CMP)23とを備えている。センサ53は同一のシリコン基板10上に形成されるのが望ましい。   The sensor 53 includes a semiconductor element 100b, an amplifier 21b, and a counter 22b in addition to the sensor 51 of FIG. The detection unit 203 of the sensor 53 includes an amplifier 21 a, a counter 22 a, and a comparator (CMP) 23. The sensor 53 is preferably formed on the same silicon substrate 10.

半導体素子100b,増幅器21bおよびカウンタ22bはそれぞれ、半導体素子100a,増幅器21aおよびカウンタ22aと同様の構成である。ただし、半導体素子100aには検出すべき外力Pが与えられ、半導体素子100bには一定の基準外力P0が与えられている。また、比較器23は、カウンタ22aのカウント値と、カウンタ22bのカウント値とを比較するものである。   The semiconductor element 100b, the amplifier 21b, and the counter 22b have the same configuration as the semiconductor element 100a, the amplifier 21a, and the counter 22a, respectively. However, an external force P to be detected is applied to the semiconductor element 100a, and a constant reference external force P0 is applied to the semiconductor element 100b. The comparator 23 compares the count value of the counter 22a with the count value of the counter 22b.

センサ53内の半導体素子100a,100b、増幅器21a,21bおよびカウンタ22a,22bは、温度や電源電圧等、外力Pとは無関係な外部要因の変化により動作特性が変動することがある。そのため、センサ値が変化したときに、外力Pが変化したのか他の外部要因が変化したのか区別がつかず、センサの精度が低下してしまう。   The operating characteristics of the semiconductor elements 100a and 100b, the amplifiers 21a and 21b, and the counters 22a and 22b in the sensor 53 may fluctuate due to changes in external factors that are not related to the external force P, such as temperature and power supply voltage. For this reason, when the sensor value changes, it cannot be distinguished whether the external force P has changed or other external factors have changed, and the accuracy of the sensor is reduced.

そこで、本実施形態では、比較器23を設け、検出すべき外力Pが与えられる半導体素子100aに基づく共振周波数f(0)と、基準外力P0が与えられる半導体素子100bに基づく共振周波数f(P0)とを比較することにより、外部要因の変化をキャンセルして、外力Pを検出する。より具体的には、以下のようにする。   Therefore, in this embodiment, the comparator 23 is provided, and the resonance frequency f (0) based on the semiconductor element 100a to which the external force P to be detected is applied and the resonance frequency f (P0) based on the semiconductor element 100b to which the reference external force P0 is applied. ) To cancel the change of the external factor and detect the external force P. More specifically, the following is performed.

前提として、半導体素子100aと半導体素子100b、増幅器21aと増幅器21bおよびカウンタ22aとカウンタ22bがそれぞれ、外力P以外の外部要因の変化に対して同様に動作特性が変動するよう形成しておく。そして、半導体素子100bには既知で一定の基準外力P0を与え、外力Pの影響を与えないようにする。そのためには、できるだけ外力Pの影響を受けない位置に半導体素子100bを形成したり、外力Pを受けたとしても音速cの変化が小さくなるような半導体素子100bを形成したりすればよい。   As a premise, the semiconductor element 100a and the semiconductor element 100b, the amplifier 21a and the amplifier 21b, and the counter 22a and the counter 22b are formed so that their operating characteristics fluctuate similarly in response to changes in external factors other than the external force P. Then, a known and constant reference external force P0 is applied to the semiconductor element 100b so that the external force P is not affected. For this purpose, the semiconductor element 100b may be formed at a position that is not affected by the external force P as much as possible, or the semiconductor element 100b may be formed so that even if the external force P is received, the change in the sound speed c is small.

増幅器21bが生成する基準発振信号の基準周波数f(P0)は、外力P以外の外部要因および基準外力P0には依存するが、外力Pには依存しない。したがって、カウンタ22bが生成するカウント値も、外力P以外の外部要因および基準外力P0には依存するが、外力Pには依存しない。   The reference frequency f (P0) of the reference oscillation signal generated by the amplifier 21b depends on external factors other than the external force P and the reference external force P0, but does not depend on the external force P. Therefore, the count value generated by the counter 22b also depends on external factors other than the external force P and the reference external force P0, but does not depend on the external force P.

一方、増幅器21aは、第1の実施形態と同様に、周波数f(P)の発振周波数を生成する。周波数f(P)は外力P以外の外部要因および外力Pに依存する。したがって、カウンタ22aが生成するカウント値も、外力P以外の外部要因および外力Pに依存する。   On the other hand, the amplifier 21a generates an oscillation frequency of the frequency f (P) as in the first embodiment. The frequency f (P) depends on external factors other than the external force P and the external force P. Therefore, the count value generated by the counter 22a also depends on external factors other than the external force P and the external force P.

