JP2014102171A - 圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ、およびタッチパネル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態に係る圧力センサは、基部と、前記基部に設けられ、可撓性を有する膜部と、前記膜部の重心に対して放射状に前記膜部の上に設けられた複数の検知素子と、を備えている。前記複数の検知素子のそれぞれは、磁化自由層である第1磁性層と、前記膜部の上に設けられた磁化自由層である第2磁性層と、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた中間層と、を有している。前記複数の検知素子のそれぞれは、第1の辺の長さがこれと交差する第2の辺の長さよりも長い形状異方性を有している。前記複数の検知素子は、前記第1の辺が前記重心から延びる放射状の線と所定の角度を有するように設けられている。
【選択図】図1
Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1の実施形態に係る圧力センサ310を例示するための模式的斜視図である。
なお、図1においては、図を見やすくするために、絶縁部分を省略し、主に導電部分を描いている。また、図を見やすくするために、複数の検知素子50のうち一部のものを描いている。
センサ部72は、基部71の上に設けられている。
センサ部72は、膜部64と、固定部67と、検知素子50と、を有する。
膜部64は、例えば、絶縁性材料を用いて形成することができる。膜部64は、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを含むものとすることができる。また、膜部64はシリコンなどの半導体材料を用いて形成することもできる。なお、膜部64は、例えば、金属材料などを用いて形成することもできる。
図1に例示をしたもののように、膜部64の平面形状が円の場合には、膜部64の直径寸法は、例えば、1μm以上、600μm以下とすることができる。この場合、好ましくは、60μm以上、600μm以下とすることができる。
固定部67は、例えば、膜部64の周縁に等間隔に設けることができる。
また、図1においては、固定部64は、分断的に形成された構造としたが、膜部64の周囲をすべて連続的に取り囲むように設けることもできる。たとえば、後述する図11(d)のように、膜部64の周囲を連続的な固定端とすることもできる。
固定部67は、例えば、基部71の材料と同じ材料から形成することができる。この場合、固定部67は、例えば、シリコンなどから形成することができる。
また、固定部67は、例えば、膜部64の材料と同じ材料から形成することもできる。
なお、検知素子50の構成や配置に関する詳細は後述する。
複数の検知素子50のそれぞれの第1磁性層10には、配線57が電気的にそれぞれ接続されている。複数の検知素子50のそれぞれの第2磁性層20には、配線58が電気的にそれぞれ接続されている。なお、後述する第1電極51、第2電極52を介して配線58、配線57が電気的にそれぞれ接続されていてもよい。
この場合、検知素子50に流す電流の向きは、第1磁性層10から第2磁性層20に向かう方向でもよいし、第2磁性層20から第1磁性層10に向かう方向でもよい。
基部71は、例えば、シリコンなどの半導体や、絶縁性材料を用いて形成することができる。膜部64は、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを含むものとすることができる。また、シリコンなどの半導体材料や金属材料を用いることもできる。
空洞部70の内部は、真空状態(1気圧よりも低い低圧状態)となっていてもよいし、空気や不活性ガスなどの気体や液体が充填されていてもよい。すなわち、空洞部70の内部は、膜部64が撓むことができるようになっていればよい。
空洞部70の上方には、膜部64が設けられ、膜部64は固定部67により基部71に固定されている。
図2は、検知素子50の構成を例示するための模式的斜視図である。
図2に示すように、検知素子50は、例えば、第1磁性層10と、膜部64に設けられた第2磁性層20と、第1磁性層10と第2磁性層20との間に設けられた中間層30と、を有する。
