JP3138303B2 - 最大電圧測定装置及び強誘電体素子 - Google Patents
最大電圧測定装置及び強誘電体素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は最大電圧測定装置及び強
誘電体素子、特に光センサや熱センサ、圧力センサ等の
電位を発生させる装置の出力最大電圧を無電源で測定す
る装置に関する。
誘電体素子、特に光センサや熱センサ、圧力センサ等の
電位を発生させる装置の出力最大電圧を無電源で測定す
る装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光センサや熱センサ、圧力センサや風力
センサ等は測定すべき光や熱あるいは圧力の量に応じた
電位を発生させるが、これらの電位が所定値以上になっ
たか否かをモニタするためには、例えば図１１に示され
るようなコンパレータ１０が用いられる。コンパレータ
１０は通常カレントミラー回路１０ａ及び差動回路１０
ｂを含んで構成され、非反転入力端子と反転入力端子と
の差に応じた電圧が出力として取り出される。そして、
非反転入力端子に光センサや熱センサ等の電位を発生す
る装置を接続し、反転入力端子に基準電圧を印加するこ
とにより光センサや熱センサ等の外部電圧が基準電圧以
上になったか否かがモニタされる。
センサ等は測定すべき光や熱あるいは圧力の量に応じた
電位を発生させるが、これらの電位が所定値以上になっ
たか否かをモニタするためには、例えば図１１に示され
るようなコンパレータ１０が用いられる。コンパレータ
１０は通常カレントミラー回路１０ａ及び差動回路１０
ｂを含んで構成され、非反転入力端子と反転入力端子と
の差に応じた電圧が出力として取り出される。そして、
非反転入力端子に光センサや熱センサ等の電位を発生す
る装置を接続し、反転入力端子に基準電圧を印加するこ
とにより光センサや熱センサ等の外部電圧が基準電圧以
上になったか否かがモニタされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
コンパレータ等の電圧測定装置は、外部から電源１０ｃ
が供給されないと動作できない問題があり、また常時最
大電圧をモニタするためには、コンパレータの出力に更
に外部メモリを接続しなければならず装置構成が複雑化
してしまう問題があった。
コンパレータ等の電圧測定装置は、外部から電源１０ｃ
が供給されないと動作できない問題があり、また常時最
大電圧をモニタするためには、コンパレータの出力に更
に外部メモリを接続しなければならず装置構成が複雑化
してしまう問題があった。
【０００４】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
なされたものであり、その目的は無電源かつ不揮発で最
高到達電圧を測定することが可能な最大電圧測定装置を
提供することにある。
なされたものであり、その目的は無電源かつ不揮発で最
高到達電圧を測定することが可能な最大電圧測定装置を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る最大電圧測定装置は、ほぼ同一の厚さ
を有する強誘電体素子を一または複数個直列に接続し、
直列接続した個数に応じてその厚さが異なる強誘電体素
子列を複数列並列に接続してなる強誘電体ユニットと、
この強誘電体ユニットに所定電圧を印加して強誘電体ユ
ニット内の各強誘電体素子列に最大自発分極を生じさせ
るリセット回路と、前記強誘電体ユニットに前記所定電
圧と逆極性で測定すべき外部電圧を印加することにより
互いに厚さの異なる各強誘電体素子列に生じた残留分極
を測定する分極測定回路と、を有し、各強誘電体素子列
の前記残留分極が反転分極であるか否かにより前記外部
電圧の最大電圧を得ることを特徴とする。
に、本発明に係る最大電圧測定装置は、ほぼ同一の厚さ
