JP3524707B2 - マイクロフローセンサ素子 - Google Patents
マイクロフローセンサ素子Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体の流れを検出
するためのマイクロフローセンサ素子に関する。
するためのマイクロフローセンサ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のマイクロフローセンサチップ(図
9(A),(B)参照)では、センサチップaの中央に
配置されたヒータ部bが測定対象となる流体の温度より
一定の温度だけ高くなるように電気回路(図示省略)に
よって加熱されるようになっており、気流のない時には
ヒータ部bの両側に対称に配置された温度センサc,d
の温度は相等しい。なお、同図中、破線の円弧は等温線
を示す。
9(A),(B)参照)では、センサチップaの中央に
配置されたヒータ部bが測定対象となる流体の温度より
一定の温度だけ高くなるように電気回路(図示省略)に
よって加熱されるようになっており、気流のない時には
ヒータ部bの両側に対称に配置された温度センサc,d
の温度は相等しい。なお、同図中、破線の円弧は等温線
を示す。
【0003】しかし、気流を受けた場合には温度分布の
対称性が崩れて両側の温度センサc,d間に温度差が生
じ、風上側の温度センサcは風下側の温度センサdより
温度が低くなる。これが抵抗値変化となり、それを電気
信号に変換して検出出力を得られるようになっている。
対称性が崩れて両側の温度センサc,d間に温度差が生
じ、風上側の温度センサcは風下側の温度センサdより
温度が低くなる。これが抵抗値変化となり、それを電気
信号に変換して検出出力を得られるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来のマ
イクロフローセンサ素子では、気流を受けた時の温度分
布の変化により出力を得ているため、気流の方向の相違
によって検出出力がばらつくという難点があった。従っ
て、気流はきわめて層流に近い状態で一定の方向に向け
て素子上を流過させなければならなかった。
イクロフローセンサ素子では、気流を受けた時の温度分
布の変化により出力を得ているため、気流の方向の相違
によって検出出力がばらつくという難点があった。従っ
て、気流はきわめて層流に近い状態で一定の方向に向け
て素子上を流過させなければならなかった。
【0005】しかるに、例えば閉空間内での測定では、
気流の方向がさまざまに変化することが多く、また、乱
流が発生することもあり、上述した従来のマイクロフロ
ーセンサ素子では精度の高い測定値を安定して得るのは
困難であった。
気流の方向がさまざまに変化することが多く、また、乱
流が発生することもあり、上述した従来のマイクロフロ
ーセンサ素子では精度の高い測定値を安定して得るのは
困難であった。
【0006】本発明はこのような実情に鑑みてなされ、
気流の方向に関係なく高感度で高速応答が得られるマイ
クロフローセンサ素子を提供することを目的としてい
る。
気流の方向に関係なく高感度で高速応答が得られるマイ
クロフローセンサ素子を提供することを目的としてい
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するための手段を以下のように構成している。すなわ
ち、請求項1に記載の発明では、強誘電体薄膜の上下両
面に上部電極と下部電極を設けてなる焦電検出部を基板
上に設けると共に、所定周期で温度が変調されるヒータ
部を、絶縁体薄膜を介して前記上部電極の上に設けてな
ることを特徴としている。
決するための手段を以下のように構成している。すなわ
ち、請求項1に記載の発明では、強誘電体薄膜の上下両
面に上部電極と下部電極を設けてなる焦電検出部を基板
上に設けると共に、所定周期で温度が変調されるヒータ
部を、絶縁体薄膜を介して前記上部電極の上に設けてな
ることを特徴としている。
【0008】請求項2に記載の発明では、請求項1に記
載の前記焦電検出部またはその周囲にガス流通用の通孔
を設けてなることを特徴としている。
載の前記焦電検出部またはその周囲にガス流通用の通孔
を設けてなることを特徴としている。
【0009】ヒータ部に周期的に電流を流すことによっ
て、そのときに上昇する温度の変化量に応じて焦電検出
部で焦電流を検出することができ、マイクロフローセン
サ素子の周りにガスの流れがあるときにはそのガスの流
れによってヒータ部の温度の上昇が抑制されるため、検
出出力は小さくなる。この出力差によって気体の流量を
検出することができる。
て、そのときに上昇する温度の変化量に応じて焦電検出
部で焦電流を検出することができ、マイクロフローセン
サ素子の周りにガスの流れがあるときにはそのガスの流
