JP2020085497A - 検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一実施形態に係る湿度検出装置10の構成について説明する。
次に、センサチップ20の構成について説明する。
次に、ESD保護回路60の構成について説明する。
次に、湿度検出部21の構成について説明する。
次に、温度検出部22の構成について説明する。
次に、センサチップ20の素子構造について説明する。
図10は、加熱部23の平面形状を例示する概略平面図である。図10では、配線形状等を概略的に示しており、実際のレイアウトパターンとは異なる。
図11は、湿度検出部21の各電極の平面形状を例示する概略平面図である。
図12は、第2配線層121のレイアウトパターンを例示する平面図である。図12に示すように、下部電極83、グランド配線107、配線85等は、第2配線層121により形成されている。
図13は、図12のA−A線に沿った断面構造を示す概略断面図である。図13に示すように、容量検出電極としての下部電極83は、参照電極82の上方に配置されており、p型半導体基板70には近接していないので、p型半導体基板70との間で生じる寄生容量が抑制される。
次に、ASICチップ30の構成について説明する。
次に、湿度計測処理部31の構成について説明する。
第1駆動信号及び第2駆動信号のハイレベルは、例えば電源電圧VDDと等しく、ローレベルは、例えばグランド電位GNDと等しい。
次に、測定シーケンスについて説明する。
ここで、Csは、湿度検出用キャパシタ80の静電容量であり、Crは、参照用キャパシタ81の静電容量である。
また、第1電荷転送期間Tc1では、キャパシタC1の蓄積電荷Q4は下式(3)で表される。
そして、電荷保存則により「Q1+Q2=Q3+Q4」の関係が成立することから、第1電荷転送期間Tc1における出力電圧Voは、下式(4)で表される。
第1S/H302aによるサンプルホールドは、出力電圧Voが十分に上昇した第1電荷転送期間Tc1の終了時点の信号を取り込み、第1S/H302aには、式(4)で表される出力電圧Voが保持される。
キャパシタC1の蓄積電荷Q2'は0である。
第2電荷転送期間Tc2におけるキャパシタC1の蓄積電荷Q4'は、上式(3)と同様である。
第2S/H302bによるサンプルホールドは、出力電圧Voが十分に上昇した第2電荷転送期間Tc2の終了時点の信号を取り込み、第2S/H302bには、式(7)で表される出力電圧Voが保持される。
このように、第1期間T1と第2期間T2とで第1駆動信号と第2駆動信号との電圧を反転させることにより、測定信号の振幅を2倍に拡大することができる。
図17は、リーク電流の相殺効果について説明する図である。本実施形態では、センサチップ20の信号端子TSにESD保護回路60が接続されていることから、ESD保護回路60のPN接合に逆方向電圧が印加され、逆方向電流(リーク電流)が発生する可能性がある。また、オペアンプOP1に含まれるスイッチ回路SW1や、信号端子TSに接続されるスイッチ回路(図示せず)についても、PN接合に逆方向電圧が印可され、逆方向電流(リーク電流)が発生する可能性がある。
ここで、Iは、リーク電流の大きさ、tは、第1電荷転送期間Tc1及び第2電荷転送期間Tc2のそれぞれの長さを表している。
次に、図9及び図13に示す電極の積層構造による消費電力の低減効果について説明する。
次に、湿度計測処理部の変形例について説明する。
次に、シールド層の変形例について説明する。
以下、その他の種々の変形例について説明する。
Claims (13)
- 基板と、
前記基板の上方に設けられた参照電極と、
前記参照電極の上方に絶縁膜を介して設けられた下部電極と、
前記下部電極の上方に物理量検出膜を介して設けられた上部電極と、
を有し、
前記上部電極と前記下部電極とにより平行平板型の検出用キャパシタが構成され、前記下部電極と前記参照電極とにより平行平板型の参照用キャパシタが構成された検出装置。 - 前記下部電極の周囲には、シールド層が配置されている請求項1に記載の検出装置。
- 前記シールド層が2以上に分割されている請求項2に記載の検出装置。
- 前記シールド層は、前記下部電極の周囲の一部を取り囲む第1シールド層と、前記下部電極の周囲の他の部分を取り囲む第2シールド層とを有し、
前記第1シールド層と前記第2シールド層とには、逆位相の駆動信号が印加される請求項3に記載の検出装置。 - 前記シールド層は、前記参照電極、前記下部電極、及び前記上部電極に接続された各信号線を覆っている請求項2に記載の検出装置。
- 前記各信号線には、静電気放電保護回路が接続されている請求項5に記載の検出装置。
- 前記基板は半導体基板であって、
前記静電気放電保護回路は、MOSトランジスタで構成されている請求項6に記載の検出装置。 - 前記シールド層は、前記下部電極と同一の製造工程で形成された配線層である請求項3ないし7いずれか1項に記載の検出装置。
- 前記上部電極に交流の第1駆動信号を印加し、前記参照電極に前記第1駆動信号とは逆位相である交流の第2駆動信号を印加する駆動部と、
前記下部電極から出力される電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、
を有する請求項1ないし8いずれか1項に記載の検出装置。 - 前記検出用キャパシタと前記参照用キャパシタとを含む第1半導体チップと、
前記駆動部と前記電荷電圧変換部とを含む第2半導体チップと、
を有する請求項9に記載の検出装置。 - 前記第1半導体チップは、前記第2半導体チップ上に積層されている請求項10に記載の検出装置。
- 前記物理量検出膜は、感湿膜である請求項1ないし11いずれか1項に記載の検出装置。
- 前記感湿膜は、ポリイミドにより形成されている請求項12に記載の検出装置。
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