第1磁性層10と第2磁性層20は、磁化自由層である。
第1磁性層10と第2磁性層20の厚み寸法は、例えば、1nm以上、20nm以下とすることができる。この場合、第1磁性層10と第2磁性層20の厚み寸法は、2nm以上、6nm以下とすることがより好ましい。
磁歪定数の絶対値を大きくすれば、応力の変化に応じた磁化方向の変化量を大きくすることができる。
また、これらの金属、合金に、添加元素や極薄層として、B,Al,Si,Mg,C,Ti,V,Cr,Mn、Cu,Zn,Ga,Zr,Hfなどを添加することもできる。
また、結晶磁性層だけではなく、アモルファス磁性層を用いることも可能である。
また、酸化物や窒化物の磁性層を用いることも可能である。
例えば、第1磁性層10と第2磁性層20は、FeCoを含む層(例えば、CoFeやCoFeを含む合金の層)と、FeCoを含む層と積層される以下の層と、を有するものとすることができる。
FeCoを含む層と積層される層は、Fe−Co−Si−B合金、λs>100ppmを示すTb−M−Fe合金(Mは、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er)、Tb−M1−Fe−M2合金(M1は、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、M2は、Ti,Cr,Mn,Co,Cu,Nb,Mo,W,Ta)、Fe−M3−M4−B合金(M3は、Ti,Cr,Mn,Co,Cu,Nb,Mo,W,Ta、M4は、Ce,Pr,Nd,Sm,Tb,Dy,Er)、Ni、Al−Feやフェライト(Fe3O4、(FeCo)3O4)など)などから形成することができる。
中間層30は、例えば、金属材料や絶縁性材料などを用いて形成することができる。
金属材料としては、例えば、Cu、Au、Agなどを例示することができる。中間層30が金属材料から形成される場合には、中間層30の厚み寸法は、例えば、1nm以上、7nm以下とすることができる。
絶縁性材料を用いて形成された中間層30の場合には、トンネル磁気抵抗効果(TMR;Tunnel Magneto-Resistance Effect)が発現する。
圧力センサ310においては、検知素子50の積層方向に沿って電流を流すCPP−GMR(Current-Perpendicular-to-Plane Giant Magnetoresistance)が用いられる。
図3(a)、(b)に示すように、検知素子150には、例えば、第1電極51、バッファ層41、第2磁性層20、中間層30、第1磁性層10、キャップ層45、第2電極52が、この順で積層されて設けられている。
また、第1電極51と第2電極52は、導電性を有する軟磁性体から形成することができる。第1電極51と第2電極52を軟磁性体から形成すれば、外部からの磁気ノイズを低減することができる。この場合、第1電極51と第2電極52は、例えば、パーマロイ(NiFe合金)や珪素鋼(FeSi合金)などから形成することができる。
第2磁性層20、中間層30は、前述したものと同様とすることができる。
磁性積層膜10aは、後述する磁気抵抗効果(Magnetoresistance)の変化率を大きくするために設けられる。磁性積層膜10aは、例えば、前述したコバルトや鉄、ニッケルなどを含む層から形成することができる。例えば、CoFeB層などとすることができる。磁性積層膜10aの厚み寸法は、例えば、1nm以上、3nm以下とすることができる。
キャップ層45は、高磁歪磁性膜10bと、第2電極52との間に設けられている。キャップ層45の厚み寸法は、例えば、1nm以上、5nm以下とすることができる。
絶縁層54aと絶縁層54bは、例えば、アルミニウム酸化物(例えば、Al2O3)やシリコン酸化物(例えば、SiO2)などから形成することができる。
絶縁層54aと絶縁層54bの厚み寸法は、例えば、1nm以上、5nm以下とすることができる。
絶縁層54aと絶縁層54bを設けるようにすれば、周囲にリーク電流が流れることを抑制することができる。
そのため、検知素子50、150、150aの面積は、圧力によって撓む膜部64の面積よりも十分に小さくできる。例えば、検知素子50、150、150aの面積は、膜部64の面積の1/5以下とすることができる。