れによってヒータ部の温度の上昇が抑制されるため、検
出出力は小さくなる。この出力差によって気体の流量を
検出することができる。
【0010】上述の焦電検出部はヒータ部の直下に設け
られているため、ヒータ部の表面で僅かなりと言えども
気体の動きがあればその方向の如何を問わず、直ちに高
感度で応答性よく検出することができる。
られているため、ヒータ部の表面で僅かなりと言えども
気体の動きがあればその方向の如何を問わず、直ちに高
感度で応答性よく検出することができる。
【0011】また、焦電検出部またはその周囲にガス流
通用の通孔を設けることにより、その焦電検出部に対し
て面直方向に流過する気体の流れをも検出することがで
きる。
通用の通孔を設けることにより、その焦電検出部に対し
て面直方向に流過する気体の流れをも検出することがで
きる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に本発明のマイクロフローセ
ンサ素子の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1はマイクロフローセンサ素子の模式的な断面図で、
符号1は強誘電体(焦電体)薄膜、2はその強誘電体薄
膜1の上面に設けられた上部電極、3はその強誘電体薄
膜1の下面に設けられた下部電極であり、これらで焦電
検出部4を形成し、その焦電検出部4が基板5上に設け
られており、その上部電極2の上面には、絶縁体薄膜6
を介して、ヒータ部7が設けられ、その温度が所定の周
期で変調されるようになっている。
ンサ素子の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1はマイクロフローセンサ素子の模式的な断面図で、
符号1は強誘電体(焦電体)薄膜、2はその強誘電体薄
膜1の上面に設けられた上部電極、3はその強誘電体薄
膜1の下面に設けられた下部電極であり、これらで焦電
検出部4を形成し、その焦電検出部4が基板5上に設け
られており、その上部電極2の上面には、絶縁体薄膜6
を介して、ヒータ部7が設けられ、その温度が所定の周
期で変調されるようになっている。
【0013】このような構成により、ヒータ部7の温度
の変化量に応じてその直下に設けられている焦電検出部
4で焦電流を検出することができ、その周りに気体の流
れがあるときには、その気体の流れによってヒータ部7
の温度の上昇が抑制されるため、検出出力は小さく現れ
ることとなり、この出力差によって気体の流量を検出す
ることができる。なお、図1中、11,12はコンタク
トホール、15は上部引出電極、16は下部引出電極で
ある。
の変化量に応じてその直下に設けられている焦電検出部
4で焦電流を検出することができ、その周りに気体の流
れがあるときには、その気体の流れによってヒータ部7
の温度の上昇が抑制されるため、検出出力は小さく現れ
ることとなり、この出力差によって気体の流量を検出す
ることができる。なお、図1中、11,12はコンタク
トホール、15は上部引出電極、16は下部引出電極で
ある。
【0014】このようなマイクロフローセンサ素子の製
造方法について模式的に説明すると(図2(A)〜
(H)参照)、まず、MgO(酸化マグネシウム)ま
たはSi(シリコン)の単結晶からなる基板5の上に、
例えばスパッタ法により、下部電極3としてのPt(白
金)を約2000Å厚に形成する(図2(A)参照)。
造方法について模式的に説明すると(図2(A)〜
(H)参照)、まず、MgO(酸化マグネシウム)ま
たはSi(シリコン)の単結晶からなる基板5の上に、
例えばスパッタ法により、下部電極3としてのPt(白
金)を約2000Å厚に形成する(図2(A)参照)。
【0015】下部電極3の上に、MOCVD法(有機
金属化学気相成長法)によって、PZT系またはPLZ
T系の強誘電体薄膜1を約2〜5μm厚に形成する(図
2(B)参照)。
金属化学気相成長法)によって、PZT系またはPLZ
T系の強誘電体薄膜1を約2〜5μm厚に形成する(図
2(B)参照)。
【0016】強誘電体薄膜1の上に、例えばスパッタ
法により、上部電極2としてのAu(金)またはPt
(白金)を約2000Å厚に形成する(図2(C)参
照)。
法により、上部電極2としてのAu(金)またはPt
(白金)を約2000Å厚に形成する(図2(C)参
照)。
【0017】上部電極2、強誘電体薄膜1、下部電極
3の順でフォトリソグラフィ法によりパターニングをお
こなう(図2(D)参照)。このとき、エッチング用
(ガス抜き兼用)の通孔(図示省略)を形成しておく。
3の順でフォトリソグラフィ法によりパターニングをお
こなう(図2(D)参照)。このとき、エッチング用
(ガス抜き兼用)の通孔(図示省略)を形成しておく。