そして、比較器23はカウンタ22aのカウンタ値とカウンタ22bのカウンタ値とを比較する。両者の差をとることで、外力P以外の外部要因の影響はキャンセルされ、外力Pと基準外力P0との差に依存する比較結果が得られる。この比較結果は外力Pに対応したセンサ値となる。   Then, the comparator 23 compares the counter value of the counter 22a with the counter value of the counter 22b. By taking the difference between the two, the influence of external factors other than the external force P is canceled, and a comparison result depending on the difference between the external force P and the reference external force P0 is obtained. This comparison result is a sensor value corresponding to the external force P.

このように、第2の実施形態では、一定の基準外力P0が与えられる半導体素子100bを設けて比較を行う。そのため、外力P以外の外部要因の変化による各素子の動作特性の変動をキャンセルでき、センサの精度が向上する。   Thus, in the second embodiment, the comparison is performed by providing the semiconductor element 100b to which a constant reference external force P0 is applied. Therefore, fluctuations in the operation characteristics of each element due to changes in external factors other than the external force P can be canceled, and the accuracy of the sensor is improved.

なお、センサ53の周辺にヒータと温度計を用いた温度補償回路を実装して、さらに精度向上を図ってもよい。   Note that a temperature compensation circuit using a heater and a thermometer may be mounted around the sensor 53 to further improve accuracy.

(第3の実施形態)
上述した第2の実施形態では、増幅器およびカウンタを2つずつ用いるものであったが、以下に説明する第3の実施形態では、これらを1つずつ設けるものである。
(Third embodiment)
In the above-described second embodiment, two amplifiers and two counters are used. However, in the third embodiment described below, these are provided one by one.

図8は、第3の実施形態に係るセンサ54の概略構成を示すブロック図である。図8では、図7と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。   FIG. 8 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the sensor 54 according to the third embodiment. In FIG. 8, the same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and the differences will be mainly described below.

センサ54は、半導体素子100a,100bと、1つずつの増幅器21、カウンタ22および比較器23を有する検出部204と、スイッチ300とを備えている。スイッチ300は、半導体素子100a,100bのうちのいずれかを増幅器21に接続する。   The sensor 54 includes semiconductor elements 100 a and 100 b, a detection unit 204 having one amplifier 21, a counter 22, and a comparator 23, and a switch 300. The switch 300 connects one of the semiconductor elements 100 a and 100 b to the amplifier 21.

第2の実施形態では、増幅器21a,21bを外力P以外の外部要因に対して同様に動作特性が変化するよう形成する必要があるが、本実施形態では1つしか増幅器21を用いないため、その必要はない。   In the second embodiment, it is necessary to form the amplifiers 21a and 21b so that the operating characteristics similarly change with respect to external factors other than the external force P. However, in this embodiment, only one amplifier 21 is used. no need to do that.

本実施形態では、いわゆるCDS(Co-related Double Sampling)技術を応用し、増幅器21およびカウンタ22をタイミングをずらして時分割で利用する。すなわち、ある期間ではスイッチ300により増幅器21と半導体素子100bとを接続して基準外力P0に基づくカウント値を生成し、別の期間ではスイッチ300により増幅器21と半導体素子100aとを接続して検出すべき外力Pに基づくカウント値を生成する。そして、比較器23は両者を比較して、外力Pと基準外力P0との差に対応したセンサ値を生成する。   In the present embodiment, so-called CDS (Co-related Double Sampling) technology is applied, and the amplifier 21 and the counter 22 are used in a time-sharing manner with the timing shifted. That is, in one period, the amplifier 21 and the semiconductor element 100b are connected by the switch 300 to generate a count value based on the reference external force P0, and in another period, the amplifier 21 and the semiconductor element 100a are connected and detected by the switch 300. A count value based on the power external force P is generated. Then, the comparator 23 compares the two to generate a sensor value corresponding to the difference between the external force P and the reference external force P0.

スイッチ300を切り替える周波数は、周波数f(P),f(P0)に対して十分長くする。例えば共振周波数が100MHzであれば、スイッチ300を切り替える周波数を数kHz程度とする。   The frequency for switching the switch 300 is sufficiently longer than the frequencies f (P) and f (P0). For example, if the resonance frequency is 100 MHz, the frequency for switching the switch 300 is set to about several kHz.

このように、第3の実施形態では、1つずつの増幅器21およびカウンタ22を時分割で用いるため、回路面積を小さくできる。さらに、1つしか増幅器21を用いないため、増幅器21の動作特性は両方のカウント値に対して同様に作用することになり、センサの精度がさらに向上する。   As described above, in the third embodiment, since the amplifier 21 and the counter 22 are used one by one in a time division manner, the circuit area can be reduced. In addition, since only one amplifier 21 is used, the operational characteristics of the amplifier 21 work in the same way for both count values, further improving the accuracy of the sensor.

(第4の実施形態)
第4の実施形態は、外力として、加速度の一種である角速度を検出するものである。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, an angular velocity that is a kind of acceleration is detected as an external force.

図9は、第4の実施形態に係るセンサに用いられる半導体素子150の斜視図である。以下、図1〜図3との相違点を中心に説明する。   FIG. 9 is a perspective view of a semiconductor element 150 used in the sensor according to the fourth embodiment. Hereinafter, the difference from FIGS. 1 to 3 will be mainly described.