を有する強誘電体素子を一または複数個直列に接続し、
直列接続した個数に応じてその厚さが異なる強誘電体素
子列を複数列並列に接続してなる強誘電体ユニットと、
この強誘電体ユニットに所定電圧を印加して強誘電体ユ
ニット内の各強誘電体素子列に最大自発分極を生じさせ
るリセット回路と、前記強誘電体ユニットに前記所定電
圧と逆極性で測定すべき外部電圧を印加することにより
互いに厚さの異なる各強誘電体素子列に生じた残留分極
を測定する分極測定回路と、を有し、各強誘電体素子列
の前記残留分極が反転分極であるか否かにより前記外部
電圧の最大電圧を得ることを特徴とする。
【０００６】ここで、強誘電体素子は半導体基板上に形
成された下部電極と、この下部電極上に形成された強誘
電体膜と、この強誘電体膜上にその一部が前記下部電極
上に位置するように形成された上部電極とから構成され
る。
成された下部電極と、この下部電極上に形成された強誘
電体膜と、この強誘電体膜上にその一部が前記下部電極
上に位置するように形成された上部電極とから構成され
る。
【０００７】
【作用】本発明の最大電圧測定装置はこのような構成を
有しており、強誘電体素子の自発分極を利用して最大電
圧を測定するものである。
有しており、強誘電体素子の自発分極を利用して最大電
圧を測定するものである。
【０００８】周知の如く、強誘電体は永久双極子モーメ
ントに基づく自発分極を有する誘電体のうち、電界を加
えることにより分極方向の反転可能なものであり、強磁
性体のＢ−Ｈ曲線と極めて類似した特性を示すことが知
られている（強誘電体のＰ−Ｅヒステリシスループ）。
ントに基づく自発分極を有する誘電体のうち、電界を加
えることにより分極方向の反転可能なものであり、強磁
性体のＢ−Ｈ曲線と極めて類似した特性を示すことが知
られている（強誘電体のＰ−Ｅヒステリシスループ）。
【０００９】そこで、本発明の最大電圧測定装置では強
誘電体素子を一方向に自発分極させ、この自発分極を外
部電圧により反転させて残留分極を生ぜしめ、最大電圧
を測定するものである。
誘電体素子を一方向に自発分極させ、この自発分極を外
部電圧により反転させて残留分極を生ぜしめ、最大電圧
を測定するものである。
【００１０】ここで、本発明の強誘電体ユニットは、ほ
ぼ同一の厚さを有する強誘電体素子を位置または複数個
直列に接続した強誘電体素子列が複数列並列に接続して
構成されており、従って、各強誘電体素子列はその直列
接続される強誘電体素子の個数に応じて強誘電体の厚さ
が異なることになる。個数が多いほど強誘電体の厚さは
厚くなる。
ぼ同一の厚さを有する強誘電体素子を位置または複数個
直列に接続した強誘電体素子列が複数列並列に接続して
構成されており、従って、各強誘電体素子列はその直列
接続される強誘電体素子の個数に応じて強誘電体の厚さ
が異なることになる。個数が多いほど強誘電体の厚さは
厚くなる。
【００１１】そして、強誘電体の厚さが異なる場合に
は、最大自発分極はほぼ等しい値となるものの、自発分
極を反転させるために必要な抗電界の値は厚さに比例し
て増大することが知られている。従って、外部電圧を逆
特性で印加すると、この外部印加電圧が各強誘電体素子
列の有する抗電界以上の場合には自発分極が反転し、そ
うでない場合には反転しないこととなる。そこで、各強
誘電体素子列が反転したかしないかを検出することによ
り、印加外部電圧の最大値が測定できることになる。
は、最大自発分極はほぼ等しい値となるものの、自発分
極を反転させるために必要な抗電界の値は厚さに比例し
て増大することが知られている。従って、外部電圧を逆
特性で印加すると、この外部印加電圧が各強誘電体素子
列の有する抗電界以上の場合には自発分極が反転し、そ
うでない場合には反転しないこととなる。そこで、各強
誘電体素子列が反転したかしないかを検出することによ