【0018】焦電検出部4を覆う絶縁体薄膜6を形成
する。このとき、その絶縁体薄膜6にはエッチング用
(ガス抜き兼用)の通孔(図示省略)およびコンタクト
ホール11,12を形成する(図2(E)参照)。絶縁
体薄膜6は、有機系膜(例えばポリイミド系)でも無機
系膜(例えばSiO2 )でもよく、金属よりも熱伝導率
の低いものが好ましい。
する。このとき、その絶縁体薄膜6にはエッチング用
(ガス抜き兼用)の通孔(図示省略)およびコンタクト
ホール11,12を形成する(図2(E)参照)。絶縁
体薄膜6は、有機系膜(例えばポリイミド系)でも無機
系膜(例えばSiO2 )でもよく、金属よりも熱伝導率
の低いものが好ましい。
【0019】絶縁体薄膜6の上のヒータ部7となるヒ
ータ用電極膜(例えばPt又はNiCr)を形成し、フ
ォトリソグラフィ法によりパターニングをおこなう。こ
のとき、そのPt又はNiCrをコンタクトホール1
1,12に落し込み、上部電極2および下部電極3の引
出し電極15,16を形成する(図2(F)参照)。
ータ用電極膜(例えばPt又はNiCr)を形成し、フ
ォトリソグラフィ法によりパターニングをおこなう。こ
のとき、そのPt又はNiCrをコンタクトホール1
1,12に落し込み、上部電極2および下部電極3の引
出し電極15,16を形成する(図2(F)参照)。
【0020】焦電検出部4の直下の基板5をエッチン
グにより部分的に取り除く、その作業は基板5の表面側
からでも裏面側からでもよい。表面側からおこなう場合
は、エッチング用の通孔から所定温度のリン酸液をエッ
チング液として注入すればよい。なお、図2(G)のよ
うに下方広がり状に取除部51を形成してもよく、図2
(H)のように中空部52を形成してもよい。
グにより部分的に取り除く、その作業は基板5の表面側
からでも裏面側からでもよい。表面側からおこなう場合
は、エッチング用の通孔から所定温度のリン酸液をエッ
チング液として注入すればよい。なお、図2(G)のよ
うに下方広がり状に取除部51を形成してもよく、図2
(H)のように中空部52を形成してもよい。
【0021】以上のように形成されるマイクロフローセ
ンサ素子の測定原理についてさらに説明すると(図3参
照)、上述のヒータ部7には、ある周期のパルス電流を
流すことにより周期的に温度を上昇させるようにして、
その温度変化を焦電検出部4によって検出させることが
できるが、もし、気体流が存在しないときには検出出力
は一定値となる。
ンサ素子の測定原理についてさらに説明すると(図3参
照)、上述のヒータ部7には、ある周期のパルス電流を
流すことにより周期的に温度を上昇させるようにして、
その温度変化を焦電検出部4によって検出させることが
できるが、もし、気体流が存在しないときには検出出力
は一定値となる。
【0022】しかし、気体流があると、ヒータ部7の温
度上昇が妨げられるため、その分だけ検出出力は低下す
る。つまり、気体の流量が大である程検出出力は小さな
値となる。従って、気体流がないときに対する検出出力
の差によって気体の流量を求めることができるのであ
る。
度上昇が妨げられるため、その分だけ検出出力は低下す
る。つまり、気体の流量が大である程検出出力は小さな
値となる。従って、気体流がないときに対する検出出力
の差によって気体の流量を求めることができるのであ
る。
【0023】上述のヒータ部7における気体の流れは一
定方向に向いていなくてもよく、また、層流状態でなく
てもよく、少なくともそのヒータ部7の表面に気体の動
きがあれば、必ずヒータ部7の温度の上昇が抑制され
る。一方、この温度の検出をおこなう焦電検出部4は、
ヒータ部7の直下に配置されているため、きわめて高い
感度で高速応答が可能となる。従って、気体流の方向に
関係なく常に高精度な測定値を得ることができるのであ
る。
定方向に向いていなくてもよく、また、層流状態でなく
てもよく、少なくともそのヒータ部7の表面に気体の動
きがあれば、必ずヒータ部7の温度の上昇が抑制され
る。一方、この温度の検出をおこなう焦電検出部4は、
ヒータ部7の直下に配置されているため、きわめて高い
感度で高速応答が可能となる。従って、気体流の方向に
関係なく常に高精度な測定値を得ることができるのであ
る。
【0024】図4はマイクロフローセンサ素子の好まし
い実施形態を示す平面図、図5はそのX−X線矢視断面
図、図6〜図8はその製造工程の説明図である。これら
の図において、前記図1ないし図2と同じ部材は符号を
そのまま使用する。
い実施形態を示す平面図、図5はそのX−X線矢視断面
図、図6〜図8はその製造工程の説明図である。これら
の図において、前記図1ないし図2と同じ部材は符号を
そのまま使用する。
【0025】図4,図5にて、符号13は絶縁体薄膜
6、上部電極2、強誘電体薄膜1、下部電極3を貫通し