半導体素子150は、SiO膜2に囲まれたp型拡散層1上に形成されるコンタクト4i1,4i2,4o1,4o2を備えている。コンタクト4i1,4i2は垂直方向に延びる矩形形状であり、互いに水平方向に対向して形成される。一方、コンタクト4o1,4o2は水平方向に延びる矩形形状であり、互いに垂直方向に対向して形成される。コンタクト4i1,4i2の中心同士を結ぶ線は、コンタクト4o1,4o2の中心同士を結ぶ線と直交する。 The semiconductor element 150 includes contacts 4 i 1, 4 i 2, 4 o 1, 4 o 2 formed on the p-type diffusion layer 1 surrounded by the SiO 2 film 2. The contacts 4i1 and 4i2 have a rectangular shape extending in the vertical direction and are formed to face each other in the horizontal direction. On the other hand, the contacts 4o1 and 4o2 have a rectangular shape extending in the horizontal direction and are formed to face each other in the vertical direction. A line connecting the centers of the contacts 4i1 and 4i2 is orthogonal to a line connecting the centers of the contacts 4o1 and 4o2.

また、本実施形態では、p型拡散層1は水平方向および垂直方向の長さが同程度である。そのため、半導体素子150は半導体素子100とほぼ同様の構成であるが、半導体素子150の水平方向のみならず垂直方向にも音響定在波が生じ得る。   In this embodiment, the p-type diffusion layer 1 has the same length in the horizontal direction and the vertical direction. Therefore, the semiconductor element 150 has substantially the same configuration as the semiconductor element 100, but an acoustic standing wave can be generated not only in the horizontal direction but also in the vertical direction of the semiconductor element 150.

半導体素子150も簡易な構成であり、通常のCMOSプロセスにより形成できる。   The semiconductor element 150 also has a simple configuration and can be formed by a normal CMOS process.

本実施形態では、半導体素子150を用いて以下のように角速度ωを検出する。まず、半導体素子150の水平方向に音響定在波を励起しておく。そのためには、半導体素子150の共振現象を利用してもよいし、コンタクト4i1,4i2に外部から正弦波や矩形波等の周期的な電気信号を入力してもよい。この音響定在波により、コンタクト4i1,4i2間には電位差Vinが生じる。電位差Vinの周波数は半導体素子150の形状あるいは電気信号の周波数により定まる周波数fである。電位差Vinの振幅をAinとすると、電位差Vinは下記(2)式で表される。
Vin = Ain * sin2πft ・・・(2)
In the present embodiment, the angular velocity ω is detected using the semiconductor element 150 as follows. First, an acoustic standing wave is excited in the horizontal direction of the semiconductor element 150. For this purpose, the resonance phenomenon of the semiconductor element 150 may be used, or a periodic electrical signal such as a sine wave or a rectangular wave may be input to the contacts 4i1 and 4i2 from the outside. Due to this acoustic standing wave, a potential difference Vin is generated between the contacts 4i1 and 4i2. The frequency of the potential difference Vin is a frequency f determined by the shape of the semiconductor element 150 or the frequency of the electric signal. When the amplitude of the potential difference Vin is Ain, the potential difference Vin is expressed by the following equation (2).
Vin = Ain * sin2πft (2)

ここで、半導体素子150に角速度ωが与えられるとコリオリの力が生じる。その方向は音響定在波と直交する方向、すなわち垂直方向である。そのため、コンタクト4o1,4o2間に電位差Voutが生じる。この電位差Voutの周波数は半導体素子150の共振周波数fに等しい。電位差Voutの振幅をAoutとすると、電位差Voutは下記(3)式で表される。
Vout = Aout * sin2πft ・・・(3)
Here, when the angular velocity ω is given to the semiconductor element 150, Coriolis force is generated. The direction is a direction orthogonal to the acoustic standing wave, that is, a vertical direction. Therefore, a potential difference Vout is generated between the contacts 4o1 and 4o2. The frequency of this potential difference Vout is equal to the resonance frequency f of the semiconductor element 150. If the amplitude of the potential difference Vout is Aout, the potential difference Vout is expressed by the following equation (3).
Vout = Aout * sin2πft (3)

ここで、振幅Aoutは角速度ωに比例する。そのため、振幅Aoutを検出することにより、角速度ωを知ることができる。   Here, the amplitude Aout is proportional to the angular velocity ω. Therefore, the angular velocity ω can be known by detecting the amplitude Aout.

図10は、第4の実施形態に係るセンサ55の概略構成を示すブロック図である。センサ55は、半導体素子150と、増幅器21およびミキサ24を有する検出部205を備えている。   FIG. 10 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a sensor 55 according to the fourth embodiment. The sensor 55 includes a semiconductor element 150 and a detection unit 205 having the amplifier 21 and the mixer 24.