この場合、検知素子50、150、150aの加工精度などを考慮すると、検知素子50、150、150aを過度に小さくする必要はない。そのため、検知素子50、150、150aの短辺側の長さDは、例えば、0.1μm以上、30μm以下とすることができる。長辺(第1の辺の一例に相当する)側の長さLは、例えば、0.2μm以上、60μm以下が好ましい範囲である。
一方の辺の寸法Lがこれに交差する辺の寸法Dよりも大きくなっている形状とすれば、形状磁気異方性により、磁化方向は寸法Lを有する辺に沿う方向となる。
このように、形状異方性を利用することで、CoPtなどのハードバイアスやIrMnなどを用いた交換結合バイアスなどの磁化方向制御を用いることなく、外部圧力がゼロの状態における検知素子の磁化方向を任意の方向に設定することが可能となる。この場合、この任意の磁化方向が、膜平面内において、ある一定方向であれば、ハードバイアスや交換結合バイアスを用いることも可能である。しかしながら、本実施形態のように複数ある検知素子のぞれぞれが膜平面内で異なる方向に初期磁化方向が向くように設定する場合には、ハードバイアスや交換結合バイアスによるバイアス制御は事実上不可能な構成となる。本実施の形態においては、形状異方性を利用することで、膜部64に複数設けられた検知素子50それぞれにおいて、デバイス動作上有効に利用できるように、初期磁化方向を設定することが可能となる。これについては、以下に詳述する。
図4は、検知素子50、150、150aの作用について例示するための模式図である。
なお、図4においては、図を見やすくするために、第1磁性層10と第2磁性層20のみを描いている。
外部圧力によって膜部64が撓むと、第1磁性層10と第2磁性層20に応力81が加わる。
逆磁歪効果においては、磁歪定数の符号(正負)によって磁化の容易軸が変わる。すなわち、印加された応力81に応じて変化する磁化方向110、120変わる。
また、第1磁性層10の磁歪定数の絶対値と、第2磁性層20の磁歪定数の絶対値とは異なるものとされている。そのため、回転後における磁化方向110aと磁化方向120aとの間に角度差が生じる。
そのため、検知素子50、150、150aに電流を流し電気抵抗を測定することで、印加された応力、ひいては外部圧力を求めることができる。
なお、低抵抗状態の抵抗をRとし、磁気抵抗効果によって変化する電気抵抗の変化量をΔRとしたときに、ΔR/Rを「MR変化率」という。
なお、ここでは、一例として、検知素子50の配置について例示をするが、検知素子150、150aの配置も同様とすることができる。
図5(a)に示すように、検知素子50の平面形状が長方形の場合には、形状磁気異方性により磁化方向110、120が検知素子50の長辺に沿う方向となる。
また、図5(a)に示すように、膜部64に外部圧力が印加されると、応力81の方向81aは、膜部64の重心64bから放射状に延びる方向となる。
この歪が圧縮方向か引っ張り方向かで極性が異なるが、例えば、ある極性の圧力が印加されたときには、第1磁性層10と第2磁性層20の材料の磁歪定数の符号が正の場合には、磁化方向110、120は、応力81の方向81aに向けて回転する。そして、外部圧力印加によって磁化方向が初期の磁化方向(長辺方向)から短辺方向に傾く。
また、それぞれの検知素子50は、第1磁性層10の磁化方向110および第2磁性層20の磁化方向120の少なくともいずれかが、膜面64aの重心64bから放射状に延びる線と、直交するように設けることができる。
なお、膜部64の重心64bから、それぞれの検知素子50の重心までの距離が同じになるようにすることが好ましい。
図5(a)においては、長辺が膜部64の周縁に沿う方向に配置されているが、図5(a)の形態と直交した形態とすることもできる。例えば、図5(b)のように、短辺が膜部64の周縁に沿う方向に配置してもよい。
この場合、図5(a)の形態の場合と同じ磁歪極性で同じ極性の外部圧力が印加されたときには、磁化方向の変化は生じない。磁歪極性が図5(a)の形態の場合と異なるか、外部圧力の印加方向が図5(a)の形態の場合とは逆向きのときに、磁化方向が長辺方向から短辺方向に傾く。