り、印加外部電圧の最大値が測定できることになる。
【００１２】また、このように複数の強誘電体素子を有
する強誘電体ユニットを集積化するためには、多数の微
小な強誘電体素子を半導体基板上に形成する必要がある
が、この強誘電体素子を下部電極と、この下部電極上に
形成された強誘電体膜と、この強誘電体膜上にその一部
が下部電極上に位置するように形成された上部電極とか
ら構成することにより、強誘電体膜のうち上部電極と下
部電極に挟まれた領域のみが強誘電体素子として機能す
ることになり、微細加工が困難な強誘電体膜に微細加工
を行うことなく微小な強誘電体素子を多数配列すること
が可能となる。
する強誘電体ユニットを集積化するためには、多数の微
小な強誘電体素子を半導体基板上に形成する必要がある
が、この強誘電体素子を下部電極と、この下部電極上に
形成された強誘電体膜と、この強誘電体膜上にその一部
が下部電極上に位置するように形成された上部電極とか
ら構成することにより、強誘電体膜のうち上部電極と下
部電極に挟まれた領域のみが強誘電体素子として機能す
ることになり、微細加工が困難な強誘電体膜に微細加工
を行うことなく微小な強誘電体素子を多数配列すること
が可能となる。
【００１３】
【実施例】以下、図面を用いながら本発明に係る最大電
圧測定装置の一実施例を説明する。 図１には本実施例
の全体構成図が示されている。複数の強誘電体素子列
（図１では３個の強誘電体素子列）が互いに並列に接続
されて強誘電体ユニット２０を構成している。ここで、
第１の強誘電体素子列は個々の強誘電体素子Ｆ1 で構成
され、第２の強誘電体素子列は２個の強誘電体素子
Ｆ1 ，Ｆ2 が直列に接続されて構成されている。また、
第３の強誘電体素子列は３個の強誘電体素子列Ｆ1 ，Ｆ
2 ，Ｆ3 が直列に接続されて構成されている。強誘電体
素子Ｆ1 〜Ｆ3 は全て同一の厚さを有しており、図２に
示されるように所定厚さを有するＰＺＴ（ジルコン酸チ
タン酸鉛）強誘電体２０ｂをＰｔ電極２０ａ、２０ｃで
挟んだ構成を有している。そして、各強誘電体素子列に
は直列にスイッチＳ1 〜Ｓ3 が接続されている。
圧測定装置の一実施例を説明する。 図１には本実施例
の全体構成図が示されている。複数の強誘電体素子列
（図１では３個の強誘電体素子列）が互いに並列に接続
されて強誘電体ユニット２０を構成している。ここで、
第１の強誘電体素子列は個々の強誘電体素子Ｆ1 で構成
され、第２の強誘電体素子列は２個の強誘電体素子
Ｆ1 ，Ｆ2 が直列に接続されて構成されている。また、
第３の強誘電体素子列は３個の強誘電体素子列Ｆ1 ，Ｆ
2 ，Ｆ3 が直列に接続されて構成されている。強誘電体
素子Ｆ1 〜Ｆ3 は全て同一の厚さを有しており、図２に
示されるように所定厚さを有するＰＺＴ（ジルコン酸チ
タン酸鉛）強誘電体２０ｂをＰｔ電極２０ａ、２０ｃで
挟んだ構成を有している。そして、各強誘電体素子列に
は直列にスイッチＳ1 〜Ｓ3 が接続されている。
【００１４】また、この強誘電体ユニット２０を自発分
極させるためのリセット回路２２が設けられており、こ
のリセット回路２２の直流電源２２ａにより強誘電体素
子Ｆ1 〜Ｆ3 のＰｔ電極を介してＰＺＴ強誘電体２０ｂ
に直流電圧を印加して、最大自発分極Ｐｒを生じさせ
る。ここで、第１の強誘電体素子列は１個の強誘電体素
子Ｆ1 から構成されているので、その強誘電体の膜厚は
強誘電体素子Ｆ1 のＰＺＴ強誘電体２０ｂの膜厚に等し
くなる。一方、第２の強誘電体素子列は２個の強誘電体
素子Ｆ1 ，Ｆ2 から構成されているため、強誘電体の合
計膜厚は強誘電体素子Ｆ1 のＰＺＴ強誘電体２０ｂの２
倍の膜厚となる。更に、第３の強誘電体素子列は３個の
強誘電体素子Ｆ1 ，Ｆ2 ，Ｆ3から構成されているた
め、その強誘電体の膜厚はＰＺＴ強誘電体２０ｂの膜厚
の３倍となる。
極させるためのリセット回路２２が設けられており、こ