増幅器21はコンタクト4i1,4i2間に電位差Vinを生成する。ミキサ24は、電位差Vinと電位差Voutとを乗じる。ミキサ24の出力OUTは下記(4)式で表される。
OUT = Vin * Vout = (Ain * sin2πft) * (Aout * sin2πft)
= Ain * Aout / 2 * (1 - cos4πft) ・・・(4)
The amplifier 21 generates a potential difference Vin between the contacts 4i1 and 4i2. The mixer 24 multiplies the potential difference Vin and the potential difference Vout. The output OUT of the mixer 24 is expressed by the following equation (4).
OUT = Vin * Vout = (Ain * sin2πft) * (Aout * sin2πft)
= Ain * Aout / 2 * (1-cos4πft) (4)

よって、出力OUTの直流成分は振幅Aoutに比例する。振幅Aoutは角速度ωに比例するため、出力OUTの直流成分が角速度ωに対応するセンサ値となる。   Therefore, the DC component of the output OUT is proportional to the amplitude Aout. Since the amplitude Aout is proportional to the angular velocity ω, the DC component of the output OUT becomes a sensor value corresponding to the angular velocity ω.

半導体素子150のp型拡散層1の形状を、垂直方向の長さおよび水平方向の長さが等しい正方形にすると、効率よくコリオリの力による電位差Voutを取り出すことができ、振幅Aoutが大きくなってセンサの精度が向上する。   If the shape of the p-type diffusion layer 1 of the semiconductor element 150 is a square having the same length in the vertical direction and the length in the horizontal direction, the potential difference Vout due to the Coriolis force can be extracted efficiently, and the amplitude Aout increases. The accuracy of the sensor is improved.

このように、第4の実施形態では、シンプルな構造の半導体素子150を用いて角速度を検出できる。   Thus, in the fourth embodiment, the angular velocity can be detected using the semiconductor element 150 having a simple structure.

(第5の実施形態)
第5の実施形態は、形状が異なる2つの半導体素子を用いて、センサの精度向上を図るものである。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, the accuracy of a sensor is improved by using two semiconductor elements having different shapes.

図11は、第5の実施形態で用いられる半導体素子100a,100bの上面図である。構造は図1と同様であるため簡略化して描いている。   FIG. 11 is a top view of the semiconductor elements 100a and 100b used in the fifth embodiment. Since the structure is the same as that of FIG.

半導体素子100a,100bは、p型拡散層1a,1bの長辺方向(水平方向)の長さが等しいため、励起される音響定在波の共振周波数は等しい。外力Pが大きいほど音響定在波の振幅が大きくなるがが、p型拡散層1a,1bの短辺方向の長さが異なっているため、同じ外力Pが与えられても、出力される電圧または電流の振幅は異なる。したがって、半導体素子100aに励起される音響定在波の振幅と、半導体素子100aに励起される音響定在波の振幅は異なる。   Since the semiconductor elements 100a and 100b have the same length in the long side direction (horizontal direction) of the p-type diffusion layers 1a and 1b, the resonant frequencies of the excited acoustic standing waves are equal. As the external force P increases, the amplitude of the acoustic standing wave increases. However, since the lengths of the p-type diffusion layers 1a and 1b in the short side direction are different, the voltage that is output even when the same external force P is applied. Or the amplitude of the current is different. Therefore, the amplitude of the acoustic standing wave excited by the semiconductor element 100a is different from the amplitude of the acoustic standing wave excited by the semiconductor element 100a.

より具体的には、p型拡散層1bは短辺方向の長さw2が比較的小さいため、外力Pが与えられても音響定在波が生じにくく、振幅が小さい。一方、p型拡散層1aは短辺方向の長さw1が比較的大きいため、同じ外力Pが与えられたときに励起される音響定在波の振幅は大きい。   More specifically, since the p-type diffusion layer 1b has a relatively short length w2 in the short side direction, an acoustic standing wave hardly occurs even when an external force P is applied, and the amplitude is small. On the other hand, since the p-type diffusion layer 1a has a relatively short length w1 in the short side direction, the amplitude of the acoustic standing wave excited when the same external force P is applied is large.

本実施形態では、外力Pに応じて音響定在波の振幅が異なることを利用して、外力Pを検出する。さらに、異なる形状のp型拡散層1a,1bを用いて、外部要因の影響をキャンセルする。   In the present embodiment, the external force P is detected by utilizing the fact that the amplitude of the acoustic standing wave differs according to the external force P. Furthermore, the influence of an external factor is canceled using the p-type diffusion layers 1a and 1b having different shapes.

図12は、第5の実施形態に係るセンサ56の概略構成を示すブロック図である。センサ56は、図11に示す形状が互いに異なる半導体装置100a,100bと、増幅器21aおよび比較器25を有する検出部206と、増幅器21bとを備えている。   FIG. 12 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the sensor 56 according to the fifth embodiment. The sensor 56 includes semiconductor devices 100a and 100b having different shapes shown in FIG. 11, a detection unit 206 having an amplifier 21a and a comparator 25, and an amplifier 21b.

半導体装置100a,100bには、ともに検出すべき外力Pが与えられる。   The semiconductor device 100a, 100b is given an external force P to be detected.