て形成されるエッチング用とガス抜き兼用の通孔、14
は焦電検出部4の周囲の絶縁体薄膜6に形成されたエッ
チング用とガス抜き兼用の通孔である。また、15は上
部引出電極で、その接続端がコンタクトホール11,1
1内で上部電極2と接続されている。16は下部引出電
極で、その接続端が、コンタクトホール12,…内で下
部電極3の接続端31と接続されている。17,18は
ヒータ部7の引出電極+,−である。この場合、上記通
孔13,14を設けているので、基板5の一部を図2
(G)のように取り除けば、焦電検出部4に対して面直
方向に流れる気体流をも検出することができる。
6、上部電極2、強誘電体薄膜1、下部電極3を貫通し
て形成されるエッチング用とガス抜き兼用の通孔、14
は焦電検出部4の周囲の絶縁体薄膜6に形成されたエッ
チング用とガス抜き兼用の通孔である。また、15は上
部引出電極で、その接続端がコンタクトホール11,1
1内で上部電極2と接続されている。16は下部引出電
極で、その接続端が、コンタクトホール12,…内で下
部電極3の接続端31と接続されている。17,18は
ヒータ部7の引出電極+,−である。この場合、上記通
孔13,14を設けているので、基板5の一部を図2
(G)のように取り除けば、焦電検出部4に対して面直
方向に流れる気体流をも検出することができる。
【0026】図6(A),(B),(C)は、図2
(A),(B),(C)と対応し、図7(A),(B)
は上部電極2のパターニング、(C),(D)は強誘電
体薄膜1のパターニングの各工程を示し、図2(D)と
対応する。
(A),(B),(C)と対応し、図7(A),(B)
は上部電極2のパターニング、(C),(D)は強誘電
体薄膜1のパターニングの各工程を示し、図2(D)と
対応する。
【0027】図8(A),(B)は下部電極3のパター
ニング、(C),(D)は絶縁体薄膜6の形成、
(E),(F)はヒータ部7および上部引出電極15、
下部引出電極16の各形成工程を示し、図8(C),
(D)は図2(E)、図8(E),(F)は図2(F)
と対応する。なお、図8(D)にて符号61〜64は絶
縁体薄膜6に形成される各引出電極取出部の切欠であ
る。
ニング、(C),(D)は絶縁体薄膜6の形成、
(E),(F)はヒータ部7および上部引出電極15、
下部引出電極16の各形成工程を示し、図8(C),
(D)は図2(E)、図8(E),(F)は図2(F)
と対応する。なお、図8(D)にて符号61〜64は絶
縁体薄膜6に形成される各引出電極取出部の切欠であ
る。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
フローセンサ素子によれば、強誘電体薄膜の上下両面に
上部電極と下部電極を設けてなる焦電検出部を基板上に
設け、その上部電極の上に絶縁体薄膜を介して、所定周
期で温度が変調されるヒータ部を設けているので、マイ
クロフローセンサ素子の周りにガスの流れがあるときに
はそのガスの流れによってヒータ部の温度の上昇が抑制
されるため、焦電検出部での検出出力は小さくなり、こ
の出力差によって気体の流量を検出することができる。
フローセンサ素子によれば、強誘電体薄膜の上下両面に
上部電極と下部電極を設けてなる焦電検出部を基板上に
設け、その上部電極の上に絶縁体薄膜を介して、所定周
期で温度が変調されるヒータ部を設けているので、マイ
クロフローセンサ素子の周りにガスの流れがあるときに
はそのガスの流れによってヒータ部の温度の上昇が抑制
されるため、焦電検出部での検出出力は小さくなり、こ
の出力差によって気体の流量を検出することができる。
【0029】その焦電検出部はヒータ部の直下に設けら
れているため、ヒータ部の表面で僅かなりと言えども気
体の動きがあればその方向の如何を問わず、直ちに高感
度で応答性よく検出することができる。
れているため、ヒータ部の表面で僅かなりと言えども気
体の動きがあればその方向の如何を問わず、直ちに高感
度で応答性よく検出することができる。
【0030】また、焦電検出部またはその周囲にガス流
通用の通孔を設けることにより、その焦電検出部に対し
て面直方向に流過する気体の流れを検出することができ
る。
通用の通孔を設けることにより、その焦電検出部に対し
て面直方向に流過する気体の流れを検出することができ
る。
【図1】本発明のマイクロフローセンサ素子の模式的断
面図である。
面図である。
【図2】(A)〜(H)は同マイクロフローセンサ素子
の模式的な製造工程の説明図である。
の模式的な製造工程の説明図である。
【図3】同気体流の変化に対する焦電検出部の応答出力
の変化を示す説明図である。
の変化を示す説明図である。
【図4】同マイクロフローセンサ素子の一実施形態を示
す平面図である。
す平面図である。
【図5】図4のX−X線矢視断面図である。
