JP5548563B2 - ナノシートトランスデューサ - Google Patents
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Description
基板の主面に対して垂直なシート状の可撓電極は、基板に溝を深く形成することによって溝の底から立ち上がる可撓電極の高さを高く面積を広くできる。このため本発明によると、同一サイズのシリコンウエハから製造できるトランスデューサーの数を変えずに出力や感度を高めることができる。また可撓電極は厚さが1μm未満と極めて薄いため、"たわみ量/力"で表される係数が大きく、曲げ強度が高い。すなわち本発明によると、出力や感度が高く、強度も高く、かつ安価なトランスデューサーを実現することができる。
可撓電極を複数の短冊領域に分断することによって、極めて薄い可撓電極が波打つような不安定な挙動を抑制することができる。
可撓電極を振動させることによって音波を電気信号に変換したり、電気信号を音波に変換したり、送風する実施形態では、電極支持部と可撓電極を隔てる溝の内部の圧力変動が可撓電極の動きを妨げる。したがって、溝に開口する通孔を形成して溝の内部の圧力変動を抑制することによって、ナノシートトランスデューサーの出力や感度を高めることができる。
可撓電極の両側に位置する2つの固定電極に逆相の駆動信号を印加することによって、2つの静電容量のそれぞれに生ずる静電引力の合力を用いて可撓電極を駆動することができる。すなわち音などの波動や風を出力する実施形態においてこの構成を採用することにより、出力を高めることができる。
この構成を採用する場合、可撓電極のたわみ量に応じて可撓電極と2つの固定電極とで形成される2つの静電容量がそれぞれ逆方向に変化する。したがって可撓電極のたわみ量に応じた信号を固定電極または可撓電極から取り出すことによって可撓電極を撓ませる物理量(圧力、加速度、傾斜角など)を感度良く検出することができる。
本発明によるナノシートトランスデューサの第一実施形態を図1に基づいて説明する。ナノシートトランスデューサ1は、シリコン基板から製造されるMEMSである。シリコンからなる基板100には直線的に伸びる溝100aが形成される。溝100aによって互いに隔てられた電極支持部101と可撓電極104とが基部100cから突出している。基板100は、導入されている不純物によって全体が導体として機能する。
ナノシートトランスデューサ1においては、固定電極103と可撓電極104とによって静電容量を形成できる。したがって可撓電極104のたわみ量に応じて変化する静電容量を検出することによって圧力や加速度や傾斜角といった物理量を検出するセンサとしてナノシートトランスデューサ1を利用することができる。センサとして利用する場合、図1Cに示すように固定電極103と可撓電極104とにバイアス電圧を印加し、固定電極103と可撓電極104との距離dの変化に伴う静電容量の変化を検出すればよい。そして可撓電極104の厚さtは1μm未満と極めて薄いため、"たわみ量/力"で表される係数が大きく、電荷が可撓電極104の先端部に集中しやすい。したがってナノシートトランスデューサ1は感度の高いセンサになる。
はじめに不純物が導入された単結晶シリコンからなる基板100を準備する。基板100の結晶方位は任意である。基板100の不純物濃度は基板100が導体として機能する程度に高く設定し、例えばリン(P)が1016cm-3の濃度で導入されている基板100を準備する。
図9および図10に示すように流路を形成する管20にナノシートトランスデューサ1を設置すると、管20を流通する流体の圧力や流速をナノシートトランスデューサ1によって計測することができる。この場合、前述したように可撓電極104および固定電極103にバイアス電圧を印加して静電容量を形成しておき、圧力や流速に伴って可撓電極104が撓むことによる静電容量の変化を電気信号として取り出すと、流体の圧力や流速を計測することができる。
本発明によるナノシートトランスデューサの製造方法の第二実施形態を図18から図22を参照しながら説明する。
第一実施形態と同様に、不純物が導入された単結晶シリコンからなる基板100をはじめに準備する。
次に図18に示すように基板100の一方の主面上に所定形状に露光・現像されたフォトレジストからなる保護膜R1を形成する。
本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば固定電極と基板とを絶縁するための絶縁層は多層でもよい。また、可撓電極上に絶縁層と金属膜とを残存させて感度を上げるための付加質量として利用しても良い。また、可撓電極上に残存させる絶縁層にスルーホールを形成しておけば、可撓電極上に残る金属膜と基板とを導通させることも不可能ではない。この場合、固定電極と可撓電極上の金属膜との距離を短くすることができる。
また、上記実施形態で示した材質や寸法やエッチング方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。
Claims (5)
- 溝と前記溝によって互いに隔てられた電極支持部と厚さ1μm未満のシート状の可撓電極とが形成されたシリコンからなる基板と、
前記電極支持部上に形成された導電膜からなる固定電極と、
前記固定電極と前記電極支持部との間に形成された絶縁層と、
を備え、
前記可撓電極は前記基板の主面に対して垂直である、
ナノシートトランスデューサ。 - 前記可撓電極は複数の短冊領域に分断されている、
請求項1に記載のナノシートトランスデューサ。 - 前記基板には、前記溝の底に開口する通孔が形成されている、
請求項1または2に記載のナノシートトランスデューサ。 - 前記固定電極は、前記可撓電極の両側にそれぞれ形成され、
前記可撓電極の一方側に形成された前記固定電極と前記可撓電極の他方側に形成された前記固定電極とに逆相の駆動信号が印加される、
請求項1から3のいずれか一項に記載のナノシートトランスデューサ。 - 前記固定電極は、前記可撓電極の両側にそれぞれ形成され、
前記可撓電極の撓み量に応じた信号が前記固定電極または前記可撓電極から取り出される、
請求項1から3のいずれか一項に記載のナノシートトランスデューサ。
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