増幅器21aは半導体装置100aの出力を増幅し、第1の発振信号を生成する。一方、増幅器21bは半導体装置100bの出力を増幅し、第2の発振信号を生成する。上述のように、半導体装置100a,100bとも音響定在波の共振周波数が等しいため、第1および第2の発振信号の周波数は等しい。しかしながら、第1の発振信号の振幅A(P)と第2の発振信号の振幅A(P)は異なっている。 The amplifier 21a amplifies the output of the semiconductor device 100a and generates a first oscillation signal. On the other hand, the amplifier 21b amplifies the output of the semiconductor device 100b and generates a second oscillation signal. As described above, since the resonance frequencies of the acoustic standing waves are equal in both the semiconductor devices 100a and 100b, the frequencies of the first and second oscillation signals are equal. However, the amplitude A 1 (P) of the first oscillation signal is different from the amplitude A 2 (P) of the second oscillation signal.

比較器25は、振幅A(P)と振幅A(P)とを比較して、差をとる。両者の差もまた、外力Pに依存するため、この差が外力Pと対応するセンサ値となる。 The comparator 25 compares the amplitude A 1 (P) with the amplitude A 2 (P) and obtains a difference. Since the difference between the two also depends on the external force P, this difference becomes a sensor value corresponding to the external force P.

第2の実施形態で説明したように、外力P以外の外部要因の変化によりセンサの動作特性が変動することがある。しかしながら、半導体素子100a,100bは、外力P以外の外部要因の変化に対して同様に動作特性が変動するため、比較器25が比較を行って差を取ることで、外部要因の変化による動作特性の変動をキャンセルでき、センサの精度が向上する。また、本実施形態では一定の基準外力P0を与えておく必要もない。   As described in the second embodiment, the operation characteristics of the sensor may fluctuate due to changes in external factors other than the external force P. However, since the operating characteristics of the semiconductor elements 100a and 100b similarly change with respect to changes in external factors other than the external force P, the comparator 25 performs comparison to obtain a difference, thereby operating characteristics due to changes in external factors. Fluctuations can be canceled and the accuracy of the sensor is improved. In the present embodiment, it is not necessary to apply a constant reference external force P0.

このように、第5の実施形態では、形状が異なる複数の半導体素子を設け、両者の出力に基づく発振信号の振幅を比較するため、センサの精度が向上する。   Thus, in the fifth embodiment, a plurality of semiconductor elements having different shapes are provided, and the amplitudes of the oscillation signals based on the outputs of both are compared, so that the accuracy of the sensor is improved.

(第6の実施形態)
第6の実施形態は第5の実施形態の変形例であり、図11の半導体素子100a,100bを用いる点は共通しているが、センサの構成が異なっている。以下、第5の実施形態との相違点を中心に説明する。
(Sixth embodiment)
The sixth embodiment is a modification of the fifth embodiment, and the semiconductor elements 100a and 100b in FIG. 11 are common, but the sensor configuration is different. Hereinafter, the difference from the fifth embodiment will be mainly described.

図13は、第6の実施形態に係るセンサ57の概略構成を示すブロック図である。センサ57は、図11に示す互いに形状が異なる半導体装置100a,100bと、増幅器21aおよび比較器26を有する検出部207と、増幅器21bとを備えている。   FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of a sensor 57 according to the sixth embodiment. The sensor 57 includes semiconductor devices 100a and 100b having different shapes shown in FIG. 11, a detection unit 207 having an amplifier 21a and a comparator 26, and an amplifier 21b.

増幅器21a,21bはそれぞれ振幅制御端子を有する。増幅器21a,21bの振幅制御端子にはそれぞれ、振幅制御信号CNTa,CNTbが入力され、これに応じて発振信号の振幅を制御できる。より具体的には、振幅制御信号CNTa,CNTbにより増幅器21a,21bに流し込む電流量を大きくするほど発振信号の振幅を大きくすることができる。   The amplifiers 21a and 21b each have an amplitude control terminal. Amplitude control signals CNTa and CNTb are input to the amplitude control terminals of the amplifiers 21a and 21b, respectively, and the amplitude of the oscillation signal can be controlled accordingly. More specifically, the amplitude of the oscillation signal can be increased as the amount of current flowing into the amplifiers 21a and 21b by the amplitude control signals CNTa and CNTb is increased.

本実施形態では、半導体素子100aの出力を増幅して生成される第1の発振信号の振幅、および、半導体素子100bの出力を増幅して生成される第2の発振信号の振幅が、ともに予め定めた一定振幅Aになるよう振幅制御信号CNTa,CNTbを設定する。例えば、第1および第2の発振信号の振幅が一定振幅Aに近づくようフィードバック制御することにより、振幅制御信号CNTa,CNTbを自動的に設定することができる。 In the present embodiment, the amplitude of the first oscillation signal generated by amplifying the output of the semiconductor element 100a and the amplitude of the second oscillation signal generated by amplifying the output of the semiconductor element 100b are both in advance. constant amplitude a 0 which defines the amplitude control signal CNTa, sets the CNTb. For example, the amplitude of the first and second oscillation signal is feedback controlled so as to approach the constant amplitude A 0, it is possible to set the amplitude control signal CNTa, the CNTb automatically.