【図6】(A)〜(C)は同実施形態における製造工程
の一部を説明するための図である。
の一部を説明するための図である。
【図7】(A)〜(D)は同製造工程の他の一部を説明
するための図である。
するための図である。
【図8】(A)〜(F)は同残りの製造工程を説明する
ための図である。
ための図である。
【図9】(A),(B)は従来のマイクロフローセンサ
素子の測定原理の説明図である。
素子の測定原理の説明図である。
1…強誘電体薄膜、2…上部電極、3…下部電極、4…
焦電検出部、5…基板、6…絶縁体薄膜、7…ヒータ
部、13,14…通孔。
焦電検出部、5…基板、6…絶縁体薄膜、7…ヒータ
部、13,14…通孔。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭62−38367(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
G01P 5/10
G01F 1/68
Claims (2)
- 【請求項1】 強誘電体薄膜の上下両面に上部電極と下
部電極を設けてなる焦電検出部を基板上に設けると共
に、所定周期で温度が変調されるヒータ部を、絶縁体薄
膜を介して前記上部電極の上に設けてなることを特徴と
するマイクロフローセンサ素子。 - 【請求項2】 前記焦電検出部またはその周囲にガス流
通用の通孔を設けてなる請求項1に記載のマイクロフロ
ーセンサ素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35893696A JP3524707B2 (ja) | 1996-12-28 | 1996-12-28 | マイクロフローセンサ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35893696A JP3524707B2 (ja) | 1996-12-28 | 1996-12-28 | マイクロフローセンサ素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10197550A JPH10197550A (ja) | 1998-07-31 |
JP3524707B2 true JP3524707B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=18461887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35893696A Expired - Fee Related JP3524707B2 (ja) | 1996-12-28 | 1996-12-28 | マイクロフローセンサ素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3524707B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8689623B2 (en) | 2011-09-22 | 2014-04-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Flow sensor, mass flow controller, and method for manufacturing flow sensor |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4622114B2 (ja) * | 2001-02-13 | 2011-02-02 | 株式会社デンソー | フローセンサ |
WO2014141566A1 (ja) | 2013-03-13 | 2014-09-18 | 長瀬産業株式会社 | 半導体装置及び半導体装置に対するエントリアドレス書き込み/読み出し方法 |
-
1996
- 1996-12-28 JP JP35893696A patent/JP3524707B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8689623B2 (en) | 2011-09-22 | 2014-04-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Flow sensor, mass flow controller, and method for manufacturing flow sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10197550A (ja) | 1998-07-31 |
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