のリセット回路２２の直流電源２２ａにより強誘電体素
子Ｆ1 〜Ｆ3 のＰｔ電極を介してＰＺＴ強誘電体２０ｂ
に直流電圧を印加して、最大自発分極Ｐｒを生じさせ
る。ここで、第１の強誘電体素子列は１個の強誘電体素
子Ｆ1 から構成されているので、その強誘電体の膜厚は
強誘電体素子Ｆ1 のＰＺＴ強誘電体２０ｂの膜厚に等し
くなる。一方、第２の強誘電体素子列は２個の強誘電体
素子Ｆ1 ，Ｆ2 から構成されているため、強誘電体の合
計膜厚は強誘電体素子Ｆ1 のＰＺＴ強誘電体２０ｂの２
倍の膜厚となる。更に、第３の強誘電体素子列は３個の
強誘電体素子Ｆ1 ，Ｆ2 ，Ｆ3から構成されているた
め、その強誘電体の膜厚はＰＺＴ強誘電体２０ｂの膜厚
の３倍となる。
【００１５】図５には各強誘電体素子列のＰ−Ｅヒステ
リシスループが示されている。図において、第１、第２
及び第３強誘電体素子列の最大自発分極Ｐｒの値はほと
んど同じ値であるが、強誘電体の合計膜厚が増大するほ
ど分極を反転させるに必要な電界、すなわち抗電界の値
が増大することがわかる。従って、リセット回路２２の
直流電源２２ａにより最大自発分極Ｐｒを生じさせる場
合には最も膜厚が大きい第３の強誘電体素子列に最大自
発分極を生じさせるに十分な電界を印加する必要があ
る。
リシスループが示されている。図において、第１、第２
及び第３強誘電体素子列の最大自発分極Ｐｒの値はほと
んど同じ値であるが、強誘電体の合計膜厚が増大するほ
ど分極を反転させるに必要な電界、すなわち抗電界の値
が増大することがわかる。従って、リセット回路２２の
直流電源２２ａにより最大自発分極Ｐｒを生じさせる場
合には最も膜厚が大きい第３の強誘電体素子列に最大自
発分極を生じさせるに十分な電界を印加する必要があ
る。
【００１６】このように、リセット回路２２により強誘
電体ユニット２０内の全ての強誘電体素子に最大自発分
極Ｐｒを生じさせた後、測定すべき外部電圧をこの強誘
電体ユニット２０に逆極性となるように接続し、外部電
圧の最大値を測定する。以下、この最大電圧値算出プロ
セスを風力センサからの電圧を測定する場合を例にとり
説明する。
電体ユニット２０内の全ての強誘電体素子に最大自発分
極Ｐｒを生じさせた後、測定すべき外部電圧をこの強誘
電体ユニット２０に逆極性となるように接続し、外部電
圧の最大値を測定する。以下、この最大電圧値算出プロ
セスを風力センサからの電圧を測定する場合を例にとり
説明する。
【００１７】図３には本実施例の測定プロセスのフロー
チャートが示されている。まず、Ｓ１０１にて前述した
リセット回路２２を用いて強誘電体ユニット２０内の各
強誘電体素子Ｆ1 〜Ｆ3 に最大自発分極Ｐｒを生じさせ
る。次に、風力センサから出力された電圧をリセット回
路２２の極性と逆極性になるように強誘電体ユニット２
０に接続する。このとき、各強誘電体素子列に直列に接
続されたスイッチＳ1 〜Ｓ3 は全てＯＮとする。図４に
は風力センサからの出力電圧特性の一例が示されてお
り、横軸は時間、縦軸は出力電圧を表している。本実施
例における風力センサからの出力電圧は時間ｔ1 ，
ｔ2 ，ｔ3 でそれぞれピーク値ｄ，ｅ，ｆを出力する。
このような特性を有する外部電圧が強誘電体ユニット２
０内の各強誘電体素子Ｆ1 〜Ｆ3 に印加されると、各強
誘電体素子はそのＰ−Ｅヒステリシスループに沿って自
発分極が変化してゆく。
チャートが示されている。まず、Ｓ１０１にて前述した
リセット回路２２を用いて強誘電体ユニット２０内の各
強誘電体素子Ｆ1 〜Ｆ3 に最大自発分極Ｐｒを生じさせ
る。次に、風力センサから出力された電圧をリセット回
路２２の極性と逆極性になるように強誘電体ユニット２
０に接続する。このとき、各強誘電体素子列に直列に接
続されたスイッチＳ1 〜Ｓ3 は全てＯＮとする。図４に
は風力センサからの出力電圧特性の一例が示されてお
