JP5807664B2 - 振動式トランスデューサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
このような構成の振動式トランスデューサ100は、振動子103の共振周波数の変化を検出することによって、振動子に加わる応力(歪)を測定することができる。特に、圧力センサとして使用する場合には、圧力を測定ダイヤフラムの一方側または両側に印加して測定ダイヤフラムの変形によって生じる歪を測定する。この際、シェル104は、測定する圧力に対して十分な構造的強度を持っている必要がある。
図1は、本発明の振動式トランスデューサの厚み方向に沿った断面図である。また、図2は、本発明の振動式トランスデューサのシェルを取り除いて上から見た時の平面図である。
本発明の一実施形態である振動式トランスデューサ10は、シリコン単結晶からなる基板11に、周辺に隙間が維持されるように形成された振動子12を備えている。また、この基板11と共に振動子12を囲んで真空室21を区画するシェル14を備えている。
これら第一電極15、第二電極16、および第三電極17には、それぞれ、外部の電気回路と接続される接片15a,16a,17aが形成されている。これら接片15a,16a,17aは、例えば導電性の金属から形成されていればよい。
シェル14は、真空室21の側から順に、第一層26と、この第一層26に重ねて配される第二層27と、第一層26及び第二層27を覆う第三層28と、から構成されている。これら第一層26、第二層27、および第三層28は、例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、SiC、SiGe、Geのうち、いずれかより形成されている。
振動式トランスデューサ10は、振動子12を励振させる励振手段41と、振動子12の振動を検出する振動検出手段42とを有している。励振手段41は、前述した第一電極15、第二電極16、および第三電極17とから構成されている。
振動検出手段42は、駆動電源43、バイアス電源44、抵抗R1,R2,R3、および演算増幅器(オペアンプ)OP1,OP2などから構成されている。
第一電極15に定電圧のバイアス電圧Vbが印加され、また、第二電極16に交流の駆動電圧Viが印加されると、第一電極15に繋がる振動子12と第二電極16との間に静電吸引力が発生し、振動子12が一定の振動周波数で振動(共振)する。
以上のような構成の振動式トランスデューサの製造方法、および振動式トランスデューサの作用を説明する。
まず、図6に示すように、Siからなる基板11に酸化層52、表面シリコン層53が形成されたSOI基板51を準備する。例えば、SOI基板51は、酸化層52の厚みが2μm程度、活性層である表面シリコン層53の厚みが1μm程度のものを用いればよい。
第一実施形態においては、第一層26に形成される貫通孔25の形状は、振動子12の長手方向に沿って、所定の幅で延びる一連の細長い直方体の空間を成している。しかし、貫通孔の形状やこれを覆う第二層の形状はこれらに限定されるものではない。
図18に示す振動式トランスデューサ65では、第一層26に直方体の貫通孔66,66…を振動子12の長手方向に沿って、複数配列している。また、第一層26における個々の貫通孔66の第二開口部66bの周囲に接するように、第二層27にスペーサ部材68が一体に形成されている。例えば、図18に示す振動式トランスデューサ65では、スペーサ部材68は、個々の貫通孔66の第二開口部66bの長手方向に沿った両側で接するように、複数形成されている。
図19〜図24は、第二実施形態の振動式トランスデューサの製造方法を段階的に示した要部拡大断面図である。
図19は、第一実施形態の振動式トランスデューサの製造方法における図12に相当する工程である。図19に示すように、第一層81の一部形成された貫通孔83と、の内部、および貫通孔83の第二開口部83bとその周囲に酸化物層(第一犠牲層)89を形成する。
Claims (7)
- シリコン単結晶の基板に設けられた振動子、該振動子の周辺に隙間が維持されるように前記振動子を囲み、前記基板と共に真空室を区画するシェル、前記振動子を励振させる励振手段、および前記振動子の振動を検出する振動検出手段、を含む振動式トランスデューサであって、
前記シェルは、前記真空室の側から順に、貫通孔を有する第一層と、
前記第一層の前記貫通孔を覆い、且つ前記第一層の前記貫通孔と周縁部とを連通させる空隙部が前記第一層との間に形成されるよう前記第一層に重ねて配された第二層と、
前記第二層の前記周縁部において前記空隙部を封止する第三層と
を有することを特徴とする振動式トランスデューサ。 - 前記第一層、前記第二層、および前記第三層は、ポリシリコン、アモルファスシリコン、SiC、SiGe、Geのうち、いずれかよりなることを特徴とする請求項1記載の振動式トランスデューサ。
- 前記貫通孔が前記振動子の直上部分にあることを特徴とする請求項1または2記載の振動式トランスデューサ。
- 前記空隙部のギャップを保持するためのスペーサー部が、前記第二層に一体に形成されていることを特徴とする請求項1ないし3いずれか一項記載の振動式トランスデューサ。
- 前記空隙部に連通する空間を区画する凹部を、前記第二層が前記貫通孔に臨む部位、または前記空隙部に臨む部位の少なくとも一方に形成したことを特徴とする請求項1ないし4いずれか一項記載の振動式トランスデューサ。
- シリコン単結晶の基板に設けられた振動子、該振動子の周辺に隙間が維持されるように前記振動子を囲み、前記基板と共に真空室を区画するシェル、前記振動子を励振させる励振手段、および前記振動子の振動を検出する振動検出手段、を含み、前記シェルは、前記真空室の側から順に、貫通孔を有する第一層と、前記第一層の前記貫通孔を覆い、且つ前記第一層の前記貫通孔と周縁部とを連通させる空隙部が前記第一層との間に形成されるよう前記第一層に重ねて配された第二層と、前記第二層の前記周縁部において前記空隙部を封止する第三層とを有する振動式トランスデューサの製造方法であって、
前記真空室を形成したエッチング液を、前記貫通孔から前記空隙部を介して外部に排出させる工程を含むことを特徴とする振動式トランスデューサの製造方法。 - 前記第一層に貫通孔を形成する工程と、前記空隙部を形成する犠牲層を用いて前記貫通孔を覆う前記第二層を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項6記載の振動式トランスデューサの製造方法。
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