また、図5(c)のように、長辺が膜部64の周縁に沿う方向でも、直交する方向でもなく、ある角度(図5(c)の場合は略45度)を有するように配置する構成も可能である。図5(a)、図5(b)においては、外部圧力がある一方向の極性の場合のみしか磁化方向が変化しない。しかしながら、図5(c)のような配置にすれば、外部圧力がプラス、マイナスのいずれの極性においても磁化方向が極性に応じて変わる。そのため、極性によらず測定できることがメリットとなる。一方、圧力範囲のダイナミックレンジは減少する。そのため、使用用途によって、図5(a)〜(c)の配設形態を使い分けることが好ましい。
図6(a)〜(c)は、膜部64の他の平面形状と、検知素子50の配置について例示をするための模式的平面図である。
図6(a)〜(c)に示すように、膜部64の平面形状は、楕円、正方形や長方形などの正多角形などとすることができる。
例えば、図6(a)〜(c)に示すように、それぞれの検知素子50は、第1の面を膜部64の膜面64aの重心64b側に向けて、膜面64aの重心64bに対して放射状に設けられている。
また、それぞれの検知素子50は、第1磁性層10の磁化方向110および第2磁性層20の磁化方向120の少なくともいずれかが、膜面64aの重心64bから放射状に延びる線と、直交するように設けることができる。
なお、一例として、4つの検知素子50が設けられる場合を例示したが、検知素子50の数は適宜変更することができる。
図7(a)〜(c)は、圧力センサ310の作用について例示をするための模式図である。
図7(a)は、膜部64を含む部分の模式的断面図である。図7(b)、(c)は、圧力センサ310の信号処理を例示するための模式図である。なお、図7(b)は検知素子50(150、150a)が電気的に直列接続された場合、図7(c)は検知素子50(150、150a)が電気的に並列接続された場合である。
検知素子50(150、150a)に応力81が加わると、前述したように、検知素子50(150、150a)の電気抵抗が応力81に応じて変化する。
前述したように、それぞれの検知素子50(150、150a)における応力81に対する特性は同様となっている。そのため、それぞれの信号50sg’を単純に加算することが可能となる。
前述したように、それぞれの検知素子50(150、150a)における応力81に対する特性は同様のものとなっている。そのため、電気的に直列接続された複数の検知素子50(150、150a)からの信号50sgに特別な処理を施す必要はない。
ここで、1つの検知素子50(150、150a)に印加することができるバイアス電圧は、150mV程度である。電気的に直列にN個の検知素子(N≧2)をつなげた場合には、150mV×Nの端子間電圧となる。例えば、N=25個の検知素子の場合には、150mV×25=3.75Vのバイアス電圧となる。端子間電圧の絶対値として1V以上の電圧となる方が、検知素子より後段の電気回路において処理を行うためには使いやすい電圧となるため、望ましい。本実施の形態においては、圧力が印加されたときに同じ信号を発する検知素子50が実現可能となり、その直列接続も可能な構成となるため、大きな効果を得ることができる。
一方、端子間電圧が10Vを超えてしまうと、検知素子より後段の電気回路における処理には、逆 にあまり望ましくない電圧となる。そのため、適切な電圧範囲になるように、検知素子50を直列接続する素子数N、およびバイアス電圧を設定することが望ましい。
例えば、検知素子を電気的に直列に接続したときの端子間電圧(例えば、図7(b)における2つの矢印間の電圧)が1V以上10V以下となるのが好ましい電圧範囲である。 また、この端子間電圧を発生するためには、検知素子50の一個あたりにかかるバイアス電圧を150mVとすると、素子数Nは、6個以上66個以下が望ましい。検知素子50の一個あたりにかかるバイアス電圧が100mVとすると、素子数Nは10個以上100個以下とすることがが望ましい。検知素子50の一個あたりにかかるバイアス電圧が50mVとすると、素子数Nは20個以上200個以下が望ましい。
この場合、検知素子に対する信頼性を確保した上での現実的なバイアス電圧の範囲を考えると、検知素子50の直列接続する素子数Nは6個以上200個以下が望ましい。
前述の効果では、SN比の改善のための素子数Nの直列接続の例を示したが、さらに、複数の検知素子50(150、150a)からの信号50sgを処理することで、周波数特性を改善するための信号処理なども可能である。
そのため、広い周波数帯域で高感度な圧力の検知が可能となる。
また、加算処理するだけでなく、積算処理、減算処理などを行ってもよい。
前述では、素子数Nすべてを電気的に直列接続した形態について説明したが、素子数Nの一部を電気的に並列接続する回路構成を実施してもかまわない。
また、図7(c)に示すように、複数の検知素子50(150、150a)から電気抵抗の変化に応じた信号50sg’を処理回路113にそれぞれ送る構成を用いてもかまわない。この送られてきたそれぞれの信号50sg’は、処理回路113により処理される。例えば、それぞれの信号50sg’が加算処理される。
前述したように、それぞれの検知素子50(150、150a)における応力81に対する特性は同様となっている。そのため、それぞれの信号50sg’を単純に加算することが可能となる。
この場合、複数の検知素子50(150、150a)からなるブリッジ回路を構成するようにすれば、温度補償を行うことができる。
なお、図8(a)はブリッジ回路の構成を例示するための模式図、図8(b)は回路図である。
そして、図8(b)に示すような接続を行うことで、複数の検知素子50(150、150a)からなるブリッジ回路を構成することができる。
なお、各領域250a〜250dにおける検知素子50(150、150a)の数は10個に限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
複数の検知素子50(150、150a)からなるブリッジ回路を構成するようにすれば、測定環境における温度が変動した場合であっても精度の高い測定を行うことができる。
このような、後段の増幅処理に適した検知信号は、容量型の圧力センサなどでは得ることが困難である。
これに対して、検知素子50(150、150a)においては、逆磁歪効果及び磁気抵抗効果を利用している。すなわち、磁化方向の変化により生じる電気抵抗の変化を検知している。そのため、検知素子50(150、150a)の微細化を行った場合であっても感度が悪くなるのを抑制することができる。その結果、小型かつ高感度の応力センサ310とすることができる。
トランジスタ132の上方に膜部64を設ける場合、膜部64の可動範囲(撓むことができる範囲)は、10μm以下とすることができる。
しかしながら、膜部64の可動範囲を小さくすれば、圧力を正確に検知するために圧力センサの感度αを高める必要がある。
また、微小点接触状態であっても圧力を正確に検知するためには、膜部64の面積を小さくする必要がある。
そのため、膜部64の可動範囲を小さくし、且つ、膜部64の面積を小さくしようとすると、圧力センサの感度αを高くする必要が生じる。
この場合、圧力センサ310の感度αは、例えば、α=(ΔR/Rmin)/εで表される。Rminは、低抵抗時における抵抗の値であり、ΔRは、抵抗変化量である。εは、歪であり、Δl/lで表される。ここで、lは初期の長さであり、Δlは長さの変位量である。
そのため、小型、且つ、高感度の圧力センサ310を実現することができる。
図9は、第2の実施形態に係る圧力センサ320の構成を例示するための模式的平面図である。
図9に示すように、圧力センサ320は、基部71aの上に設けられたセンサ部72a〜72dを有している。
センサ部72b〜72dは、センサ部72aと同様の構成要素を有しているが、膜部64の直径寸法Wa〜Wdがそれぞれ異なるものとなっている。
すなわち、膜部64の直径寸法Wa〜Wdがそれぞれ異なるセンサ部72a〜72dがアレイ状に配置されている。
次に、圧力センサ310の製造方法について例示する。
図10は、第3の実施形態に係る圧力センサ310の製造方法を例示するフローチャートである。
図11(a)〜(e)は、圧力センサ310の製造方法を例示する模式的工程図である。
なお、図11(a)〜(e)においては、図を見やすくするために、各要素の形状や大きさを、図1のものから適宜変更して示している。
また、図11(d)は、空洞部70を基板裏面から形成する製造方法である。この方法を用いる場合は、回路部を別チップで形成し、実装工程において圧力センサと回路部とをワンパッケージ化するSiP(System in Package)構成をとる。
図11(e)は、空洞部70を基板上部から形成する製造方法である。この方法を用いる場合は、基板下部にCMOS回路などを有するSoC(System on Chip)構成をとる。
例えば、図11(a)に示すように、基部71の上に膜部64となる膜64fmを形成する。基部71には、例えば、シリコン基板が用いられる。膜64fmには、例えば、シリコン酸化膜が用いられる。膜部64を基部71に固定する固定部67を形成する場合には、この工程で、膜64fmを加工して、固定部67を形成してもよい。
例えば、図11(b)に示すように、膜64fm(または、膜部64)の上に、導電膜を形成し、この導電膜を所定の形状に加工して配線57を形成する。
なお、図11(b)においては、図を見やすくするために、複数の配線57のうち一部のものを描いている。
例えば、図11(c)に示すように、配線57のパッド部57aの上に、検知素子50(150、150a)を形成する。
例えば、検知素子50(150、150a)を構成する要素となる膜を順に成膜して積層膜を形成する。そして、この積層膜を所定の形状に加工して、検知素子50(150、150a)を形成する。
例えば、図11(d)、(e)に示すように、検知素子50(150、150a)を覆うように、図示しない絶縁膜を形成し、この絶縁膜の一部を除去して検知素子50(150、150a)の上面を露出させる。この上に導電膜を形成し、所定の形状に加工して配線58を形成する。
なお、ステップS102〜S104の少なくとも一部は、技術的に可能な範囲で、同時に実施されてもよく、また、順序が入れ替わってもよい。
例えば、図11(d)、(e)に示すように、基部71の裏面(下面)側からのエッチング加工を行い空洞部70を形成する。空洞部70が形成されていない部分が非空洞部となり、膜部64と固定部67が形成されることになる。
エッチング加工は、例えば、深堀りRIE法(Deep reactive ion etching process)やボッシュプロセス(Bosch process)などを用いて行うことができる。
図12は、第4の実施形態に係る圧力センサ340を例示する模式的斜視図である。
図12に示すように、圧力センサ340には、センサ部72、基部71、半導体回路部130が設けられている。
半導体回路部130は、基部71の下方に設けられている。
半導体回路部130は、例えば、半導体基板131とトランジスタ132を有する。
半導体基板131の主面131aには、素子領域131bが設けられている。トランジスタ132は、素子領域131bに設けられている。
図13(a)〜(c)は、第5の実施形態に係る圧力センサ341の構成を例示するための模式図である。
図13(a)は、模式的斜視図であり、図13(b)及び図13(c)は、圧力センサ341の構成を例示するためのブロック図である。
アンテナ115は、電気配線116を介して、半導体回路部130と電気的に接続されている。
送信回路117は、検知素子50(150、150a)に流れる電気信号に基づくデータを無線で送信する。送信回路117の少なくとも一部は、半導体回路部130に設けることができる。
この場合、送信回路117を有する圧力センサ341と、受信部118を有する電子機器118dと、を組み合わせて用いることができる。
次に、図12において例示をした圧力センサ340の製造方法について例示する。
図14(a)、図14(b)、図15(a)、図15(b)、図16(a)、図16(b)、図17(a)、図17(b)、図18(a)、図18(b)、図19(a)、図19(b)、図20(a)、図20(b)、図21(a)、図21(b)、図22(a)、図22(b)、図23(a)、図23(b)、図24(a)、図24(b)、図25(a)及び図25(b)は、第6の実施形態に係る圧力センサ340の製造方法を例示するための模式図である。
また、各図中における矢印X、Y、Zは、互いに直交する方向を表している。
次に、図19(a)、(b)に示すように、導電層61fの上に、検知素子50となる積層膜50fを形成する。
なお、以下においては一例として、検知素子50を形成する場合を例に挙げて説明する。この場合、検知素子150、150aを形成する場合も同様とすることができる。例えば、検知素子150、150aを構成する要素となる膜を順に成膜して積層膜を形成し、この積層膜を所定の形状に加工して、検知素子150、150aを形成すればよい。
次に、図21(a)、(b)に示すように、絶縁膜65fの一部を除去し、導電層61fを所定の形状に加工する。これにより、配線57が形成される。このとき、導電層61fの一部は、接続ピラー62faに電気的に接続される接続ピラー62fbとなる。さらに、この上に、絶縁層66となる絶縁膜66fを形成する。
次に、図23(a)、(b)に示すように、上面に、配線58となる導電層62fを形成する。導電層62fの一部は、接続ピラー62fbと電気的に接続される。
次に、図24(a)、(b)に示すように、導電層62fを所定の形状に加工する。これにより、配線58が形成される。配線58は、接続ピラー62fbと電気的に接続される。
なお、リング状の固定部67とするためには、例えば、空洞部70の上方における非空洞部の縁と膜部64との間を絶縁膜で埋めるようにすればよい。
以上の様にして圧力センサ340が形成される。
すなわち、図14〜図25において例示をした圧力センサ340の製造方法のフローチャートである。
例えば、図14(a)、(b)において例示をしたようにしてトランジスタ132を形成する。
次に、半導体基板131の上に層間絶縁層を形成し、トランジスタ132の上に犠牲層114lを形成する(ステップS120)。
例えば、図15(a)〜図16(b)において例示をしたようにして層間絶縁層や犠牲層114lを形成する。なお、層間絶縁層には、例えば、層間絶縁膜114iが含まれる。
なお、場合によっては、以下の導電層61fが膜部64を兼ねる場合もある。この場合は、ステップS121は省略される。
例えば、図18(a)、(b)において例示をしたようにして導電層61fを形成する。
次に、犠牲層114lの上方であって、導電層61fの上に、第1磁性層10を含む検知素子50を形成する(ステップS140)。
例えば、図19(a)〜図20(b)において例示をしたようにして検知素子50を形成する。なお、検知素子150、150aも同様にして形成することができる。
例えば、図23(a)〜図24(b)において例示をしたようにして導電層62fを形成する。
例えば、層間絶縁層の中に、導電層61fと半導体基板131とを電気的に接続する配線と、導電層62fと半導体基板131とを電気的に接続する配線と、を形成する。
例えば、図14(a)、図14(b)、図15(a)、図15(b)、図17(a)、図17(b)、図21(a)及び図21(b)において例示をしたようにして埋め込み配線を形成する。
なお、ステップS160は、例えば、ステップS110〜ステップS150の間、及び、ステップS150の後、の少なくともいずれかの工程において、1回、または、複数回実施することができる。
例えば、図25(a)、(b)において例示をしたようにして犠牲層114lを除去する。
以上の様にして圧力センサ340が形成される。
なお、各工程の内容は、図14〜図25において例示をしたものと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
図27は、第7の実施形態に係るマイクロフォン410について例示をするための模式図である。
図27に示すように、マイクロフォン410は、前述した各実施形態に係る任意の圧力センサ(例えば、圧力センサ310、320、340、341)や、それらの変形に係る圧力センサを有する。以下においては、一例として、圧力センサ310を有するマイクロフォン410について例示をする。
マイクロフォン410は、圧力センサ310などを備えているので、広域の周波数に対して高感度とすることができる。
図28(a)、(b)は、第8の実施形態に係る血圧センサ330について例示をするための模式図である。
図28(a)は、ヒトの動脈血管の上の皮膚を例示する模式的平面図である。図28(b)は、図28(a)に表したH1−H2線断面図である。
そのため、図28(b)に示すように、血圧センサ330の圧力センサ310などが設けられた部分を動脈血管101の上の皮膚103に容易に押し当てることができる。その結果、連続的、且つ、高精度な血圧測定を行うことが可能となる。
図29は、第9の実施形態に係るタッチパネル350を例示するための模式図である。 本実施の形態に係るタッチパネル350は、前述した各実施形態に係る任意の圧力センサ(例えば、圧力センサ310、320、340、341)や、それらの変形に係る圧力センサを有する。なお、図29におけるタッチパネル350は、一例として、圧力センサ310を有する場合を例示したものである。
なお、圧力センサ310は、タッチパネル350のディスプレイの内部およびディスプレイの外部の少なくともいずれかに設けられていればよい。
複数の第2配線357は、第1方向と交差する第3方向に沿って並んでいる。複数の第2配線357のそれぞれは、第3方向と交差する第4方向に沿って延びている。
なお、第1方向と第4方向とが同じ方向であってもよい。また、第2方向と第3方向とが同じ方向であってもよい。
圧力センサ310の1つは、検出のための検出要素310eの1つとなる。ここで、交差部は、第1配線356と第2配線357とが交差する位置の周辺の領域を含む。
例えば、制御部351は、複数の第1配線356に電気的に接続された第1配線用回路356dと、複数の第2配線357に電気的に接続された第2配線用回路357dと、第1配線用回路356dと第2配線用回路357dとに電気的に接続された制御回路355と、を有している。
圧力センサ310の膜部64に外部圧力が印加されると、すなわち、検出要素310eが押されると、検知信号が制御部351に送られ所定の処理が行われる。
Claims (15)
- 基部と、
前記基部に設けられ、可撓性を有する膜部と、
前記膜部の重心に対して放射状に前記膜部の上に設けられた複数の検知素子と、
を備え、
前記複数の検知素子のそれぞれは、磁化自由層である第1磁性層と、前記膜部の上に設けられた磁化自由層である第2磁性層と、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた中間層と、を有し、
前記複数の検知素子のそれぞれは、第1の辺の長さがこれと交差する第2の辺の長さよりも長い形状異方性を有し、
前記複数の検知素子は、前記第1の辺が前記重心から延びる放射状の線と所定の角度を有するように設けられた圧力センサ。 - 基部と、
前記基部に設けられた空洞部と、
前記基部に設けられ、可撓性を有する膜部と、
前記膜部の上に設けられた複数の検知素子と、
を備え、
前記複数の検知素子のそれぞれは、磁化自由層である第1磁性層と、前記膜部の上に設けられた磁化自由層である第2磁性層と、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた中間層と有し、
前記複数の検知素子のそれぞれは、第1の辺の長さがこれと交差する第2の辺の長さよりも長い形状異方性を有し、
前記複数の検知素子のそれぞれは、前記空洞部の開口の周縁に沿うように設けられた圧力センサ。 - 前記それぞれの検知素子は、前記第1の辺が、前記膜面の重心から放射状に延びる線と直交するように設けられている請求項1記載の圧力センサ。
- 前記それぞれの検知素子は、前記第1の辺が、前記膜面の重心から放射状に延びる線と平行するように設けられている請求項1記載の圧力センサ。
- 前記それぞれの検知素子は、前記第1の辺が、前記膜面の重心から放射状に延びる線と略45度の角度を有するように設けられている請求項1記載の圧力センサ。
- 前記それぞれの検知素子は、前記第1磁性層の磁化方向および前記第2磁性層の磁化方向の少なくともいずれかが、前記膜面の重心から放射状に延びる線と直交するように設けられている請求項1〜5のいずれか1つに記載の圧力センサ。
- 前記第1磁性層の磁化方向と、前記第2磁性層の磁化方向と、は、互いに異なる請求項1〜6のいずれか1つに記載の圧力センサ。
- 前記複数の検知素子のうちの少なくとも2つは、電気的に直列接続されている請求項1〜7のいずれか1つに記載の圧力センサ。
- 前記電気的に直列接続された検知素子の端子間には、1V以上10V以下の電圧が印加される請求項8記載の圧力センサ。
- 前記電気的に直列接続された検知素子の素子数は、6個以上200個以下である請求項8記載の圧力センサ。
- 前記第1の辺の寸法は、0.2μm以上60μm以下である請求項1〜10のいずれか1つに記載の圧力センサ。
- 前記それぞれの検知素子の平面形状は、四角形である請求項1〜11のいずれか1つに記載の圧力センサ。
- 請求項1〜12のいずれか1つに記載の圧力センサを備えたマイクロフォン。
- 請求項1〜12のいずれか1つに記載の圧力センサを備えた血圧センサ。
- 請求項1〜12のいずれか1つに記載の圧力センサを備えたタッチパネル。
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