り、横軸は時間、縦軸は出力電圧を表している。本実施
例における風力センサからの出力電圧は時間ｔ1 ，
ｔ2 ，ｔ3 でそれぞれピーク値ｄ，ｅ，ｆを出力する。
このような特性を有する外部電圧が強誘電体ユニット２
０内の各強誘電体素子Ｆ1 〜Ｆ3 に印加されると、各強
誘電体素子はそのＰ−Ｅヒステリシスループに沿って自
発分極が変化してゆく。
【００１８】ここで、図６に示されるように、ＰＺＴ強
誘電体の膜厚が増加するに従い反転分極が生じる抗電界
も膜厚にほぼ比例して増大していくため、風力センサか
らの出力電圧が最大値ｆとなったときにこのｆに相当す
る電界が抗電界以上であるときには反転分極が生じるこ
ととなる。本実施例においては、前述したように第１の
強誘電体素子列の膜厚が最も小さく、第３の強誘電体素
子列の最も膜厚が大きいため、出力電圧ｆの値に応じて
以下の３態様が出現することになる。
誘電体の膜厚が増加するに従い反転分極が生じる抗電界
も膜厚にほぼ比例して増大していくため、風力センサか
らの出力電圧が最大値ｆとなったときにこのｆに相当す
る電界が抗電界以上であるときには反転分極が生じるこ
ととなる。本実施例においては、前述したように第１の
強誘電体素子列の膜厚が最も小さく、第３の強誘電体素
子列の最も膜厚が大きいため、出力電圧ｆの値に応じて
以下の３態様が出現することになる。
【００１９】（１）第１、第２、第３各強誘電体素子列
いずれも反転分極を生じない。
いずれも反転分極を生じない。
【００２０】（２）第１、第２、第３各強誘電体素子列
のうちいずれか（第１、第２、第３強誘電体素子列の順
に分極反転しにくくなる）が分極反転する。
のうちいずれか（第１、第２、第３強誘電体素子列の順
に分極反転しにくくなる）が分極反転する。
【００２１】（３）第１、第２、第３各強誘電体素子列
全てが分極反転する。
全てが分極反転する。
【００２２】そこで、次に強誘電体ユニットの出力端を
分極測定回路２４に接続し、スイッチＳ1 〜Ｓ3 を順次
ＯＮさせていき、分極が反転しているか否かを調べるこ
とにより風力センサの最大出力電圧値を検出することが
できる。
分極測定回路２４に接続し、スイッチＳ1 〜Ｓ3 を順次
ＯＮさせていき、分極が反転しているか否かを調べるこ
とにより風力センサの最大出力電圧値を検出することが
できる。
【００２３】図７には本実施例における分極測定回路２
４の回路図及び分極測定原理説明図が示されている。分
極測定回路２４は強誘電体素子に最大自発分極を生じさ
せる直流電源２４ａ及び抵抗２４ｂから構成され、ＢＣ
間の電圧ないし電流をモニタすることにより残留分極が
検出される。
４の回路図及び分極測定原理説明図が示されている。分
極測定回路２４は強誘電体素子に最大自発分極を生じさ
せる直流電源２４ａ及び抵抗２４ｂから構成され、ＢＣ
間の電圧ないし電流をモニタすることにより残留分極が
検出される。
【００２４】すなわち、強誘電体素子を最大自発分極さ
せるべくＡＢ間に電圧を印加し、その時のＢＣ間の電圧
変動を測定すると、強誘電体素子が分極反転してすでに
最大自発分極Ｐｒを有している場合には図７（Ｂ）にお
いてイのような変化となるが、強誘電体素子の残留分極
が完全に分極反転していない場合にはロのような変化を
示すことになる。これは強誘電体素子がすでに最大自発
分極を有している場合にはＰ−Ｅヒステリシスループ上
で変化を示し、そうでない場合にはＰ−Ｅヒステリシス
ループに沿わずに変化するからである。
せるべくＡＢ間に電圧を印加し、その時のＢＣ間の電圧
変動を測定すると、強誘電体素子が分極反転してすでに
最大自発分極Ｐｒを有している場合には図７（Ｂ）にお
いてイのような変化となるが、強誘電体素子の残留分極
が完全に分極反転していない場合にはロのような変化を
示すことになる。これは強誘電体素子がすでに最大自発