上述のように、半導体素子100a,100bに励起される音響定在波の振幅は外力Pに依存する。したがって、第1および第2の発振信号の振幅を一定振幅Aにするための振幅制御信号CNTa,CNTbも、外力Pに依存する。 As described above, the amplitude of the acoustic standing wave excited by the semiconductor elements 100a and 100b depends on the external force P. Thus, the amplitude control signal CNTa for the amplitude of the first and second oscillation signal to a constant amplitude A 0, CNTb also depends on the external force P.

すなわち、半導体素子100aに励起される音響定在波の振幅は大きいため、振幅制御信号CNTaはそれほど大きくなくても第1の発振信号の振幅を一定振幅Aにすることができる。一方、半導体素子100bに励起される音響定在波の振幅は小さいため、第2の発振信号の振幅を一定振幅Aにするためには、振幅制御信号CNTbをある程度大きくする必要がある。 That is, since the amplitude of the acoustic standing wave excited in the semiconductor device 100a is large, the amplitude control signal CNTa can be not so large an amplitude of the first oscillation signal constant amplitude A 0. Meanwhile, since the amplitude of the acoustic standing wave excited in the semiconductor device 100b is small, in order to the amplitude of the second oscillation signal to a constant amplitude A 0, it is necessary to increase the amplitude control signal CNTb some extent.

比較器26は振幅制御信号CNTaと振幅制御信号CNTbとを比較して、差をとる。両者の差もまた、外力Pに依存するため、この差が外力Pと対応するセンサ値となる。差をとることで、やはり、外部要因の変化による動作特性の変動をキャンセルでき、センサの精度が向上する。また、本実施形態でも一定の基準外力P0を与えておく必要もない。   The comparator 26 compares the amplitude control signal CNTa and the amplitude control signal CNTb and takes a difference. Since the difference between the two also depends on the external force P, this difference becomes a sensor value corresponding to the external force P. By taking the difference, it is possible to cancel the fluctuation of the operating characteristics due to the change of the external factor, and the accuracy of the sensor is improved. In this embodiment, it is not necessary to apply a constant reference external force P0.

このように、第6の実施形態では、形状が異なる複数の半導体素子を設け、両者の出力に基づく発振信号の振幅を一定値にするための振幅制御信号を比較するため、センサの精度が向上する。   As described above, in the sixth embodiment, a plurality of semiconductor elements having different shapes are provided, and the amplitude control signal for making the amplitude of the oscillation signal based on the outputs of the two constants is compared, so that the accuracy of the sensor is improved. To do.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1,1a,1b p型拡散層
2 SiO
3 nウェル
4,4i1,4i2,4o1,4o2,4a,4b コンタクト
5 配線
10 シリコン基板
21,21a,21b 増幅器
22,22a,22b カウンタ
23,25,26 比較器
24 ミキサ
50〜57 センサ
100,100a,100b,150 半導体素子
200〜207 検出部
300 スイッチ
1, 1a, 1b p-type diffusion layer 2 SiO 2 film 3 n well 4, 4i1, 4i2, 4o1, 4o2, 4a, 4b contact 5 wiring 10 silicon substrate 21, 21a, 21b amplifier 22, 22a, 22b counter 23, 25 , 26 Comparator 24 Mixer 50-57 Sensor 100, 100a, 100b, 150 Semiconductor element 200-207 Detector 300 Switch

Claims (9)

加速度または圧力を検出するセンサであって、
前記加速度または圧力が与えられ、前記加速度または圧力に応じた周波数の電圧または電流を出力する第1の半導体素子と、
前記第1の半導体素子の出力に基づいて、前記加速度または圧力に対応したセンサ値を生成する検出部と、を備え、
前記第1の半導体素子は、
半導体基板に形成される第1の音響波伝播層と、
前記第1の音響波伝播層内に音響波を閉じ込めるように形成される第1の音響波反射層と、
前記第1の音響波伝播層に形成され、前記検出部と接続される第1のコンタクトと、有することを特徴とするセンサ。
A sensor for detecting acceleration or pressure,
A first semiconductor element which receives the acceleration or pressure and outputs a voltage or current having a frequency corresponding to the acceleration or pressure;
A detection unit that generates a sensor value corresponding to the acceleration or pressure based on the output of the first semiconductor element;
The first semiconductor element is:
A first acoustic wave propagation layer formed on a semiconductor substrate;
A first acoustic wave reflection layer formed to confine an acoustic wave in the first acoustic wave propagation layer;
A sensor comprising: a first contact formed on the first acoustic wave propagation layer and connected to the detection unit.
前記検出部は、
前記第1の半導体素子の出力を増幅し、前記加速度または圧力に応じた周波数の第1の発振信号を生成する第1の増幅器と、
前記第1の発振信号のパルス数をカウントし、前記加速度または圧力に応じた第1のカウント値を生成する第1のカウンタと、を有することを特徴とする請求項1に記載のセンサ。
The detector is
A first amplifier for amplifying an output of the first semiconductor element and generating a first oscillation signal having a frequency corresponding to the acceleration or pressure;
The sensor according to claim 1, further comprising: a first counter that counts the number of pulses of the first oscillation signal and generates a first count value corresponding to the acceleration or pressure.
一定の基準加速度または基準圧力が与えられ、前記基準加速度または基準圧力に応じた周波数の電圧または電流を出力する第2の半導体素子と、
前記第2の半導体素子の出力を増幅し、前記基準加速度または基準圧力に応じた周波数の第2の発振信号を生成する第2の増幅器と、
前記第2の発振信号のパルス数をカウントし、前記基準加速度または基準圧力に応じた第2のカウント値を生成する第2のカウンタと、を備え、
前記検出部は、前記第1のカウント値と前記第2のカウント値とを比較し、前記加速度または圧力に応じた比較結果を生成する比較器を有し、
前記第2の半導体素子は、
前記半導体基板に形成される第2の音響波伝播層と、
前記第2の音響波伝播層内に音響波を閉じ込めるように形成される第2の音響波反射層と、
前記第2の音響波伝播層に形成され、前記第2の増幅器と接続される第2のコンタクトと、有することを特徴とする請求項2に記載のセンサ。
A second semiconductor element which is supplied with a constant reference acceleration or a reference pressure and outputs a voltage or a current having a frequency corresponding to the reference acceleration or the reference pressure;
A second amplifier for amplifying an output of the second semiconductor element and generating a second oscillation signal having a frequency corresponding to the reference acceleration or the reference pressure;
A second counter that counts the number of pulses of the second oscillation signal and generates a second count value corresponding to the reference acceleration or the reference pressure,
The detection unit includes a comparator that compares the first count value with the second count value and generates a comparison result according to the acceleration or pressure,
The second semiconductor element is:
A second acoustic wave propagation layer formed on the semiconductor substrate;
A second acoustic wave reflection layer formed to confine an acoustic wave in the second acoustic wave propagation layer;
The sensor according to claim 2, further comprising: a second contact formed in the second acoustic wave propagation layer and connected to the second amplifier.
一定の基準加速度または基準圧力が与えられ、前記基準加速度または基準圧力に応じた周波数の電圧または電流を出力する第2の半導体素子と、
所定のタイミングで、前記第1の半導体素子または前記第2の半導体素子の出力を前記検出部に供給するスイッチと、を備え、
前記第1の増幅器は、前記第1の半導体素子の出力を増幅した前記第1の発振信号または前記第2の半導体素子の出力を増幅した第2の発振信号を前記所定のタイミングで生成し、
前記第1のカウンタは、前記第1の発振信号のパルス数をカウントした前記第1のカウント値または前記第2の発振信号のパルス数をカウントした第2のカウント値を前記所定のタイミングで生成し、
前記検出部は、前記第1のカウント値と前記第2のカウント値とを比較し、前記加速度または圧力に応じた比較結果を生成する比較器を有し、
前記第2の半導体素子は、
前記半導体基板に形成される第2の音響波伝播層と、
前記第2の音響波伝播層内に音響波を閉じ込めるように形成される第2の音響波反射層と、
前記第2の音響波伝播層に形成され、前記スイッチを介して、前記第1の増幅器に接続される第2のコンタクトと、有することを特徴とする請求項2に記載のセンサ。
A second semiconductor element which is supplied with a constant reference acceleration or a reference pressure and outputs a voltage or a current having a frequency corresponding to the reference acceleration or the reference pressure;
A switch for supplying an output of the first semiconductor element or the second semiconductor element to the detection unit at a predetermined timing;
The first amplifier generates the first oscillation signal obtained by amplifying the output of the first semiconductor element or the second oscillation signal obtained by amplifying the output of the second semiconductor element at the predetermined timing,
The first counter generates the first count value obtained by counting the number of pulses of the first oscillation signal or the second count value obtained by counting the number of pulses of the second oscillation signal at the predetermined timing. And
The detection unit includes a comparator that compares the first count value with the second count value and generates a comparison result according to the acceleration or pressure,
The second semiconductor element is:
A second acoustic wave propagation layer formed on the semiconductor substrate;
A second acoustic wave reflection layer formed to confine an acoustic wave in the second acoustic wave propagation layer;
The sensor according to claim 2, further comprising: a second contact formed in the second acoustic wave propagation layer and connected to the first amplifier via the switch.
前記加速度または圧力が与えられ、前記加速度または圧力に応じて、前記第1の半導体素子が出力する電圧または電流と周波数が等しく、かつ、振幅が異なる電圧または電流を出力する第2の半導体素子と、
前記第2の半導体素子の出力を増幅し、前記加速度または圧力に応じた第2の振幅の第2の発振信号を生成する第2の増幅器と、を備え、
前記検出部は、
前記第1の半導体素子の出力を増幅し、前記加速度または圧力に応じた第1の振幅の第1の発振信号を生成する第1の増幅器と、
前記第1の振幅と前記第2の振幅とを比較し、前記加速度または圧力に応じた比較結果を生成する比較器と、を有し、
前記第2の半導体素子は、
前記半導体基板に形成される第2の音響波伝播層と、
前記第2の音響波伝播層内に音響波を閉じ込めるように形成される第2の音響波反射層と、
前記第2の音響波伝播層に形成され、前記第2の増幅器と接続される第2のコンタクトと、有することを特徴とする請求項1に記載のセンサ。
A second semiconductor element that is supplied with the acceleration or pressure, and that outputs a voltage or current having the same frequency and different amplitude as the voltage or current output from the first semiconductor element in accordance with the acceleration or pressure; ,
A second amplifier that amplifies the output of the second semiconductor element and generates a second oscillation signal having a second amplitude according to the acceleration or pressure;
The detector is
A first amplifier for amplifying an output of the first semiconductor element and generating a first oscillation signal having a first amplitude according to the acceleration or pressure;
A comparator that compares the first amplitude with the second amplitude and generates a comparison result according to the acceleration or pressure;
The second semiconductor element is:
A second acoustic wave propagation layer formed on the semiconductor substrate;
A second acoustic wave reflection layer formed to confine an acoustic wave in the second acoustic wave propagation layer;
The sensor according to claim 1, further comprising: a second contact formed in the second acoustic wave propagation layer and connected to the second amplifier.
前記加速度または圧力が与えられ、前記加速度または圧力に応じて、前記第1の半導体素子が出力する電圧または電流と周波数が等しく、かつ、振幅が異なる電圧または電流を出力する第2の半導体素子と、
前記第2の半導体素子の出力を増幅し、第2の振幅制御信号に基づいて、振幅が予め定めた値の第2の発振信号を生成する第2の検出部と、を備え、
前記検出部は、
前記第1の半導体素子の出力を増幅し、第1の振幅制御信号に基づいて、振幅が前記予め定めた値の第1の発振信号を生成する第1の検出部と、
前記第1の振幅制御信号と前記第2の振幅制御信号とを比較し、前記加速度または圧力に応じた比較結果を生成する比較器と、を有し、
前記第2の半導体素子は、
前記半導体基板に形成される第2の音響波伝播層と、
前記第2の音響波伝播層内に音響波を閉じ込めるように形成される第2の音響波反射層と、
前記第2の音響波伝播層に形成され、前記第2の増幅器と接続される第2のコンタクトと、有することを特徴とする請求項1に記載のセンサ。
A second semiconductor element that is supplied with the acceleration or pressure, and that outputs a voltage or current having the same frequency and different amplitude as the voltage or current output from the first semiconductor element in accordance with the acceleration or pressure; ,
A second detection unit that amplifies the output of the second semiconductor element and generates a second oscillation signal having a predetermined amplitude based on a second amplitude control signal;
The detector is
A first detector for amplifying an output of the first semiconductor element and generating a first oscillation signal having an amplitude determined in advance based on a first amplitude control signal;
A comparator that compares the first amplitude control signal with the second amplitude control signal and generates a comparison result according to the acceleration or pressure;
The second semiconductor element is:
A second acoustic wave propagation layer formed on the semiconductor substrate;
A second acoustic wave reflection layer formed to confine an acoustic wave in the second acoustic wave propagation layer;
The sensor according to claim 1, further comprising: a second contact formed in the second acoustic wave propagation layer and connected to the second amplifier.
前記第1の半導体素子は、
前記第1の音響波伝播層に、前記第1のコンタクトと第1の方向に対向して形成される第2のコンタクトと、
前記第1の音響波伝播層に、前記第1の方向と略直交する第2の方向に互いに対向して形成される第3および第4のコンタクトと、を有し、
前記検出部は、
前記第1および第2のコンタクト間に第1の電位差を生成する増幅器と、
前記第1の電位差と、前記第3および第4のコンタクト間に生じる、振幅が前記加速度に応じた第2の電位差と、に基づいて、前記加速度に対応したセンサ値を生成するミキサと、を有することを特徴とする請求項1に記載のセンサ。
The first semiconductor element is:
A second contact formed on the first acoustic wave propagating layer so as to face the first contact in a first direction;
The first acoustic wave propagation layer has third and fourth contacts formed opposite to each other in a second direction substantially orthogonal to the first direction,
The detector is
An amplifier for generating a first potential difference between the first and second contacts;
A mixer that generates a sensor value corresponding to the acceleration based on the first potential difference and a second potential difference that occurs between the third and fourth contacts and whose amplitude corresponds to the acceleration; The sensor according to claim 1, comprising:
前記第1の音響波伝播層の形状は、略正方形であることを特徴とする請求項7に記載のセンサ。   The sensor according to claim 7, wherein the first acoustic wave propagation layer has a substantially square shape. 前記検出部は、前記半導体基板上に形成されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のセンサ。   The sensor according to claim 1, wherein the detection unit is formed on the semiconductor substrate.
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