分極を有している場合にはＰ−Ｅヒステリシスループ上
で変化を示し、そうでない場合にはＰ−Ｅヒステリシス
ループに沿わずに変化するからである。
【００２５】従って、最大自発分極以外の残留分極が生
じている場合にはロのような電圧（あるいは電流）変化
を示すので、ＡＢ間に２回所定の電圧を印加し、その２
回の電圧（あるいは電流）変化の差（図中斜線部分）を
求めることにより、残留分極の値を測定することができ
る（すでに最大自発分極Ｐｒのときは差は０となり、そ
うでない場合は残留分極に応じた差を示すことにな
る）。
じている場合にはロのような電圧（あるいは電流）変化
を示すので、ＡＢ間に２回所定の電圧を印加し、その２
回の電圧（あるいは電流）変化の差（図中斜線部分）を
求めることにより、残留分極の値を測定することができ
る（すでに最大自発分極Ｐｒのときは差は０となり、そ
うでない場合は残留分極に応じた差を示すことにな
る）。
【００２６】なお、前述したように各強誘電体素子列に
最大自発分極を生じさせるための直流電源２４ａは強誘
電体の膜厚に応じて変化させる必要があり、従って本実
施例の分極測定回路２４の直流電源２４ａの電圧はリセ
ット回路２２の直流電源２２ａと同様の電圧でよいが、
例えば図８に示すように第２の強誘電体素子列及び第３
の強誘電体素子列にそれぞれスイッチＴ1 ，Ｔ2 を設
け、第１の強誘電体素子列の反転分極を測定する場合に
はＳ1 を閉じて強誘電体素子Ｆ1 に直流電圧を印加し、
第２の強誘電体素子列の反転分極を測定する場合にはス
イッチＳ2 及びＴ1 をＯＮとして強誘電体素子Ｆ1 のみ
の反転分極を測定する。また、第３の強誘電体素子列の
反転分極を測定する場合には、スイッチＳ3 及びＴ2 を
ＯＮとして強誘電体素子Ｆ1 のみの反転分極を測定す
る。
最大自発分極を生じさせるための直流電源２４ａは強誘
電体の膜厚に応じて変化させる必要があり、従って本実
施例の分極測定回路２４の直流電源２４ａの電圧はリセ
ット回路２２の直流電源２２ａと同様の電圧でよいが、
例えば図８に示すように第２の強誘電体素子列及び第３
の強誘電体素子列にそれぞれスイッチＴ1 ，Ｔ2 を設
け、第１の強誘電体素子列の反転分極を測定する場合に
はＳ1 を閉じて強誘電体素子Ｆ1 に直流電圧を印加し、
第２の強誘電体素子列の反転分極を測定する場合にはス
イッチＳ2 及びＴ1 をＯＮとして強誘電体素子Ｆ1 のみ
の反転分極を測定する。また、第３の強誘電体素子列の
反転分極を測定する場合には、スイッチＳ3 及びＴ2 を
ＯＮとして強誘電体素子Ｆ1 のみの反転分極を測定す
る。
【００２７】このように、各強誘電体素子列の反転分極
を測定する際に、強誘電体素子列の全ての強誘電体素子
に直流電圧を印加するのではなく、全ての強誘電体素子
列に共通する強誘電体素子Ｆ1 のみに着目して反転分極
を測定することにより、分極測定回路２４の直流電源２
４ａは低電圧ですむことになり、測定の容易化を図るこ
とができる。
を測定する際に、強誘電体素子列の全ての強誘電体素子
に直流電圧を印加するのではなく、全ての強誘電体素子
列に共通する強誘電体素子Ｆ1 のみに着目して反転分極
を測定することにより、分極測定回路２４の直流電源２
４ａは低電圧ですむことになり、測定の容易化を図るこ
とができる。
【００２８】また、本実施例においてはこのようにほぼ
同一の厚さを有する強誘電体素子Ｆ1 〜Ｆ3 を複数個直
列に接続することにより、実質的に膜厚の異なる強誘電
体素子列を実現しているため、ＰＺＴ強誘電体の膜厚を
変化させる微細加工を行う必要がなく、容易に製造でき
る利点を有する。
同一の厚さを有する強誘電体素子Ｆ1 〜Ｆ3 を複数個直
列に接続することにより、実質的に膜厚の異なる強誘電
体素子列を実現しているため、ＰＺＴ強誘電体の膜厚を
変化させる微細加工を行う必要がなく、容易に製造でき
る利点を有する。
【００２９】なお、前述の実施例では強誘電体素子列が
３個の場合を示したが、必要に応じ列数を適宜増大して
もよく、また直列接続される強誘電体素子の数も適宜増
大してもよいことはいうまでもない。
３個の場合を示したが、必要に応じ列数を適宜増大して
もよく、また直列接続される強誘電体素子の数も適宜増
大してもよいことはいうまでもない。
【００３０】図９には本実施例において用いた強誘電体
素子Ｆ1 〜Ｆ3 の製造方法が示されている。まず、図９
（Ａ）に示されるようにシリコン基板１００上に下部電
極となるＰｔ膜１０２をスパッタ法などにより形成す
る。そして、図９（Ｂ）に示されるようにＰｔ膜１０２
を覆うようにＰＺＴ膜１０４を塗布し、所定温度でベイ
キングを行う。更に、図９（Ｃ）に示されるようにその
一部が下部電極となるＰｔ膜１０２上に位置するように
上部電極となるＰｔ膜１０６を再びスパッタ法などによ
り形成する。
素子Ｆ1 〜Ｆ3 の製造方法が示されている。まず、図９
（Ａ）に示されるようにシリコン基板１００上に下部電
極となるＰｔ膜１０２をスパッタ法などにより形成す
る。そして、図９（Ｂ）に示されるようにＰｔ膜１０２
を覆うようにＰＺＴ膜１０４を塗布し、所定温度でベイ
キングを行う。更に、図９（Ｃ）に示されるようにその
一部が下部電極となるＰｔ膜１０２上に位置するように
上部電極となるＰｔ膜１０６を再びスパッタ法などによ
り形成する。
【００３１】すると、ＰＺＴ膜１０４のうち下部と上部
のＰｔ膜１０２，１０６で挟まれた領域のみが強誘電体
素子として機能することとなり、ＰＺＴ膜１０４のエッ
チングプロセス等を経ることなく、複数の強誘電体素子
を形成することができる。
のＰｔ膜１０２，１０６で挟まれた領域のみが強誘電体
素子として機能することとなり、ＰＺＴ膜１０４のエッ
チングプロセス等を経ることなく、複数の強誘電体素子
を形成することができる。
【００３２】なお、本製造方法においてはシリコン基板
上に順次Ｐｔ膜、ＰＺＴ膜、Ｐｔ膜を積層したが、例え
ば図１０に示されるようにシリコン基板上にシリコン酸
化膜１０８を熱酸化等により形成し、更に下部電極とし
てＴｉ膜１１０及びＰｔ膜の２層構造としてもよい。
上に順次Ｐｔ膜、ＰＺＴ膜、Ｐｔ膜を積層したが、例え
ば図１０に示されるようにシリコン基板上にシリコン酸
化膜１０８を熱酸化等により形成し、更に下部電極とし
てＴｉ膜１１０及びＰｔ膜の２層構造としてもよい。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る最大
電圧測定装置によれば、光センサや熱センサ、風力セン
サ等の電位を発生させる装置と連動させ、無電源で最大
電圧を測定することが可能となる。また、本発明に係る
強誘電体素子によれば、強誘電体のエッチングプロセス
を経ることなく形成可能である。
電圧測定装置によれば、光センサや熱センサ、風力セン
サ等の電位を発生させる装置と連動させ、無電源で最大
電圧を測定することが可能となる。また、本発明に係る
強誘電体素子によれば、強誘電体のエッチングプロセス
を経ることなく形成可能である。
【図１】本発明の一実施例の全体構成図である。
【図２】同実施例の強誘電体素子の構成図である。
【図３】同実施例の測定フロチャートである。
【図４】同実施例の風力センサの出力特性図である。
【図５】同実施例の各強誘電体素子列のＰ−Ｅヒステリ
シスループ図である。
シスループ図である。
【図６】同実施例の強誘電体の厚さと抗電界との関係を
示すグラフ図である。
示すグラフ図である。
【図７】同実施例の残留分極測定の説明図である。
【図８】本発明の他の実施例の構成図である。
【図９】本発明の強誘電体素子の製造方法の説明図であ
る。
る。
【図１０】本発明の強誘電体素子の他の製造方法を示す
説明図である。
説明図である。
【図１１】従来装置の回路図である。
２０ 強誘電体ユニット ２２ リセット回路 ２４ 分極測定回路
Claims (2)
- 【請求項１】 ほぼ同一の厚さを有する強誘電体素子を
一または複数個直列に接続し、直列接続した個数に応じ
てその厚さが異なる強誘電体素子列を複数列並列に接続
してなる強誘電体ユニットと、 この強誘電体ユニットに所定電圧を印加して強誘電体ユ
ニット内の各強誘電体素子列に最大自発分極を生じさせ
るリセット回路と、 前記強誘電体ユニットに前記所定電圧と逆極性で測定す
べき外部電圧を印加することにより互いに厚さの異なる
各強誘電体素子列に生じた残留分極を測定する分極測定
回路と、 を有し、各強誘電体素子列の前記残留分極が反転分極で
あるか否かにより前記外部電圧の最大電圧を得ることを
特徴とする最大電圧測定装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の最大電圧測定装置におい
て、 前記強誘電体素子は、 半導体基板上に形成された下部電極と、 この下部電極上に形成された強誘電体膜と、 この強誘電体膜上にその一部が前記下部電極上に位置す
るように形成された上部電極と、 から構成されることを特徴とする最大電圧測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03287623A JP3138303B2 (ja) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | 最大電圧測定装置及び強誘電体素子 |
| US07/958,684 US5325050A (en) | 1991-10-30 | 1992-10-09 | Maximum voltage detecting apparatus using ferroelectric capacitors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03287623A JP3138303B2 (ja) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | 最大電圧測定装置及び強誘電体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05126868A JPH05126868A (ja) | 1993-05-21 |
| JP3138303B2 true JP3138303B2 (ja) | 2001-02-26 |
Family
ID=17719651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03287623A Expired - Fee Related JP3138303B2 (ja) | 1991-10-30 | 1991-11-01 | 最大電圧測定装置及び強誘電体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3138303B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5536963A (en) * | 1994-05-11 | 1996-07-16 | Regents Of The University Of Minnesota | Microdevice with ferroelectric for sensing or applying a force |
-
1991
- 1991-11-01 JP JP03287623A patent/JP3138303B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05126868A (ja) | 1993-05-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |