JP6499337B2 - Pressure sensor, acoustic microphone, blood pressure sensor, and touch panel - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、圧力センサ、音響マイク、血圧センサ及びタッチパネルに関する。 Embodiments described herein relate generally to a pressure sensor, an acoustic microphone, a blood pressure sensor, and a touch panel.
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いた圧力センサには、例えば、ピエゾ抵抗変化型と静電容量型とがある。一方、スピン技術を用いた圧力センサが提案されている。スピン技術を用いた圧力センサにおいては、歪に応じた抵抗変化が検知される。スピン技術を用いた圧力センサにおいて、高感度の圧力センサが望まれる。 Examples of pressure sensors using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology include a piezoresistance change type and a capacitance type. On the other hand, a pressure sensor using a spin technique has been proposed. In a pressure sensor using a spin technique, a resistance change corresponding to strain is detected. Among pressure sensors using spin technology, a highly sensitive pressure sensor is desired.
本発明の実施形態は、高感度の圧力センサ、音響マイク、血圧センサ及びタッチパネルを提供する。 Embodiments of the present invention provide a highly sensitive pressure sensor, acoustic microphone, blood pressure sensor, and touch panel.
本発明の実施形態によれば、圧力センサは、支持部に支持され可撓性を有する膜部と、検知部と、を含む。前記膜部の膜面の、前記膜面内の第1方向の第1長さは、前記膜面の、前記第1方向に対して垂直で前記膜面内の第2方向の第2長さよりも長い。前記膜面は、中央部と、前記中央部の周りに設けられた周辺部と、を含む。検知部は、前記中央部の上に設けられ複数の検知素子を含む。前記複数の検知素子のそれぞれは、第1磁性層と、前記第1磁性層と前記膜部との間に設けられた第2磁性層と、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた中間層と、を含む。前記第1磁性層から前記第2磁性層への向き、または、前記第2磁性層から前記第1磁性層への向きに電流が流れる。前記中央部の前記第1方向の第3長さは、前記第1長さの0.3倍以下である。前記中央部の前記第2方向の第4長さは、前記第2長さの0.3倍以下である。前記中央部の重心と、前記膜面の重心と、の間の距離は、前記第2長さの1/10以下である。前記複数の検知素子の少なくとも2つは、ブリッジ回路を形成せずに電気的に直列に接続される。 According to an embodiment of the present invention, the pressure sensor is supported by the support portion includes a membrane portion that having a flexible, a detection unit. The first length of the film surface of the film part in the first direction in the film surface is perpendicular to the first direction of the film surface and is the second length in the second direction in the film surface. Also long. The film surface includes a central portion and a peripheral portion provided around the central portion. The detection unit is provided on the central portion and includes a plurality of detection elements. Each of the plurality of sensing elements includes a first magnetic layer, a second magnetic layer provided between the first magnetic layer and the film portion, and the first magnetic layer and the second magnetic layer. And an intermediate layer provided therebetween. A current flows in the direction from the first magnetic layer to the second magnetic layer, or in the direction from the second magnetic layer to the first magnetic layer. The third length of the central portion in the first direction is not more than 0.3 times the first length. The fourth length of the central portion in the second direction is not more than 0.3 times the second length. The distance between the center of gravity of the central portion and the center of gravity of the film surface is 1/10 or less of the second length. At least two of the plurality of sensing elements are electrically connected in series without forming a bridge circuit .
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
Note that, in the present specification and each drawing, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
(第1の実施形態)
図1(a)〜図1(d)は、第1の実施形態に係る圧力センサを例示する模式図である。
図1(a)は、模式的斜視図である。図1(b)は、図1(a)及び図1(c)のA1−A2線断面図である。図1(c)は、模式的平面図である。図1(d)は、圧力センサに含まれる膜部の模式的平面図である。
(First embodiment)
FIG. 1A to FIG. 1D are schematic views illustrating the pressure sensor according to the first embodiment.
FIG. 1A is a schematic perspective view. FIG.1 (b) is A1-A2 sectional view taken on the line of Fig.1 (a) and FIG.1 (c). FIG. 1C is a schematic plan view. FIG. 1D is a schematic plan view of a film part included in the pressure sensor.
図1(a)〜図1(c)に表したように、本実施形態に係る圧力センサ110は、膜部70dと、検知部50uと、を含む。この例では、支持部70sが設けられている。 As shown in FIGS. 1A to 1C, the pressure sensor 110 according to the present embodiment includes a film part 70d and a detection part 50u. In this example, a support portion 70s is provided.
支持部70sは、例えば、基板である。膜部70dは、支持部70sに支持される。膜部70dは、可撓性を有する。膜部70dは、例えば、ダイアフラムである。膜部70dは、支持部70sと一体的でも良く、別体でも良い。膜部70dには、支持部70sと同じ材料を用いても良く、支持部70sとは異なる材料を用いても良い。支持部70sとなる基板の一部を除去して、基板のうちの厚さが薄い部分が膜部70dとなっても良い。 The support part 70s is, for example, a substrate. The film part 70d is supported by the support part 70s. The film part 70d has flexibility. The film part 70d is, for example, a diaphragm. The film part 70d may be integrated with the support part 70s or may be a separate body. For the film part 70d, the same material as that of the support part 70s may be used, or a material different from that of the support part 70s may be used. A part of the substrate that becomes the support portion 70s may be removed, and the thin portion of the substrate may be the film portion 70d.
膜部70dの厚さは、支持部70sの厚さよりも薄い。膜部70dと支持部70sとに同じ材料が用いられ、これらが一体的である場合は、厚さが薄い部分が膜部70dとなり、厚い部分が支持部70sとなる。 The thickness of the film part 70d is thinner than the thickness of the support part 70s. When the same material is used for the film part 70d and the support part 70s, and these are integrated, the thin part becomes the film part 70d, and the thick part becomes the support part 70s.
支持部70sが、支持部70sを厚さ方向に貫通する貫通孔を有しており、貫通孔を覆うように膜部70dが設けられても良い。この時、例えば、膜部70dとなる材料の膜が、支持部70sの貫通孔以外の部分の上にも延在している場合がある。このとき、膜部70dとなる材料の膜のうちで、貫通孔と重なる部分が膜部70dとなる。 The support part 70s may have a through hole that penetrates the support part 70s in the thickness direction, and the film part 70d may be provided so as to cover the through hole. At this time, for example, the film of the material to be the film part 70d may also extend on a portion other than the through hole of the support part 70s. At this time, in the film of the material to be the film part 70d, the part overlapping with the through hole becomes the film part 70d.
膜部70dは、外縁70rを有する。膜部70dと支持部70sとに同じ材料が用いられ、これらが一体的である場合は、厚さが薄い部分の外縁が、膜部70dの外縁70rとなる。支持部70sが、支持部70sを厚さ方向に貫通する貫通孔を有しており、貫通孔を覆うように膜部70dが設けられている場合は、膜部70dとなる材料の膜のうちで、貫通孔と重なる部分の外縁が膜部70dの外縁70rとなる。 The film part 70d has an outer edge 70r. In the case where the same material is used for the film part 70d and the support part 70s and they are integrated, the outer edge of the thin part becomes the outer edge 70r of the film part 70d. When the support part 70s has a through-hole penetrating the support part 70s in the thickness direction and the film part 70d is provided so as to cover the through-hole, the film of the material to be the film part 70d Thus, the outer edge of the portion overlapping with the through hole becomes the outer edge 70r of the film part 70d.
支持部70sは、膜部70dの外縁70rを連続的に支持しても良く、膜部70dの外縁70rの一部を支持しても良い。 The support part 70s may support the outer edge 70r of the film part 70d continuously, or may support a part of the outer edge 70r of the film part 70d.
外縁70rを含む平面に対して垂直な方向をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向とX軸方向とに対して垂直な方向をY軸方向とする。 A direction perpendicular to the plane including the outer edge 70r is taken as a Z-axis direction. One direction perpendicular to the Z-axis direction is taken as an X-axis direction. A direction perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis direction is taken as a Y-axis direction.
膜部70dの膜面70fs内の1つの方向を第1方向とする。第1方向は、例えばX軸方向である。第1方向に対して垂直で、膜面70fs内の方向を第2方向とする。第2方向は、例えばY軸方向である。 One direction in the film surface 70fs of the film part 70d is defined as a first direction. The first direction is, for example, the X-axis direction. A direction perpendicular to the first direction and within the film surface 70fs is a second direction. The second direction is, for example, the Y-axis direction.
本実施形態においては、膜部70dの平面形状は、異方性形状を有する。
例えば、図1(d)に例示したように、膜部70dは、第1方向(X軸方向)の第1長さL1と、第2方向(Y軸方向)の第2長さL2と、を有する。第1長さL1は、第2長さL2よりも長い。第1長さL1は、膜部70dの第1方向における最大の長さである。第2長さL2は、膜部70dの第2方向における最大の長さである。
In the present embodiment, the planar shape of the film part 70d has an anisotropic shape.
For example, as illustrated in FIG. 1D, the film unit 70d includes a first length L1 in the first direction (X-axis direction), a second length L2 in the second direction (Y-axis direction), Have The first length L1 is longer than the second length L2. The first length L1 is the maximum length of the film part 70d in the first direction. The second length L2 is the maximum length of the film part 70d in the second direction.
この例では、膜部70dの平面形状は、略矩形である。すなわち、膜面70fsは、第1〜第4辺70s1〜70s4を有する。第1辺70s1は、第1方向に沿う。第2辺70s2は、第1辺70s1と離間し、第1方向に沿う。第1辺70s1と第2辺70s2との間の距離は、例えば、第2長さL2である。第3辺70s3は、第1辺70s1の一端70s11と、第2辺70s2の一端70s21と、に接続され、第2方向に沿う。第4辺70s4は、第1辺70s1の他端70s12と、第2辺70s2の他端70s22と、に接続され、第3辺70s3と離間し、第2方向に沿う。第3辺70s3と第4辺70s4との間の距離は、例えば、第1長さである。後述するように、これらの辺の間は、直線状または曲線状のコーナー部により接続されても良い。 In this example, the planar shape of the film part 70d is substantially rectangular. That is, the film surface 70fs has first to fourth sides 70s1 to 70s4. The first side 70s1 is along the first direction. The second side 70s2 is separated from the first side 70s1 and extends in the first direction. The distance between the first side 70s1 and the second side 70s2 is, for example, the second length L2. The third side 70s3 is connected to one end 70s11 of the first side 70s1 and one end 70s21 of the second side 70s2, and extends in the second direction. The fourth side 70s4 is connected to the other end 70s12 of the first side 70s1 and the other end 70s22 of the second side 70s2, is separated from the third side 70s3, and extends in the second direction. The distance between the third side 70s3 and the fourth side 70s4 is, for example, the first length. As will be described later, these sides may be connected by straight or curved corner portions.
図1(d)に表したように、膜部70dの膜面70fsは、中央部70cと、周辺部70pと、を含む。周辺部70pは、中央部70cの周りに設けられる。膜部70dを、膜面70fsに対して平行な面(例えばX−Y平面)に投影したときに、周辺部70pは、中央部70cの周りに設けられる。 As shown in FIG. 1D, the film surface 70fs of the film part 70d includes a central part 70c and a peripheral part 70p. The peripheral portion 70p is provided around the central portion 70c. When the film part 70d is projected onto a plane (for example, an XY plane) parallel to the film surface 70fs, the peripheral part 70p is provided around the central part 70c.
検知部50uは、膜部70dの中央部70cの上に設けられる。
本願明細書において、「上に設けられる」状態は、直接接して設けられる状態の他に、間に他の要素が挿入されて設けられる状態も含む。
The detection part 50u is provided on the center part 70c of the film | membrane part 70d.
In the specification of the application, the state of “provided on” includes not only the state of being provided in direct contact but also the state of being provided with another element inserted therebetween.
検知部50uは、検知素子50を含む。この例では、検知部50uは、複数の検知素子50(例えば第1〜第5検知素子50a〜50eなど)を含む。検知部50uに設けられる検知素子50の数は、1でも良い。 The detection unit 50u includes a detection element 50. In this example, the detection unit 50u includes a plurality of detection elements 50 (for example, first to fifth detection elements 50a to 50e). The number of detection elements 50 provided in the detection unit 50u may be one.
図1(b)に表したように、検知素子50は、第1磁性層10と、第2磁性層20と、中間層30と、を含む。第2磁性層20は、第1磁性層10と膜部70dとの間に設けられる。中間層30は、第1磁性層10と第2磁性層20との間に設けられる。中間層30には、例えば非磁性材料を用いることができる。 As illustrated in FIG. 1B, the sensing element 50 includes a first magnetic layer 10, a second magnetic layer 20, and an intermediate layer 30. The second magnetic layer 20 is provided between the first magnetic layer 10 and the film part 70d. The intermediate layer 30 is provided between the first magnetic layer 10 and the second magnetic layer 20. For the intermediate layer 30, for example, a nonmagnetic material can be used.
圧力センサ110においては、第1配線61及び第2配線62が設けられている。第1配線61は、検知素子50のいずれかに接続される。第2配線62は、検知素子50のいずれかに接続される。第1配線61と第2配線62との間には、例えば、層間絶縁膜63が設けられ、第1配線61と第2配線62とが電気的に絶縁される。第1配線61と第2配線62との間に電圧が印加され、この電圧が、第1配線61及び第2配線62を介して、検知素子50に印加される。圧力センサ110に圧力が加わると、膜部70dが変形する。検知素子50においては、膜部70dの変形に伴って電気抵抗が変化する。電気抵抗の変化を第1配線61及び第2配線62を介して検知することで、圧力が検知できる。 In the pressure sensor 110, a first wiring 61 and a second wiring 62 are provided. The first wiring 61 is connected to one of the detection elements 50. The second wiring 62 is connected to one of the detection elements 50. For example, an interlayer insulating film 63 is provided between the first wiring 61 and the second wiring 62, and the first wiring 61 and the second wiring 62 are electrically insulated. A voltage is applied between the first wiring 61 and the second wiring 62, and this voltage is applied to the sensing element 50 via the first wiring 61 and the second wiring 62. When pressure is applied to the pressure sensor 110, the film part 70d is deformed. In the sensing element 50, the electrical resistance changes with the deformation of the film part 70d. By detecting a change in electrical resistance via the first wiring 61 and the second wiring 62, the pressure can be detected.
例えば、図1(d)に表したように、膜面70fsの重心70dcと、中央部70cの重心と、は実質的に重なる。X−Y平面に投影したときに、膜部70dの重心と、中央部70cの重心と、は実質的に重なる。例えば、中央部70cの重心70ccと、膜面70fsの重心70dcと、は、近接または、一致している。中央部70cの重心70ccと、膜面70fsの重心70dcと、の間の距離は、例えば、第2長さL2の1/10以下である。 For example, as shown in FIG. 1D, the center of gravity 70dc of the film surface 70fs and the center of gravity of the central portion 70c substantially overlap each other. When projected onto the XY plane, the center of gravity of the film part 70d and the center of gravity of the center part 70c substantially overlap each other. For example, the center of gravity 70cc of the central portion 70c and the center of gravity 70dc of the film surface 70fs are close to or coincide with each other. The distance between the center of gravity 70cc of the central portion 70c and the center of gravity 70dc of the film surface 70fs is, for example, 1/10 or less of the second length L2.
検知部50uが設けられる中央部70cは、膜面70fsのうちの中心部分に配置されている。図1(d)に表したように、例えば、中央部70cの第1方向の第3長さL3は、第1長さL1の0.3倍以下である。中央部70cの第2方向の第4長さL4は、第2長さL2の0.3倍以下である。中央部70cを除く領域が、周辺部70pとなる。 The central portion 70c where the detection unit 50u is provided is disposed at the central portion of the film surface 70fs. As shown in FIG. 1D, for example, the third length L3 of the central portion 70c in the first direction is not more than 0.3 times the first length L1. The fourth length L4 in the second direction of the central portion 70c is not more than 0.3 times the second length L2. A region excluding the central portion 70c is a peripheral portion 70p.
本実施形態に係る圧力センサ110においては、膜部70dの平面形状(膜面70fsの形状)が異方性形状を有しており、検知部50uは、このような膜部70dの中央部70cの上に設けられる。これにより、高感度の圧力センサが提供できる。 In the pressure sensor 110 according to the present embodiment, the planar shape of the film part 70d (the shape of the film surface 70fs) has an anisotropic shape, and the detection part 50u has a central part 70c of such a film part 70d. It is provided on the top. Thereby, a highly sensitive pressure sensor can be provided.
以下、圧力センサ110の例について説明する。
支持部70sには、例えば、板状の基板を用いることができる。基板の内部には、例えば、空洞部70hが設けられている。
Hereinafter, an example of the pressure sensor 110 will be described.
For example, a plate-like substrate can be used for the support portion 70s. For example, a hollow portion 70h is provided inside the substrate.
支持部70sには、例えば、シリコンなどの半導体材料、金属などの導電材料、または、絶縁性材料を用いることができる。支持部70sは、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを含んでも良い。空洞部70hの内部は、例えば減圧状態(真空状態)である。空洞部70hの内部に、空気などの気体、または、液体が充填されていても良い。空洞部70hの内部は、膜部が撓むことができるように設計される。空洞部70hの内部は、外部の大気とつながっていてもよい。 For example, a semiconductor material such as silicon, a conductive material such as metal, or an insulating material can be used for the support portion 70s. The support portion 70s may include, for example, silicon oxide or silicon nitride. The inside of the hollow portion 70h is, for example, in a reduced pressure state (vacuum state). The hollow portion 70h may be filled with a gas such as air or a liquid. The inside of the hollow portion 70h is designed so that the film portion can be bent. The inside of the hollow portion 70h may be connected to the outside atmosphere.
空洞部70hの上には、膜部70dが設けられている。膜部70dには、例えば、支持部70sとなる基板の一部が薄く加工され部分が用いられる。膜部70dの厚さ(Z軸方向の長さ)は、基板の厚さ(Z軸方向の長さ)よりも薄い。 A film part 70d is provided on the cavity part 70h. For the film part 70d, for example, a part of the substrate that becomes the support part 70s is processed thinly, and the part is used. The thickness (length in the Z-axis direction) of the film part 70d is thinner than the thickness (length in the Z-axis direction) of the substrate.
膜部70dに圧力が印加されると、膜部70dは撓む。この圧力は、圧力センサ110が検知すべき圧力に対応する。印加される圧力は、音波または超音波などによる圧力も含む。音波または超音波などによる圧力を検知する場合は、圧力センサ110は、マイクロフォンとして機能する。 When pressure is applied to the film part 70d, the film part 70d bends. This pressure corresponds to the pressure that the pressure sensor 110 should detect. The applied pressure includes pressure by sound waves or ultrasonic waves. In the case where pressure due to sound waves or ultrasonic waves is detected, the pressure sensor 110 functions as a microphone.
膜部70dには、例えば、絶縁性材料が用いられる。膜部70dは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸窒化シリコンの少なくともいずれかを含む。膜部70dには、例えば、シリコンなどの半導体材料を用いても良い。膜部70dには、例えば、金属材料を用いても良い。 For example, an insulating material is used for the film part 70d. The film part 70d includes, for example, at least one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride. For the film part 70d, for example, a semiconductor material such as silicon may be used. For example, a metal material may be used for the film part 70d.
膜部70dの厚さは、例えば、0.1マイクロメートル(μm)以上3μm以下である。この厚さは、0.2μm以上1.5μm以下であることが好ましい。膜部70dには、例えば、厚さが0.2μmの酸化シリコン膜と、厚さが0.4μmのシリコン膜と、の積層体を用いても良い。 The thickness of the film part 70d is, for example, not less than 0.1 micrometer (μm) and not more than 3 μm. This thickness is preferably 0.2 μm or more and 1.5 μm or less. For the film part 70d, for example, a stacked body of a silicon oxide film having a thickness of 0.2 μm and a silicon film having a thickness of 0.4 μm may be used.
第1磁性層10及び第2磁性層20には、例えば強磁性層が用いられる。第1磁性層10は、例えば、磁化自由層である。第2磁性層20は、例えば、参照層である。参照層として、磁化固定層、または、磁化自由層が用いられる。例えば、第1磁性層10の磁化の変化は、第2磁性層20の磁化の変化よりも容易とすることができる。このようにすることで、例えば、後述するように、圧力が加わった際に、第1磁性層10の磁化と第2磁性層20の磁化との間の相対角度の変化を生じさせ易くできる。 For example, a ferromagnetic layer is used for the first magnetic layer 10 and the second magnetic layer 20. The first magnetic layer 10 is, for example, a magnetization free layer. The second magnetic layer 20 is, for example, a reference layer. As the reference layer, a magnetization fixed layer or a magnetization free layer is used. For example, the change in magnetization of the first magnetic layer 10 can be made easier than the change in magnetization of the second magnetic layer 20. By doing so, for example, as will be described later, when a pressure is applied, it is possible to easily cause a change in the relative angle between the magnetization of the first magnetic layer 10 and the magnetization of the second magnetic layer 20.
以下、検知素子50の動作の例について説明する。以下の例では、第2磁性層20が磁化固定層である。 Hereinafter, an example of the operation of the detection element 50 will be described. In the following example, the second magnetic layer 20 is a magnetization fixed layer.
本実施形態の圧力センサ110において、膜部70dが外部からの圧力に対して撓んだ際に、検知素子50に歪が発生する。検知素子50は、この歪の変化を電気抵抗の変化に変換する機能を有する。 In the pressure sensor 110 of the present embodiment, when the film part 70d is bent with respect to the pressure from the outside, distortion occurs in the sensing element 50. The sensing element 50 has a function of converting the change in strain into a change in electrical resistance.
検知素子50が歪センサとして機能する動作は、例えば、「逆磁歪効果」と「磁気抵抗効果」との応用に基づく。「逆磁歪効果」は、磁化自由層に用いられる強磁性層において得られる。「磁気抵抗効果」は、参照層と中間層と磁化自由層との積層膜において発現する。 The operation in which the sensing element 50 functions as a strain sensor is based on, for example, applications of “inverse magnetostriction effect” and “magnetoresistance effect”. The “inverse magnetostriction effect” is obtained in the ferromagnetic layer used for the magnetization free layer. The “magnetoresistance effect” is manifested in a laminated film of a reference layer, an intermediate layer, and a magnetization free layer.
「逆磁歪効果」は、強磁性体の磁化が強磁性体に印加された歪によって変化する現象である。すなわち、検知素子50の積層膜に外部歪が印加されると、磁化自由層の磁化方向が変化する。その結果、参照層の磁化と磁化自由層の磁化との間の相対角度が変化する。この際に「磁気抵抗効果(MR効果)」により、電気抵抗の変化が引き起こされる。MR効果は、例えば、GMR(Giant magnetoresistance)効果、または、TMR(Tunneling magnetoresistance)効果などを含む。積層膜に電流を流すことで、磁化の向きの相対角度の変化を電気抵抗変化として読み取ることで、MR効果は発現する。例えば、積層膜に加わる歪によって、検知素子50に歪が加わる。歪によって磁化自由層の磁化の向きが変化し、磁化自由層の磁化の向きと、参照層の磁化の向きと、の相対角度が変化する。すなわち、逆磁歪効果によりMR効果が発現する。 The “inverse magnetostriction effect” is a phenomenon in which the magnetization of a ferromagnetic material changes depending on the strain applied to the ferromagnetic material. That is, when an external strain is applied to the laminated film of the sensing element 50, the magnetization direction of the magnetization free layer changes. As a result, the relative angle between the magnetization of the reference layer and the magnetization of the magnetization free layer changes. At this time, a change in electrical resistance is caused by the “magnetoresistance effect (MR effect)”. The MR effect includes, for example, a GMR (Giant magnetoresistance) effect or a TMR (Tunneling magnetoresistance) effect. By passing a current through the laminated film, a change in the relative angle of the magnetization direction is read as a change in electrical resistance, so that the MR effect appears. For example, the sensing element 50 is strained by strain applied to the laminated film. The magnetization direction of the magnetization free layer changes due to the strain, and the relative angle between the magnetization direction of the magnetization free layer and the magnetization direction of the reference layer changes. That is, the MR effect is manifested by the inverse magnetostrictive effect.
磁化自由層に用いられる強磁性材料が正の磁歪定数を有する場合は、磁化の方向と引張歪の方向との角度が小さくなり、磁化の方向と圧縮歪の方向との角度が大きくなるように、磁化の方向が変化する。磁化自由層に用いられる強磁性材料が負の磁歪定数を有する場合は、磁化の方向と引張歪の方向との角度が大きくなり、磁化の方向と圧縮歪の方向との角度が小さくなるように、磁化の方向が変化する。 When the ferromagnetic material used for the magnetization free layer has a positive magnetostriction constant, the angle between the direction of magnetization and the direction of tensile strain is reduced, and the angle between the direction of magnetization and the direction of compressive strain is increased. The direction of magnetization changes. When the ferromagnetic material used for the magnetization free layer has a negative magnetostriction constant, the angle between the magnetization direction and the tensile strain direction is increased, and the angle between the magnetization direction and the compression strain direction is decreased. The direction of magnetization changes.
以下、磁化自由層に用いられる強磁性材料が正の磁歪定数を有する場合の例に関して、磁化の変化の例について説明する。 Hereinafter, an example of the change in magnetization will be described with respect to an example in which the ferromagnetic material used for the magnetization free layer has a positive magnetostriction constant.
図2(a)〜図2(i)は、圧力センサの動作を例示する模式的斜視図である。
図2(a)〜図2(c)は、検知素子50に「垂直方向の歪」が加わる状態を例示している。「垂直方向の歪」は、積層方向(例えば第2磁性層20から第1磁性層10に向かう方向)に対して垂直で、磁化固定層の磁化の方向に対して垂直な方向の異方的な歪(以降、異方歪と呼ぶ)である。
FIG. 2A to FIG. 2I are schematic perspective views illustrating the operation of the pressure sensor.
FIG. 2A to FIG. 2C illustrate a state where “vertical strain” is applied to the sensing element 50. “Vertical strain” is anisotropic in a direction perpendicular to the stacking direction (for example, the direction from the second magnetic layer 20 toward the first magnetic layer 10) and perpendicular to the magnetization direction of the magnetization fixed layer. Strain (hereinafter referred to as anisotropic strain).
図2(d)〜図2(f)は、検知素子50に「平行方向の歪」が加わる状態を例示している。「平行方向の歪」は、積層方向に対して垂直で、磁化固定層の磁化の方向に対して平行な方向の異方的な歪(異方歪)である。 FIG. 2D to FIG. 2F illustrate a state in which “parallel strain” is applied to the sensing element 50. “Parallel strain” is anisotropic strain (anisotropic strain) in a direction perpendicular to the stacking direction and parallel to the magnetization direction of the magnetization fixed layer.
図2(g)〜図2(i)は、検知素子50に「等方的な歪」が加わる状態を例示している。「等方的な歪」は、積層方向に対して垂直な面内で等方的な歪である。 FIG. 2G to FIG. 2I illustrate a state where “isotropic strain” is applied to the sensing element 50. “Isotropic strain” is isotropic strain in a plane perpendicular to the stacking direction.
図2(b)、図2(e)及び図2(h)は、歪が加わっていない状態に対応する。図2(a)、図2(d)及び図2(g)は、引張歪tsが加わった状態に対応する。図2(c)、図2(f)及び図2(i)は、圧縮歪csが加わった状態に対応する。 FIG. 2B, FIG. 2E, and FIG. 2H correspond to a state in which no distortion is applied. 2A, 2D, and 2G correspond to the state in which the tensile strain ts is applied. FIG. 2C, FIG. 2F, and FIG. 2I correspond to the state in which the compression strain cs is added.
図2(a)に例示したように、「垂直方向の歪」である引張歪tsが加わった場合は、磁化自由層(第1磁性層10)の磁化10mの方向と、磁化固定層(第2磁性層20)の磁化20mの方向と、の間の角度(磁化の相対角度)が、歪が加わらない状態(図2(b)の状態)よりも小さくなる。その結果、検知素子50における電気抵抗が減少する。 As illustrated in FIG. 2A, when a tensile strain ts which is “vertical strain” is applied, the direction of the magnetization 10 m of the magnetization free layer (first magnetic layer 10) and the magnetization fixed layer (first The angle between the direction of the magnetization 20m of the two magnetic layer 20) (relative angle of magnetization) is smaller than the state in which no distortion is applied (the state in FIG. 2B). As a result, the electrical resistance in the sensing element 50 decreases.
図2(c)に例示したように、「垂直方向の歪」である圧縮歪csが加わった場合は、磁化の相対角度が、歪が加わらない状態(図2(b)の状態)よりも大きくなる。その結果、電気抵抗が増大する。 As illustrated in FIG. 2C, when the compression strain cs, which is “vertical strain”, is applied, the relative angle of magnetization is more than the state in which no strain is applied (the state of FIG. 2B). growing. As a result, the electrical resistance increases.
図2(d)に例示したように、「平行方向の歪」である引張歪tsが加わった場合は、磁化の相対角度が、歪が加わらない状態(図2(e)の状態)よりも大きくなる。その結果、検知素子50における電気抵抗が増大する。 As illustrated in FIG. 2D, when a tensile strain ts which is “strain in a parallel direction” is applied, the relative angle of magnetization is more than that in a state where no strain is applied (the state in FIG. 2E). growing. As a result, the electrical resistance in the sensing element 50 increases.
図2(f)に例示したように、「平行方向の歪」である圧縮歪csが加わった場合は、磁化の相対角度が、歪が加わらない状態(図2(e)の状態)よりも小さくなる。その結果、検知素子50における電気抵抗が減少する。 As illustrated in FIG. 2F, when the compressive strain cs which is “strain in the parallel direction” is applied, the relative angle of magnetization is more than the state where the strain is not applied (the state of FIG. 2E). Get smaller. As a result, the electrical resistance in the sensing element 50 decreases.
このように、「平行方向の歪」における磁化の相対角度の歪に対する増減の関係は、「垂直方向の歪」におけるその関係とは、逆になる。「平行方向の歪」と、「垂直方向の歪」と、で、歪の極性に対する電気抵抗の変化が逆極性になる。 Thus, the relationship of increase / decrease with respect to the distortion of the relative angle of magnetization in “parallel strain” is opposite to that in “vertical strain”. In “parallel strain” and “vertical strain”, the change in electrical resistance with respect to the polarity of the strain is reversed.
図2(g)〜図2(i)に例示したように、「等方的な歪」が加わる場合には、磁化自由層の磁化10mの方向は変化しない。このため、引張歪ts及び圧縮歪csの両極性の歪において、電気抵抗は、変化しない。 As illustrated in FIGS. 2G to 2I, when “isotropic strain” is applied, the direction of the magnetization 10m of the magnetization free layer does not change. For this reason, the electric resistance does not change in the bipolar strains of the tensile strain ts and the compressive strain cs.
このように、検知素子50においては、加わる歪の向きによって、得られる電気抵抗の変化が、異なる。 Thus, in the detection element 50, the change in the electrical resistance obtained differs depending on the direction of the applied strain.
本実施形態に係る圧力センサ110においては、膜部70dの平面形状が異方性形状を有している。例えば、膜面70fsの重心70dcを通る第1軸70x(膜面70fs内の軸)に沿う膜部70dの長さ(第1長さL1)は、第1軸70xと直交し膜面70fsの重心70dcを通る第2軸70yに沿う膜部70dの長さ(第2長さL2)よりも長い。検知部50uは、中央部70c(重心70dcの近く)に配置されている。例えば、複数の検知素子50は、膜面70fsの重心70dcの近くに集合して設けられている。 In the pressure sensor 110 according to the present embodiment, the planar shape of the film part 70d has an anisotropic shape. For example, the length (first length L1) of the film part 70d along the first axis 70x (the axis in the film surface 70fs) passing through the center of gravity 70dc of the film surface 70fs is orthogonal to the first axis 70x and the film surface 70fs. It is longer than the length (second length L2) of the film part 70d along the second axis 70y passing through the center of gravity 70dc. The detection unit 50u is disposed in the central portion 70c (near the center of gravity 70dc). For example, the plurality of sensing elements 50 are collectively provided near the center of gravity 70dc of the film surface 70fs.
図3(a)〜図3(c)は、第1の実施形態に係る圧力センサの動作を例示する模式図である。
図3(a)は、本実施形態に係る圧力センサ110の膜部70dの模式的斜視図である。図3(b)は、図3(a)のA1−A2線断面図である。図3(c)は、図3(a)のB1−B2線断面図である。図3(b)及び図3(c)は、膜部70dに圧力が印加され、膜部70dが変形し、撓んだ状態を例示している。
FIG. 3A to FIG. 3C are schematic views illustrating the operation of the pressure sensor according to the first embodiment.
FIG. 3A is a schematic perspective view of the film part 70d of the pressure sensor 110 according to the present embodiment. FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIG. FIG. 3C is a cross-sectional view taken along line B1-B2 of FIG. FIG. 3B and FIG. 3C illustrate a state where pressure is applied to the film part 70d and the film part 70d is deformed and bent.
図3(a)に表したように、膜部70dの平面形状は、例えば、長方形などの異方性形状を有している。図3(b)及び図3(c)中の点線は、圧力が印加されていないときの膜部70dの状態を模式的に示している。圧力が印加されていないときに、例えば、膜部70dは、X−Y平面に対して平行である。図3(b)及び図3(c)中の実線は、膜部70dに圧力Fzが印加されたときの膜部70dの状態を模式的に示している。これらの図に例示したように、圧力Fzが膜部70dの一方の面から加わると、膜部70dは撓む。この際に、その長軸方向と短軸方向とで、膜部70dの表面に生じる歪は、異なる。短軸方向に生じる歪は、長軸方向に生じる歪よりも大きくなる。これは、変形した膜部70dの表面の短軸方向における曲率半径が、長軸方向における曲率半径よりも小さくなることによる。 As shown in FIG. 3A, the planar shape of the film part 70d has, for example, an anisotropic shape such as a rectangle. The dotted lines in FIGS. 3B and 3C schematically show the state of the film part 70d when no pressure is applied. When no pressure is applied, for example, the film part 70d is parallel to the XY plane. The solid lines in FIGS. 3B and 3C schematically show the state of the film part 70d when the pressure Fz is applied to the film part 70d. As illustrated in these drawings, when the pressure Fz is applied from one surface of the film part 70d, the film part 70d bends. At this time, the strain generated on the surface of the film part 70d differs between the major axis direction and the minor axis direction. The strain generated in the minor axis direction is larger than the strain generated in the major axis direction. This is because the radius of curvature in the minor axis direction of the surface of the deformed film part 70d is smaller than the radius of curvature in the major axis direction.
このように、膜部70dの平面形状が異方性形状を有している場合は、長軸方向(第1方向)と、短軸方向(第2方向)と、で膜部70dに生じる歪が異なる。このため、圧力センサ110においては、膜面70fsの中央部70c(重心70dcの近傍)においても、異方的な歪が得られる。本実施形態においては、膜部70d上において、異方的な歪が得られる領域が広い。 In this way, when the planar shape of the film part 70d has an anisotropic shape, the distortion generated in the film part 70d in the major axis direction (first direction) and the minor axis direction (second direction). Is different. For this reason, in the pressure sensor 110, anisotropic strain is obtained even in the central portion 70c (near the center of gravity 70dc) of the film surface 70fs. In the present embodiment, a region where anisotropic strain is obtained is wide on the film part 70d.
図4(a)〜図4(c)は、参考例の圧力センサの動作を例示する模式図である。
図4(a)は、参考例の圧力センサ119の膜部70dの模式的斜視図である。図4(b)は、図4(a)のA1−A2線断面図である。図4(c)は、図4(a)のB1−B2線断面図である。図4(b)及び図4(c)は、膜部70dに圧力が印加され、膜部70dが変形し、撓んだ状態を例示している。
FIG. 4A to FIG. 4C are schematic views illustrating the operation of the pressure sensor of the reference example.
FIG. 4A is a schematic perspective view of the film part 70d of the pressure sensor 119 of the reference example. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIG. FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line B1-B2 of FIG. FIG. 4B and FIG. 4C illustrate a state in which pressure is applied to the film part 70d and the film part 70d is deformed and bent.
図4(a)に表したように、参考例の圧力センサ119においては、膜部70dの平面形状は、等方的であり、この例では、円形である。この場合には、図4(b)及び図4(c)に例示したように、圧力Fzが加わり膜部70dが変形したときに膜部70dの表面に生じる歪は、等方的である。従って、参考例における圧力センサ119においては、膜面70fsの重心70dc付近においては、表面に生じる歪が等方的である。 As shown in FIG. 4A, in the pressure sensor 119 of the reference example, the planar shape of the film part 70d is isotropic, and in this example, is circular. In this case, as illustrated in FIGS. 4B and 4C, the strain generated on the surface of the film part 70 d when the pressure Fz is applied and the film part 70 d is deformed is isotropic. Therefore, in the pressure sensor 119 in the reference example, the strain generated on the surface is isotropic near the center of gravity 70 dc of the film surface 70 fs.
すなわち、異方性形状を有する膜部70d(圧力センサ110)においては、等方的な形状を有する膜部70d(圧力センサ119)よりも、膜部70d上で異方的な歪が生じる領域が広い。 That is, in the film part 70d (pressure sensor 110) having an anisotropic shape, an area where anisotropic strain is generated on the film part 70d than in the film part 70d (pressure sensor 119) having an isotropic shape. Is wide.
検知素子50は、膜部70d上に配置される。膜部70dが外部圧力に対して撓んだ際に、検知素子50に歪が加わり、その結果、検知素子50において、外部圧力が電気抵抗の変化として検出される。既に説明したように、検知素子50においては、検知素子50に加わる歪の方向に応じて歪に対する電気抵抗の変化が異なる。異方性形状を有する膜部70d上に検知素子50を設けることで、検知素子50に異方歪が加わる領域の面積を広くすることができる。例えば、異方性形状を有する膜部70dを用いることで、異方歪を大きくできる。さらに、膜部70dにおいて異方歪が加わる領域の面積が拡大できるので、検知素子50の配置の自由度が高まる。さらに、面積が拡大できるので、その領域に配置できる検知素子50の数が増大できる。例えば、圧力に対して同様(例えば同じ極性)の電気抵抗の変化を示す検知素子の数が増大できる。本実施形態によれば、圧力の検知感度を高めることができる。 The sensing element 50 is disposed on the film part 70d. When the film part 70d is bent with respect to the external pressure, the sensing element 50 is distorted. As a result, the sensing element 50 detects the external pressure as a change in electric resistance. As already described, in the sensing element 50, the change in electrical resistance with respect to strain differs depending on the direction of strain applied to the sensing element 50. By providing the sensing element 50 on the film part 70d having an anisotropic shape, the area of a region where anisotropic strain is applied to the sensing element 50 can be increased. For example, the anisotropic strain can be increased by using the film part 70d having an anisotropic shape. Furthermore, since the area of the region where the anisotropic strain is applied in the film part 70d can be increased, the degree of freedom of arrangement of the sensing elements 50 is increased. Furthermore, since the area can be expanded, the number of sensing elements 50 that can be arranged in the region can be increased. For example, the number of sensing elements that exhibit a similar change in electrical resistance with respect to pressure (eg, the same polarity) can be increased. According to this embodiment, the pressure detection sensitivity can be increased.
図5(a)〜図5(f)は、第1の実施形態に係る圧力センサの構成及び特性を例示する模式図である。
これらの図は、圧力センサ110の特性のシミュレーション結果を例示している。図5(a)は、膜部70dの模式的斜視図である。図5(b)及び図5(c)は、膜部70dに圧力が加わったときの膜部70dの撓み量uzを例示している。図5(b)及び図5(c)における縦軸は、撓み量uz(μm)である。図5(b)の横軸は、X軸方向における位置dx(μm)である。図5(c)の横軸は、Y軸方向における位置dy(μm)である。位置dx及び位置dyの基準は、膜面70fsの重心70dcである。
FIG. 5A to FIG. 5F are schematic views illustrating the configuration and characteristics of the pressure sensor according to the first embodiment.
These drawings illustrate the simulation results of the characteristics of the pressure sensor 110. FIG. 5A is a schematic perspective view of the film part 70d. FIG. 5B and FIG. 5C illustrate the amount of deformation uz of the film part 70d when pressure is applied to the film part 70d. The vertical axis in FIG. 5B and FIG. 5C is the deflection amount uz (μm). The horizontal axis of FIG.5 (b) is the position dx (micrometer) in a X-axis direction. The horizontal axis in FIG. 5C is the position dy (μm) in the Y-axis direction. The reference for the position dx and the position dy is the center of gravity 70dc of the film surface 70fs.
図5(d)及び図5(e)は、圧力が加わった膜部70dにおいて生じる歪εを例示している。図5(d)及び図5(e)における縦軸は、歪ε(無単位)である。図5(d)の横軸は、位置dxであり、図5(e)の横軸は、位置dyである。これらの図においては、引張歪において、歪εは正であり、圧縮歪において、歪εは負である。これらの図には、X軸方向の歪である第1歪εxと、Y軸方向の歪である第2歪εyと、それらの差(異方歪Δε)と、が示されている。異方歪Δεは、第1歪εxと第2歪εyとの差(すなわち、εx−εy)である。異方歪Δεが、検知素子50の磁化自由層の磁化の方向の変化に寄与する。
図5(f)は、膜部70dに生じる異方歪ΔεのX−Y面内分布を例示している。
FIG. 5D and FIG. 5E illustrate the strain ε generated in the film part 70d to which pressure is applied. The vertical axis in FIG. 5D and FIG. 5E is the strain ε (no unit). The horizontal axis of FIG.5 (d) is the position dx, and the horizontal axis of FIG.5 (e) is the position dy. In these drawings, the strain ε is positive in the tensile strain, and the strain ε is negative in the compression strain. In these drawings, a first strain εx that is a strain in the X-axis direction, a second strain εy that is a strain in the Y-axis direction, and a difference between them (an anisotropic strain Δε) are shown. The anisotropic strain Δε is a difference (that is, εx−εy) between the first strain εx and the second strain εy. The anisotropic strain Δε contributes to a change in the magnetization direction of the magnetization free layer of the sensing element 50.
FIG. 5F illustrates an XY in-plane distribution of the anisotropic strain Δε generated in the film part 70d.
図5(a)に表したように、この例では、膜部70dの平面形状は、長方形である。そして、膜面70fsの重心70dc付近に検知素子50(この図では省略)が配置されている。この例では、膜部70dの長辺の長さ(第1長さL1)は、625μmである。短辺の長さ(第2長さL2)は、400μmである。膜部70dの厚さLtは、2μmである。 As shown in FIG. 5A, in this example, the planar shape of the film part 70d is a rectangle. The sensing element 50 (not shown in this figure) is disposed in the vicinity of the center of gravity 70dc of the film surface 70fs. In this example, the length of the long side (first length L1) of the film part 70d is 625 μm. The length of the short side (second length L2) is 400 μm. The thickness Lt of the film part 70d is 2 μm.
この例では、膜部70dの外縁70rを完全拘束の固定端としている。この例では、有限要素法解析によって、膜部70dの表面に生じる歪εの解析が行われる。有限要素法で分割した各要素において、フックの法則を適用して解析が行われている。 In this example, the outer edge 70r of the film part 70d is a completely fixed end. In this example, the strain ε generated on the surface of the film part 70d is analyzed by the finite element method analysis. Each element divided by the finite element method is analyzed by applying Hooke's law.
シミュレーションにおいて、膜部70dの材料は、シリコンが想定されている。膜部70dのヤング率は165GPaであり、ポアソン比は、0.22である。シミュレーションにおいては、膜部70dの裏面から、13.33kPaの均一な圧力が加えられたときの、膜部70dの表面の歪εが求められる。有限要素法においては、X−Y平面において、平面メッシュサイズは5μmとされ、厚み方向のメッシュサイズは、2μmある。 In the simulation, the material of the film part 70d is assumed to be silicon. The Young's modulus of the film part 70d is 165 GPa, and the Poisson's ratio is 0.22. In the simulation, a strain ε on the surface of the film part 70d when a uniform pressure of 13.33 kPa is applied from the back surface of the film part 70d is obtained. In the finite element method, in the XY plane, the planar mesh size is 5 μm, and the mesh size in the thickness direction is 2 μm.
図5(b)及び図5(c)に示したように、長軸方向及び短軸方向において、膜面70fsの重心70dc付近では、膜部70dは凸状(上に向かって凸)である。そして、膜部70dの外縁70r付近では、膜部70dは凹状(下に向かって凸)である。外縁70r付近で凹状になるのは、固定端付近における反りによる。膜部70dが凸状に反っている領域では、膜部70d(ダイアフラム)の表面には引張歪が生じる。逆に、凹状に反っている領域では、膜部70dの表面には圧縮歪が生じる。 As shown in FIGS. 5B and 5C, the film portion 70d is convex (convex upward) in the vicinity of the center of gravity 70dc of the film surface 70fs in the major axis direction and the minor axis direction. . In the vicinity of the outer edge 70r of the film part 70d, the film part 70d is concave (convex downward). The concave shape near the outer edge 70r is due to warpage in the vicinity of the fixed end. In the region where the film part 70d is warped in a convex shape, tensile strain is generated on the surface of the film part 70d (diaphragm). On the contrary, in the region warped in a concave shape, compressive strain is generated on the surface of the film part 70d.
図5(d)及び図5(e)に示したように、凸状に反っている重心70dcにおいては、第1歪εx及び第2歪εyは、引張歪である。凹状に反っている外縁70r付近では、第1歪εx及び第2歪εyは、圧縮歪である。重心70dcにおいて、異方歪Δεは圧縮の値を示しており、長軸方向(X軸方向)の圧縮性の歪が存在する。換言すれば、短軸方向(Y軸方向)に、引張性の異方歪が存在する。重心70dcで得られた異方歪と同様の異方歪が、膜面70fsの重心70dcから外縁70rまでの間の広い範囲で存在している。 As shown in FIGS. 5D and 5E, the first strain εx and the second strain εy are tensile strains at the center of gravity 70dc warped in a convex shape. In the vicinity of the outer edge 70r that warps in a concave shape, the first strain εx and the second strain εy are compressive strains. At the center of gravity 70 dc, the anisotropic strain Δε indicates a compression value, and there is compressive strain in the major axis direction (X-axis direction). In other words, a tensile anisotropic strain exists in the minor axis direction (Y-axis direction). An anisotropic strain similar to the anisotropic strain obtained at the center of gravity 70dc exists in a wide range from the center of gravity 70dc of the film surface 70fs to the outer edge 70r.
図5(f)は、図5(d)及び図5(e)に示した異方歪Δεに関して、膜部70dの全面において解析した結果が例示されている。図5(f)に示したコンター図において、「10%」〜「90%」の文字で示されている線は、重心70dcにおける異方歪Δεの値(絶対値)の、それぞれ10%〜90%の異方歪Δεが得られる位置を示している。図5(f)から分かるように、異方性形状を有する膜部70dを用いることにより、重心70dc付近の広い領域で、重心70dcと同等(重心70dcにおける値の70%以上)の異方歪Δεを得ることができる。本実施形態においては、この同等の異方歪Δεが得られる範囲内に、検知素子50(複数の検知素子50)を配置することができる。これにより、高感度の圧力センサが得られる。 FIG. 5F illustrates the result of analyzing the anisotropic strain Δε shown in FIGS. 5D and 5E over the entire surface of the film part 70d. In the contour diagram shown in FIG. 5 (f), the lines indicated by the characters “10%” to “90%” represent the values (absolute values) of the anisotropic strain Δε at the center of gravity 70 dc of 10% to The position where 90% anisotropic strain Δε is obtained is shown. As can be seen from FIG. 5 (f), by using the film portion 70d having an anisotropic shape, an anisotropic strain equivalent to the centroid 70dc (70% or more of the value at the centroid 70dc) in a wide region near the centroid 70dc. Δε can be obtained. In the present embodiment, the sensing element 50 (a plurality of sensing elements 50) can be arranged within a range in which this equivalent anisotropic strain Δε can be obtained. Thereby, a highly sensitive pressure sensor is obtained.
膜部70dで得られる最大の異方歪Δεの値の実質的に0.7倍(70%)の異方歪が得られる領域を、異方歪発生領域70aとする。図5(d)に示した例では、重心70dcにおいて、最大の異方歪Δεが得られる。図5(d)に例示した「70%」の文字で示した線の内側の領域が、異方歪発生領域70aとなる。 A region where an anisotropic strain substantially 0.7 times (70%) of the maximum anisotropic strain Δε obtained in the film part 70d is obtained is defined as an anisotropic strain generation region 70a. In the example shown in FIG. 5D, the maximum anisotropic strain Δε is obtained at the center of gravity 70dc. A region inside the line indicated by the characters “70%” illustrated in FIG. 5D is an anisotropic strain occurrence region 70a.
図5(f)に示すように、膜部70dの平面形状が長方形である場合は、異方歪発生領域70aの形状も、実質的に長方形となる。異方歪発生領域70aを、本実施形態における中央部70cに対応させる。 As shown in FIG. 5F, when the planar shape of the film part 70d is a rectangle, the shape of the anisotropic strain occurrence region 70a is also substantially a rectangle. The anisotropic strain occurrence region 70a is made to correspond to the central portion 70c in the present embodiment.
図5(f)から分かるように、膜面70fsの重心70dcと、異方歪発生領域70aの重心と、は実質的に重なる。例えば、膜面70fsの重心70dcと、異方歪発生領域70aの重心と、の間の距離は、例えば、第2長さL2の1/10以下である。 As can be seen from FIG. 5 (f), the center of gravity 70dc of the film surface 70fs and the center of gravity of the anisotropic strain occurrence region 70a substantially overlap each other. For example, the distance between the center of gravity 70dc of the film surface 70fs and the center of gravity of the anisotropic strain occurrence region 70a is, for example, 1/10 or less of the second length L2.
そして、例えば、異方歪発生領域70aのX軸方向の長さ(中央部70cの第1方向の第3長さL3に対応する)は、第1長さL1の0.3倍以下である。異方歪発生領域70aのY軸方向の長さ(中央部70cの第2方向の第4長さL4に対応する)は、第2長さL2の0.3倍以下である。 For example, the length in the X-axis direction of the anisotropic strain occurrence region 70a (corresponding to the third length L3 in the first direction of the central portion 70c) is not more than 0.3 times the first length L1. . The length of the anisotropic strain occurrence region 70a in the Y-axis direction (corresponding to the fourth length L4 in the second direction of the central portion 70c) is not more than 0.3 times the second length L2.
実施形態においては、このような異方歪発生領域70aに検知素子50を配置する。例えば、検知素子50をX−Y平面に投影したときの、検知素子50の重心は、異方歪発生領域70aと重なる。複数の検知素子50を設ける場合には、X−Y平面に投影したときに、複数の検知素子50のそれぞれの重心は、異方歪発生領域70aと重なる。これにより、高感度な圧力センサを提供できる。 In the embodiment, the sensing element 50 is disposed in such an anisotropic strain occurrence region 70a. For example, the center of gravity of the sensing element 50 when the sensing element 50 is projected onto the XY plane overlaps with the anisotropic strain occurrence region 70a. When a plurality of sensing elements 50 are provided, the centers of gravity of the plurality of sensing elements 50 overlap the anisotropic strain occurrence region 70a when projected onto the XY plane. Thereby, a highly sensitive pressure sensor can be provided.
図6(a)〜図6(d)は、参考例の圧力センサの構成及び特性を例示する模式図である。
これらの図は、参考例の圧力センサ119aの特性のシミュレーション結果を例示している。圧力センサ119aにおいては、膜部70dの第1長さL1は、500μmであり、第2長さL2)も500μmである。すなわち、膜部70dの平面形状は正方形である。これ以外は、圧力センサ110と同様である。シミュレーションの条件も圧力センサ110と同様である。
FIG. 6A to FIG. 6D are schematic views illustrating the configuration and characteristics of the pressure sensor of the reference example.
These drawings illustrate simulation results of characteristics of the pressure sensor 119a of the reference example. In the pressure sensor 119a, the first length L1 of the film part 70d is 500 μm, and the second length L2) is also 500 μm. That is, the planar shape of the film part 70d is a square. Except this, it is the same as the pressure sensor 110. The simulation conditions are the same as those of the pressure sensor 110.
図6(a)は、膜部70dの模式的斜視図である。図6(b)の縦軸は、撓み量uzであり、横軸は位置dx(μm)である。図6(c)の縦軸は、歪ε(無単位)であり、横軸は位置dxである。この例では、膜部70dの平面形状が正方形であり、Y軸方向の特性はX軸方向の特性と同じである。図6(d)は、異方歪Δεを示している。この例では、重心70dc付近では異方歪が得られないため、図6(d)のコンター図において、等高線は描かれない。 FIG. 6A is a schematic perspective view of the film part 70d. In FIG. 6B, the vertical axis represents the deflection amount uz, and the horizontal axis represents the position dx (μm). In FIG. 6C, the vertical axis is the strain ε (no unit), and the horizontal axis is the position dx. In this example, the planar shape of the film part 70d is a square, and the characteristics in the Y-axis direction are the same as the characteristics in the X-axis direction. FIG. 6D shows the anisotropic strain Δε. In this example, since an anisotropic strain cannot be obtained in the vicinity of the center of gravity 70 dc, contour lines are not drawn in the contour diagram of FIG.
図6(b)に表したように、膜面70fsの重心70dc付近では、膜部70dは凸状で、外縁70r付近では、膜部70dは凹状である。 As shown in FIG. 6B, the film part 70d is convex near the center of gravity 70dc of the film surface 70fs, and the film part 70d is concave near the outer edge 70r.
図6(c)に表したように、凸状に反っている重心70dcにおいて、第1歪εx及び第2歪εyは、引張歪であり、凹状に反っている外縁70r付近では、圧縮歪である。そして、重心70dcにおいては、異方歪Δεは、零である。これは、正方形の膜部70dにおいては、X−Y平面において等方的であることに起因する。 As shown in FIG. 6C, the first strain εx and the second strain εy are tensile strains at the center of gravity 70 dc that warps in a convex shape, and compressive strains in the vicinity of the outer edge 70 r that warps in a concave shape. is there. At the center of gravity 70 dc, the anisotropic strain Δε is zero. This is because the square film part 70d is isotropic in the XY plane.
このため、図6(d)に示すように、重心70dc付近では異方歪が得られる領域は存在しない。従って、圧力センサ119aにおいては、膜面70fsの重心70dc付近に検知素子50を配置しても電気抵抗の変化を得ることはできない。 For this reason, as shown in FIG. 6D, there is no region where anisotropic strain is obtained in the vicinity of the center of gravity 70dc. Therefore, in the pressure sensor 119a, a change in electric resistance cannot be obtained even if the detection element 50 is arranged near the center of gravity 70dc of the film surface 70fs.
上述したように、X−Y平面において等方的な正方形の膜部70d(圧力センサ119a)では、重心70dc付近で異方歪は得られない。これに対して、X−Y平面において異方性形状を有する長方形の膜部70d(圧力センサ110)では、重心70dc付近の広い領域で異方歪Δεを得ることができる。このように、重心70dcを含む中央部70cにおいて、大きな面積で異方歪を得るための構成が見出された。実施形態においては、異方性形状を有する膜部70dを用いる。そして、その膜部70dの中央部70cに検知素子50を配置することで、高感度で応力を検出できる。 As described above, in the isotropic square film part 70d (pressure sensor 119a) in the XY plane, anisotropic strain is not obtained near the center of gravity 70dc. On the other hand, in the rectangular film part 70d (pressure sensor 110) having an anisotropic shape in the XY plane, an anisotropic strain Δε can be obtained in a wide region near the center of gravity 70dc. Thus, a configuration for obtaining anisotropic strain with a large area was found in the central portion 70c including the center of gravity 70dc. In the embodiment, the film part 70d having an anisotropic shape is used. The stress can be detected with high sensitivity by arranging the detection element 50 in the central portion 70c of the film portion 70d.
例えば、異方性形状を有する長方形の膜部70dにおいて、重心70dc付近に複数の検知素子50を配置することによって、複数の検知素子50には同様の異方歪が加わる。このため、圧力に対して同様(例えば同じ極性)の電気抵抗の変化を示す複数の検知素子50を得ることができる。これらの検知素子50を例えば、電気的に直列に接続することによってS/N比を増大することができる。さらに、バイアス電圧を適切な値に設定することで、高感度な圧力センサを提供することができる。 For example, in the rectangular film part 70d having an anisotropic shape, the same anisotropic strain is applied to the plurality of sensing elements 50 by arranging the plurality of sensing elements 50 near the center of gravity 70dc. For this reason, the some detection element 50 which shows the change of the electrical resistance similar (for example, same polarity) with respect to a pressure can be obtained. For example, the S / N ratio can be increased by electrically connecting these sensing elements 50 in series. Furthermore, a highly sensitive pressure sensor can be provided by setting the bias voltage to an appropriate value.
以下、圧力センサの特性の例についてさらに説明する。
図7は、圧力センサを例示する模式的平面図である。
図7は、圧力センサ110の膜部70dにおける座標系を例示している。この例では、膜部70dの平面形状は、長方形である。すなわち、第1長さL1(X軸方向の長さ)は、第2長さL2(Y軸方向の長さ)よりも長い。膜面70fsの重心の座標(x,y)を(0,0)とする。膜部70dの外縁70rのX軸方向上の1つの点の座標は、(L1/2,0)である。膜部70dの外縁70rのY軸方向上の1つの点の座標は、(0,L2/2)である。
Hereinafter, examples of characteristics of the pressure sensor will be further described.
FIG. 7 is a schematic plan view illustrating a pressure sensor.
FIG. 7 illustrates a coordinate system in the film part 70d of the pressure sensor 110. In this example, the planar shape of the film part 70d is a rectangle. That is, the first length L1 (length in the X-axis direction) is longer than the second length L2 (length in the Y-axis direction). The coordinates (x, y) of the center of gravity of the film surface 70fs are (0, 0). The coordinates of one point on the X-axis direction of the outer edge 70r of the film part 70d is (L1 / 2, 0). The coordinates of one point on the Y-axis direction of the outer edge 70r of the film part 70d are (0, L2 / 2).
膜部70dの平面形状が長方形である場合には、異方歪発生領域70aの平面形状も長方形になる。異方歪発生領域70aの第1方向(X軸方向の長さ)を長さL3aとし、異方歪発生領域70aの第2方向(Y軸方向の長さ)を長さL4aとする。異方歪発生領域70aの外縁のX軸方向上の1つの点PXaの座標は、(L3a/2,0)である。異方歪発生領域70aの外縁のY軸方向上の1つの点PYaの座標は、(0,L4a/2)である。 When the planar shape of the film part 70d is rectangular, the planar shape of the anisotropic strain occurrence region 70a is also rectangular. A first direction (length in the X-axis direction) of the anisotropic strain occurrence region 70a is a length L3a, and a second direction (length in the Y-axis direction) of the anisotropic strain generation region 70a is a length L4a. The coordinates of one point PXa on the X-axis direction of the outer edge of the anisotropic strain occurrence region 70a are (L3a / 2, 0). The coordinates of one point PYa on the Y-axis direction of the outer edge of the anisotropic strain occurrence region 70a are (0, L4a / 2).
以下、膜部70dの平面形状が、このような長方形である場合について、膜部70dのアスペクト比ARを変えたときの特性の例について説明する。アスペクト比ARは、第2長さL2の第1長さL1に対する比である(すなわち、AR=L2/L1)。 Hereinafter, an example of characteristics when the aspect ratio AR of the film part 70d is changed when the planar shape of the film part 70d is such a rectangle will be described. The aspect ratio AR is a ratio of the second length L2 to the first length L1 (that is, AR = L2 / L1).
図8(a)〜図8(d)は、圧力センサの特性を例示するグラフ図である。
これらの図においては、以下の第1〜第6構成を有する圧力センサについての特性が示されている。
第1構成においては、第1長さL1は2500μmであり、第2長さL2は、100μmであり、アスペクト比ARは、0.04である。
第2構成においては、第1長さL1は1580μmであり、第2長さL2は、158μmであり、アスペクト比ARは、0.1である。
第3構成においては、第1長さL1は1000μmであり、第2長さL2は、250μmであり、アスペクト比ARは、0.25である。
第4構成においては、第1長さL1は625μmであり、第2長さL2は、400μmであり、アスペクト比ARは、0.64である。第4構成は、図5(a)〜図5(f)に関して説明した構成に対応する。
第5構成においては、第1長さL1は560μmであり、第2長さL2は、448μmであり、アスペクト比ARは、0.8である。
第6構成においては、第1長さL1は500μmであり、第2長さL2は、500μmであり、アスペクト比ARは、1である。第6構成は、図6(a)〜図6(d)に関して説明した構成に対応する。
これらの構成においては、いずれも、膜部70dの面積は、250,000μm2で一定である。
FIG. 8A to FIG. 8D are graphs illustrating characteristics of the pressure sensor.
In these drawings, characteristics of pressure sensors having the following first to sixth configurations are shown.
In the first configuration, the first length L1 is 2500 μm, the second length L2 is 100 μm, and the aspect ratio AR is 0.04.
In the second configuration, the first length L1 is 1580 μm, the second length L2 is 158 μm, and the aspect ratio AR is 0.1.
In the third configuration, the first length L1 is 1000 μm, the second length L2 is 250 μm, and the aspect ratio AR is 0.25.
In the fourth configuration, the first length L1 is 625 μm, the second length L2 is 400 μm, and the aspect ratio AR is 0.64. The fourth configuration corresponds to the configuration described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (f).
In the fifth configuration, the first length L1 is 560 μm, the second length L2 is 448 μm, and the aspect ratio AR is 0.8.
In the sixth configuration, the first length L1 is 500 μm, the second length L2 is 500 μm, and the aspect ratio AR is 1. The sixth configuration corresponds to the configuration described with reference to FIGS. 6 (a) to 6 (d).
In any of these configurations, the area of the film part 70d is constant at 250,000 μm 2 .
これらの構成に関して、有限要素法解析により、膜部70dの表面に生じる歪の解析が行われる。有限要素法における条件は、図5(a)〜図5(f)に関して説明した条件と同じである。 With respect to these configurations, analysis of strain generated on the surface of the film part 70d is performed by finite element method analysis. The conditions in the finite element method are the same as those described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (f).
図8(a)の縦軸は、膜面70fsの重心70dcにおける異方歪Δε0(異方歪の絶対値)である。横軸は、膜部70dの平面形状(膜面70fsの形状)のアスペクト比ARである。図7(a)には、第1〜第6構成の特性が示されている。 The vertical axis in FIG. 8A is the anisotropic strain Δε0 (absolute value of anisotropic strain) at the center of gravity 70dc of the film surface 70fs. The horizontal axis represents the aspect ratio AR of the planar shape of the film part 70d (the shape of the film surface 70fs). FIG. 7A shows the characteristics of the first to sixth configurations.
図8(a)に示したように、アスペクト比ARが1である第6構成においては、重心70dcにおける異方歪Δε0は、零であり、異方歪は生じていない。 As shown in FIG. 8A, in the sixth configuration in which the aspect ratio AR is 1, the anisotropic strain Δε0 at the center of gravity 70dc is zero, and no anisotropic strain is generated.
これに対して、アスペクト比ARが1未満である第1〜第5構成においては、異方歪Δε0の絶対値は、0よりも大きい。すなわち、重心70dcにおいて、異方歪が得られる。この結果から、アスペクト比ARが1未満であり、膜部70dが異方性形状を有する場合には、重心70dc付近に検知素子50を設けることで、高感度な圧力センサが得られることがわかる。 On the other hand, in the first to fifth configurations in which the aspect ratio AR is less than 1, the absolute value of the anisotropic strain Δε0 is larger than 0. That is, an anisotropic strain is obtained at the center of gravity 70 dc. From this result, it can be seen that when the aspect ratio AR is less than 1 and the film part 70d has an anisotropic shape, a highly sensitive pressure sensor can be obtained by providing the detection element 50 near the center of gravity 70dc. .
図8(a)から分かるように、アスペクト比ARが、0.1以上0.8以下のときに大きな絶対値の異方歪Δε0が得られる。アスペクト比ARが、0.25以上0.64以下のときにさらに大きな絶対値の異方歪Δε0が得られる。重心70dcにおいて大きな絶対値の異方歪Δε0を得るという観点では、アスペクト比ARは、0.1以上0.8以下とすることが好ましく、0.25以上0.64以下とすることがさらに好ましい。 As can be seen from FIG. 8A, a large absolute strain Δε0 is obtained when the aspect ratio AR is 0.1 or more and 0.8 or less. When the aspect ratio AR is 0.25 or more and 0.64 or less, a larger absolute strain Δε0 is obtained. In terms of obtaining a large absolute strain Δε0 at the center of gravity 70 dc, the aspect ratio AR is preferably 0.1 or more and 0.8 or less, and more preferably 0.25 or more and 0.64 or less. .
第1〜第5構成においても、重心70dcと同等の異方歪が得られる領域(異方歪発生領域70a)の形状は、図5(d)に関して説明したのと同様に、長方形であることが分かった。 Also in the first to fifth configurations, the shape of the region (anisotropic strain generation region 70a) where the anisotropic strain equivalent to the center of gravity 70dc is obtained is a rectangle as described with reference to FIG. I understood.
異方歪発生領域70aの面積の膜部70dの面積に対する比を面積比Raとする。この例では、異方歪発生領域70aの面積は、長さL3aと長さL4aとの積である。膜部70dの面積は、第1長さL1と第2長さL2との積である。 The ratio of the area of the anisotropic strain occurrence region 70a to the area of the film part 70d is defined as an area ratio Ra. In this example, the area of the anisotropic strain occurrence region 70a is the product of the length L3a and the length L4a. The area of the film part 70d is the product of the first length L1 and the second length L2.
図8(b)の縦軸は、面積比Raであり、横軸は、アスペクト比ARである。
図8(b)から分かるように、アスペクト比が1の正方形の膜部70d(第6構成)では、面積比Raは零あり、重心70dc付近で異方歪が得られる領域はない。これに対して、アスペクト比ARが1未満の長方形の膜部70dでは、面積比Raは、零よりも大きい。すなわち、重心70dc付近で異方歪が得られる領域が存在する。アスペクト比ARが低い(第1長さL1と第2長さL2との差が大きい)と、面積比Raは大きく(高く)なる。膜部70d上で異方歪が得られる領域を広くするという観点では、アスペクト比ARは、0.64以下が好ましく、0.25以下がさらに好ましい。
In FIG. 8B, the vertical axis represents the area ratio Ra, and the horizontal axis represents the aspect ratio AR.
As can be seen from FIG. 8B, in the square film portion 70d (sixth configuration) having an aspect ratio of 1, the area ratio Ra is zero, and there is no region where anisotropic strain is obtained near the center of gravity 70dc. On the other hand, in the rectangular film part 70d having an aspect ratio AR of less than 1, the area ratio Ra is larger than zero. That is, there is a region where anisotropic strain is obtained near the center of gravity 70 dc. When the aspect ratio AR is low (the difference between the first length L1 and the second length L2 is large), the area ratio Ra is large (high). In terms of widening the region where anisotropic strain can be obtained on the film part 70d, the aspect ratio AR is preferably 0.64 or less, and more preferably 0.25 or less.
異方歪発生領域70aの外縁の位置(座標は、図7参照)について説明する。
図8(c)の縦軸は、異方歪発生領域70aの外縁のX軸方向上の1つの点PXaの座標(距離Xa)を規格化して表している。距離Xaは、(L3a)/(L1)に相当する。
図8(d)の縦軸は、異方歪発生領域70aの外縁のY軸方向上の1つの点PYaの座用(距離Ya)を規格化して表している。距離Yaは、(L4a)/(L2)に相当する。
これらの図の横軸は、アスペクト比ARである。
The position of the outer edge of the anisotropic strain occurrence region 70a (see FIG. 7 for coordinates) will be described.
The vertical axis in FIG. 8C represents the normalized coordinates (distance Xa) of one point PXa in the X-axis direction of the outer edge of the anisotropic strain occurrence region 70a. The distance Xa corresponds to (L3a) / (L1).
The vertical axis in FIG. 8D shows a standardized sitting (distance Ya) of one point PYa on the Y-axis direction of the outer edge of the anisotropic strain occurrence region 70a. The distance Ya corresponds to (L4a) / (L2).
The horizontal axis of these drawings is the aspect ratio AR.
アスペクトARが1のとき(第6構成)においては、異方歪発生領域70aは存在しない。図8(c)及び図8(d)においては、このときの距離Xa及び距離Yaを便宜的に零であるとして表示している。 When the aspect AR is 1 (sixth configuration), the anisotropic strain occurrence region 70a does not exist. In FIG. 8C and FIG. 8D, the distance Xa and distance Ya at this time are displayed as being zero for convenience.
図8(c)及び図8(d)に示したように、アスペクトARが1未満の場合には、距離Xa及び距離Yaは、零よりも大きく、異方歪発生領域70aが得られる。 As shown in FIGS. 8C and 8D, when the aspect AR is less than 1, the distance Xa and the distance Ya are larger than zero, and the anisotropic strain occurrence region 70a is obtained.
これらの図からわかるように、アスペクト比ARが0.8以上1未満の場合には、
|Xa|≦(L1/2)×{−0.8×(L2/L1)+0.8}、
|Ya|≦(L2/2)×{−2.5×(L2/L1)+2.5}
の範囲が好ましい。
As can be seen from these figures, when the aspect ratio AR is 0.8 or more and less than 1,
| Xa | ≦ (L1 / 2) × {−0.8 × (L2 / L1) +0.8},
| Ya | ≦ (L2 / 2) × {−2.5 × (L2 / L1) +2.5}
The range of is preferable.
一方、アスペクト比ARが、0.8未満の場合には、
|Xa|≦(L1/2)×{−0.8×(L2/L1)+0.8}、
|Ya|≦(L2/2)×{0.375×(L2/L1)+0.2}
の範囲が好ましい。
On the other hand, when the aspect ratio AR is less than 0.8,
| Xa | ≦ (L1 / 2) × {−0.8 × (L2 / L1) +0.8},
| Ya | ≦ (L2 / 2) × {0.375 × (L2 / L1) +0.2}
The range of is preferable.
すなわち、図8(c)において薄いハッチングで示した第1ハッチング領域R1が、異方歪発生領域70aの条件に対応する。第1ハッチング領域R1は、以下の第1式で表される。 That is, the first hatching region R1 indicated by thin hatching in FIG. 8C corresponds to the condition of the anisotropic strain occurrence region 70a. The first hatching region R1 is represented by the following first formula.
Xa≦−0.8AR+0.8 …(1)
距離Xaは、L3a/L1であり、ARは、L2/L1であるため、以下の第2式が得られる。
L3a≦L1{−0.8×(L2/L1)+0.8} …(2)
一方、図8(d)において、薄いハッチングで示した第2ハッチング領域R2、または、濃いハッチングで示した第3ハッチング領域R3が、異方歪発生領域70aの条件に対応する。第2ハッチング領域R2は、以下の第3式で表される。
Ya≦0.375AR+0.2 …(3)
距離Yaは、L4a/2L2であり、L2/L1であるため、以下の第4式が得られる。
L4a≦L2{0.375AR+0.2} …(4)
第3ハッチング領域R3は、以下の第5式で表される。
Ya≦−2.5AR+2.5 …(5)
従って、以下の第6式が得られる。
L4a≦L2{−2.5AR+2.5} …(6)
すなわち、アスペクト比ARが、0.8以上1未満の場合には、第1式、第2式、第5式及び第6式で表される条件が好ましい。
Xa ≦ −0.8AR + 0.8 (1)
Since the distance Xa is L3a / L1 and AR is L2 / L1, the following second equation is obtained.
L3a ≦ L1 {−0.8 × (L2 / L1) +0.8} (2)
On the other hand, in FIG. 8D, the second hatched region R2 indicated by thin hatching or the third hatched region R3 indicated by dark hatching corresponds to the condition of the anisotropic strain occurrence region 70a. The second hatching region R2 is represented by the following third formula.
Ya ≦ 0.375AR + 0.2 (3)
Since the distance Ya is L4a / 2L2 and L2 / L1, the following fourth equation is obtained.
L4a ≦ L2 {0.375AR + 0.2} (4)
The third hatching region R3 is expressed by the following fifth equation.
Ya ≦ −2.5AR + 2.5 (5)
Therefore, the following sixth equation is obtained.
L4a ≦ L2 {−2.5AR + 2.5} (6)
That is, when the aspect ratio AR is 0.8 or more and less than 1, conditions represented by the first expression, the second expression, the fifth expression, and the sixth expression are preferable.
一方、アスペクト比ARが、0.8未満の場合には、第1式、第2式、第3式及び第4式で表される条件が好ましい。 On the other hand, when the aspect ratio AR is less than 0.8, conditions represented by the first formula, the second formula, the third formula, and the fourth formula are preferable.
本実施形態においては、例えば、中央部70cを異方歪発生領域70aに対応させて設定する。すなわち、中央部70cの第3長さL3を、異方歪発生領域70aの長さL3aに対応させ、中央部70cの第4長さL4を、異方歪発生領域70aの長さL4aに対応させる。中央部70cの外縁70rは、異方歪発生領域70aの外縁に設定する。 In the present embodiment, for example, the central portion 70c is set so as to correspond to the anisotropic strain occurrence region 70a. That is, the third length L3 of the central portion 70c corresponds to the length L3a of the anisotropic strain occurrence region 70a, and the fourth length L4 of the central portion 70c corresponds to the length L4a of the anisotropic strain occurrence region 70a. Let The outer edge 70r of the central portion 70c is set to the outer edge of the anisotropic strain occurrence region 70a.
従って、アスペクト比AR(L2/L1)が0.8以上1未満の場合は、以下の第7式を満たすように、中央部70cを設定する。
L3=L1×{−0.8×(L2/L1)+0.8} …(7)
このとき、第3長さL3は、第7式の右辺に実質的に等しく設定しても良い。すなわち、第3長さL3は、第7式の右辺の0.8倍以上1.2倍以下に設定する。
Therefore, when the aspect ratio AR (L2 / L1) is 0.8 or more and less than 1, the center portion 70c is set so as to satisfy the following seventh formula.
L3 = L1 × {−0.8 × (L2 / L1) +0.8} (7)
At this time, the third length L3 may be set substantially equal to the right side of the seventh equation. That is, the third length L3 is set to be not less than 0.8 times and not more than 1.2 times the right side of the seventh equation.
すなわち、アスペクト比AR(L2/L1)が0.8以上1未満の場合は、第3長さL3は、L1×{−0.8×(L2/L1)+0.8}の0.8倍以上1.2倍以下であることが好ましい。 That is, when the aspect ratio AR (L2 / L1) is 0.8 or more and less than 1, the third length L3 is 0.8 times L1 × {−0.8 × (L2 / L1) +0.8}. It is preferable that it is 1.2 times or less.
そして、同様に、アスペクト比AR(L2/L1)が0.8以上1未満の場合は、以下の第8式を満たすように、中央部70cを設定する。 Similarly, when the aspect ratio AR (L2 / L1) is 0.8 or more and less than 1, the center portion 70c is set so as to satisfy the following eighth equation.
L4=L2×{−0.25×(L2/L1)+2.5} …(8)
このときも、第4長さL4は、第8式の右辺に実質的に等しく設定しても良い。すなわち、第4長さL4は、第8式の右辺の0.8倍以上1.2倍以下に設定する。
L4 = L2 × {−0.25 × (L2 / L1) +2.5} (8)
Also at this time, the fourth length L4 may be set substantially equal to the right side of the eighth equation. That is, the fourth length L4 is set to be not less than 0.8 times and not more than 1.2 times the right side of the eighth equation.
すなわち、アスペクト比AR(L2/L1)が0.8以上1未満の場合は、第4長さL4は、L2×{−2.5×(L2/L1)+2.5}の0.8倍以上1.2倍以下であることが好ましい。 That is, when the aspect ratio AR (L2 / L1) is 0.8 or more and less than 1, the fourth length L4 is 0.8 times L2 × {−2.5 × (L2 / L1) +2.5}. It is preferable that it is 1.2 times or less.
一方、アスペクト比AR(L2/L1)が0.8未満の場合は、以下の第9式及び第10式が得られる。
L3=L1×{−0.8×(L2/L1)+0.8} (9)
L4=L2×{0.375×(L2/L1)+0.2} (10)
従って、アスペクト比AR(L2/L1)が0.8未満の場合は、第3長さは、L1×{−0.8×(L2/L1)+0.8}の0.8倍以上1.2倍以下であることが好ましい。そして、第4長さL4は、L2×{0.375×(L2/L1)+0.2}の0.8倍以上1.2倍以下であることが好ましい。
On the other hand, when the aspect ratio AR (L2 / L1) is less than 0.8, the following ninth and tenth expressions are obtained.
L3 = L1 × {−0.8 × (L2 / L1) +0.8} (9)
L4 = L2 × {0.375 × (L2 / L1) +0.2} (10)
Therefore, when the aspect ratio AR (L2 / L1) is less than 0.8, the third length is 0.8 times or more of L1 × {−0.8 × (L2 / L1) +0.8}. It is preferable that it is 2 times or less. The fourth length L4 is preferably not less than 0.8 times and not more than 1.2 times L2 × {0.375 × (L2 / L1) +0.2}.
このような条件を満たすことで、より大きな異方歪が得られ、高感度の圧力センサがより確実に得られる。 By satisfying such conditions, a larger anisotropic strain can be obtained, and a highly sensitive pressure sensor can be obtained more reliably.
膜部70dの平面形状が長方形である場合において、膜部70dの厚さLtを変えた場合においても、異方歪発生領域70aは、図8(a)〜図8(d)に関して説明した特性と同様である。例えば、少なくとも膜部70dの厚さLtが0.01μm以上20μm以下において、第7〜第10式を実質的に満たすように設定することが好ましい。以降に説明する実施形態においても、膜部70dの厚さLtを変えた場合において、同様の結果が得られる。 Even when the thickness Lt of the film part 70d is changed when the planar shape of the film part 70d is a rectangle, the anisotropic strain occurrence region 70a has the characteristics described with reference to FIGS. 8A to 8D. It is the same. For example, it is preferable to set so that the seventh to tenth expressions are substantially satisfied at least when the thickness Lt of the film part 70d is 0.01 μm or more and 20 μm or less. In the embodiments described below, the same result can be obtained when the thickness Lt of the film part 70d is changed.
以下、膜部70dの平面形状が長方形である場合において、膜部70dの材料を変えたときの特性の例について説明する。材料が異なることでヤング率が変わる。この例では、膜部70dのヤング率を変えて、特性がシミュレーションされている。
図9(a)及び図9(b)は、圧力センサの特性を例示するグラフ図である。図9(a)及び図9(b)のコンター図において、「10%」〜「90%」の文字で示されている線は、重心70dcにおける異方歪Δεの値(絶対値)の、それぞれ10%〜90%の異方歪Δεが得られる位置を示している。これらの表示は、以下に示すコンター図においても同様である。
Hereinafter, an example of characteristics when the material of the film part 70d is changed when the planar shape of the film part 70d is rectangular will be described. Young's modulus changes with different materials. In this example, the characteristics are simulated by changing the Young's modulus of the film part 70d.
FIG. 9A and FIG. 9B are graphs illustrating characteristics of the pressure sensor. In the contour diagrams of FIGS. 9A and 9B, the lines indicated by the characters “10%” to “90%” indicate the value (absolute value) of the anisotropic strain Δε at the center of gravity 70 dc. The positions at which anisotropic strains Δε of 10% to 90 % are obtained are shown. These displays are the same in the contour diagram shown below.
図9(a)は、膜部70dのヤング率が0.01GPaである場合について、異方歪発生領域70aについて計算した結果を例示している。このヤング率の値は、膜部70dの材料がゴムである場合に対応する。図9(b)は、膜部70dのヤング率が1200GPaである場合について、異方歪発生領域70aについて計算した結果を例示している。この値は、膜部70dの材料がダイヤモンドである場合に対応する。ヤング率以外の計算条件は、図5(a)〜図5(f)に結果を示した条件と同様である。 FIG. 9A illustrates the result of calculation for the anisotropic strain occurrence region 70a in the case where the Young's modulus of the film part 70d is 0.01 GPa. This Young's modulus value corresponds to the case where the material of the film part 70d is rubber. FIG. 9B illustrates the result of calculation for the anisotropic strain occurrence region 70a in the case where the Young's modulus of the film part 70d is 1200 GPa. This value corresponds to the case where the material of the film part 70d is diamond. Calculation conditions other than the Young's modulus are the same as the conditions whose results are shown in FIGS. 5 (a) to 5 (f).
図9(a)及び図9(b)に示したように、0.01GPaと1200GPaとのいずれのヤング率を用いて計算した場合においても、膜部70dの異方歪発生領域70aは、図5(f)に示した165GPaの計算結果と同等であることがわかる。 As shown in FIG. 9A and FIG. 9B, the anisotropic strain occurrence region 70a of the film part 70d is calculated by using any Young's modulus of 0.01 GPa and 1200 GPa. It turns out that it is equivalent to the calculation result of 165 GPa shown to 5 (f).
このように、膜部70dの材料を変えた場合においても、異方歪発生領域70aは、図8(a)〜図8(d)に関して説明した特性と同様である。従って、少なくとも膜部70dのヤング率が0.01GPa以上1200GPa以下において、第7〜第10式を実質的に満たすように設定することが好ましい。 As described above, even when the material of the film part 70d is changed, the anisotropic strain occurrence region 70a has the same characteristics as those described with reference to FIGS. 8A to 8D. Therefore, it is preferable to set so that the seventh to tenth expressions are substantially satisfied at least when the Young's modulus of the film part 70d is 0.01 GPa or more and 1200 GPa or less.
既に説明したように、図9(a)及び図9(b)は、膜部70dが異なるヤング率を有する場合についての例を示している。膜部70dが異なるポアソン比を有する場合についても、同様な異方歪発生領域70aを得ることができる。以下に説明する実施形態においても、膜部70dのヤング率及びポアソン比の少なくともいずれかを変えた場合においても、同様な異方歪発生領域70aを得ることができる。 As already described, FIGS. 9A and 9B show an example of the case where the film part 70d has different Young's moduli. A similar anisotropic strain occurrence region 70a can be obtained even when the film part 70d has different Poisson's ratios. Also in the embodiment described below, a similar anisotropic strain occurrence region 70a can be obtained even when at least one of the Young's modulus and Poisson's ratio of the film part 70d is changed.
本実施形態において、膜部70dの平面形状は、異方性形状を有していれば、長方形に限らず、種々の変形が可能である。以下、膜部70dの平面形状が扁平円(例えば楕円)である場合の例について説明する。
図10(a)〜図10(d)は、第1の実施形態に係る別の圧力センサの構成及び特性を例示する模式図である。
これらの図は、本実施形態に係る圧力センサ111の特性のシミュレーション結果を例示している。図10(a)は、膜部70dの模式的斜視図である。図10(b)及び図10(c)は、圧力が加わった膜部70dにおいて生じる歪εを例示している。図10(b)及び図10(c)における縦軸は、歪εである。図10(b)の横軸は、位置dxであり、図10(c)の横軸は、位置dyである。図10(d)は、膜部70dに生じる異方歪ΔεのX−Y面内分布を例示している。
In the present embodiment, the planar shape of the film part 70d is not limited to a rectangle as long as it has an anisotropic shape, and various modifications are possible. Hereinafter, an example in which the planar shape of the film part 70d is a flat circle (for example, an ellipse) will be described.
FIG. 10A to FIG. 10D are schematic views illustrating the configuration and characteristics of another pressure sensor according to the first embodiment.
These drawings illustrate the simulation results of the characteristics of the pressure sensor 111 according to this embodiment. FIG. 10A is a schematic perspective view of the film part 70d. FIG. 10B and FIG. 10C illustrate the strain ε generated in the film part 70d to which pressure is applied. The vertical axis in FIGS. 10B and 10C is the strain ε. The horizontal axis in FIG. 10B is the position dx, and the horizontal axis in FIG. 10C is the position dy. FIG. 10D illustrates an XY in-plane distribution of the anisotropic strain Δε generated in the film part 70d.
図10(a)に表したように、膜部70dの平面形状(膜面70fsの形状)は、扁平円(楕円も含む)である。すなわち、膜部70dをX−Y平面に投影した形状は、第1方向(この例ではX軸方向)を長軸とし第2方向(この例ではY軸方向)を短軸とした扁平円である。膜面70fsの形状は、第1方向を長軸とし第2方向を短軸とした扁平円である。 As shown in FIG. 10A, the planar shape (the shape of the film surface 70fs) of the film part 70d is a flat circle (including an ellipse). That is, the shape of the film portion 70d projected on the XY plane is a flat circle having the first direction (X-axis direction in this example) as the major axis and the second direction (Y-axis direction in this example) as the minor axis. is there. The shape of the film surface 70fs is a flat circle with the first direction as the major axis and the second direction as the minor axis.
この例では、楕円の膜面70fsの重心70dc付近に検知素子50(この図では省略)が配置される。この例では、膜部70dの長軸の長さ(第1長さL1)は、704μmであり、短軸の長さ(第2長さL2)は、452μmである。膜部70dの厚さLtは、2μmである。シミュレーションの条件は、既に説明した条件と同じである。 In this example, the sensing element 50 (not shown in this figure) is arranged near the center of gravity 70 dc of the elliptical film surface 70 fs. In this example, the major axis length (first length L1) of the film part 70d is 704 μm, and the minor axis length (second length L2) is 452 μm. The thickness Lt of the film part 70d is 2 μm. The simulation conditions are the same as those already described.
圧力センサ111においても、長軸方向及び短軸方向において、膜面70fsの重心70dc付近では膜部70dは凸状である。外縁70r付近では、固定端付近の反りにより、凹状となる。凸状に反っている領域では、膜部70dの表面には引張歪が生じ、凹状に反っている領域では、膜部70dの表面には圧縮歪が生じる。 Also in the pressure sensor 111, the film part 70d is convex in the vicinity of the center of gravity 70dc of the film surface 70fs in the major axis direction and the minor axis direction. In the vicinity of the outer edge 70r, it becomes concave due to the warpage near the fixed end. In the region warped in a convex shape, tensile strain is generated on the surface of the film portion 70d, and in the region warped in a concave shape, compressive strain is generated on the surface of the film portion 70d.
図10(b)及び図10(c)から分かるように、この場合も、凸状に反っている重心70dcにおいて、第1歪εx及び第2歪εyは、引張歪である。重心70dcにおいて、異方歪Δεは圧縮歪である。重心70dcにおいて、長軸方向(X軸方向)に圧縮性の歪が存在する。換言すれば、短軸方向(Y軸方向)に引張性の異方歪が存在する。この場合も、重心70dcで得られた異方歪と同様な異方歪が、重心70dcから外縁70rまでの間の広い範囲で存在する。 As can be seen from FIGS. 10B and 10C, in this case, the first strain εx and the second strain εy are tensile strains at the center of gravity 70 dc that is warped in a convex shape. At the center of gravity 70 dc, the anisotropic strain Δε is a compressive strain. At the center of gravity 70 dc, compressive strain exists in the major axis direction (X-axis direction). In other words, a tensile anisotropic strain exists in the minor axis direction (Y-axis direction). Also in this case, an anisotropic strain similar to the anisotropic strain obtained at the center of gravity 70dc exists in a wide range from the center of gravity 70dc to the outer edge 70r.
図10(d)は、異方歪発生領域70aを示している。既に説明したように、膜部70dで得られる最大の異方歪Δε(重心70dcにおける異方歪Δε0)の値(絶対値)の0.7倍の異方歪が得られる領域が、異方歪発生領域70aである。図10(d)に示すように、異方性形状を有する膜部70dを用いることにより、重心70dc付近の広い範囲(異方歪発生領域70a)で、重心70dcと同等の異方歪Δεを得ることができる。この異方歪発生領域70aに検知素子50(複数の検知素子50)を配置する。これにより、高感度の圧力センサが得られる。 FIG. 10D shows an anisotropic strain occurrence region 70a. As already described, the region where the anisotropic strain 0.7 times the value (absolute value) of the maximum anisotropic strain Δε (the anisotropic strain Δε0 at the center of gravity 70 dc) obtained in the film part 70d is obtained is anisotropic. This is a distortion generation region 70a. As shown in FIG. 10 (d), by using the film part 70d having an anisotropic shape, an anisotropic strain Δε equivalent to the center of gravity 70dc is obtained in a wide range near the center of gravity 70dc (anisotropic strain generation region 70a). Can be obtained. The sensing element 50 (a plurality of sensing elements 50) is arranged in the anisotropic strain occurrence region 70a. Thereby, a highly sensitive pressure sensor is obtained.
図10(a)に例示した圧力センサ111におけるアスペクト比ARは、図5(a)に例示した圧力センサ110におけるアスペクト比ARと同じである。これらの圧力センサを比較すると、圧力センサ111(楕円形の膜部70d)の方が、圧力センサ110(長方形の膜部70d)よりも、異方歪発生領域70aの面積が広い。 The aspect ratio AR in the pressure sensor 111 illustrated in FIG. 10A is the same as the aspect ratio AR in the pressure sensor 110 illustrated in FIG. Comparing these pressure sensors, the pressure sensor 111 (elliptical film part 70d) has a larger area of the anisotropic strain generation region 70a than the pressure sensor 110 (rectangular film part 70d).
図10(d)に示すように、膜部70dの平面形状が扁平円(楕円を含む)である場合は、異方歪発生領域70aの形状も、扁平円(または略円形)となる。この場合も、異方歪発生領域70aを、本実施形態における中央部70cに対応させる。 As shown in FIG. 10D, when the planar shape of the film part 70d is a flat circle (including an ellipse), the shape of the anisotropic strain occurrence region 70a is also a flat circle (or a substantially circular shape). Also in this case, the anisotropic strain occurrence region 70a is made to correspond to the central portion 70c in the present embodiment.
この場合も、膜面70fsの重心70dcと、異方歪発生領域70aの重心と、は実質的に重なる。例えば、膜面70fsの重心70dcと、異方歪発生領域70aの重心と、の間の距離は、例えば、第2長さL2の1/10以下である。 Also in this case, the center of gravity 70dc of the film surface 70fs substantially overlaps with the center of gravity of the anisotropic strain occurrence region 70a. For example, the distance between the center of gravity 70dc of the film surface 70fs and the center of gravity of the anisotropic strain occurrence region 70a is, for example, 1/10 or less of the second length L2.
この場合も、例えば、異方歪発生領域70aのX軸方向の長さ(中央部70cの第1方向の第3長さL3に対応する)は、第1長さL1の0.3倍以下である。異方歪発生領域70aのY軸方向の長さ(中央部70cの第2方向の第4長さL4に対応する)は、第2長さL2の0.3倍以下である。 Also in this case, for example, the length in the X-axis direction of the anisotropic strain occurrence region 70a (corresponding to the third length L3 in the first direction of the central portion 70c) is not more than 0.3 times the first length L1. It is. The length of the anisotropic strain occurrence region 70a in the Y-axis direction (corresponding to the fourth length L4 in the second direction of the central portion 70c) is not more than 0.3 times the second length L2.
膜部70dの平面形状が扁平円である場合にも、このような異方歪発生領域70aに検知素子50を配置することで、高感度で圧力を検知することができる。 Even when the planar shape of the film part 70d is a flat circle, the pressure can be detected with high sensitivity by arranging the detection element 50 in such an anisotropic strain generation region 70a.
図11(a)〜図11(c)は、参考例の圧力センサの構成及び特性を例示する模式図である。
これらの図は、参考例の圧力センサ119bの特性のシミュレーション結果を例示している。圧力センサ119bにおいては、膜部70dの平面形状は、円形であり、第1長さL1及び第2長さL2のそれぞれが、564μmである。これ以外は、圧力センサ111と同様である。シミュレーションの条件も圧力センサ111と同様である。圧力センサ119bにおける膜部70dの面積は、圧力センサ111における膜部70dの面積と同じである。この例では、膜部の半径方向の歪εrと、円周方向の歪εθと、が求められる。異方性歪Δεは、εr−εθで表される。
FIG. 11A to FIG. 11C are schematic views illustrating the configuration and characteristics of the pressure sensor of the reference example.
These drawings illustrate simulation results of characteristics of the pressure sensor 119b of the reference example. In the pressure sensor 119b, the planar shape of the film part 70d is a circle, and each of the first length L1 and the second length L2 is 564 μm. The rest is the same as the pressure sensor 111. The simulation conditions are the same as those of the pressure sensor 111. The area of the film part 70d in the pressure sensor 119b is the same as the area of the film part 70d in the pressure sensor 111. In this example, a radial strain εr and a circumferential strain εθ of the film part are obtained. The anisotropic strain Δε is expressed by εr−εθ.
図11(b)から分かるように、重心70dcにおいて、異方歪Δεは零である。これは、円形の膜部70dがX−Y平面において等方的であることに起因する。 As can be seen from FIG. 11 (b), the anisotropic strain Δε is zero at the center of gravity 70dc. This is because the circular film part 70d is isotropic in the XY plane.
図11(c)のコンター図において、等高線が描かれていないのは、重心70dc付近において、異方歪Δεが得られないことを示している。すなわち、円形の膜面70fsの重心70dc付近では、異方歪が得られる領域は存在しない。このため、重心70dc付近に検知素子50を配置しても電気抵抗の変化を得ることはできない。 In the contour diagram of FIG. 11C, the fact that no contour line is drawn indicates that the anisotropic strain Δε cannot be obtained near the center of gravity 70 dc. That is, there is no region where anisotropic strain is obtained in the vicinity of the center of gravity 70dc of the circular film surface 70fs. For this reason, even if the detection element 50 is disposed in the vicinity of the center of gravity 70 dc, a change in electrical resistance cannot be obtained.
このように、扁平円(例えば楕円)の膜部70dを用い、膜面70fsの重心70dcを含む領域(中央部70c)に検知素子50を配置することによって、異方歪を検知素子50に加えることができる。そして、この領域に複数の検知素子50を設けると、複数の検知素子において、圧力に対して同様(例えば同じ極性)の電気抵抗の変化が生じる。これらの複数の検知素子50を例えば、電気的に直列に接続することによってS/N比を増大することができる。また、バイアス電圧を適切な値に設定することで、高感度な圧力センサが得られる。 In this manner, by using the flat circular (eg, oval) film part 70d and disposing the detection element 50 in the region (center part 70c) including the center of gravity 70dc of the film surface 70fs, an anisotropic strain is applied to the detection element 50. be able to. When a plurality of sensing elements 50 are provided in this region, the same resistance change (for example, the same polarity) with respect to pressure occurs in the plurality of sensing elements. For example, the S / N ratio can be increased by electrically connecting the plurality of sensing elements 50 in series. Moreover, a highly sensitive pressure sensor can be obtained by setting the bias voltage to an appropriate value.
以下、膜部70dの平面形状が扁平円である場合に関して、圧力センサの特性の例についてさらに説明する。
図12は、圧力センサを例示する模式的平面図である。
図12は、圧力センサ111の膜部70dにおける座標系を例示している。この例では、膜部70dの平面形状は、楕円である。この場合も、膜部70dの外縁及び異方歪発生領域70aの外縁の座標は、図7に関して説明したのと同様に定義できる。そして、膜部70のアスペクト比ARも同様に定義できる。
Hereinafter, regarding the case where the planar shape of the film part 70d is a flat circle, an example of the characteristics of the pressure sensor will be further described.
FIG. 12 is a schematic plan view illustrating a pressure sensor.
FIG. 12 illustrates a coordinate system in the film part 70d of the pressure sensor 111. In this example, the planar shape of the film part 70d is an ellipse. Also in this case, the coordinates of the outer edge of the film part 70d and the outer edge of the anisotropic strain occurrence region 70a can be defined in the same manner as described with reference to FIG. And the aspect ratio AR of the film part 70 can be defined similarly.
膜部70dの平面形状が楕円である場合について、以下のような第7〜第12構成を有する圧力センサの特性の例について説明する。
第7構成においては、第1長さL1(長軸の長さ)は2820μmであり、第2長さL2(短軸の長さ)は、112μmであり、アスペクト比ARは、0.04である。
第8構成においては、第1長さL1は1784μmであり、第2長さL2は、178μmであり、アスペクト比ARは、0.1である。
第9構成においては、第1長さL1は1000μmであり、第2長さL2は、250μmであり、アスペクト比ARは、0.25である。
第10構成においては、第1長さL1は704μmであり、第2長さL2は、452μmであり、アスペクト比ARは、0.64である。第10構成は、図10(a)〜図10(d)に関して説明した構成に対応する。
第11構成においては、第1長さL1は630μmであり、第2長さL2は、504μmであり、アスペクト比ARは、0.8である。
第12構成においては、第1長さL1は564μmであり、第2長さL2も、564μmであり、アスペクト比ARは、1である。第12構成は、図11(a)〜図11(c)に関して説明した構成に対応する。
これらの構成においては、いずれも、膜部70dの面積は、250,000μm2で一定である。
An example of the characteristics of a pressure sensor having the following seventh to twelfth configurations will be described for the case where the planar shape of the film part 70d is an ellipse.
In the seventh configuration, the first length L1 (long axis length) is 2820 μm, the second length L2 (short axis length) is 112 μm, and the aspect ratio AR is 0. 04.
In the eighth configuration, the first length L1 is 1784 μm, the second length L2 is 178 μm, and the aspect ratio AR is 0.1.
In the ninth configuration, the first length L1 is 1000 μm, the second length L2 is 250 μm, and the aspect ratio AR is 0.25.
In the tenth configuration, the first length L1 is 704 μm, the second length L2 is 452 μm, and the aspect ratio AR is 0.64. The tenth configuration corresponds to the configuration described with reference to FIGS. 10 (a) to 10 (d).
In the eleventh configuration, the first length L1 is 630 μm, the second length L2 is 504 μm, and the aspect ratio AR is 0.8.
In the twelfth configuration, the first length L1 is 564 μm, the second length L2 is also 564 μm, and the aspect ratio AR is 1. The twelfth configuration corresponds to the configuration described with reference to FIGS.
In any of these configurations, the area of the film part 70d is constant at 250,000 μm 2 .
これらの異なるアスペクト比ARを有する第7〜第12構成について、上記と同様の条件(膜部70dの厚さ、材料パラメータ、及びメッシュ分割等の条件)を用いて特性をシミュレーションした結果は、以下である。 For the seventh to twelfth configurations having these different aspect ratios AR, the result of simulating the characteristics using the same conditions as described above (thickness of the film part 70d, material parameters, mesh division, etc.) is as follows. It is.
アスペクト比ARが1である第12構成においては、重心70dcにおいては、異方歪は生じない。これに対して、アスペクト比ARが1未満の第7〜第11構成においては、重心70dcにおいて異方歪が得られる。異方性形状を有する膜部70dにおいて、重心70dc付近に検知素子50を設けることで、高感度な圧力センサが得られる。 In the twelfth configuration with the aspect ratio AR of 1, no anisotropic distortion occurs at the center of gravity 70 dc. On the other hand, in the seventh to eleventh configurations in which the aspect ratio AR is less than 1, an anisotropic strain is obtained at the center of gravity 70dc. A highly sensitive pressure sensor can be obtained by providing the sensing element 50 in the vicinity of the center of gravity 70 dc in the film portion 70 d having an anisotropic shape.
膜部70dの平面形状が扁平円である場合における歪の、アスペクト比AR依存性は、平面形状が長方形である場合における歪みに、アスペクト比AR依存性と、同様である。このことから、重心70dcにおける異方歪の値(絶対値)を大きくする観点では、膜部70dのアスペクト比ARは、0.1以上0.8以下とすることが好ましく、0.25以上0.64以下とすることがさらに好ましい。 The aspect ratio AR dependency of the distortion when the planar shape of the film part 70d is a flat circle is the same as the aspect ratio AR dependency of the distortion when the planar shape is a rectangle. Therefore, from the viewpoint of increasing the value (absolute value) of the anisotropic strain at the center of gravity 70dc, the aspect ratio AR of the film part 70d is preferably 0.1 or more and 0.8 or less, and 0.25 or more and 0. More preferably, it is made .64 or less.
さらに、アスペクト比ARを変えた楕円状の膜部70dについて、異方歪発生領域70aを調べた結果、長方形状の膜部70dにおける特性と同様であることが分かった。 Further, as a result of examining the anisotropic strain occurrence region 70a for the elliptical film part 70d with the changed aspect ratio AR, it was found that the characteristics were the same as those of the rectangular film part 70d.
例えば、異方歪発生領域70aの膜部70dの面積に対する比(面積比Ra)は、アスペクト比が低い(第1長さL1と第2長さL2との差を大きくする)と、高く(大きく)なる。このことから、異方歪発生領域70aの面積を広くする観点では、アスペクト比ARは、0.64以下が好ましく、0.25以下がさらに好ましい。 For example, the ratio (area ratio Ra) of the anisotropic strain occurrence region 70a to the area of the film part 70d is high when the aspect ratio is low (the difference between the first length L1 and the second length L2 is increased) ( growing. Therefore, from the viewpoint of increasing the area of the anisotropic strain occurrence region 70a, the aspect ratio AR is preferably 0.64 or less, and more preferably 0.25 or less.
膜部70dの平面形状が扁平円である場合も、アスペクト比AR(L2/L1)が0.8以上1未満の場合は、上記の第7式及び第8式を満たすように、設定することが好ましい。従って、膜部70dの平面形状が扁平円である場合も、アスペクト比AR(L2/L1)が0.8以上1未満の場合は、第3長さL3は、L1×{−0.8×(L2/L1)+0.8}の0.8倍以上1.2倍以下であることが好ましい。そして、第4長さL4は、L2×{−2.5×(L2/L1)+2.5}の0.8倍以上1.2倍以下であることが好ましい。 Even when the planar shape of the film part 70d is a flat circle, when the aspect ratio AR (L2 / L1) is 0.8 or more and less than 1, it is set so as to satisfy the above seventh and eighth expressions. Is preferred. Therefore, even when the planar shape of the film part 70d is a flat circle, when the aspect ratio AR (L2 / L1) is 0.8 or more and less than 1, the third length L3 is L1 × {−0.8 ×. It is preferably 0.8 times or more and 1.2 times or less of (L2 / L1) +0.8}. The fourth length L4 is preferably not less than 0.8 times and not more than 1.2 times L2 × {−2.5 × (L2 / L1) +2.5}.
膜部70dの平面形状が扁平円である場合も、上記の第9式及び第10式を満たすように設定することが好ましい。すなわち、アスペクト比AR(L2/L1)が0.8未満の場合は、第3長さは、L1×{−0.8×(L2/L1)+0.8}の0.8倍以上1.2倍以下であることが好ましい。そして、第4長さL4は、L2×{0.375×(L2/L1)+0.2}の0.8倍以上1.2倍以下であることが好ましい。 Even when the planar shape of the film part 70d is a flat circle, it is preferable to set so as to satisfy the ninth and tenth expressions. That is, when the aspect ratio AR (L2 / L1) is less than 0.8, the third length is 0.8 times or more of L1 × {−0.8 × (L2 / L1) +0.8}. It is preferable that it is 2 times or less. The fourth length L4 is preferably not less than 0.8 times and not more than 1.2 times L2 × {0.375 × (L2 / L1) +0.2}.
このような条件を満たすことで、より大きな絶対値の異方歪が得られ、高感度の圧力センサがより確実に得られる。 By satisfying such a condition, an anisotropic strain having a larger absolute value can be obtained, and a highly sensitive pressure sensor can be obtained more reliably.
図13(a)〜図13(c)は、第1の実施形態に係る別の圧力センサを例示する模式的平面図である。
これらの図は、膜部70dの平面形状を例示している。
図13(a)に表したように、本実施形態に係る別の圧力センサ112においては、膜部70dの平面形状は、略矩形(長方形)であり、そのコーナー部70scが曲線状である。すなわち、膜部70dは、第1〜第4辺70s1〜70s4を有しており、これらの辺が、曲線状のコーナー部70scにより、接続されている。
FIG. 13A to FIG. 13C are schematic plan views illustrating another pressure sensor according to the first embodiment.
These drawings illustrate the planar shape of the film part 70d.
As shown in FIG. 13A, in another pressure sensor 112 according to the present embodiment, the planar shape of the film part 70d is substantially rectangular (rectangular), and the corner part 70sc is curved. That is, the film part 70d has first to fourth sides 70s1 to 70s4, and these sides are connected by the curved corner part 70sc.
図13(b)に表したように、本実施形態に係る別の圧力センサ113においては、膜部70dは、第1〜第4辺70s1〜70s4を有しており、これらの辺が、直線状のコーナー部70scにより接続されている。
このように、本実施形態においては、2つの辺が、コーナー部70scにより接続されても良い。この状態も、2つの辺が接続されている状態に含まれる。
As shown in FIG. 13B, in another pressure sensor 113 according to the present embodiment, the film part 70d has first to fourth sides 70s1 to 70s4, and these sides are straight lines. Are connected by a corner portion 70sc.
Thus, in this embodiment, two sides may be connected by the corner portion 70sc. This state is also included in the state where two sides are connected.
図13(c)に表したように、本実施形態に係る別の圧力センサ114においては、膜部70dの平面形状は、平行四辺形であり、この例ではひし形である。すなわち、膜部70dは、第1〜第4辺70s1〜70s4を有している。第1辺70s1及び第2辺70s2は、第1方向(例えばX軸方向)に沿っており、第3辺70s1及び第4辺70s4は、第1方向に対して傾斜する第3方向に沿っている。第3方向は、第1方向に対して非平行であり、第1方向に対して直交していない。この例においても、これらの辺が、曲線状または直線状のコーナー部70scにより接続されても良い。 As shown in FIG. 13C, in another pressure sensor 114 according to this embodiment, the planar shape of the film part 70d is a parallelogram, which is a rhombus in this example. That is, the film part 70d has first to fourth sides 70s1 to 70s4. The first side 70s1 and the second side 70s2 are along the first direction (for example, the X-axis direction), and the third side 70s1 and the fourth side 70s4 are along the third direction inclined with respect to the first direction. Yes. The third direction is not parallel to the first direction and is not orthogonal to the first direction. Also in this example, these sides may be connected by a curved or straight corner portion 70sc.
圧力センサ112〜114においても、膜部70dの平面形状は、異方性形状を有している。すなわち、例えば、膜面70fsの重心70dcを通る第1軸70xに沿う、膜部70dの長さは、第1軸70xと交差(例えば直交)し膜面70fsの重心70dcを通る第2軸70yに沿う膜部70dの長さよりも長い。このような膜部70dの中央部70cに検知素子50を配置する。圧力センサ112〜114によっても、高感度の圧力センサが得られる。 Also in the pressure sensors 112 to 114, the planar shape of the film part 70d has an anisotropic shape. That is, for example, the length of the film part 70d along the first axis 70x passing through the center of gravity 70dc of the film surface 70fs intersects (for example, orthogonal to) the first axis 70x and passes through the center of gravity 70dc of the film surface 70fs. It is longer than the length of the film part 70d along. The sensing element 50 is arranged in the central part 70c of such a film part 70d. The pressure sensors 112 to 114 also provide a highly sensitive pressure sensor.
本実施形態において、異方歪発生領域70aの形状は、膜部70dの平面形状に対応する。膜部70dの平面形状が長方形の場合は、異方歪発生領域70aは、膜面70fsの重心70dcの付近の長方形の範囲となる。膜部70dの平面形状が扁平円の場合は、異方歪発生領域70aは、膜面70fsの重心70dcの付近の扁平円の範囲となる。膜部70dの平面形状がひし形の場合は、異方歪発生領域70aは、膜面70fsの重心70dcの付近のひし形の範囲となる。これらの異方歪発生領域70aが、膜部70dの中央部70cとなる。 In the present embodiment, the shape of the anisotropic strain occurrence region 70a corresponds to the planar shape of the film part 70d. When the planar shape of the film part 70d is a rectangle, the anisotropic strain occurrence region 70a is a rectangular range near the center of gravity 70dc of the film surface 70fs. When the planar shape of the film part 70d is a flat circle, the anisotropic strain occurrence region 70a is a flat circle in the vicinity of the center of gravity 70dc of the film surface 70fs. When the planar shape of the film part 70d is a rhombus, the anisotropic strain occurrence region 70a is a rhombus range near the center of gravity 70dc of the film surface 70fs. These anisotropic strain occurrence regions 70a become the central portion 70c of the film portion 70d.
本実施形態において、検知部50uに複数の検知素子を設けても良い。
図14(a)〜図14(c)は、第1の実施形態に係る圧力センサを例示する模式図である。
これらの図は、複数の検知素子の接続状態の例を示している。
図14(a)に表したように、複数の検知素子50は、直列に接続されている。複数の検知素子50が直列に接続されている検知素子の数をNとしたとき、得られる電気信号は、検知素子50の数が1である場合のN倍となる。その一方で、熱ノイズ及びショットキーノイズは、N1/2倍になる。すなわち、SN比(signal-noise ratio:SNR)は、N1/2倍になる。直列の接続する検知素子50の数Nを増やすことで、膜部70dのサイズを大きくすることなく、SN比を改善することができる。
In the present embodiment, the detection unit 50u may be provided with a plurality of detection elements.
FIG. 14A to FIG. 14C are schematic views illustrating the pressure sensor according to the first embodiment.
These drawings show examples of connection states of a plurality of sensing elements.
As shown in FIG. 14A, the plurality of sensing elements 50 are connected in series. When the number of sensing elements in which a plurality of sensing elements 50 are connected in series is N, the obtained electrical signal is N times that when the number of sensing elements 50 is one. On the other hand, thermal noise and Schottky noise are N 1/2 times. That is, the SN ratio (signal-noise ratio: SNR) is N 1/2 times. By increasing the number N of sensing elements 50 connected in series, the SN ratio can be improved without increasing the size of the film part 70d.
本実施形態では、異方性形状を有する膜部70dを用いることで、その重心70dc付近に集合して配置された複数の検知素子50のそれぞれの、圧力に対する電気抵抗の変化(例えば極性)は、同様である。そのため、複数の検知素子50のそれぞれの信号を加算することが可能である。 In the present embodiment, by using the film part 70d having an anisotropic shape, the change (for example, polarity) of the electrical resistance with respect to the pressure of each of the plurality of sensing elements 50 arranged in the vicinity of the center of gravity 70dc is determined. The same. Therefore, it is possible to add the signals of the plurality of sensing elements 50.
1つの検知素子50に加えられるバイアス電圧は、例えば、50ミリボルト(mV)以上150mV以下である。N個の検知素子50を直列に接続した場合は、バイアス電圧は、50mV×N以上150mV×N以下となる。例えば、直列に接続されている検知素子50の数Nが25である場合には、バイアス電圧は、1V以上3.75V以下となる。 The bias voltage applied to one sensing element 50 is, for example, 50 millivolts (mV) or more and 150 mV or less. When N sensing elements 50 are connected in series, the bias voltage is 50 mV × N or more and 150 mV × N or less. For example, when the number N of the sensing elements 50 connected in series is 25, the bias voltage is 1 V or more and 3.75 V or less.
バイアス電圧の値が1V以上であると、検知素子50から得られる電気信号を処理する電気回路の設計は容易になり、実用的に好ましい。本実施形態においては、圧力が印加されたときに同じ極性の電気信号が得られる検知素子50を、複数配置することができる。このため、これらを直列に接続して、上記のように、SN比が向上できる。 When the value of the bias voltage is 1 V or more, the design of an electric circuit for processing an electric signal obtained from the sensing element 50 becomes easy, which is practically preferable. In the present embodiment, a plurality of sensing elements 50 that can obtain electrical signals having the same polarity when pressure is applied can be arranged. For this reason, by connecting them in series, the SN ratio can be improved as described above.
バイアス電圧(端子間電圧)が10Vを超えると、検知素子50から得られる電気信号を処理する電気回路においては、望ましくない。実施形態においては、適切な電圧範囲になるように、直列に接続される検知素子50の数N、及び、バイアス電圧が設定される。 When the bias voltage (inter-terminal voltage) exceeds 10 V, it is not desirable in an electric circuit that processes an electric signal obtained from the sensing element 50. In the embodiment, the number N of sensing elements 50 connected in series and the bias voltage are set so as to be in an appropriate voltage range.
例えば、複数の検知素子50を電気的に直列に接続したときの電圧は、1V以上10V以下となるのが好ましい。例えば、電気的に直列に接続された複数の検知素子50の端子間(一方の端の端子と、他方の端の端子と、の間)に印加される電圧は、1V以上10V以下である。 For example, the voltage when the plurality of sensing elements 50 are electrically connected in series is preferably 1 V or more and 10 V or less. For example, the voltage applied between the terminals of the plurality of sensing elements 50 electrically connected in series (between one terminal and the other terminal) is 1 V or more and 10 V or less.
この電圧を発生させるためには、1つの検知素子50に印加されるバイアス電圧が50mVである場合、直列に接続される検知素子50の数Nは、20以上200以下が好ましい。1つの検知素子50に印加されるバイアス電圧が150mVである場合、直列に接続される検知素子50の数Nは、7以上66以下であることが好ましい。 In order to generate this voltage, when the bias voltage applied to one sensing element 50 is 50 mV, the number N of sensing elements 50 connected in series is preferably 20 or more and 200 or less. When the bias voltage applied to one sensing element 50 is 150 mV, the number N of sensing elements 50 connected in series is preferably 7 or more and 66 or less.
図14(b)に表したように、複数の検知素子50の少なくとも一部は、電気的に並列に接続されても良い。 As shown in FIG. 14B, at least some of the plurality of sensing elements 50 may be electrically connected in parallel.
図14(c)に表したように、複数の検知素子50がホイートストンブリッジ回路を形成するように、複数の検知素子50を接続しても良い。これにより、例えば、検出特性の温度補償を行うことができる。 As shown in FIG. 14C, the plurality of sensing elements 50 may be connected such that the plurality of sensing elements 50 form a Wheatstone bridge circuit. Thereby, for example, temperature compensation of detection characteristics can be performed.
図15(a)〜図15(c)は、第1の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的斜視図である。
これらの図は、複数の検知素子50の接続の例を示している。
図15(a)に表したように、複数の検知素子50が電気的に直列に接続される場合において、下部電極60b(例えば第2配線62)と、上部電極60a(例えば第1配線61)と、の間に検知素子50及びビアコンタクト65を設ける。これにより、通電方向は、一方向となる。複数の検知素子50に通電される電流は、下向き、または、上向きである。この接続においては、複数の検知素子50のそれぞれのシグナル・ノイズ特性を互いに近い特性にできる。
FIG. 15A to FIG. 15C are schematic perspective views illustrating the pressure sensor according to the first embodiment.
These drawings show examples of connection of a plurality of sensing elements 50.
As shown in FIG. 15A, when the plurality of sensing elements 50 are electrically connected in series, the lower electrode 60b (for example, the second wiring 62) and the upper electrode 60a (for example, the first wiring 61). The sensing element 50 and the via contact 65 are provided in between. Thereby, the energization direction becomes one direction. The current passed through the plurality of sensing elements 50 is downward or upward. In this connection, the signal / noise characteristics of the plurality of sensing elements 50 can be made close to each other.
図15(b)に表したように、ビアコンタクト65が設けられずに、下部電極60bと、上部電極60aと、の間に検知素子50が配置されている。この例では、隣り合う2つの検知素子50のそれぞれに通電される電流の方向は、互いに逆である。この接続においては、複数の検知素子50の配置の密度が高い。 As shown in FIG. 15B, the sensing element 50 is disposed between the lower electrode 60b and the upper electrode 60a without the via contact 65 being provided. In this example, the directions of currents passed through the two adjacent detection elements 50 are opposite to each other. In this connection, the density of the arrangement of the plurality of sensing elements 50 is high.
図15(c)に表したように、1つの下部電極60bと、1つの上部電極60aと、の間に、複数の検知素子50が設けられている。複数の検知素子50は、並列に接続されている。 As shown in FIG. 15C, a plurality of sensing elements 50 are provided between one lower electrode 60b and one upper electrode 60a. The plurality of sensing elements 50 are connected in parallel.
(第2の実施形態)
図16(a)〜図16(d)は、第2の実施形態に係る圧力センサを例示する模式図である。
図16(a)は、模式的斜視図である。図16(b)は、図16(a)及び図16(c)のA1−A2線断面図である。図16(c)は、模式的平面図である。図16(d)は、圧力センサに含まれる膜部の模式的平面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 16A to FIG. 16D are schematic views illustrating the pressure sensor according to the second embodiment.
FIG. 16A is a schematic perspective view. FIG. 16B is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIGS. 16A and 16C. FIG. 16C is a schematic plan view. FIG. 16D is a schematic plan view of a film part included in the pressure sensor.
図16(a)〜図16(c)に表したように、本実施形態に係る圧力センサ120も、膜部70dと、検知部50uと、を含む。この例では、支持部70sが設けられている。膜部70dは、支持部70sに支持され、可撓性を有する。検知部50uは、複数の検知素子50(例えば第1〜第5検知素子50a〜50eなど)を含む。複数の検知素子50は、膜部70dの上に設けられている。この例でも、複数の検知素子50のそれぞれは、第1磁性層10と、第1磁性層10と膜部70dとの間に設けられた第2磁性層20と、第1磁性層10と第2磁性層20との間に設けられた中間層30と、を含む。中間層30には、例えば、磁性性材料を用いることができる。圧力センサ120においては、検知部50uの配置が、圧力センサ110とは異なっている。 As illustrated in FIG. 16A to FIG. 16C, the pressure sensor 120 according to the present embodiment also includes a film part 70 d and a detection part 50 u. In this example, a support portion 70s is provided. The film part 70d is supported by the support part 70s and has flexibility. The detection unit 50u includes a plurality of detection elements 50 (for example, first to fifth detection elements 50a to 50e). The plurality of detection elements 50 are provided on the film part 70d. Also in this example, each of the plurality of sensing elements 50 includes the first magnetic layer 10, the second magnetic layer 20 provided between the first magnetic layer 10 and the film part 70d, the first magnetic layer 10, and the first magnetic layer 10. And an intermediate layer 30 provided between the two magnetic layers 20. For example, a magnetic material can be used for the intermediate layer 30. In the pressure sensor 120, the arrangement of the detection unit 50 u is different from that of the pressure sensor 110.
複数の検知素子50うちの少なくとも2つの、第1方向(例えばX軸方向)に沿うそれぞれの位置は、互いに異なる。この例では、複数の検知素子50は、膜部70dの外縁70rに沿って並ぶ。これ以外は、圧力センサ110と同様なので説明を省略する。 At least two of the plurality of sensing elements 50 have different positions along the first direction (for example, the X-axis direction). In this example, the plurality of sensing elements 50 are arranged along the outer edge 70r of the film part 70d. Other than this, it is the same as the pressure sensor 110 and will not be described.
図16(c)に表したように、圧力センサ120においては、膜部70dに素子配置領域75(例えば、第1素子配置領域76及び第2素子配置領域77)が設けられている。素子配置領域75は、膜部70dの外縁に沿って延在している。この素子配置領域75の上に、複数の検知素子50が設けられる。 As shown in FIG. 16C, in the pressure sensor 120, the element arrangement region 75 (for example, the first element arrangement region 76 and the second element arrangement region 77) is provided in the film part 70d. The element arrangement region 75 extends along the outer edge of the film part 70d. A plurality of detection elements 50 are provided on the element arrangement region 75.
素子配置領域75は、膜部70dの周辺部70pの上に設けられている。すなわち、膜部70dは、中央部70cと、周辺部70pと、を含んでいる。周辺部70pは、中央部70cの周りに設けられている。複数の検知素子50は、膜部70dの周辺部70pのうちの素子配置領域75の上に設けられている。
すなわち、複数の検知素子50は、中央部70cから周辺部70pに向かう放射状ではなく、周辺部70pにおいて、外縁70rに沿って並べることができる。
The element arrangement region 75 is provided on the peripheral part 70p of the film part 70d. That is, the film part 70d includes a central part 70c and a peripheral part 70p. The peripheral part 70p is provided around the central part 70c. The plurality of sensing elements 50 are provided on the element arrangement region 75 in the peripheral part 70p of the film part 70d.
That is, the plurality of sensing elements 50 can be arranged along the outer edge 70r in the peripheral portion 70p, not in the radial direction from the central portion 70c to the peripheral portion 70p.
この例では、膜部70dの平面形状は、異方性形状を有している。すなわち、膜部70dの、膜面70fs内の第1方向(例えばX軸方向)の膜部70dの第1長さL1は、第2方向(例えばY軸方向であり、第1方向に対して垂直で膜面70fs内の方向)の膜部70dの第2長さL2よりも長い。 In this example, the planar shape of the film part 70d has an anisotropic shape. That is, the first length L1 of the film part 70d in the first direction (for example, the X-axis direction) within the film surface 70fs of the film part 70d is the second direction (for example, the Y-axis direction, and is It is longer than the second length L2 of the film part 70d in the vertical direction (within the film surface 70fs).
この場合、素子配置領域75内に設けられている複数の検知素子50の少なくとも2つの、第1方向(例えばX軸方向)に沿うそれぞれの位置は、互いに異なる。この例では、複数の検知素子50は、素子配置領域75内において、第1方向(この例ではX軸方向)に沿って並ぶ。
本実施形態においては、例えば、複数の検知素子のうちの最近接の2つの検知素子50が、外縁70rに沿って並べられる。
In this case, at least two positions of the plurality of detection elements 50 provided in the element arrangement region 75 are different from each other along the first direction (for example, the X-axis direction). In this example, the plurality of sensing elements 50 are arranged along the first direction (X-axis direction in this example) in the element arrangement region 75.
In the present embodiment, for example, the two closest detection elements 50 among the plurality of detection elements are arranged along the outer edge 70r.
この例では、膜部70dの平面形状は、略矩形である。
すなわち、図16(d)に表したように、膜部70dは、第1〜第4辺70s1〜70s4を有する。第1辺70s1は、第1方向(例えばX軸方向)に沿う。第2辺70s2は、第1辺70s1と離間し、第1方向に沿う。第3辺70s3は、第1辺70s1の一端70s11と、第2辺70s2の一端70s21と、に接続され、第2方向(例えばY軸方向)に沿う。第4辺70s4は、第1辺70s1の他端70s12と、第2辺70s2の他端70s22と、に接続され、第3辺70s3と離間し、第2方向に沿う。後述するように、これらの辺の間は、直線状または曲線状のコーナー部により接続されても良い。
In this example, the planar shape of the film part 70d is substantially rectangular.
That is, as shown in FIG. 16D, the film part 70d has first to fourth sides 70s1 to 70s4. The first side 70s1 is along the first direction (for example, the X-axis direction). The second side 70s2 is separated from the first side 70s1 and extends in the first direction. The third side 70s3 is connected to one end 70s11 of the first side 70s1 and one end 70s21 of the second side 70s2, and is along the second direction (for example, the Y-axis direction). The fourth side 70s4 is connected to the other end 70s12 of the first side 70s1 and the other end 70s22 of the second side 70s2, is separated from the third side 70s3, and extends in the second direction. As will be described later, these sides may be connected by straight or curved corner portions.
こように、膜部70dの平面形状が略矩形である場合、素子配置領域75は、矩形の辺に沿って延在するように設けられる。この例では、膜部70dの周辺部70pは、第1辺70s1に沿って設けられた第1素子配置領域76を含む。複数の検知素子50は、第1素子配置領域76の上に設けられ、複数の検知素子50(の少なくとも2つ)の、第1方向(例えばX軸方向)に沿うそれぞれの位置は、互いに異なる。この例では、第1素子配置領域76の上に設けられた複数の検知素子50は、第1辺70s1に沿って並ぶ。 Thus, when the planar shape of the film part 70d is substantially rectangular, the element arrangement region 75 is provided so as to extend along the sides of the rectangle. In this example, the peripheral part 70p of the film part 70d includes a first element arrangement region 76 provided along the first side 70s1. The plurality of detection elements 50 are provided on the first element arrangement region 76, and the positions of the plurality of detection elements 50 (at least two of them) along the first direction (for example, the X-axis direction) are different from each other. . In this example, the plurality of sensing elements 50 provided on the first element arrangement region 76 are arranged along the first side 70s1.
この例では、膜部70dの周辺部70pは、第2辺70s2に沿って設けられた第2素子配置領域77を含む。複数の検知素子50は、第2素子配置領域77の上にさらに設けられている。第2素子配置領域77の上に設けられた複数の検知素子50(の少なくとも2つ)の、第1方向(例えばX軸方向)に沿うそれぞれの位置は、互いに異なる。この例では、第2素子配置領域77の上に設けられた複数の検知素子50は、第2辺70s2に沿って並ぶ。 In this example, the peripheral part 70p of the film part 70d includes a second element arrangement region 77 provided along the second side 70s2. The plurality of detection elements 50 are further provided on the second element arrangement region 77. The positions along the first direction (for example, the X-axis direction) of the plurality of sensing elements 50 (at least two) provided on the second element arrangement region 77 are different from each other. In this example, the plurality of sensing elements 50 provided on the second element arrangement region 77 are arranged along the second side 70s2.
このように、本実施形態に係る圧力センサ120においては、複数の検知素子50の少なくとも2つは、第1方向(例えばX軸方向)に沿うそれぞれの位置は、互いに異なり、例えば、第1方向に沿って並ぶ。これにより、複数の検知素子50において、印加される圧力に対して同様の抵抗変化が生じる。本実施形態によれば、高感度の圧力センサを提供できる。 Thus, in the pressure sensor 120 according to the present embodiment, at least two of the plurality of detection elements 50 are different from each other in the position along the first direction (for example, the X-axis direction), for example, in the first direction. Line up along. Thereby, in the some detection element 50, the same resistance change arises with respect to the applied pressure. According to this embodiment, a highly sensitive pressure sensor can be provided.
圧力センサ120において、例えば、第1素子配置領域76及び第2素子配置領域77の少なくともいずれかに、複数の検知素子50が配置される。換言すれば、第1素子配置領域76が設けられ、第2素子配置領域77が設けられなくても良い。または、第2素子配置領域77が設けられ、第1素子配置領域76が設けられなくても良い。 In the pressure sensor 120, for example, a plurality of detection elements 50 are arranged in at least one of the first element arrangement region 76 and the second element arrangement region 77. In other words, the first element arrangement region 76 may be provided, and the second element arrangement region 77 may not be provided. Alternatively, the second element arrangement region 77 may be provided and the first element arrangement region 76 may not be provided.
本実施形態において、複数の検知素子50の接続には、例えば、図14(a)〜図14(c)、並びに、図15(a)〜図15(c)に関して説明したいずれかの構成を適用できる。 In the present embodiment, for example, any of the configurations described with reference to FIGS. 14 (a) to 14 (c) and FIGS. 15 (a) to 15 (c) are used to connect the plurality of detection elements 50. Applicable.
圧力センサ120においては、膜部70dの平面形状が異方性形状を有している。そして、複数の検知素子50は、膜部70dのうちの素子配置領域75上に集合して設けられている。素子配置領域75は、膜部70dのうちの、短軸の端部付近の領域である。 In the pressure sensor 120, the planar shape of the film part 70d has an anisotropic shape. The plurality of sensing elements 50 are provided collectively on the element arrangement region 75 in the film part 70d. The element arrangement region 75 is a region near the end portion of the short axis in the film part 70d.
第1の実施形態に関して説明したように、膜部70dの平面形状が異方性形状を有している場合、圧力が膜部70dの一方の面から加わり膜部70dが撓んだ際に、膜部70dの長軸方向と短軸方向とで、互いに異なる歪が、膜部70dの表面に生じる。短軸方向に生じる歪のほうが、長軸方向に生じる歪みよりも大きくなる。異方性形状を有する膜部70dにおいては、等方的な形状を有する膜部70dよりも、膜部70d上で異方的な歪が生じる領域が広がる。この傾向は、膜部70dの短軸側の端部付近でも確認される。 As described in regard to the first embodiment, when the planar shape of the film part 70d has an anisotropic shape, when pressure is applied from one surface of the film part 70d and the film part 70d is bent, Different strains are generated on the surface of the film part 70d in the major axis direction and the minor axis direction of the film part 70d. The strain generated in the minor axis direction is larger than the strain generated in the major axis direction. In the film part 70d having an anisotropic shape, a region where an anisotropic strain is generated on the film part 70d is wider than the film part 70d having an isotropic shape. This tendency is also confirmed near the end on the short axis side of the film part 70d.
等方的な形状の膜部70dの端部よりも、異方性形状を有する膜部70dの短軸側の端部においては、広い領域で、大きな絶対値の異方歪が生じる。このため、圧力に対して同様(例えば同じ極性の)電気抵抗の変化を生じる検知素子50の数を増大させることができる。これにより、高感度の圧力センサを提供することができる。 An anisotropic strain having a large absolute value is generated in a wide region at the end on the short axis side of the film part 70d having an anisotropic shape rather than the end part of the film part 70d having an isotropic shape. For this reason, it is possible to increase the number of sensing elements 50 that cause a similar change in electrical resistance with respect to pressure (for example, the same polarity). Thereby, a highly sensitive pressure sensor can be provided.
複数の検知素子50を直列に接続することで、SN比を改善することができる。本実施形態においても、圧力が印加されたときに同じ極性の電気信号が得られる検知素子50を配置することができる。これにより、SN比が向上できる。実施形態においては、例えば、適切な電圧範囲になるように、直列に接続される検知素子50の数N、及び、バイアス電圧が設定される。例えば、複数の検知素子50を電気的に直列に接続したときの電圧は、1V以上10V以下となるのが好ましい。例えば、1つの検知素子50に印加されるバイアス電圧が50mVである場合、直列の接続される検知素子50の数Nは、20以上200以下が好ましい。1つの検知素子50に印加されるバイアス電圧が150mVである場合、直列の接続される検知素子50の数Nは、7以上66以下であることが好ましい。 The SN ratio can be improved by connecting a plurality of sensing elements 50 in series. Also in the present embodiment, it is possible to arrange the sensing element 50 that can obtain an electric signal having the same polarity when pressure is applied. Thereby, SN ratio can be improved. In the embodiment, for example, the number N of sensing elements 50 connected in series and the bias voltage are set so as to be in an appropriate voltage range. For example, the voltage when the plurality of sensing elements 50 are electrically connected in series is preferably 1 V or more and 10 V or less. For example, when the bias voltage applied to one sensing element 50 is 50 mV, the number N of sensing elements 50 connected in series is preferably 20 or more and 200 or less. When the bias voltage applied to one sensing element 50 is 150 mV, the number N of sensing elements 50 connected in series is preferably 7 or more and 66 or less.
複数の検知素子50の少なくとも一部は、電気的に並列に接続されても良い。複数の検知素子50が、ホイートストンブリッジ回路を形成するように、複数の検知素子50を接続しても良い。これにより、例えば、検出特性の温度補償を行うことができる。 At least some of the plurality of sensing elements 50 may be electrically connected in parallel. The plurality of sensing elements 50 may be connected so that the plurality of sensing elements 50 form a Wheatstone bridge circuit. Thereby, for example, temperature compensation of detection characteristics can be performed.
この例では、素子配置領域75(第1素子配置領域76及び第2素子配置領域77のそれぞれ)の平面形状は、略長方形である。 In this example, the planar shape of the element arrangement area 75 (each of the first element arrangement area 76 and the second element arrangement area 77) is substantially rectangular.
例えば、第1素子配置領域76の第1方向(例えばX軸方向)の長さ(第5長さL5)は、第1長さL1の0.5倍以下である。第1素子配置領域76の第2方向(例えばY軸方向)の幅(第6長さL6)は、第2長さL2の0.1倍以下である。 For example, the length (fifth length L5) in the first direction (for example, the X-axis direction) of the first element arrangement region 76 is not more than 0.5 times the first length L1. The width (sixth length L6) in the second direction (for example, the Y-axis direction) of the first element arrangement region 76 is not more than 0.1 times the second length L2.
第1素子配置領域76のX軸方向の中心は、膜部70dのX軸方向の中心と、実質的に一致する。例えば、第1素子配置領域76の第1方向(例えばX軸方向)の中心と、膜部70dの第1方向の中心と、の間の第1方向の距離は、第2長さL2の1/10以下である。 The center of the first element arrangement region 76 in the X-axis direction substantially coincides with the center of the film part 70d in the X-axis direction. For example, the distance in the first direction between the center in the first direction (for example, the X-axis direction) of the first element arrangement region 76 and the center in the first direction of the film part 70d is 1 of the second length L2. / 10 or less.
同様に、例えば、第2素子配置領域77の第1方向(例えばX軸方向)の長さ(第7長さL7)は、第1長さL1の0.5倍以下である。第2素子配置領域77の第2方向(例えばY軸方向)の幅(第8長さL8)は、第2長さL2の0.1倍以下である。 Similarly, for example, the length (seventh length L7) in the first direction (for example, the X-axis direction) of the second element arrangement region 77 is not more than 0.5 times the first length L1. The width (eighth length L8) in the second direction (for example, the Y-axis direction) of the second element arrangement region 77 is not more than 0.1 times the second length L2.
第2素子配置領域77のX軸方向の中心は、膜部70dのX軸方向の中心と、実質的に一致する。例えば、第2素子配置領域77の第1方向(例えばX軸方向)の中心と、膜部70dの第1方向の中心と、の間の第1方向の距離は、第2長さL2の1/10以下である。 The center of the second element arrangement region 77 in the X-axis direction substantially coincides with the center of the film part 70d in the X-axis direction. For example, the distance in the first direction between the center in the first direction (for example, the X-axis direction) of the second element arrangement region 77 and the center in the first direction of the film part 70d is 1 of the second length L2. / 10 or less.
以下、膜部70dの平面形状が長方形であり、その短軸側の端部付近に複数の検知素子50を集合して配置した場合の特性の例について説明する。 Hereinafter, an example of characteristics when the planar shape of the film part 70d is a rectangle and a plurality of sensing elements 50 are arranged in the vicinity of the end on the short axis side will be described.
図17(a)及び図17(b)は、第2の実施形態に係る圧力センサの構成及び特性を例示する模式図である。
これらの図は、圧力センサ120の特性のシミュレーション結果を例示している。図17(a)は、膜部70dの模式的斜視図である。図17(b)は、膜部70dに生じる異方歪ΔεのX−Y面内分布を例示している。
FIG. 17A and FIG. 17B are schematic views illustrating the configuration and characteristics of the pressure sensor according to the second embodiment.
These drawings illustrate the simulation results of the characteristics of the pressure sensor 120. FIG. 17A is a schematic perspective view of the film part 70d. FIG. 17B illustrates an XY in-plane distribution of the anisotropic strain Δε generated in the film part 70d.
図17(a)に表したように、この例では、膜部70dの平面形状は、長方形である。この例では、膜部70dの長軸方向の長さ(第1長さL1)は、625μmであり、短軸方向の長さ(第2長さL2)は400μmであり、厚さLtは2μmである。 As shown in FIG. 17A, in this example, the planar shape of the film part 70d is a rectangle. In this example, the length (first length L1) in the major axis direction of the film part 70d is 625 μm, the length in the minor axis direction (second length L2) is 400 μm, and the thickness Lt is 2 μm. It is.
このような膜部70dについて、膜部70dの表面に生じる歪の解析が行われる。解析の有限要素法の条件は、第1の実施形態に関して説明したのと同様である。膜部70dの変位の、重心70dcからの距離依存性は、第1の実施形態に関して説明した結果(図5(d)及び図5(e))と同じである。膜部70dの短軸側の端部において得られる異方歪(絶対値)の最大値の0.4倍(すなわち、40%)以上の異方歪が得られる範囲を、端部異方歪発生領域75aとする。2つの端部が存在するので、端部異方歪発生領域75aは、第1端部異方歪発生領域76aと、第2端部異方歪発生領域77aと、を含む。 With respect to such a film part 70d, an analysis of strain generated on the surface of the film part 70d is performed. The conditions of the finite element method for analysis are the same as those described for the first embodiment. The distance dependency of the displacement of the film part 70d from the center of gravity 70dc is the same as the result described with respect to the first embodiment (FIGS. 5D and 5E). The range in which the anisotropic strain of 0.4 times (that is, 40 %) or more of the maximum value of the anisotropic strain (absolute value) obtained at the short axis end of the film portion 70d is obtained is the end portion anisotropic strain. The generation region 75a is assumed. Since there are two ends, the end anisotropic strain generation region 75a includes a first end anisotropic strain generation region 76a and a second end anisotropic strain generation region 77a.
図17(b)は、第1端部異方歪発生領域76a及び第2端部異方歪発生領域77aを例示するコンター図である。
図17(b)から分かるように、異方性形状を有する膜部70dを用いることにより、短軸方向の2つの端部の付近に、それぞれ、第1端部異方歪発生領域76a及び第2端部異方歪発生領域77aが生じる。これらの領域の面積は大きい。端部異方歪発生領域75aの面積(第1端部異方歪発生領域76aの面積と第2端部異方歪発生領域77aの面積の和)は、約8500μm2である。
FIG. 17B is a contour diagram illustrating the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a and the second end portion anisotropic strain occurrence region 77a.
As can be seen from FIG. 17B, by using the film portion 70d having an anisotropic shape, the first end portion anisotropic strain generation region 76a and the first end portion are formed near the two end portions in the short axis direction, respectively. A two-end anisotropic strain generation region 77a is generated. The area of these regions is large. The area of the end anisotropic strain generation region 75a (the sum of the area of the first end anisotropic strain generation region 76a and the area of the second end anisotropic strain generation region 77a) is about 8500 μm 2 .
このように、端部付近の広い範囲において、短軸方向の端部と同等の異方歪を得ることができる。本実施形態においては、この同等の異方歪が得られる範囲内に複数の検知素子50を配置する。すなわち、例えば、第1端部異方歪発生領域76aを第1素子配置領域76とし、第2端部異方歪発生領域77aを第2素子配置領域77とする。このような領域に複数の検知素子50を配置することで、高感度の圧力センサが得られる。 Thus, an anisotropic strain equivalent to the end portion in the minor axis direction can be obtained in a wide range near the end portion. In the present embodiment, a plurality of sensing elements 50 are arranged within a range where this equivalent anisotropic strain can be obtained. That is, for example, the first end portion anisotropic strain occurrence region 76 a is the first element placement region 76, and the second end portion anisotropic strain occurrence region 77 a is the second element placement region 77. By arranging a plurality of sensing elements 50 in such a region, a highly sensitive pressure sensor can be obtained.
図17(b)から分かるように、膜部70dが長方形の形状を有する場合は、端部異方歪発生領域75a(第1端部異方歪発生領域76a及び第2端部異方歪発生領域77a)の形状も、略長方形となる。 As can be seen from FIG. 17B, when the film part 70d has a rectangular shape, the end anisotropic strain generation region 75a (the first end anisotropic strain generation region 76a and the second end anisotropic strain generation). The shape of the region 77a) is also substantially rectangular.
第1端部異方歪発生領域76aのX軸方向の長さ(第5長さL5に対応する)は、第1長さL1の0.5倍以下である。第1端部異方歪発生領域76aのY軸方向の幅(第6長さL6に対応する)は、第2長さL2の0.1倍以下である。第1端部異方歪発生領域76aは、膜面70fsの重心70dcを通り第2方向に対して平行な軸を対称軸して、実質的に線対称である。例えば、第1端部異方歪発生領域76aのX軸方向の中心と、膜部70dのX軸方向の中心と、の間のX軸方向の距離は、第2長さL2の1/10以下である。 The length in the X-axis direction (corresponding to the fifth length L5) of the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a is 0.5 times or less of the first length L1. The width in the Y-axis direction (corresponding to the sixth length L6) of the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a is not more than 0.1 times the second length L2. The first end anisotropic strain generation region 76a is substantially line symmetric with respect to an axis that passes through the center of gravity 70dc of the film surface 70fs and is parallel to the second direction. For example, the distance in the X-axis direction between the center in the X-axis direction of the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a and the center in the X-axis direction of the film part 70d is 1/10 of the second length L2. It is as follows.
同様に、第2端部異方歪発生領域77aのX軸方向の長さ(第7長さL7に対応する)は、第1長さL1の0.5倍以下である。第2端部異方歪発生領域77aのY軸方向の幅(第8長さL8に対応する)は、第2長さL2の0.1倍以下である。例えば、第2端部異方歪発生領域77aのX軸方向の中心と、膜部70dのX軸方向の中心と、の間のX軸方向の距離は、第2長さL2の1/10以下である。 Similarly, the length in the X-axis direction (corresponding to the seventh length L7) of the second end portion anisotropic strain occurrence region 77a is not more than 0.5 times the first length L1. The width in the Y-axis direction (corresponding to the eighth length L8) of the second end portion anisotropic strain occurrence region 77a is not more than 0.1 times the second length L2. For example, the distance in the X-axis direction between the center in the X-axis direction of the second end portion anisotropic strain occurrence region 77a and the center in the X-axis direction of the film part 70d is 1/10 of the second length L2. It is as follows.
このような第1端部異方歪発生領域76aに第1素子配置領域76を対応させ、このような第2端部異方歪発生領域77aに第2素子配置領域77を対応させる。本実施形態においては、このような領域の上に、膜部70dの外縁70rに沿って、複数の検知素子50を配置する。例えば、複数の検知素子50をX−Y平面に投影したときに、複数の検知素子50のそれぞれの重心は、これらの領域と重なる。これにより、高感度の圧力センサが得られる。 The first element arrangement region 76 is made to correspond to the first end portion anisotropic strain generation region 76a, and the second element arrangement region 77 is made to correspond to the second end portion anisotropic strain generation region 77a. In the present embodiment, a plurality of sensing elements 50 are arranged on such a region along the outer edge 70r of the film part 70d. For example, when the plurality of detection elements 50 are projected onto the XY plane, the respective centers of gravity of the plurality of detection elements 50 overlap these regions. Thereby, a highly sensitive pressure sensor is obtained.
本実施形態において、第1端部異方歪発生領域76a及び第2端部異方歪発生領域77aの少なくともいずれかに、複数の検知素子50が設けられる。 In the present embodiment, a plurality of sensing elements 50 are provided in at least one of the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a and the second end portion anisotropic strain occurrence region 77a.
図18(a)及び図18(b)は、参考例の圧力センサの構成及び特性を例示する模式図である。
これらの図は、参考例の圧力センサ119bの特性のシミュレーション結果を例示している。図18(a)は、膜部70dの模式的斜視図である。図18(b)は、膜部70dに生じる異方歪ΔεのX−Y面内分布を例示している。
FIG. 18A and FIG. 18B are schematic views illustrating the configuration and characteristics of a pressure sensor of a reference example.
These drawings illustrate simulation results of characteristics of the pressure sensor 119b of the reference example. FIG. 18A is a schematic perspective view of the film part 70d. FIG. 18B illustrates an XY in-plane distribution of the anisotropic strain Δε generated in the film part 70d.
図18(a)に表したように、参考例の圧力センサ119bにおいては、膜部70dの平面形状は、円形である。膜部70dの平面形状の直径(第1長さL1及び第2長さL2)は、564μmであり、厚さLtは2μmである。圧力センサ119bにおける歪は、図11(b)に関して説明した通りである。歪の解析結果から、端部異方歪発生領域75a(膜部70dの短軸側の端部において得られる異方歪の絶対値の最大値の0.4倍(すなわち、40%)以上の異方歪が得られる範囲)が求められる。 As shown in FIG. 18A, in the pressure sensor 119b of the reference example, the planar shape of the film part 70d is a circle. The diameter (first length L1 and second length L2) of the planar shape of the film part 70d is 564 μm, and the thickness Lt is 2 μm. The distortion in the pressure sensor 119b is as described with reference to FIG. From the analysis result of the strain, the end portion anisotropic strain generation region 75a ( 0.4 % (that is, 40 %) or more of the maximum value of the absolute value of the anisotropic strain obtained at the end portion on the short axis side of the film portion 70d) is greater than or equal to. Range in which anisotropic strain is obtained).
図18(b)は、端部異方歪発生領域75aのコンター図である。参考例においては、第1端部異方歪発生領域76a及び第2端部異方歪発生領域77aのそれぞれの面積は、小さい。端部異方歪発生領域75aの面積(第1端部異方歪発生領域76aの面積と第2端部異方歪発生領域77aの面積の和)は、約5000μm2である。 FIG. 18B is a contour diagram of the end anisotropic strain generation region 75a. In the reference example, the areas of the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a and the second end portion anisotropic strain occurrence region 77a are small. The area of the end anisotropic strain generation region 75a (the sum of the area of the first end anisotropic strain generation region 76a and the area of the second end anisotropic strain generation region 77a) is about 5000 μm 2 .
圧力センサ120と、圧力センサ119bと、では、膜部70dの面積は同じである。端部異方歪発生領域75aの膜部70dの面積に対する比は、圧力センサ120の方が圧力センサ119bに比べて高い。 In the pressure sensor 120 and the pressure sensor 119b, the area of the film part 70d is the same. The ratio of the end anisotropic strain generation region 75a to the area of the film part 70d is higher in the pressure sensor 120 than in the pressure sensor 119b.
このように、異方性形状(例えば長方形)を有する膜部70dを用いることで、等方的な円形の膜部70dを用いた場合よりも、大きな異方歪が得られる領域(端部異方歪発生領域75a)が大きくできる。本実施形態においては、この領域に複数の検知素子50を配置する。 As described above, by using the film portion 70d having an anisotropic shape (for example, a rectangle), a region (an end portion difference) in which a large anisotropic strain can be obtained as compared with the case where the isotropic circular film portion 70d is used. The distortion generating region 75a) can be increased. In the present embodiment, a plurality of sensing elements 50 are arranged in this region.
圧力センサ120では、異方性形状を有する長方形の膜部70dにおいて、その短軸方向の外縁70rに沿って、集合して、複数の検知素子50が配置される。これにより、複数の検知素子50には、同様(例えば同じ極性)の異方歪が加わる。本実施形態においては、圧力に対して同様(例えば同じ極性)の電気抵抗の変化を示す複数の検知素子50を、その領域に配置できる。これらの検知素子を例えば、電気的に直列に接続することによってS/N比を向上することができる。さらに、バイアス電圧を適切な値に設定することで、高感度な圧力センサを提供することができる。 In the pressure sensor 120, in the rectangular film part 70d having an anisotropic shape, a plurality of sensing elements 50 are arranged together along the outer edge 70r in the minor axis direction. As a result, similar anisotropic strains (for example, the same polarity) are applied to the plurality of sensing elements 50. In the present embodiment, a plurality of sensing elements 50 that exhibit a similar change in electrical resistance with respect to pressure (for example, the same polarity) can be arranged in that region. For example, the S / N ratio can be improved by electrically connecting these sensing elements in series. Furthermore, a highly sensitive pressure sensor can be provided by setting the bias voltage to an appropriate value.
以下、膜部70dの平面形状が長方形であり、膜部の短軸方向の端部付近に複数の検知素子50を集合して配置した場合において、膜部70dのアスペクトを変えたときの特性の例について説明する。以下では、端部異方歪発生領域75aのうちの第1端部異方歪発生領域76aについて説明する。 Hereinafter, in the case where the planar shape of the film part 70d is a rectangle, and a plurality of sensing elements 50 are arranged in the vicinity of the end in the minor axis direction of the film part, the characteristics when the aspect of the film part 70d is changed are shown. An example will be described. Hereinafter, the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a in the end portion anisotropic strain occurrence region 75a will be described.
図19は、圧力センサを例示する模式的平面図である。
図19は、圧力センサ120の膜部70dにおける座標系を例示している。膜面70fsの重心の座標(x,y)は(0,0)である。膜部70dの外縁70rのX軸方向上の1つの点の座標は、(L1/2,0)である。膜部70dの外縁70rのY軸方向上の1つの点の座標は、(0,L2/2)である。
FIG. 19 is a schematic plan view illustrating a pressure sensor.
FIG. 19 illustrates a coordinate system in the film part 70d of the pressure sensor 120. The coordinates (x, y) of the center of gravity of the film surface 70fs are (0, 0). The coordinates of one point on the X-axis direction of the outer edge 70r of the film part 70d is (L1 / 2, 0). The coordinates of one point on the Y-axis direction of the outer edge 70r of the film part 70d are (0, L2 / 2).
第1端部異方歪発生領域76aの第1方向(X軸方向の長さ)の長さを長さL5aとし、第1端部異方歪発生領域76aの第2方向(Y軸方向の長さ)の長さを長さL6aとする。第2長さL2と長さL6aとの差をΔL6a(すなわち、ΔL6a=L2−2×L6a)とする。第1端部異方歪発生領域76aの外縁のX軸方向上の1つの点PXa1の座標は、(L5a/2,L2/2)である。第1端部異方歪発生領域77aの重心70dc側の外縁上のY軸方向上の1つの点PYa1の座標は、(0,ΔL6a/2)である。 The length in the first direction (the length in the X-axis direction) of the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a is defined as a length L5a, and the second direction (in the Y-axis direction in the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a). The length) is defined as a length L6a. A difference between the second length L2 and the length L6a is set to ΔL6a (that is, ΔL6a = L2-2 × L6a). The coordinates of one point PXa1 in the X-axis direction of the outer edge of the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a are (L5a / 2, L2 / 2). The coordinates of one point PYa1 in the Y-axis direction on the outer edge on the center of gravity 70dc side of the first end portion anisotropic strain occurrence region 77a is (0, ΔL6a / 2).
以下、膜部70の平面形状がこのような長方形である場合について、膜部70dのアスペクト比ARを変えたときの特性の例について説明する。 Hereinafter, in the case where the planar shape of the film part 70 is such a rectangle, an example of characteristics when the aspect ratio AR of the film part 70d is changed will be described.
図20(a)〜図20(d)は、圧力センサの特性を例示するグラフ図である。
これらの図においては、既に説明した第1〜第6構成を有する圧力センサについての特性が示されている。さらに、これらの図においては、第13構成の圧力センサの特性も示されている。
FIG. 20A to FIG. 20D are graphs illustrating characteristics of the pressure sensor.
In these drawings, the characteristics of the pressure sensor having the first to sixth configurations already described are shown. Further, in these drawings, the characteristics of the pressure sensor of the thirteenth configuration are also shown.
第13構成においては、膜部70dの平面形状は、円形である。すなわち、第1長さL1は564μmであり、第2長さL2は、564μmであり、アスペクト比ARは、1である。第13構成は、図18(a)及び図18(b)に関して説明した構成に対応する。 In the thirteenth configuration, the planar shape of the film part 70d is a circle. That is, the first length L1 is 564 μm, the second length L2 is 564 μm, and the aspect ratio AR is 1. The thirteenth configuration corresponds to the configuration described with reference to FIGS. 18 (a) and 18 (b).
第1〜第5構成においては、膜部70dの平面形状は、長方形であり、異方性形状を有する。第6構成においては、膜部70dの平面形状は、正方形である。第13構成においては、膜部70dの平面形状は円形である。図20(a)〜図20(d)においては、第1〜第6構成の値を塗りつぶしの印で表示している。図20(a)及び図20(b)においては、第13構成の値を、塗り潰していない丸印で表示している。 In the first to fifth configurations, the planar shape of the film part 70d is a rectangle and has an anisotropic shape. In the sixth configuration, the planar shape of the film part 70d is a square. In the thirteenth configuration, the planar shape of the film part 70d is a circle. In FIG. 20A to FIG. 20D, the values of the first to sixth components are displayed as filled marks. In FIG. 20A and FIG. 20B, the value of the thirteenth configuration is displayed with unfilled circles.
これらの構成に関して、有限要素法解析により、膜部70dの表面に生じる歪の解析が行われる。有限要素法における条件は、図5(a)〜図5(f)に関して説明した条件と同じである。 With respect to these configurations, analysis of strain generated on the surface of the film part 70d is performed by finite element method analysis. The conditions in the finite element method are the same as those described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (f).
図20(a)の縦軸は、膜部70dの端部における異方歪Δεe(異方歪の絶対値)である。横軸は、膜部70dの平面形状のアスペクト比ARである。第13構成(塗り潰していない丸印)においては、端部における異方歪Δεeの絶対値は、小さい。これに対して、第1〜第6構成(塗りつぶしの印)においては、端部における異方歪Δεeの絶対値が大きい。このように、膜部70dの平面形状が円形の場合に比べて、平面形状が長方形または正方形の第1〜第6構成においては、大きな絶対値の異方歪Δεeが得られる。 The vertical axis in FIG. 20A is the anisotropic strain Δεe (absolute value of anisotropic strain) at the end of the film part 70d. The horizontal axis represents the aspect ratio AR of the planar shape of the film part 70d. In the thirteenth configuration (the unfilled circle), the absolute value of the anisotropic strain Δεe at the end is small. On the other hand, in the first to sixth configurations (filled marks), the absolute value of the anisotropic strain Δεe at the end is large. Thus, in comparison with the case where the planar shape of the film part 70d is circular, in the first to sixth configurations having a rectangular or square planar shape, a large absolute strain Δεe is obtained.
図20(a)から、膜部70dの端部における異方歪Δεeの絶対値を大きくするという観点では、膜部70dのアスペクト比ARは、0.25以上1.0未満とすることが好ましく、0.64以上1.0未満とすることがさらに好ましい。 From FIG. 20A, from the viewpoint of increasing the absolute value of the anisotropic strain Δεe at the end of the film part 70d, the aspect ratio AR of the film part 70d is preferably 0.25 or more and less than 1.0. 0.64 or more and less than 1.0 is more preferable.
さらに、第1〜第6構成について、第1端部異方歪発生領域76a(膜部70dの短軸側の端部において得られる異方歪の最大値の0.4倍(すなわち、40%)以上の異方歪が得られる範囲)が解析された。その結果、第1端部異方歪発生領域76aの平面形状が長方形となることが分かった。 Further, for the first to sixth configurations, the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a ( 0.4 times the maximum value of the anisotropic strain obtained at the end portion on the short axis side of the film portion 70d (that is, 40 % ) The range in which the above anisotropic strain is obtained was analyzed. As a result, it was found that the planar shape of the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a was a rectangle.
図20(b)の縦軸は、第1端部異方歪発生領域76aの面積の、膜部70dの面積に対する比(面積比Ra)である。横軸は、アスペクト比ARである。図20(b)から分かるように、第1〜第6構成においては、第13構成よりも、面積比Raが高い(大きい)。アスペクト比ARが低い(第1長さL1と第2長さL2との差が大きい)と、面積比Raが大きくなる。膜部70d上で異方歪が得られる領域を広くする観点では、アスペクトARは、0.8以下が好ましく、0.25以下がさらに好ましい。 The vertical axis in FIG. 20B is the ratio (area ratio Ra) of the area of the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a to the area of the film part 70d. The horizontal axis is the aspect ratio AR. As can be seen from FIG. 20B, the area ratio Ra is higher (larger) in the first to sixth configurations than in the thirteenth configuration. When the aspect ratio AR is low (the difference between the first length L1 and the second length L2 is large), the area ratio Ra is large. In terms of widening the region where anisotropic strain can be obtained on the film part 70d, the aspect AR is preferably 0.8 or less, and more preferably 0.25 or less.
以下、第1端部異方歪発生領域76aの外縁の位置(座標は、図19参照)について説明する。
図20(c)の縦軸は、第1端部異方歪発生領域76aの外縁上の点PXa1のX軸方向の座標(距離Xa1)を規格化して表している。距離Xa1は、(L5a)/(L1)に相当する。
図20(d)の縦軸は、第1端部異方歪発生領域76aの外縁上の重心70dc側の点PYa1のY軸方向の座標(距離Ya1)を規格化して表している。距離Ya1は、(ΔL6a)/(L2)に相当する。
これらの図の横軸は、アスペクト比ARである。図20(c)及び図20(d)には、第1〜第6構成の結果が示されている。
Hereinafter, the position of the outer edge of the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a (refer to FIG. 19 for coordinates) will be described.
The vertical axis in FIG. 20 (c) represents the normalized coordinate (distance Xa1) in the X-axis direction of the point PXa1 on the outer edge of the first end anisotropic strain occurrence region 76a. The distance Xa1 corresponds to (L5a) / (L1).
The vertical axis of FIG. 20 (d) represents a normalized coordinate (distance Ya1) in the Y-axis direction of the point PYa1 on the center of gravity 70dc side on the outer edge of the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a. The distance Ya1 corresponds to (ΔL6a) / (L2).
The horizontal axis of these drawings is the aspect ratio AR. 20C and 20D show the results of the first to sixth configurations.
これらの図から分かるように、第1〜第6構成において、距離Xa1及び距離Ya1は、零よりも大きい。すなわち、これらの構成において、第1端部異方歪発生領域76aが得られる。 As can be seen from these drawings, in the first to sixth configurations, the distance Xa1 and the distance Ya1 are larger than zero. That is, in these configurations, the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a is obtained.
これらの図から分かるように、アスペクト比ARが、0.8以上1未満の場合には、
|Xa1|≦(L1/2)×0.5、
|Ya1|≧(L2/2)×0.9
であることが好ましい。
As can be seen from these figures, when the aspect ratio AR is 0.8 or more and less than 1,
| Xa1 | ≦ (L1 / 2) × 0.5,
| Ya1 | ≧ (L2 / 2) × 0.9
It is preferable that
一方、アスペクト比ARが0.8未満の場合には、
|Xa1|≦(L1/2)×{−0.375×(L2/L1)+0.8}、
|Ya1|≧(L2/2)×{0.125×(L2/L1)+0.8}
であることが好ましい。
On the other hand, when the aspect ratio AR is less than 0.8,
| Xa1 | ≦ (L1 / 2) × {−0.375 × (L2 / L1) +0.8},
| Ya1 | ≧ (L2 / 2) × {0.125 × (L2 / L1) +0.8}
It is preferable that
図20(c)に示した、薄いハッチングの第4ハッチング領域R4、及び、濃いハッチングの第5ハッチング領域R5が、第1端部異方歪発生領域76aの条件に対応する。そして、図20(d)に示した薄いハッチングの第6ハッチング領域R6、及び、濃いハッチングの第7ハッチング領域R7が、第1端部異方歪発生領域76aの条件に対応する。 The thin hatched fourth hatched region R4 and the dark hatched fifth hatched region R5 shown in FIG. 20C correspond to the conditions of the first end anisotropic strain generating region 76a. The thin hatched sixth hatched region R6 and the dark hatched seventh hatched region R7 shown in FIG. 20 (d) correspond to the conditions of the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a.
第4ハッチング領域R4は、以下の第11式すなわち第12式で表される。
Xa1≦−0.375AR+0.8 …(11)
L5a≦L1×{−0.375(L2/L1)+0.8} …(12)
第5ハッチング領域R5は、以下の第13式すなわち第14式で表される。
Xa1≦0.5 …(13)
L5a≦0.5L1 …(14)
第6ハッチング領域R6は、以下の第15式すなわち第16式で表される。
Ya1≧0.125AR+0.8 …(15)
L6a≦(L2/2){1−0.125(L2/L1)+0.8}…(16)
第7ハッチング領域R7は、以下の第17式すなわち第18式で表される。
Ya1≧0.9 …(17)
L6a≦0.05L2 …(18)
すなわち、アスペクト比ARが、0.8未満の場合には、第11式、第12式、第15式及び第16式で表される条件が好ましい。
The fourth hatching region R4 is represented by the following expression 11 or expression 12.
Xa1 ≦ −0.375AR + 0.8 (11)
L5a ≦ L1 × {−0.375 (L2 / L1) +0.8} (12)
The fifth hatching region R5 is represented by the following formula 13, that is, formula 14.
Xa1 ≦ 0.5 (13)
L5a ≦ 0.5L1 (14)
The sixth hatching region R6 is expressed by the following fifteenth equation, that is, the sixteenth equation.
Ya1 ≧ 0.125AR + 0.8 (15)
L6a ≦ (L2 / 2) {1−0.125 (L2 / L1) +0.8} (16)
The seventh hatching region R7 is expressed by the following Expression 17, that is, Expression 18.
Ya1 ≧ 0.9 (17)
L6a ≦ 0.05L2 (18)
That is, when the aspect ratio AR is less than 0.8, the conditions represented by the eleventh, twelfth, fifteenth, and sixteenth expressions are preferable.
一方、アスペクト比ARが、0.8以上1未満の場合には、第13式、第14式、第17式及び第18式で表される条件が好ましい。 On the other hand, when the aspect ratio AR is 0.8 or more and less than 1, conditions represented by the 13th formula, the 14th formula, the 17th formula and the 18th formula are preferable.
すなわち、アスペクト比ARが0.8未満である場合は、第1素子配置領域76の第1方向の長さ(長さL5a)は、L1×{−0.375×(L2/L1)+0.8}以下であることが好ましい。そして、第1素子配置領域76の第2方向の幅(長さL6a)は、(L2/2)×{1−0.125×(L2/L1)+0.8}以下であることが好ましい。そして、第1素子配置領域76の第1方向の中心と、膜部70dの第1方向の中心と、が実質的に重なり、これらの間の第1方向の距離は、例えば、第2長さL2の1/10であることが好ましい。 That is, when the aspect ratio AR is less than 0.8, the length (length L5a) of the first element arrangement region 76 in the first direction is L1 × {−0.375 × (L2 / L1) +0. 8} or less. The width (length L6a) in the second direction of the first element arrangement region 76 is preferably (L2 / 2) × {1−0.125 × (L2 / L1) +0.8} or less. The center in the first direction of the first element arrangement region 76 and the center in the first direction of the film part 70d substantially overlap, and the distance in the first direction between them is, for example, the second length. It is preferable that it is 1/10 of L2.
一方、アスペクト比ARが0.8以上1未満である場合は、第1素子配置領域76の第1方向の幅(長さL5a)は、第2長さL2の0.5倍以下であることが好ましい。そして、第1素子配置領域76の第2方向の幅(長さL6a)は、第2長さL2の0.05倍以下であることが好ましい。 On the other hand, when the aspect ratio AR is 0.8 or more and less than 1, the width (length L5a) of the first element arrangement region 76 in the first direction is 0.5 times or less of the second length L2. Is preferred. And it is preferable that the width | variety (length L6a) of the 2nd direction of the 1st element arrangement | positioning area | region 76 is 0.05 times or less of 2nd length L2.
第2素子配置領域77の特性は、上記の第1素子配置領域76の特性と、同様である。 The characteristics of the second element arrangement region 77 are the same as the characteristics of the first element arrangement region 76 described above.
以下、膜部70dの平面形状が楕円であり、膜部70dの短軸方向の端部付近に複数の検知素子50を集合して配置する場合の特性の例について説明する。 Hereinafter, an example of characteristics in the case where the planar shape of the film part 70d is an ellipse and a plurality of detection elements 50 are arranged in the vicinity of the end in the minor axis direction of the film part 70d will be described.
図21(a)及び図21(b)は、第2の実施形態に係る別の圧力センサの構成及び特性を例示する模式図である。
これらの図は、本実施形態に係る圧力センサ121の特性のシミュレーション結果を例示している。図21(a)は、膜部70dの模式的斜視図である。図21(b)は、膜部70dに生じる異方歪ΔεのX−Y面内分布を例示している。
FIG. 21A and FIG. 21B are schematic views illustrating the configuration and characteristics of another pressure sensor according to the second embodiment.
These drawings illustrate the simulation results of the characteristics of the pressure sensor 121 according to the present embodiment. FIG. 21A is a schematic perspective view of the film part 70d. FIG. 21B illustrates an XY in-plane distribution of the anisotropic strain Δε generated in the film part 70d.
図21(a)に表したように、膜部70dの平面形状は、扁平円(楕円も含む)である。膜部70dの短軸(第2方向)の端部に検知素子50(この図では省略)が配置されている。この例では、膜部70dの長軸の長さ(第1長さL1)は、704μmであり、短軸の長さ(第2長さL2)は、452μmである。膜部70dの厚さLtは、2μmである。シミュレーションの条件は、既に説明した条件と同じである。 As shown in FIG. 21A, the planar shape of the film part 70d is a flat circle (including an ellipse). The sensing element 50 (not shown in this figure) is arranged at the end of the short axis (second direction) of the film part 70d. In this example, the long axis length of the membrane portion 70d (first length L1) is 704 [mu] m, the length of the minor axis (the second length L2) is 452 [mu] m. The thickness Lt of the film part 70d is 2 μm. The simulation conditions are the same as those already described.
膜部70dの表面の歪の、重心からの距離依存性は、既に説明した図10(b)及び図10(c)に例示した通りである。 The distance dependence of the surface distortion of the film part 70d from the center of gravity is as illustrated in FIGS. 10B and 10C already described.
図21(b)は、端部異方歪発生領域75a(第1端部異方歪発生領域76a及び第2端部異方歪発生領域77a)を例示するコンター図である。すでに説明したように、端部異方歪発生領域75aにおいては、膜部70dの端部において生じる異方歪Δεe(最大値に相当)の0.4倍(すなわち、40%)以上の異方歪が得られる。図21(b)に表したように、異方性形状を有する膜部70dを用いることにより、短軸方向の端部付近の広い範囲で、端部と同等の異方歪を得ることができる。端部異方歪発生領域75a(第1端部異方歪発生領域76aの面積と第2端部異方歪発生領域77aの面積の和)の面積は、約6600μm2である。 FIG. 21B is a contour diagram illustrating the end anisotropic strain occurrence region 75a (the first end anisotropic strain occurrence region 76a and the second end anisotropic strain occurrence region 77a). As already described, in the end portion anisotropic strain generation region 75a, the anisotropic strain is 0.4 times (that is, 40 %) or more of the anisotropic strain Δεe (corresponding to the maximum value) generated at the end portion of the film portion 70d. Distortion is obtained. As shown in FIG. 21B, by using the film portion 70d having an anisotropic shape, an anisotropic strain equivalent to the end portion can be obtained in a wide range near the end portion in the minor axis direction. . The area of the end anisotropic strain generation region 75a (the sum of the area of the first end anisotropic strain generation region 76a and the area of the second end anisotropic strain generation region 77a) is about 6600 μm 2 .
一方、既に説明したように、膜部70dの平面形状が円形である圧力センサ119bにおいては、端部異方歪発生領域75aの面積は、約5000μm2である。圧力センサ121と圧力センサ119bとでは、膜部70dの面積は同じである。端部異方歪発生領域75aの膜部70dの面積に対する比は、圧力センサ121の方が圧力センサ119bに比べて高い。 On the other hand, as already described, in the pressure sensor 119b in which the planar shape of the film part 70d is circular, the area of the end anisotropic strain generation region 75a is about 5000 μm 2 . The area of the film part 70d is the same between the pressure sensor 121 and the pressure sensor 119b. The ratio of the end anisotropic strain generation region 75a to the area of the film part 70d is higher in the pressure sensor 121 than in the pressure sensor 119b.
このように、本実施形態において、膜面70fsの形状は、扁平円(楕円を含む)でも良い。例えば、膜部70dの膜面70fsに対して平行な面(例えばX−Y平面)に投影した膜部70dの形状は、扁平円(楕円を含む)でも良い。この扁平円では、第1方向(例えばX軸方向)を長軸とし、第2方向(例えばY軸方向)を短軸としている。 Thus, in this embodiment, the shape of the film surface 70fs may be a flat circle (including an ellipse). For example, the shape of the film part 70d projected onto a surface parallel to the film surface 70fs of the film part 70d (for example, the XY plane) may be a flat circle (including an ellipse). In this flat circle, the first direction (for example, the X-axis direction) is the long axis, and the second direction (for example, the Y-axis direction) is the short axis.
図21(a)及び図21(b)に例示したように、膜部70dの周辺部70pは、長軸に沿う弧75b(長軸弧)を有している。長軸に沿う弧75bは、例えば、第1弧76bと、第2弧77bと、を含む。第1素子配置領域76は、第1弧76bに沿って設けられる。第2素子配置領域77は、第2弧77bに沿って設けられる。 As illustrated in FIGS. 21A and 21B, the peripheral portion 70p of the film portion 70d has an arc 75b (long axis arc) along the long axis. The arc 75b along the long axis includes, for example, a first arc 76b and a second arc 77b. The first element arrangement region 76 is provided along the first arc 76b. The second element arrangement region 77 is provided along the second arc 77b.
複数の検知素子50の少なくとも2つは、第1素子配置領域76において、その長軸弧(第1弧76b)に沿って並ぶ。複数の検知素子50の別の少なくとも2つは、第2素子配置領域77において、その長軸弧(第2弧77b)に沿って並ぶ。
このような圧力センサ120により、高感度な圧力センサを提供できる。
At least two of the plurality of sensing elements 50 are arranged along the major axis arc (first arc 76b) in the first element arrangement region 76. At least two other sensing elements 50 are arranged in the second element arrangement region 77 along the long axis arc (second arc 77b).
Such a pressure sensor 120 can provide a highly sensitive pressure sensor.
この例において、第1端部異方歪発生領域76a及び第2端部異方歪発生領域77aの少なくともいずれかに、複数の検知素子50を設けても良い。 In this example, a plurality of sensing elements 50 may be provided in at least one of the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a and the second end portion anisotropic strain occurrence region 77a.
以下、膜部70dの平面形状が楕円であり、膜部70dの短軸方向の端部付近に複数の検知素子50を集合して配置する場合の特性の例について、さらに説明する。
既に説明した第7〜第11構成について、異方歪のアスペクト比AR依存性を解析したところ、長方形の膜部70dと同様の傾向が得られる。異方歪の絶対値を大きく観点では、アスペクト比ARは0.25以上1.0未満とすることが好ましく、0.64以上1.0未満とすることがさらに好ましい。
Hereinafter, an example of characteristics in the case where the planar shape of the film part 70d is an ellipse and a plurality of detection elements 50 are arranged in the vicinity of the end in the minor axis direction of the film part 70d will be further described.
With respect to the seventh to eleventh configurations already described, when the aspect ratio AR dependency of anisotropic strain is analyzed, the same tendency as that of the rectangular film part 70d is obtained. From the viewpoint of increasing the absolute value of the anisotropic strain, the aspect ratio AR is preferably 0.25 or more and less than 1.0, and more preferably 0.64 or more and less than 1.0.
さらに、第7〜第11構成においては、端部異方歪発生領域75aの面積の膜部70dの面積に対する比(面積比)は、第13構成の場合よりも大きい。アスペクト比ARが低い(第1長さL1と第2長さL2との差が大きい)と、その面積比は大きくなる。膜部70d上で異方歪が得られる領域を広くする観点では、アスペクト比ARは、0.8以下が好ましく、0.25以下がさらに好ましい。 Further, in the seventh to eleventh configurations, the ratio (area ratio) of the area of the end anisotropic strain occurrence region 75a to the area of the film part 70d is larger than that in the thirteenth configuration. When the aspect ratio AR is low (the difference between the first length L1 and the second length L2 is large), the area ratio becomes large. From the viewpoint of widening the region where anisotropic strain can be obtained on the film part 70d, the aspect ratio AR is preferably 0.8 or less, and more preferably 0.25 or less.
図22は、第2の実施形態に係る別の圧力センサを例示する模式図である。
図22は、圧力センサ121の膜部70dにおける座標系を例示している。膜部70dの平面形状が楕円である場合の第1端部異方歪発生領域76aの座標は、図19に例示した圧力センサ120と実質的に同様として良い。
FIG. 22 is a schematic view illustrating another pressure sensor according to the second embodiment.
FIG. 22 illustrates a coordinate system in the film part 70 d of the pressure sensor 121. When the planar shape of the film part 70d is an ellipse, the coordinates of the first end anisotropic strain generation region 76a may be substantially the same as those of the pressure sensor 120 illustrated in FIG.
このような座標を用いて、膜部70dの平面形状が楕円である場合の第1端部異方歪発生領域76aの座標に関する特性を調べた。その結果、膜部70dが楕円である場合の特性は、平面形状が長方形である場合の特性と同様であることが分かった。 Using such coordinates, characteristics regarding the coordinates of the first end portion anisotropic strain occurrence region 76a when the planar shape of the film part 70d is an ellipse were examined. As a result, it was found that the characteristics when the film part 70d is an ellipse are the same as the characteristics when the planar shape is a rectangle.
従って、この場合も、アスペクト比ARが0.8未満である場合は、第1素子配置領域76の第1方向の長さ(長さL5a)は、L1×{−0.375×(L2/L1)+0.8}以下であることが好ましい。そして、第1素子配置領域76の第2方向の幅(長さL6a)は、(L2/2)×{1−0.125×(L2/L1)+0.8}以下であることが好ましい。そして、第1素子配置領域76の第1方向の中心と、膜部70dの第1方向の中心と、が実質的に重なり、これらの間の第1方向の距離は、例えば、第2長さL2の1/10であることが好ましい。 Therefore, also in this case, when the aspect ratio AR is less than 0.8, the length in the first direction (length L5a) of the first element arrangement region 76 is L1 × {−0.375 × (L2 / L1) +0.8} or less is preferable. The width (length L6a) in the second direction of the first element arrangement region 76 is preferably (L2 / 2) × {1−0.125 × (L2 / L1) +0.8} or less. The center in the first direction of the first element arrangement region 76 and the center in the first direction of the film part 70d substantially overlap, and the distance in the first direction between them is, for example, the second length. It is preferable that it is 1/10 of L2.
一方、この場合も、アスペクト比ARが0.8以上1未満である場合は、第1素子配置領域76の第1方向の幅(長さL5a)は、第2長さL2の0.5倍以下であることが好ましい。そして、第1素子配置領域76の第2方向の幅(長さL6a)は、第2長さL2の0.05倍以下であることが好ましい。 On the other hand, also in this case, when the aspect ratio AR is 0.8 or more and less than 1, the width (length L5a) of the first element arrangement region 76 in the first direction is 0.5 times the second length L2. The following is preferable. And it is preferable that the width | variety (length L6a) of the 2nd direction of the 1st element arrangement | positioning area | region 76 is 0.05 times or less of 2nd length L2.
第2素子配置領域77の特性は、第1素子配置領域76の特性と同様である。 The characteristics of the second element arrangement region 77 are the same as the characteristics of the first element arrangement region 76.
図23(a)及び図23(b)は、第2の実施形態に係る別の圧力センサを例示する模式的平面図である。
これらの図は、膜部70dの平面形状を例示している。
図23(a)に表したように、本実施形態に係る別の圧力センサ122においては、コーナー部70scが曲線状である。図23(b)に表したように、本実施形態に係る別の圧力センサ123においては、コーナー部70scが直線状である。圧力センサ122及び123によっても、高感度の圧力センサが得られる。
FIG. 23A and FIG. 23B are schematic plan views illustrating another pressure sensor according to the second embodiment.
These drawings illustrate the planar shape of the film part 70d.
As shown in FIG. 23A, in another pressure sensor 122 according to the present embodiment, the corner portion 70sc has a curved shape. As shown in FIG. 23B, in another pressure sensor 123 according to the present embodiment, the corner portion 70sc is linear. The pressure sensors 122 and 123 can also provide a highly sensitive pressure sensor.
図24(a)〜図24(f)は、第2の実施形態に係る別の圧力センサを例示する模式的平面図である。
これらの図は、素子配置領域75における複数の検知素子50の配置を例示している。この例では、素子配置領域75として、第1素子配置領域76について例示している。第2素子配置領域77における複数の検知素子50の配置は、例えば、第1素子配置領域76における複数の検知素子50の配置と同様とすることができる。
FIG. 24A to FIG. 24F are schematic plan views illustrating another pressure sensor according to the second embodiment.
These drawings illustrate the arrangement of the plurality of sensing elements 50 in the element arrangement region 75. In this example, the first element arrangement region 76 is illustrated as the element arrangement region 75. The arrangement of the plurality of detection elements 50 in the second element arrangement region 77 can be the same as the arrangement of the plurality of detection elements 50 in the first element arrangement region 76, for example.
図24(a)に表したように、圧力センサ120aにおいては、複数の検知素子50は、X軸方向(膜部70dの長辺に沿う方向)に沿って並ぶ。この例においては、検知素子50の平面形状(検知素子50をX−Y平面に投影したときの検知素子50の形状)は、矩形である。検知素子50の形状は、例えば正方形である。 As shown in FIG. 24A, in the pressure sensor 120a, the plurality of sensing elements 50 are arranged along the X-axis direction (the direction along the long side of the film part 70d). In this example, the planar shape of the detection element 50 (the shape of the detection element 50 when the detection element 50 is projected onto the XY plane) is a rectangle. The shape of the detection element 50 is, for example, a square.
図24(b)に表したように、圧力センサ120bにおいても、複数の検知素子50は、X軸方向(膜部70dの長辺に沿う方向)に沿って並ぶ。この例においては、検知素子50の平面形状は、円形である。検知素子50の平面形状は、扁平円形でも良い。検知素子50の平面形状は、矩形でも良い。 As shown in FIG. 24B, also in the pressure sensor 120b, the plurality of detection elements 50 are arranged along the X-axis direction (the direction along the long side of the film part 70d). In this example, the planar shape of the sensing element 50 is a circle. The planar shape of the sensing element 50 may be a flat circle. The planar shape of the detection element 50 may be a rectangle.
図24(c)に表したように、圧力センサ120cにおいては、複数の検知素子50は、複数の列で並ぶ。それぞれの列において、複数の検知素子50は、X軸方向(膜部70dの長辺に沿う方向)に沿って並ぶ。複数の検知素子50の配置は、例えば、staggered配置である。この例においては、検知素子50の平面形状は、円形である。検知素子50の平面形状は、扁平円形でも良い。検知素子50の平面形状は、矩形でも良い。 As shown in FIG. 24C, in the pressure sensor 120c, the plurality of detection elements 50 are arranged in a plurality of rows. In each row, the plurality of sensing elements 50 are arranged along the X-axis direction (the direction along the long side of the film part 70d). The arrangement of the plurality of detection elements 50 is, for example, a staggered arrangement. In this example, the planar shape of the sensing element 50 is a circle. The planar shape of the sensing element 50 may be a flat circle. The planar shape of the detection element 50 may be a rectangle.
図24(d)及び図24(e)に表したように、圧力センサ120d及び120eにおいては、複数の検知素子50のそれぞれと、膜部70dの外縁70rと、の間の距離は、複数の検知素子50において異なる。複数の検知素子50は、弧に沿って並ぶ。これら例においては、検知素子50の平面形状は、円形である。検知素子50の平面形状は、扁平円形でも良い。検知素子50の平面形状は、矩形でも良い。 As shown in FIGS. 24D and 24E, in the pressure sensors 120d and 120e, the distance between each of the plurality of sensing elements 50 and the outer edge 70r of the film part 70d is a plurality of distances. It differs in the sensing element 50. The plurality of sensing elements 50 are arranged along the arc. In these examples, the planar shape of the sensing element 50 is a circle. The planar shape of the sensing element 50 may be a flat circle. The planar shape of the detection element 50 may be a rectangle.
図24(d)に例示した圧力センサ120dにおいては、第1素子配置領域76の中の、X軸方向の中心部分の領域に配置されている検知素子50と、外縁70rと、の間の距離は、第1素子配置領域76の中の、X軸方向の端部分の領域に配置されている検知素子50と、外縁70rと、の間の距離よりも長い。 In the pressure sensor 120d illustrated in FIG. 24D, the distance between the sensing element 50 disposed in the central portion region in the X-axis direction in the first element disposition region 76 and the outer edge 70r. Is longer than the distance between the sensing element 50 arranged in the region of the end portion in the X-axis direction in the first element arrangement region 76 and the outer edge 70r.
図24(e)に例示した圧力センサ120eにおいては、第1素子配置領域76の中の、X軸方向の中心部分の領域に配置されている検知素子50と、外縁70rと、の間の距離は、第1素子配置領域76の中の、X軸方向の端部分の領域に配置されている検知素子50と、外縁70rと、の間の距離よりも短い。 In the pressure sensor 120e illustrated in FIG. 24E, the distance between the sensing element 50 disposed in the central portion region in the X-axis direction and the outer edge 70r in the first element disposition region 76. Is shorter than the distance between the sensing element 50 arranged in the region of the end portion in the X-axis direction in the first element arrangement region 76 and the outer edge 70r.
図24(f)に表したように、圧力センサ120fにおいては、複数の検知素子50は、素子配置領域75内において任意に配置される。この例においては、検知素子50の平面形状は、円形である。検知素子50の平面形状は、扁平円形でも良い。検知素子50の平面形状は、矩形でも良い。 As shown in FIG. 24F, in the pressure sensor 120f, the plurality of detection elements 50 are arbitrarily arranged in the element arrangement region 75. In this example, the planar shape of the sensing element 50 is a circle. The planar shape of the sensing element 50 may be a flat circle. The planar shape of the detection element 50 may be a rectangle.
このように、本実施形態においては、素子配置領域75(第1素子配置領域76及び第2素子配置領域77の少なくともいずれか)に設けられる、複数の検知素子50の少なくとも2つの、第1方向(X軸方向)に沿うそれぞれの位置が、互いに異なるように、複数の検知素子50が配置される。 Thus, in this embodiment, at least two of the plurality of sensing elements 50 provided in the element arrangement region 75 (at least one of the first element arrangement region 76 and the second element arrangement region 77) in the first direction. The plurality of detection elements 50 are arranged so that the positions along the (X-axis direction) are different from each other.
図25(a)及び図25(b)は、第2の実施形態に係る別の圧力センサを例示する模式的平面図である。
これらの図は、複数の検知素子50の配置、及び、素子配置領域75(第1素子配置領域76及び第2素子配置領域77)を例示している。
FIG. 25A and FIG. 25B are schematic plan views illustrating another pressure sensor according to the second embodiment.
These drawings illustrate the arrangement of the plurality of sensing elements 50 and the element arrangement area 75 (the first element arrangement area 76 and the second element arrangement area 77).
図25(a)及び図25(b)に表したように、実施形態に係る圧力センサ120g及び120hにおいては、第1素子配置領域76及び第2素子配置領域77が設けられている。それぞれの領域において、複数の検知素子50が設けられている。 As shown in FIGS. 25A and 25B, the pressure sensor 120g and 120h according to the embodiment are provided with the first element arrangement region 76 and the second element arrangement region 77. In each region, a plurality of sensing elements 50 are provided.
図25(a)に表したように、圧力センサ120gにおいては、それぞれの領域において、複数の検知素子50は、X軸方向(膜部70dの長さL1に沿う方向)に沿っている。 As shown in FIG. 25A, in the pressure sensor 120g, in each region, the plurality of detection elements 50 are along the X-axis direction (the direction along the length L1 of the film part 70d).
図25(b)に表したように、圧力センサ120hにおいては、それぞれの領域において、複数の検知素子50は、X軸方向(膜部70dの長さL1に沿う方向)に沿って、複数の列で配置されている。複数の列に含まれる検知素子50の数が互いに異なる。それぞれの領域において、複数の検知素子50は、三角形状で配置されている。三角形の1つの辺が、X軸方向に沿っている。 As shown in FIG. 25B, in the pressure sensor 120h, in each region, the plurality of detection elements 50 are arranged along the X-axis direction (the direction along the length L1 of the film part 70d). Arranged in columns. The number of sensing elements 50 included in the plurality of columns is different from each other. In each region, the plurality of sensing elements 50 are arranged in a triangular shape. One side of the triangle is along the X-axis direction.
図25(a)及び図25(b)に表したように、膜部70dを膜面70fsに対して平行な面(例えばX−Y平面)に投影したときに、外接矩形70crが形成可能である。外接矩形70crは、膜面70fsの形状に外接する。膜面70fsの形状は、例えば、膜部70dの外縁70rを膜面70fsに対して平行な面に投影した形状である。この例では、膜部70dの平面形状は、異方性形状を有しており、長方形である。外接矩形70crも、長方形となる。 As shown in FIGS. 25A and 25B, a circumscribed rectangle 70cr can be formed when the film portion 70d is projected onto a plane (for example, an XY plane) parallel to the film surface 70fs. is there. The circumscribed rectangle 70cr circumscribes the shape of the film surface 70fs. The shape of the film surface 70fs is, for example, a shape obtained by projecting the outer edge 70r of the film part 70d onto a surface parallel to the film surface 70fs. In this example, the planar shape of the film part 70d has an anisotropic shape and is rectangular. The circumscribed rectangle 70cr is also a rectangle.
外接矩形70crは、第1辺70s1、第2辺70s2、第3辺70s3及び第4辺70s4を有する。第2辺702は、第1辺70s1と離間する。第3辺70s3は、第1辺70s1の一端70s11と、第2辺70s2の一端70s21と、に接続される。第4辺70s4は、第1辺70s1の他端70s12と、第2辺70s2の他端70s22と、に接続され、第3辺70s3と離間する。 The circumscribed rectangle 70cr has a first side 70s1, a second side 70s2, a third side 70s3, and a fourth side 70s4. The second side 702 is separated from the first side 70s1. The third side 70s3 is connected to one end 70s11 of the first side 70s1 and one end 70s21 of the second side 70s2. The fourth side 70s4 is connected to the other end 70s12 of the first side 70s1 and the other end 70s22 of the second side 70s2, and is separated from the third side 70s3.
この例では、膜部70dの膜面70fs内の第1方向(X軸方向)の膜部70dの第1長さは、第1方向に対して垂直で膜面70fs内の第2方向(Y軸方向)の膜部70dの第2長さよりも長い。このため、外接矩形70crは、長方形である。第1辺70s1及び第2辺70s2は、第1方向(X軸方向)に延在する。第3辺70s3及び第4辺70s4は、第2方向(Y軸方向)に延在する。第1辺70s1の長さは、第2辺70s2の長さと同じである。第3辺70s3の長さは、第1辺70s1の長さよりも短く、第2辺70s2の長さよりも短い。第4辺70s4の長さは、第1辺70s1の長さよりも短く、第2辺70s2の長さよりも短い。 In this example, the first length of the film part 70d in the first direction (X-axis direction) in the film surface 70fs of the film part 70d is perpendicular to the first direction and is the second direction (Y in the film surface 70fs). It is longer than the second length of the film part 70d in the axial direction). For this reason, the circumscribed rectangle 70cr is a rectangle. The first side 70s1 and the second side 70s2 extend in the first direction (X-axis direction). The third side 70s3 and the fourth side 70s4 extend in the second direction (Y-axis direction). The length of the first side 70s1 is the same as the length of the second side 70s2. The length of the third side 70s3 is shorter than the length of the first side 70s1 and shorter than the length of the second side 70s2. The length of the fourth side 70s4 is shorter than the length of the first side 70s1 and shorter than the length of the second side 70s2.
外接矩形70crは、重心70crdを有する。例えば、重心70crdは、膜面70fsの重心70dcと重なる。 The circumscribed rectangle 70cr has a center of gravity 70crd. For example, the center of gravity 70crd overlaps the center of gravity 70dc of the film surface 70fs.
外接矩形70crは、第1領域78a、第2領域78b、第3領域78c及び第4領域78dを有する。
第1領域78aは、重心70crdと第1辺70s1の一端70s11とを結ぶ線分と、重心70crdと第1辺70s1の他端70s12とを結ぶ線分と、第1辺70s1と、で囲まれた領域である。
The circumscribed rectangle 70cr has a first region 78a, a second region 78b, a third region 78c, and a fourth region 78d.
The first region 78a is surrounded by a line segment connecting the center of gravity 70crd and one end 70s11 of the first side 70s1, a line segment connecting the center of gravity 70crd and the other end 70s12 of the first side 70s1, and the first side 70s1. Area.
第2領域78bは、重心70crdと第2辺70s2の一端70s21とを結ぶ線分と、重心70crdと第2辺70s2の他端70s22とを結ぶ線分と、第2辺70s2と、で囲まれた領域である。 The second region 78b is surrounded by a line segment connecting the center of gravity 70crd and one end 70s21 of the second side 70s2, a line segment connecting the center of gravity 70crd and the other end 70s22 of the second side 70s2, and the second side 70s2. Area.
第3領域78cは、重心70crdと第1辺70s1の一端70s11とを結ぶ線分と、重心70crdと第2辺70s2の一端70s21とを結ぶ線分と、第3辺70s3と、で囲まれた領域である。 The third region 78c is surrounded by a line segment connecting the center of gravity 70crd and one end 70s11 of the first side 70s1, a line segment connecting the center of gravity 70crd and one end 70s21 of the second side 70s2, and the third side 70s3. It is an area.
第4領域78dは、重心70crdと第1辺70s1の他端70s12とを結ぶ線分と、重心70crdと第2辺70s2の他端70s22とを結ぶ線分と、第4辺70s4と、で囲まれた領域である。 The fourth region 78d is surrounded by a line segment connecting the center of gravity 70crd and the other end 70s12 of the first side 70s1, a line segment connecting the center of gravity 70crd and the other end 70s22 of the second side 70s2, and the fourth side 70s4. This area
図25(a)及び図25(b)に表したように、膜面70fsのうちの第1領域78aと重なる部分の上に、複数の検知素子50が設けられる。そして、膜面70fsのうちの第1領域78aと重なる領域に設けられた、複数の検知素子50の少なくとも2つの第1方向(X軸方向)に沿うそれぞれの位置は、互いに異なる。 As illustrated in FIG. 25A and FIG. 25B, the plurality of detection elements 50 are provided on a portion of the film surface 70 fs that overlaps the first region 78 a. And each position along the at least 2 1st direction (X-axis direction) of the some detection element 50 provided in the area | region which overlaps with the 1st area | region 78a among the film surfaces 70fs is mutually different.
さらに、この例では、膜面70fsのうちの第2領域78bと重なる部分の上に、複数の検知素子50がさらに設けられている。すなわち、膜面70fsのうちの第1領域78aと重なる部分の上に設けられた、上記の少なくとも2つとは異なる別の、複数の検知素子50が、膜面70fsのうちの第2領域78bと重なる部分の上に配置される。そして、第2領域78と重なるその部分の上に配置された、別の少なくとも2つの検知素子50の、第1方向(X軸方向)に沿うそれぞれの位置は、互いに異なる。 Furthermore, in this example, a plurality of detection elements 50 are further provided on a portion of the film surface 70fs that overlaps the second region 78b. That is, a plurality of sensing elements 50 different from the above-described at least two provided on the portion of the film surface 70fs that overlaps the first region 78a are connected to the second region 78b of the film surface 70fs. It is arranged on the overlapping part. And each position along the 1st direction (X-axis direction) of another at least 2 detection element 50 arrange | positioned on the part which overlaps with the 2nd area | region 78 mutually differs.
既に説明した圧力センサ121のように、膜部70dの平面形状(膜面70fsの形状)が扁平円である場合も、外接矩形70crが定義できる。圧力センサ122及び123のように、膜部70dの平面形状(膜面70fsの形状)において、曲線状または直線状のコーナー部70scが設けられる場合も、外接矩形70crが定義できる。そして、第1領域〜第4領域78a〜78dが定義できる。圧力センサ121〜123においても、膜面70fsのうちの第1領域78aと重なる部分の上に、複数の検知素子50が設けられる。そして、膜面70fsのうちの第1領域78aと重なる領域に設けられた、複数の検知素子50の少なくとも2つの第1方向(X軸方向)に沿うそれぞれの位置は、互いに異なる。そして、さらに、膜面70fsのうちの第2領域78bと重なる部分の上に、複数の検知素子50が設けられる。第2領域78と重なるその部分の上に配置された、別の少なくとも2つの検知素子50の、第1方向(X軸方向)に沿うそれぞれの位置は、互いに異なる。 The circumscribed rectangle 70cr can be defined even when the planar shape of the film part 70d (the shape of the film surface 70fs) is a flat circle like the pressure sensor 121 described above. The circumscribed rectangle 70cr can also be defined when the curved or linear corner portion 70sc is provided in the planar shape of the film portion 70d (the shape of the film surface 70fs) like the pressure sensors 122 and 123. And the 1st field-the 4th field 78a-78d can be defined. Also in the pressure sensors 121 to 123, a plurality of detection elements 50 are provided on a portion of the film surface 70fs that overlaps the first region 78a. And each position along the at least 2 1st direction (X-axis direction) of the some detection element 50 provided in the area | region which overlaps with the 1st area | region 78a among the film surfaces 70fs is mutually different. Further, a plurality of sensing elements 50 are provided on the portion of the film surface 70fs that overlaps the second region 78b. The positions of the other at least two sensing elements 50 arranged on the portion overlapping the second region 78 along the first direction (X-axis direction) are different from each other.
図26は、第2の実施形態に係る別の圧力センサを例示する模式的斜視図である。
図26に表したように、本実施形態に係る別の圧力センサ124においては、膜部70dの平面形状は、正方形である。これ以外は、圧力センサ120と同様である。
FIG. 26 is a schematic perspective view illustrating another pressure sensor according to the second embodiment.
As shown in FIG. 26, in another pressure sensor 124 according to the present embodiment, the planar shape of the film part 70d is a square. Except this, it is the same as the pressure sensor 120.
この例においては、膜部70dは、第1方向(例えばX軸方向)に沿う第1辺70s1と、第1辺70s1と離間し第1方向に沿う第2辺70s2と、第1辺70s1の一端70s11と、第2辺70s2の一端70s21と、に接続され、第2方向(例えばY軸方向)に沿う第3辺70s3と、第1辺70s1の他端70s12と、第2辺70s2の他端70s22と、に接続され、第3辺70s3と離間し、第2方向に沿う第4辺70s4と、を含む。 In this example, the film part 70d includes a first side 70s1 along the first direction (for example, the X-axis direction), a second side 70s2 spaced apart from the first side 70s1 and along the first direction, and a first side 70s1. Connected to one end 70s11, one end 70s21 of the second side 70s2, and the third side 70s3 along the second direction (for example, the Y-axis direction), the other end 70s12 of the first side 70s1, and the other of the second side 70s2. A fourth side 70s4 connected to the end 70s22, spaced apart from the third side 70s3 and extending in the second direction.
膜部70dの周辺部70pは、第1辺70s1に沿って設けられた第1素子配置領域76を含む。複数の検知素子50は、第1素子配置領域76において第1辺70s1に沿って並ぶ。圧力センサ124においても高感度の圧力センサが得られる。 The peripheral part 70p of the film part 70d includes a first element arrangement region 76 provided along the first side 70s1. The plurality of detection elements 50 are arranged along the first side 70 s 1 in the first element arrangement region 76. A highly sensitive pressure sensor can also be obtained in the pressure sensor 124.
図27(a)及び図27(b)は、第2の実施形態に係る別の圧力センサの構成及び特性を例示する模式図である。
図27(a)は、圧力センサ124の膜部70dを例示する模式的斜視図である。圧力センサ124においては、第1長さL1は500μmであり、第2長さL2も500μmであり、厚さLtは2μmである。
FIG. 27A and FIG. 27B are schematic views illustrating the configuration and characteristics of another pressure sensor according to the second embodiment.
FIG. 27A is a schematic perspective view illustrating the film part 70d of the pressure sensor 124. FIG. In the pressure sensor 124, the first length L1 is 500 μm, the second length L2 is also 500 μm, and the thickness Lt is 2 μm.
図27(b)は、膜部70dに生じる異方歪ΔεのX−Y面内分布を例示している。
図27(a)に表したように、圧力センサ124においても、広い面積の端部異方歪発生領域75aが得られる。
FIG. 27B illustrates an XY in-plane distribution of the anisotropic strain Δε generated in the film part 70d.
As shown in FIG. 27A, also in the pressure sensor 124, an end anisotropic strain generation region 75a having a large area can be obtained.
圧力センサ124においても、膜面70fsのうちの第1領域78a及び第2領域78bと重なる部分の上に、複数の検知素子50が設けられる。そして、膜面70fsのうちの第1領域78a及び第2領域78bと重なる領域に設けられた、複数の検知素子50の少なくとも2つの第1方向(X軸方向)に沿うそれぞれの位置は、互いに異なる。 Also in the pressure sensor 124, a plurality of detection elements 50 are provided on the portion of the film surface 70fs that overlaps the first region 78a and the second region 78b. And each position along the at least 2 1st direction (X-axis direction) of the some detection element 50 provided in the area | region which overlaps with the 1st area | region 78a and the 2nd area | region 78b among the film surfaces 70fs is mutually mutually Different.
(第3の実施形態)
図28は、第3の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的斜視図である。
図28に表したように、本実施形態に係る圧力センサ130においては、複数の検知部50uが設けられている。検知部50uの1つは、膜部70dの中央部70cの上に設けられている。検知部50uの別の1つは、第1素子配置領域76の上に設けられている。検知部50uの別の1つは、第2素子配置領域77の上に設けられている。この例では、第1素子配置領域76は、第1辺70s1(長辺)に沿って設けられており、第2素子配置領域77は、第2辺70s2(長辺)に沿って設けられている。複数の検知素子50の少なくとも2つの、第1方向に沿うそれぞれの位置は、互いに異なる。
(Third embodiment)
FIG. 28 is a schematic perspective view illustrating a pressure sensor according to the third embodiment.
As shown in FIG. 28, the pressure sensor 130 according to the present embodiment is provided with a plurality of detection units 50u. One of the detection parts 50u is provided on the central part 70c of the film part 70d. Another one of the detection units 50 u is provided on the first element arrangement region 76. Another one of the detection units 50 u is provided on the second element arrangement region 77. In this example, the first element arrangement region 76 is provided along the first side 70s1 (long side), and the second element arrangement region 77 is provided along the second side 70s2 (long side). Yes. The positions of at least two of the plurality of sensing elements 50 along the first direction are different from each other.
図29は、第3の実施形態に係る別の圧力センサを例示する模式的斜視図である。
図29に表したように、本実施形態に係る圧力センサ131においては、複数の検知部50uのそれぞれが、中央部70c、第1素子配置領域76、及び、第2素子配置領域77の上に設けられている。この例では、第1素子配置領域76は、第3辺70s3(短辺)に沿って設けられており、第2素子配置領域77は、第4辺70s7(短辺)に沿って設けられている。
FIG. 29 is a schematic perspective view illustrating another pressure sensor according to the third embodiment.
As shown in FIG. 29, in the pressure sensor 131 according to the present embodiment, each of the plurality of detection units 50u is placed on the central portion 70c, the first element arrangement region 76, and the second element arrangement region 77. Is provided. In this example, the first element arrangement region 76 is provided along the third side 70s3 (short side), and the second element arrangement region 77 is provided along the fourth side 70s7 (short side). Yes.
図30は、第3の実施形態に係る別の圧力センサを例示する模式的斜視図である。
図30に表したように、本実施形態に係る圧力センサ132においては、検知部50uが中央部70cの上に設けられている。さらに、第1辺70s1〜第4辺70s4のそれぞれに沿う素子配置領域が設けられており、検知部50uはそれらの上に設けられている。
FIG. 30 is a schematic perspective view illustrating another pressure sensor according to the third embodiment.
As shown in FIG. 30, in the pressure sensor 132 according to the present embodiment, the detection unit 50u is provided on the central portion 70c. Furthermore, an element arrangement region is provided along each of the first side 70s1 to the fourth side 70s4, and the detection unit 50u is provided thereon.
図31は、第3の実施形態に係る別の圧力センサを例示する模式的斜視図である。
図31に表したように、本実施形態に係る圧力センサ133においては、第1辺70s1〜第4辺70s4のそれぞれに沿う素子配置領域が設けられており、検知部50uはそれらの上に設けられている。
FIG. 31 is a schematic perspective view illustrating another pressure sensor according to the third embodiment.
As shown in FIG. 31, in the pressure sensor 133 according to the present embodiment, element arrangement regions are provided along each of the first side 70s1 to the fourth side 70s4, and the detection unit 50u is provided thereon. It has been.
圧力センサ130〜133においては、膜部70dの平面形状は、長方形である。楕円でも良い。または、正方形でも良い。 In the pressure sensors 130 to 133, the planar shape of the film part 70d is a rectangle. An ellipse may be used. Or a square may be sufficient.
図32は、第3の実施形態に係る別の圧力センサを例示する模式的斜視図である。
図32に表したように、本実施形態に係る圧力センサ134においては、膜部70dの平面形状は正方形である。そして、第1辺70s1〜第4辺70s4のそれぞれに沿う素子配置領域が設けられており、検知部50uはそれらの上に設けられている。
FIG. 32 is a schematic perspective view illustrating another pressure sensor according to the third embodiment.
As shown in FIG. 32, in the pressure sensor 134 according to this embodiment, the planar shape of the film part 70d is a square. And the element arrangement | positioning area | region which follows each of 1st edge | side 70s1-4th edge | side 70s4 is provided, and the detection part 50u is provided on them.
圧力センサ130〜134においては、検知部50uに含まれる複数の検知素子50は、膜部70dの辺(第1〜第4辺70s1〜70d4など)に沿って並ぶ。 In the pressure sensors 130 to 134, the plurality of detection elements 50 included in the detection unit 50u are arranged along the side of the film unit 70d (such as the first to fourth sides 70s1 to 70d4).
以下、第1〜第3の実施形態に係る圧力センサに用いられる検知素子の例について説明する。
以下において、「材料A/材料B」の記載は、材料Aの層の上に、材料Bの層が設けられている状態を示す。
Hereinafter, examples of sensing elements used in the pressure sensors according to the first to third embodiments will be described.
In the following, the description of “material A / material B” indicates a state in which a layer of material B is provided on a layer of material A.
図33は、実施形態に用いられる検知素子を例示する模式的斜視図である。
図33に表したように、実施形態に用いられる検知素子201は、順に並べられた、下部電極58lと、下地層59と、ピニング層55pと、第2磁化固定層52と、磁気結合層55xと、第1磁化固定層51と、中間層30と、磁化自由層55fと、キャップ層55cと、上部電極58uと、を含む。
FIG. 33 is a schematic perspective view illustrating a sensing element used in the embodiment.
As shown in FIG. 33, the sensing element 201 used in the embodiment includes the lower electrode 58l, the underlayer 59, the pinning layer 55p, the second magnetization fixed layer 52, and the magnetic coupling layer 55x arranged in order. A first magnetization fixed layer 51, an intermediate layer 30, a magnetization free layer 55f, a cap layer 55c, and an upper electrode 58u.
この例では、磁化自由層55fは、第1磁性層10に対応し、第1磁化固定層51は、第2磁性層20に対応する。検知素子201は、ボトムスピンバルブ型である。 In this example, the magnetization free layer 55 f corresponds to the first magnetic layer 10, and the first magnetization fixed layer 51 corresponds to the second magnetic layer 20. The sensing element 201 is a bottom spin valve type.
下地層59には、例えば、Ta/Ruが用いられる。このTa層の厚さ(Z軸方向の長さ)は、例えば、3nmである。このRu層の厚さは、例えば、2nmである。 For the underlayer 59, for example, Ta / Ru is used. The thickness of this Ta layer (the length in the Z-axis direction) is, for example, 3 nm. The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example.
ピニング層55pには、例えば、7nmの厚さのIrMn層が用いられる。第2磁化固定層52には、例えば、2.5nmの厚さのCo75Fe25層が用いられる。磁気結合層55xには、例えば、0.9nmの厚さのRu層が用いられる。 For the pinning layer 55p, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For the second magnetization fixed layer 52, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the magnetic coupling layer 55x, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used.
第1磁化固定層51には、例えば、3nmの厚さのCo40Fe40B20層が用いられる。中間層30には、例えば、1.5nmの厚さのMgO層が用いられる。磁化自由層55fには、例えば、Co40Fe40B20/Fe80Ga20が用いられる。このCo40Fe40B20層の厚さは、約2nmである。このFe80Ga20層の厚さは、4nmである。 For the first magnetization fixed layer 51, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used. For the intermediate layer 30, for example, an MgO layer having a thickness of 1.5 nm is used. For example, Co 40 Fe 40 B 20 / Fe 80 Ga 20 is used for the magnetization free layer 55f. The thickness of the Co 40 Fe 40 B 20 layer is about 2 nm. The thickness of this Fe 80 Ga 20 layer is 4 nm.
キャップ層55cには、例えばTa/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、例えば、1nmである。このRu層の厚さは、例えば、5nmである。 For example, Ta / Ru is used for the cap layer 55c. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
下部電極58l及び上部電極58uには、例えば、アルミニウム(Al)、アルミニウム銅合金(Al−Cu)、銅(Cu)、銀(Ag)、及び、金(Au)の少なくともいずれかが用いられる。下部電極58l及び上部電極58uとして、このような電気抵抗が比較的小さい材料を用いることで、検知素子50に効率的に電流を流すことができる。 For example, at least one of aluminum (Al), aluminum copper alloy (Al-Cu), copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au) is used for the lower electrode 58l and the upper electrode 58u. By using such a material having a relatively small electrical resistance as the lower electrode 58l and the upper electrode 58u, a current can be efficiently passed through the sensing element 50.
下部電極58lは、下部電極58l用の下地層(図示せず)と、キャップ層(図示せず)と、の間に、Al、Al−Cu、Cu、Ag、及び、Auの少なくともいずれかの層が設けられた構造を有しても良い。例えば、下部電極58lには、タンタル(Ta)/銅(Cu)/タンタル(Ta)などが用いられる。下部電極58l用の下地層としてTaを用いることで、例えば、膜部と下部電極58lとの密着性を向上することができる。下部電極58l用の下地層として、チタン(Ti)、または、窒化チタン(TiN)などを用いても良い。 The lower electrode 58l includes at least one of Al, Al—Cu, Cu, Ag, and Au between a base layer (not shown) for the lower electrode 58l and a cap layer (not shown). You may have the structure in which the layer was provided. For example, tantalum (Ta) / copper (Cu) / tantalum (Ta) is used for the lower electrode 58l. By using Ta as the base layer for the lower electrode 58l, for example, the adhesion between the film portion and the lower electrode 58l can be improved. Titanium (Ti), titanium nitride (TiN), or the like may be used as a base layer for the lower electrode 58l.
下部電極58l用のキャップ層としてTaを用いることで、そのキャップ層の下の銅(Cu)などの酸化を防ぐことができる。下部電極58l用のキャップ層として、チタン(Ti)、または、窒化チタン(TiN)などを用いても良い。 By using Ta as a cap layer for the lower electrode 58l, oxidation of copper (Cu) or the like under the cap layer can be prevented. As the cap layer for the lower electrode 58l, titanium (Ti), titanium nitride (TiN), or the like may be used.
下地層59には、バッファ層(図示せず)とシード層(図示せず)との積層構造を用いることができる。このバッファ層は、例えば、下部電極58lや膜部の表面の荒れを緩和し、バッファ層の上に積層される層の結晶性を改善する。バッファ層として、例えば、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)及びクロム(Cr)よりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。バッファ層として、これらの材料から選択された少なくとも1つの材料を含む合金を用いても良い。 As the underlayer 59, a laminated structure of a buffer layer (not shown) and a seed layer (not shown) can be used. This buffer layer, for example, reduces the roughness of the surface of the lower electrode 58l and the film part, and improves the crystallinity of the layer stacked on the buffer layer. As the buffer layer, for example, at least one selected from the group consisting of tantalum (Ta), titanium (Ti), vanadium (V), tungsten (W), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and chromium (Cr) Is used. An alloy containing at least one material selected from these materials may be used as the buffer layer.
バッファ層の厚さは、1nm以上10nm以下が好ましい。バッファ層の厚さは、1nm以上5nm以下がより好ましい。バッファ層の厚さが薄すぎると、バッファ効果が失われる。バッファ層の厚さが厚すぎると、検知素子50の厚さが過度に厚くなる。バッファ層の上にシード層が形成され、そのシード層がバッファ効果を有することができる。バッファ層は省略しても良い。バッファ層には、例えば、3nmの厚さのTa層が用いられる。 The thickness of the buffer layer is preferably 1 nm or more and 10 nm or less. The thickness of the buffer layer is more preferably 1 nm or more and 5 nm or less. If the buffer layer is too thin, the buffer effect is lost. If the thickness of the buffer layer is too thick, the thickness of the sensing element 50 becomes excessively thick. A seed layer is formed on the buffer layer, and the seed layer may have a buffer effect. The buffer layer may be omitted. As the buffer layer, for example, a Ta layer having a thickness of 3 nm is used.
図示しないシード層は、シード層の上に積層される層の結晶配向を制御する。シード層は、シード層の上に積層される層の結晶粒径を制御する。シード層として、fcc構造(face-centered cubic structure:面心立方格子構造)、hcp構造(hexagonal close-packed structure:六方最密格子構造)またはbcc構造(body-centered cubic structure:体心立方格子構造)の金属等が用いられる。 A seed layer (not shown) controls the crystal orientation of a layer stacked on the seed layer. The seed layer controls the crystal grain size of the layer stacked on the seed layer. As seed layer, fcc structure (face-centered cubic structure), hcp structure (hexagonal close-packed structure), or bcc structure (body-centered cubic structure: body-centered cubic structure) ) Or the like is used.
シード層として、hcp構造のルテニウム(Ru)、または、fcc構造のNiFe、または、fcc構造のCuを用いることにより、例えば、シード層の上のスピンバルブ膜の結晶配向をfcc(111)配向にすることができる。シード層には、例えば、2nmの厚さのCu層、または、2nmの厚さのRu層が用いられる。シード層の上に形成される層の結晶配向性を高める場合には、シード層の厚さは、1nm以上5nm以下が好ましい。シード層の厚さは、1nm以上3nm以下がより好ましい。これにより、結晶配向を向上させるシード層としての機能が十分に発揮される。一方、例えば、シード層の上に形成される層を結晶配向させる必要がない場合(例えば、アモルファスの磁化自由層55fを形成する場合など)には、シード層は省略しても良い。シード層としては、例えば、2nmの厚さのCu層が用いられる。 By using ruthenium (Ru) with an hcp structure, NiFe with an fcc structure, or Cu with an fcc structure as the seed layer, for example, the crystal orientation of the spin valve film on the seed layer is changed to the fcc (111) orientation. can do. For the seed layer, for example, a Cu layer having a thickness of 2 nm or a Ru layer having a thickness of 2 nm is used. In order to increase the crystal orientation of the layer formed on the seed layer, the thickness of the seed layer is preferably 1 nm or more and 5 nm or less. The thickness of the seed layer is more preferably 1 nm or more and 3 nm or less. Thereby, the function as a seed layer for improving the crystal orientation is sufficiently exhibited. On the other hand, for example, when it is not necessary to orient the layer formed on the seed layer (for example, when the amorphous magnetization free layer 55f is formed), the seed layer may be omitted. As the seed layer, for example, a Cu layer having a thickness of 2 nm is used.
ピニング層55pは、例えば、ピニング層55pの上に形成される第2磁化固定層52の強磁性層に、一方向異方性(unidirectional anisotropy)を付与して磁化を固定する。ピニング層55pには、例えば、反強磁性層が用いられる。ピニング層55pには、例えば、IrMn、PtMn、PdPtMn及びRuRhMnよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。十分な強さの一方向異方性を付与するために、ピニング層55pの厚さが適切に設定する。 The pinning layer 55p, for example, imparts unidirectional anisotropy to the ferromagnetic layer of the second magnetization fixed layer 52 formed on the pinning layer 55p to fix the magnetization. For the pinning layer 55p, for example, an antiferromagnetic layer is used. For the pinning layer 55p, for example, at least one selected from the group consisting of IrMn, PtMn, PdPtMn, and RuRhMn is used. In order to provide sufficient strength of unidirectional anisotropy, the thickness of the pinning layer 55p is appropriately set.
ピニング層55pとしてPtMnまたはPdPtMnが用いられる場合には、ピニング層55pの厚さは、8nm以上20nm以下が好ましい。ピニング層55pの厚さは、10nm以上15nm以下がより好ましい。ピニング層55pとしてIrMnを用いる場合には、ピニング層55pとしてPtMnを用いる場合よりも薄いピニング層55pで、一方向異方性を付与することができる。この場合には、ピニング層55pの厚さは、4nm以上18nm以下が好ましい。ピニング層55pの厚さは、5nm以上15nm以下がより好ましい。ピニング層55pには、例えば、7nmの厚さのIr22Mn78層が用いられる。 When PtMn or PdPtMn is used as the pinning layer 55p, the thickness of the pinning layer 55p is preferably 8 nm or more and 20 nm or less. The thickness of the pinning layer 55p is more preferably 10 nm or more and 15 nm or less. When IrMn is used as the pinning layer 55p, unidirectional anisotropy can be imparted with the pinning layer 55p thinner than when PtMn is used as the pinning layer 55p. In this case, the thickness of the pinning layer 55p is preferably 4 nm or more and 18 nm or less. The thickness of the pinning layer 55p is more preferably 5 nm or more and 15 nm or less. For the pinning layer 55p, for example, an Ir 22 Mn 78 layer having a thickness of 7 nm is used.
ピニング層55pとして、ハード磁性層を用いても良い。ハード磁性層として、例えば、CoPt(Coの比率は、50%以上85%以下)、(CoxPt100−x)100−yCry(xは50%以上85%以下、yは0%以上40%以下)、または、FePt(Ptの比率は40%以上60%以下)などを用いても良い。 A hard magnetic layer may be used as the pinning layer 55p. As a hard magnetic layer, for example, CoPt (ratio of Co is less than 85% 50%), (Co x Pt 100-x) 100-y Cr y (x 85% to 50% or less, y is more than 0% 40% or less) or FePt (the ratio of Pt is 40% or more and 60% or less) may be used.
第2磁化固定層52には、例えば、CoxFe100−x合金(xは0%以上100%以下)、NixFe100−x合金(xは0%以上100%以下)、または、これらに非磁性元素を添加した材料が用いられる。第2磁化固定層52として、例えば、Co、Fe及びNiよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。第2磁化固定層52として、これらの材料から選択された少なくとも1つの材料を含む合金を用いても良い。第2磁化固定層52として、(CoxFe100−x)100−yBy合金(xは0%以上100%以下、yは0%以上30%以下)を用いることもできる。第2磁化固定層52として、(CoxFe100−x)100−yByのアモルファス合金を用いることで、検知素子50のサイズが小さい場合にも検知素子50間のばらつきを抑えることができる。 The second magnetization fixed layer 52 includes, for example, a Co x Fe 100-x alloy (x is 0% or more and 100% or less), a Ni x Fe 100-x alloy (x is 0% or more and 100% or less), or these The material which added the nonmagnetic element to is used. For example, at least one selected from the group consisting of Co, Fe, and Ni is used as the second magnetization fixed layer 52. As the second magnetization fixed layer 52, an alloy containing at least one material selected from these materials may be used. As the second magnetization fixed layer 52, a (Co x Fe 100-x ) 100- y By alloy (x is 0% or more and 100% or less, y is 0% or more and 30% or less) can also be used. The second magnetization pinned layer 52, it is possible to suppress the variation among (Co x Fe 100-x) by using a 100-y B y of the amorphous alloy, the sensing element if the size is small even sensing element 50 of 50 .
第2磁化固定層52の厚さは、例えば、1.5nm以上5nm以下が好ましい。これにより、例えば、ピニング層55pによる一方向異方性磁界の強度をより強くすることができる。例えば、第2磁化固定層52の上に形成される磁気結合層55xを介して、第2磁化固定層52と第1磁化固定層51との間の反強磁性結合磁界の強度をより強くすることができる。第2磁化固定層52の磁気膜厚(飽和磁化Bsと厚さtとの積(Bs・t))は、第1磁化固定層51の磁気膜厚と実質的に等しいことが好ましい。 The thickness of the second magnetization fixed layer 52 is preferably, for example, not less than 1.5 nm and not more than 5 nm. Thereby, for example, the strength of the unidirectional anisotropic magnetic field by the pinning layer 55p can be further increased. For example, the strength of the antiferromagnetic coupling magnetic field between the second magnetization fixed layer 52 and the first magnetization fixed layer 51 is further increased through the magnetic coupling layer 55 x formed on the second magnetization fixed layer 52. be able to. The magnetic film thickness of the second magnetization fixed layer 52 (the product of the saturation magnetization Bs and the thickness t (Bs · t)) is preferably substantially equal to the magnetic film thickness of the first magnetization fixed layer 51.
薄膜でのCo40Fe40B20の飽和磁化は、約1.9T(テスラ)である。例えば、第1磁化固定層51として、3nmの厚さのCo40Fe40B20層を用いる場合には、第1磁化固定層51の磁気膜厚は、1.9T×3nmであり、5.7Tnmとなる。一方、Co75Fe25の飽和磁化は、約2.1Tである。上記と等しい磁気膜厚が得られる第2磁化固定層52の厚さは、5.7Tnm/2.1Tであり、2.7nmとなる。この場合、第2磁化固定層52には、約2.7nmの厚さのCo75Fe25を用いることが好ましい。第2磁化固定層52として、例えば、2.5nmの厚さのCo75Fe25層が用いられる。 The saturation magnetization of Co 40 Fe 40 B 20 in the thin film is about 1.9 T (Tesla). For example, when a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used as the first magnetization fixed layer 51, the magnetic film thickness of the first magnetization fixed layer 51 is 1.9 T × 3 nm, and 7 Tnm. On the other hand, the saturation magnetization of Co 75 Fe 25 is about 2.1T. The thickness of the second magnetization fixed layer 52 that can obtain a magnetic film thickness equal to the above is 5.7 Tnm / 2.1T, which is 2.7 nm. In this case, it is preferable to use Co 75 Fe 25 having a thickness of about 2.7 nm for the second magnetization fixed layer 52. As the second magnetization fixed layer 52, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used.
検知素子201においては、第2磁化固定層52と磁気結合層55xと第1磁化固定層51とのシンセティックピン構造が用いられている。その代わりに、1層の磁化固定層からなるシングルピン構造を用いても良い。シングルピン構造を用いる場合には、磁化固定層として、例えば、3nmの厚さのCo40Fe40B20層が用いられる。シングルピン構造の磁化固定層に用いる強磁性層として、上述した第1磁化固定層51の材料と同じ材料を用いても良い。 In the sensing element 201, a synthetic pin structure of the second magnetization fixed layer 52, the magnetic coupling layer 55x, and the first magnetization fixed layer 51 is used. Instead, a single pin structure composed of a single magnetization fixed layer may be used. When the single pin structure is used, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used as the magnetization fixed layer. As the ferromagnetic layer used for the magnetization pinned layer having a single pin structure, the same material as that of the first magnetization pinned layer 51 described above may be used.
磁気結合層55xは、第2磁化固定層52と第1磁化固定層51との間に反強磁性結合を生じさせる。磁気結合層55xは、シンセティックピン構造を形成する。磁気結合層55xとして、例えば、Ruが用いられる。磁気結合層55xの厚さは、0.8nm以上1nm以下であることが好ましい。第2磁化固定層52と第1磁化固定層51との間に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、磁気結合層としてRu以外の材料を用いても良い。磁気結合層55xの厚さは、RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)結合のセカンドピーク(2ndピーク)に対応する0.8nm以上1nm以下の厚さに設定することができる。さらに、磁気結合層55xの厚さは、RKKY結合のファーストピーク(1stピーク)に対応する0.3nm以上0.6nm以下の厚さに設定しても良い。磁気結合層55xとして、例えば、0.9nmの厚さのRuが用いられる。これにより、高信頼性の結合がより安定して得られる。 The magnetic coupling layer 55 x generates antiferromagnetic coupling between the second magnetization fixed layer 52 and the first magnetization fixed layer 51. The magnetic coupling layer 55x forms a synthetic pin structure. For example, Ru is used as the magnetic coupling layer 55x. The thickness of the magnetic coupling layer 55x is preferably 0.8 nm or more and 1 nm or less. Any material other than Ru may be used as the magnetic coupling layer as long as the material generates sufficient antiferromagnetic coupling between the second magnetization fixed layer 52 and the first magnetization fixed layer 51. The thickness of the magnetic coupling layer 55x can be set to a thickness of 0.8 nm or more and 1 nm or less corresponding to a second peak (2nd peak) of RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida) coupling. Furthermore, the thickness of the magnetic coupling layer 55x may be set to a thickness of 0.3 nm or more and 0.6 nm or less corresponding to the first peak (1st peak) of the RKKY coupling. For example, Ru having a thickness of 0.9 nm is used as the magnetic coupling layer 55x. Thereby, highly reliable coupling can be obtained more stably.
第1磁化固定層51に用いられる磁性層は、MR効果に直接的に寄与する。第1磁化固定層51として、例えば、Co−Fe−B合金が用いられる。具体的には、第1磁化固定層51として、(CoxFe100−x)100−yBy合金(xは0%以上100%以下、yは0%以上30%以下)を用いることもできる。第1磁化固定層51として、(CoxFe100−x)100−yByのアモルファス合金を用いた場合には、例えば、検知素子のサイズが小さい場合においても、結晶粒に起因した素子間のばらつきを抑えることができる。 The magnetic layer used for the first magnetization fixed layer 51 directly contributes to the MR effect. As the first magnetization fixed layer 51, for example, a Co—Fe—B alloy is used. Specifically, a (Co x Fe 100-x ) 100- y By alloy (x is 0% to 100%, y is 0% to 30%) may be used as the first magnetization fixed layer 51. it can. As a first magnetization fixing layer 51, in the case of using the (Co x Fe 100-x) 100-y B y of the amorphous alloy, for example, in a case where the size of the sensing element is smaller, between elements due to the grain The variation of can be suppressed.
第1磁化固定層51の上に形成される層(例えばトンネル絶縁層(図示せず))を平坦化することができる。トンネル絶縁層の平坦化により、トンネル絶縁層の欠陥密度を減らすことができる。これにより、より低い面積抵抗でより大きいMR変化率が得られる。例えば、トンネル絶縁層の材料としてMgOを用いる場合には、(CoxFe100−x)100−yByのアモルファス合金を用いることで、トンネル絶縁層の上に形成されるMgO層の(100)配向性を強めることができる。MgO層の(100)配向性をより高くすることで、より大きいMR変化率が得られる。(CoxFe100−x)100−yBy合金は、アニール時にMgO層の(100)面をテンプレートとして結晶化する。このため、MgOと(CoxFe100−x)100−yBy合金との良好な結晶整合が得られる。良好な結晶整合を得ることで、より大きいMR変化率が得られる。 A layer (for example, a tunnel insulating layer (not shown)) formed on the first magnetization fixed layer 51 can be planarized. By planarizing the tunnel insulating layer, the defect density of the tunnel insulating layer can be reduced. As a result, a higher MR ratio can be obtained with a lower sheet resistance. For example, in the case of using MgO as a material of the tunnel insulating layer, (Co x Fe 100-x ) By using the amorphous alloy 100-y B y, the MgO layer formed on the tunnel insulating layer (100 ) The orientation can be strengthened. By increasing the (100) orientation of the MgO layer, a higher MR ratio can be obtained. The (Co x Fe 100-x ) 100-y B y alloy crystallizes using the (100) plane of the MgO layer as a template during annealing. Therefore, good crystal matching between MgO and (Co x Fe 100-x) 100-y B y alloys are obtained. By obtaining good crystal matching, a higher MR ratio can be obtained.
第1磁化固定層51として、Co−Fe−B合金以外に、例えば、Fe−Co合金を用いても良い。 As the first magnetization fixed layer 51, for example, an Fe—Co alloy may be used in addition to the Co—Fe—B alloy.
第1磁化固定層51がより厚いと、より大きなMR変化率が得られる。より大きな固定磁界を得るためには、第1磁化固定層51は薄いほうが好ましい。MR変化率と固定磁界との間には、第1磁化固定層51の厚さにおいてトレードオフの関係が存在する。第1磁化固定層51としてCo−Fe−B合金を用いる場合には、第1磁化固定層51の厚さは、1.5nm以上5nm以下が好ましい。第1磁化固定層51の厚さは、2.0nm以上4nm以下がより好ましい。 When the first magnetization fixed layer 51 is thicker, a larger MR change rate can be obtained. In order to obtain a larger fixed magnetic field, the first magnetization fixed layer 51 is preferably thin. A trade-off relationship exists in the thickness of the first magnetization fixed layer 51 between the MR change rate and the fixed magnetic field. When a Co—Fe—B alloy is used as the first magnetization fixed layer 51, the thickness of the first magnetization fixed layer 51 is preferably 1.5 nm or more and 5 nm or less. The thickness of the first magnetization fixed layer 51 is more preferably 2.0 nm or more and 4 nm or less.
第1磁化固定層51には、上述した材料の他に、fcc構造のCo90Fe10合金、または、hcp構造のCo、または、hcp構造のCo合金が用いられる。第1磁化固定層51として、Co、Fe及びNiよりなる群から選択された少なくとも1つが用いられる。第1磁化固定層51として、これらの材料から選択された少なくとも1つの材料を含む合金が用いられる。第1磁化固定層51として、bcc構造のFeCo合金材料、50%以上のコバルト組成を含むCo合金、または、50%以上のNi組成の材料を用いることで、例えば、より大きなMR変化率が得られる。第1磁化固定層51として、Co2MnGe、Co2FeGe、Co2MnSi、Co2FeSi、Co2MnAl、Co2FeAl、Co2MnGa0.5Ge0.5、及び、Co2FeGa0.5Ge0.5などのホイスラー磁性合金層を用いることもできる。例えば、第1磁化固定層51として、3nmの厚さのCo40Fe40B20層が用いられる。 In addition to the materials described above, the first magnetization fixed layer 51 is made of a Co 90 Fe 10 alloy having an fcc structure, a Co having an hcp structure, or a Co alloy having an hcp structure. As the first magnetization fixed layer 51, at least one selected from the group consisting of Co, Fe, and Ni is used. As the first magnetization fixed layer 51, an alloy containing at least one material selected from these materials is used. By using a bcc structure FeCo alloy material, a Co alloy containing a cobalt composition of 50% or more, or a material having a Ni composition of 50% or more as the first magnetization fixed layer 51, for example, a larger MR ratio can be obtained. It is done. As the first magnetization fixed layer 51, Co 2 MnGe, Co 2 FeGe, Co 2 MnSi, Co 2 FeSi, Co 2 MnAl, Co 2 FeAl, Co 2 MnGa 0.5 Ge 0.5 , and Co 2 FeGa 0. A Heusler magnetic alloy layer such as 5 Ge 0.5 can also be used. For example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used as the first magnetization fixed layer 51.
中間層30は、第1磁化固定層51と磁化自由層55fとの磁気的な結合を分断する。中間層30には、金属または絶縁体または半導体が用いられる。この金属としては、例えば、Cu、AuまたはAg等が用いられる。中間層30として金属を用いる場合、中間層30の厚さは、例えば、1nm以上7nm以下程度である。この絶縁体または半導体としては、例えば、マグネシウム酸化物(MgO等)、アルミ酸化物(Al2O3等)、チタン酸化物(TiO等)、亜鉛酸化物(ZnO等)、または、酸化ガリウム(Ga−O)などが用いられる。中間層30として絶縁体または半導体を用いる場合は、中間層30の厚さは、例えば0.6nm以上2.5nm以下程度である。中間層30として、例えば、CCP(Current-Confined-Path)スペーサ層を用いても良い。スペーサ層としてCCPスペーサ層を用いる場合には、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)の絶縁層中に銅(Cu)メタルパスが形成された構造が用いられる。例えば、中間層30として、1.5nmの厚さのMgO層が用いられる。 The intermediate layer 30 breaks the magnetic coupling between the first magnetization fixed layer 51 and the magnetization free layer 55f. A metal, an insulator, or a semiconductor is used for the intermediate layer 30. For example, Cu, Au, or Ag is used as this metal. When a metal is used as the intermediate layer 30, the thickness of the intermediate layer 30 is, for example, about 1 nm to 7 nm. Examples of the insulator or semiconductor include magnesium oxide (such as MgO), aluminum oxide (such as Al 2 O 3 ), titanium oxide (such as TiO), zinc oxide (such as ZnO), or gallium oxide (such as Ga-O) or the like is used. When an insulator or a semiconductor is used as the intermediate layer 30, the thickness of the intermediate layer 30 is, for example, about 0.6 nm to 2.5 nm. For example, a CCP (Current-Confined-Path) spacer layer may be used as the intermediate layer 30. When a CCP spacer layer is used as the spacer layer, for example, a structure in which a copper (Cu) metal path is formed in an insulating layer of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is used. For example, a 1.5 nm thick MgO layer is used as the intermediate layer 30.
磁化自由層55fには、強磁性体材料が用いられる。磁化自由層55fの材料として、例えばFeCo合金、NiFe合金等が用いられる。さらに、磁化自由層55fには、Co−Fe−B合金、Fe−Co−Si−B合金、λs(磁歪定数)が大きいFe−Ga合金、Fe−Co−Ga合金、Tb−M−Fe合金(Mは、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及びErよりなる群から選択された少なくとも1つ。)、Tb−M1−Fe−M2合金(M1は、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及びErよりなる群から選択された少なくとも1つ。M2は、Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及びTaよりなる群から選択された少なくとも1つ。)、Fe−M3−M4−B合金(M3は、Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及びTaよりなる群から選択された少なくとも1つ。M4は、Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy及びErよりなる群から選択された少なくとも1つ。)、Ni、Fe−Alやフェライト(Fe3O4、(FeCo)3O4)など)等が用いられる。磁化自由層55fの厚さは、例えば2nm以上である。 A ferromagnetic material is used for the magnetization free layer 55f. As the material of the magnetization free layer 55f, for example, FeCo alloy, NiFe alloy, or the like is used. Further, the magnetization free layer 55f includes a Co—Fe—B alloy, an Fe—Co—Si—B alloy, an Fe—Ga alloy having a large λs (magnetostriction constant), an Fe—Co—Ga alloy, and a Tb—M—Fe alloy. (M is at least one selected from the group consisting of Sm, Eu, Gd, Dy, Ho and Er.), Tb-M1-Fe-M2 alloy (M1 is Sm, Eu, Gd, Dy, Ho and At least one selected from the group consisting of Er, M2 is at least one selected from the group consisting of Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, W and Ta.), Fe-M3-M4 -B alloy (M3 is at least one selected from the group consisting of Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, W and Ta. M4 is Ce, Pr, Nd, Sm, Tb, Dy and At least selected from the group consisting of Er Even one 1.), Ni, Fe- Al or ferrite (Fe 3 O 4, (FeCo ) etc. 3 O 4), etc.) used. The thickness of the magnetization free layer 55f is, for example, 2 nm or more.
磁化自由層55fは、多層構造を有しても良い。磁化自由層55fは、例えば、2層構造を有しても良い。中間層30としてMgOのトンネル絶縁層を用いる場合には、中間層30に接する界面には、Co−Fe−B合金の層を設けることが好ましい。これにより、高い磁気抵抗効果が得られる。この場合、中間層30の上にはCo−Fe−B合金の層を設け、その上にはFe−Co−Si−B合金、λsが大きいFe−Ga合金、Fe−Co−Ga合金、Tb−M−Fe合金(Mは、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及びErよりなる群から選択された少なくとも1つ。)、Tb−M1−Fe−M2合金(M1は、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及びErよりなる群から選択された少なくとも1つ。M2は、Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及びTaよりなる群から選択された少なくとも1つ。)、Fe−M3−M4−B合金(M3は、Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及びTaよりなる群から選択された少なくとも1つ。M4は、Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy及びErよりなる群から選択された少なくとも1つ。)、Ni、Fe−Alやフェライト(Fe3O4、(FeCo)3O4)など)を形成することができる。例えば、磁化自由層55fには、Co40Fe40B20/Fe80Ga20が用いられる。このCo40Fe40B20の厚さは、例えば、2nmである。このFe80Ga20の厚さは、例えば、4nmである。λsは、例えば、100ppmよりも大きい。 The magnetization free layer 55f may have a multilayer structure. The magnetization free layer 55f may have a two-layer structure, for example. When an MgO tunnel insulating layer is used as the intermediate layer 30, it is preferable to provide a Co—Fe—B alloy layer at the interface in contact with the intermediate layer 30. Thereby, a high magnetoresistance effect is obtained. In this case, a layer of Co—Fe—B alloy is provided on the intermediate layer 30, and an Fe—Co—Si—B alloy, an Fe—Ga alloy having a large λs, an Fe—Co—Ga alloy, Tb are provided thereon. -M-Fe alloy (M is at least one selected from the group consisting of Sm, Eu, Gd, Dy, Ho and Er), Tb-M1-Fe-M2 alloy (M1 is Sm, Eu, Gd) , Dy, Ho, and Er, and M2 is at least one selected from the group consisting of Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, W, and Ta. Fe-M3-M4-B alloy (M3 is at least one selected from the group consisting of Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, W and Ta. M4 is Ce, Pr, Nd, Sm Selected from the group consisting of Tb, Db and Er One even without.), Ni, Fe-Al or ferrite (Fe 3 O 4, (FeCo ) can form a 3 O 4), etc.). For example, Co 40 Fe 40 B 20 / Fe 80 Ga 20 is used for the magnetization free layer 55f. The thickness of this Co 40 Fe 40 B 20 is, for example, 2 nm. The thickness of this Fe 80 Ga 20 is 4 nm, for example. For example, λs is greater than 100 ppm.
キャップ層55cは、キャップ層55cの下に設けられる層を保護する。キャップ層55cには、例えば、複数の金属層が用いられる。キャップ層55cには、例えば、Ta層とRu層との2層構造(Ta/Ru)が用いられる。このTa層の厚さは、例えば1nmであり、このRu層の厚さは、例えば5nmである。キャップ層55cとして、Ta層やRu層の代わりに他の金属層を設けても良い。キャップ層55cの構成は、任意である。キャップ層55cには、例えば、非磁性材料を用いることができる。キャップ層55cの下に設けられる層を保護可能なものであれば、キャップ層55cとして、他の材料を用いても良い。 The cap layer 55c protects a layer provided under the cap layer 55c. For example, a plurality of metal layers are used for the cap layer 55c. For the cap layer 55c, for example, a two-layer structure (Ta / Ru) of a Ta layer and a Ru layer is used. The thickness of the Ta layer is 1 nm, for example, and the thickness of the Ru layer is 5 nm, for example. As the cap layer 55c, another metal layer may be provided instead of the Ta layer or the Ru layer. The configuration of the cap layer 55c is arbitrary. For example, a nonmagnetic material can be used for the cap layer 55c. As long as the layer provided under the cap layer 55c can be protected, other materials may be used for the cap layer 55c.
図34は、実施形態に用いられる別の検知素子を例示する模式的斜視図である。
図34に表したように、実施形態に係る圧力センサに用いられる検知素子202は、順に並んだ、下部電極58lと、下地層59と、磁化自由層55fと、中間層30と、第1磁化固定層51と、磁気結合層55xと、第2磁化固定層52と、ピニング層55pと、キャップ層55cと、上部電極58uと、を含む。
FIG. 34 is a schematic perspective view illustrating another sensing element used in the embodiment.
As shown in FIG. 34, the sensing element 202 used in the pressure sensor according to the embodiment includes the lower electrode 58l, the underlayer 59, the magnetization free layer 55f, the intermediate layer 30, and the first magnetization arranged in order. The fixed layer 51, the magnetic coupling layer 55x, the second magnetization fixed layer 52, the pinning layer 55p, the cap layer 55c, and the upper electrode 58u are included.
この例では、磁化自由層55fは第1磁性層10に対応し、第1磁化固定層51は第2磁性層20に対応する。検知素子202は、トップスピンバルブ型である。 In this example, the magnetization free layer 55 f corresponds to the first magnetic layer 10, and the first magnetization fixed layer 51 corresponds to the second magnetic layer 20. The sensing element 202 is a top spin valve type.
下地層59には、例えば、Ta/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、例えば、3nmである。このRu層の厚さは、例えば、2nmである。 For the underlayer 59, for example, Ta / Ru is used. The thickness of this Ta layer is 3 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example.
磁化自由層55fには、例えば、Fe80Ga20/Co40Fe40B20が用いられる。このFe80Ga20層の厚さは、例えば、4nmである。このCo40Fe40B20層の厚さは、例えば2nmである。 For example, Fe 80 Ga 20 / Co 40 Fe 40 B 20 is used for the magnetization free layer 55f. The thickness of this Fe 80 Ga 20 layer is, for example, 4 nm. The thickness of this Co 40 Fe 40 B 20 layer is, for example, 2 nm.
中間層30には、例えば、1.5nmの厚さのMgO層が用いられる。第1磁化固定層51には、例えば、Co40Fe40B20/Fe50Co50が用いられる。このCo40Fe40B20層の厚さは、例えば2nmである。このFe50Co50層の厚さは、例えば1nmである。磁気結合層55xには、例えば、0.9nmの厚さのRu層が用いられる。第2磁化固定層52には、例えば、2.5nmの厚さのCo75Fe25層が用いられる。ピニング層55pには、例えば、7nmの厚さのIrMn層が用いられる。 For the intermediate layer 30, for example, an MgO layer having a thickness of 1.5 nm is used. For the first magnetization fixed layer 51, for example, Co 40 Fe 40 B 20 / Fe 50 Co 50 is used. The thickness of this Co 40 Fe 40 B 20 layer is, for example, 2 nm. The thickness of this Fe 50 Co 50 layer is, for example, 1 nm. For the magnetic coupling layer 55x, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used. For the second magnetization fixed layer 52, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the pinning layer 55p, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used.
キャップ層55cには、Ta/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、例えば、1nmである。このRu層の厚さは、例えば、5nmである。
検知素子202に含まれる層のそれぞれには、例えば、検知素子201に関して説明した材料を用いることができる。
Ta / Ru is used for the cap layer 55c. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
For each of the layers included in the sensing element 202, for example, the materials described with respect to the sensing element 201 can be used.
図35は、実施形態に用いられる別の検知素子を例示する模式的斜視図である。
図35に表したように、実施形態に係る圧力センサに用いられる検知素子203は、順に並んだ、下部電極58lと、下地層59と、ピニング層55pと、第2磁化固定層52と、磁気結合層55xと、第1磁化固定層51と、中間層30と、磁化自由層55fと、中間層30aと、第1磁化固定層51aと、磁気結合層55xaと、第2磁化固定層52aと、ピニング層55paと、キャップ層55cと、上部電極58uと、を含む。
FIG. 35 is a schematic perspective view illustrating another sensing element used in the embodiment.
As shown in FIG. 35, the sensing element 203 used in the pressure sensor according to the embodiment includes the lower electrode 58l, the underlayer 59, the pinning layer 55p, the second magnetization fixed layer 52, and the magnetic elements arranged in order. The coupling layer 55x, the first magnetization fixed layer 51, the intermediate layer 30, the magnetization free layer 55f, the intermediate layer 30a, the first magnetization fixed layer 51a, the magnetic coupling layer 55xa, and the second magnetization fixed layer 52a , A pinning layer 55pa, a cap layer 55c, and an upper electrode 58u.
磁化自由層55fが第1磁性層10に対応し、第1磁化固定層51が、第2磁性層20に対応する。既に説明した検知素子201及び202においては、磁化自由層55fの一方の面側に磁化固定層が配置されている。検知素子203においては、2つの磁化固定層の間に磁化自由層55fが配置されている。検知素子203は、デュアルスピンバルブ型である。 The magnetization free layer 55 f corresponds to the first magnetic layer 10, and the first magnetization fixed layer 51 corresponds to the second magnetic layer 20. In the sensing elements 201 and 202 already described, the magnetization fixed layer is disposed on one surface side of the magnetization free layer 55f. In the sensing element 203, the magnetization free layer 55f is disposed between the two magnetization fixed layers. The sensing element 203 is a dual spin valve type.
下地層59には、例えば、Ta/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、例えば、3nmである。このRu層の厚さは、例えば、2nmである。ピニング層55pには、例えば、7nmの厚さのIrMn層が用いられる。第2磁化固定層52には、例えば、2.5nmの厚さのCo75Fe25層が用いられる。磁気結合層55xには、例えば、0.9nmの厚さのRu層が用いられる。第1磁化固定層51には、例えば、3nmの厚さのCo40Fe40B20層が用いられる。中間層30には、例えば、1.5nmの厚さのMgO層が用いられる。 For the underlayer 59, for example, Ta / Ru is used. The thickness of this Ta layer is 3 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example. For the pinning layer 55p, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For the second magnetization fixed layer 52, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the magnetic coupling layer 55x, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used. For the first magnetization fixed layer 51, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used. For the intermediate layer 30, for example, an MgO layer having a thickness of 1.5 nm is used.
磁化自由層55fには、例えば、Co40Fe40B20/Fe80Ga20/Co40Fe40B20が用いられる。このFe80Ga20層の厚さは、例えば、4nmである。2つのCo40Fe40B20層のそれぞれの厚さは、例えば2nmである。 For example, Co 40 Fe 40 B 20 / Fe 80 Ga 20 / Co 40 Fe 40 B 20 is used for the magnetization free layer 55f. The thickness of this Fe 80 Ga 20 layer is, for example, 4 nm. The thickness of each of the two Co 40 Fe 40 B 20 layers is, for example, 2 nm.
中間層30aには、例えば、1.5nmの厚さのMgO層が用いられる。第1磁化固定層51aには、例えば、Co40Fe40B20/Fe50Co50が用いられる。このCo40Fe40B20層の厚さは、例えば2nmである。このFe50Co50層の厚さは、例えば1nmである。磁気結合層55xaには、例えば、0.9nmの厚さのRu層が用いられる。第2磁化固定層52aには、例えば、2.5nmの厚さのCo75Fe25層が用いられる。ピニング層55paには、例えば、7nmの厚さのIrMn層が用いられる。 For the intermediate layer 30a, for example, an MgO layer having a thickness of 1.5 nm is used. For example, Co 40 Fe 40 B 20 / Fe 50 Co 50 is used for the first magnetization fixed layer 51a. The thickness of this Co 40 Fe 40 B 20 layer is, for example, 2 nm. The thickness of this Fe 50 Co 50 layer is, for example, 1 nm. For the magnetic coupling layer 55xa, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used. For the second magnetization fixed layer 52a, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the pinning layer 55pa, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used.
キャップ層55cには、Ta/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、例えば1nmである。このRu層の厚さは、例えば5nmである。
検知素子203に含まれる層のそれぞれには、例えば、検知素子201に関して説明した材料を用いることができる。
Ta / Ru is used for the cap layer 55c. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
For each of the layers included in the sensing element 203, for example, the materials described with respect to the sensing element 201 can be used.
図36は、実施形態に用いられる別の検知素子を例示する模式的斜視図である。
図36に表したように、実施形態に係る圧力センサに用いられる検知素子204は、順に並んだ、下部電極58lと、下地層59と、ピニング層55pと、第1磁化固定層51と、中間層30と、磁化自由層55fと、キャップ層55cと、上部電極58uと、を含む。
FIG. 36 is a schematic perspective view illustrating another sensing element used in the embodiment.
As shown in FIG. 36, the sensing element 204 used in the pressure sensor according to the embodiment includes the lower electrode 58l, the base layer 59, the pinning layer 55p, the first magnetization fixed layer 51, and the intermediate electrodes arranged in order. The layer 30 includes a magnetization free layer 55f, a cap layer 55c, and an upper electrode 58u.
磁化自由層55fが第1磁性層10に対応し、第1磁化固定層51が第2磁性層20に対応する。既に説明した検知素子201及び202においては、第2磁化固定層52と磁気結合層55xと第1磁化固定層51を用いた構造が適用されている。検知素子204においては、単一の磁化固定層を用いたシングルピン構造が適用されている。 The magnetization free layer 55 f corresponds to the first magnetic layer 10, and the first magnetization fixed layer 51 corresponds to the second magnetic layer 20. In the sensing elements 201 and 202 already described, a structure using the second magnetization fixed layer 52, the magnetic coupling layer 55x, and the first magnetization fixed layer 51 is applied. In the sensing element 204, a single pin structure using a single magnetization fixed layer is applied.
下地層には、例えば、Ta/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、例えば、3nmである。このRu層の厚さは、例えば、2nmである。ピニング層55pには、例えば、7nmの厚さのIrMn層が用いられる。第1磁化固定層51には、例えば、3nmの厚さのCo40Fe40B20層が用いられる。中間層30には、例えば、1.5nmの厚さのMgO層が用いられる。 For example, Ta / Ru is used for the underlayer. The thickness of this Ta layer is 3 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example. For the pinning layer 55p, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For the first magnetization fixed layer 51, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used. For the intermediate layer 30, for example, an MgO layer having a thickness of 1.5 nm is used.
磁化自由層55fには、例えば、Co40Fe40B20/Fe80Ga20が用いられる。このFe80Ga20層の厚さは、例えば4nmである。このCo40Fe40B20層の厚さは、例えば2nmである。 For example, Co 40 Fe 40 B 20 / Fe 80 Ga 20 is used for the magnetization free layer 55f. The thickness of this Fe 80 Ga 20 layer is, for example, 4 nm. The thickness of this Co 40 Fe 40 B 20 layer is, for example, 2 nm.
キャップ層55cには、Ta/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、例えば、1nmである。このRu層の厚さは、例えば、5nmである。
検知素子204に含まれる層のそれぞれには、例えば、検知素子201に関して説明した材料を用いることができる。
Ta / Ru is used for the cap layer 55c. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
For each of the layers included in the sensing element 204, for example, the materials described with respect to the sensing element 201 can be used.
図37は、実施形態に用いられる別の検知素子を例示する模式的斜視図である。
図37に表したように、実施形態に係る圧力センサに用いられる検知素子205は、順に並んだ、下部電極58lと、下地層59と、第2磁化自由層55fbと、中間層30と、第1磁化自由層55faと、キャップ層55cと、上部電極58uと、を含む。
FIG. 37 is a schematic perspective view illustrating another sensing element used in the embodiment.
As shown in FIG. 37, the sensing element 205 used in the pressure sensor according to the embodiment includes the lower electrode 58l, the underlayer 59, the second magnetization free layer 55fb, the intermediate layer 30, and the first electrode arranged in order. One magnetization free layer 55fa, a cap layer 55c, and an upper electrode 58u are included.
第2磁化自由層55fbは、第2磁性層20に対応し、第1磁化自由層55faは、第1磁性層10に対応する。得に説明した検知素子201〜204においては、第2磁性層20に用いられる参照層が、磁化固定層である。検知素子205においては、第2磁性層20に用いられる参照層が、磁化自由層である。 The second magnetization free layer 55 fb corresponds to the second magnetic layer 20, and the first magnetization free layer 55 fa corresponds to the first magnetic layer 10. In the sensing elements 201 to 204 described in detail, the reference layer used for the second magnetic layer 20 is a magnetization fixed layer. In the sensing element 205, the reference layer used for the second magnetic layer 20 is a magnetization free layer.
下地層59には、例えば、Ta/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、例えば、3nmである。このRu層の厚さは、例えば、2nmである。 For the underlayer 59, for example, Ta / Ru is used. The thickness of this Ta layer is 3 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example.
第2磁化自由層55fbには、例えば、4nmの厚さのCo40Fe40B20層が用いられる。中間層30には、例えば、1.5nmの厚さのMgO層が用いられる。 For the second magnetization free layer 55fb, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 4 nm is used. For the intermediate layer 30, for example, an MgO layer having a thickness of 1.5 nm is used.
第1磁化自由層55faには、例えば、Co40Fe40B20が用いられる。このCo40Fe40B20層の厚さは、例えば、4nmである。 For example, Co 40 Fe 40 B 20 is used for the first magnetization free layer 55fa. The thickness of this Co 40 Fe 40 B 20 layer is, for example, 4 nm.
キャップ層55cには、Ta/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、例えば、1nmである。このRu層の厚さは、例えば、5nmである。
検知素子205に含まれる層のそれぞれには、例えば、検知素子201に関して説明した材料を用いることができる。
Ta / Ru is used for the cap layer 55c. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
For each of the layers included in the sensing element 205, for example, the materials described with respect to the sensing element 201 can be used.
検知素子205のように、第2磁化自由層55fbと中間層30と第1磁化自由層55faとの積層構造が用いられる場合も、第2磁化自由層の磁化と第1磁化自由層の磁化との相対角度が歪に対して変化する。これにより、歪センサとして機能させることができる。この場合、第2磁化自由層55fbの磁歪の値と、第1磁化自由層55faの磁歪の値と、は互いに異なるように設計される。これにより、第2磁化自由層の磁化と第1磁化自由層の磁化との相対角度が、歪に対して変化する。 Even when a stacked structure of the second magnetization free layer 55fb, the intermediate layer 30, and the first magnetization free layer 55fa is used as in the sensing element 205, the magnetization of the second magnetization free layer and the magnetization of the first magnetization free layer The relative angle of changes with strain. Thereby, it can function as a strain sensor. In this case, the magnetostriction value of the second magnetization free layer 55fb is designed to be different from the magnetostriction value of the first magnetization free layer 55fa. As a result, the relative angle between the magnetization of the second magnetization free layer and the magnetization of the first magnetization free layer changes with respect to the strain.
図38は、実施形態に用いられる別の検知素子を例示する模式的斜視図である。
図38に例示したように、検知素子206においては、絶縁層58iが設けられる。すなわち、下部電極58lと上部電極58uとの間に、互いに離間する2つの絶縁層58i(絶縁部分)が設けられ、それらの間に、積層体57が配置される。積層体57は、下部電極58lと上部電極58uとの間に配置されている。積層体57は、検知素子201の場合には、下地層59と、ピニング層55pと、第2磁化固定層52と、磁気結合層55xと、第1磁化固定層51と、中間層30と、磁化自由層55fと、キャップ層55cと、を含む。すなわち、積層体57の側壁に対向して、絶縁層58iが設けられる。
FIG. 38 is a schematic perspective view illustrating another sensing element used in the embodiment.
As illustrated in FIG. 38, the sensing element 206 is provided with an insulating layer 58i. That is, two insulating layers 58i (insulating portions) that are separated from each other are provided between the lower electrode 58l and the upper electrode 58u, and the stacked body 57 is disposed between them. The stacked body 57 is disposed between the lower electrode 58l and the upper electrode 58u. In the case of the sensing element 201, the stacked body 57 includes the base layer 59, the pinning layer 55p, the second magnetization fixed layer 52, the magnetic coupling layer 55x, the first magnetization fixed layer 51, the intermediate layer 30, It includes a magnetization free layer 55f and a cap layer 55c. That is, the insulating layer 58 i is provided to face the side wall of the stacked body 57.
絶縁層58iには、例えば、アルミニウム酸化物(例えば、Al2O3)、または、シリコン酸化物(例えば、SiO2)などを用いることができる。絶縁層58iにより、積層体57の周囲におけるリーク電流を抑制することができる。
上記の絶縁層58iは、検知素子201〜205のいずれにも適用できる。
For the insulating layer 58i, for example, aluminum oxide (for example, Al 2 O 3 ), silicon oxide (for example, SiO 2 ), or the like can be used. The insulating layer 58 i can suppress leakage current around the stacked body 57.
The insulating layer 58 i can be applied to any of the detection elements 201 to 205.
図39は、実施形態に用いられる別の検知素子を例示する模式的斜視図である。
図39に例示したように、検知素子207においては、ハードバイアス層58hがさらに設けられる。すなわち、下部電極58lと上部電極58uとの間に、互いに離間する2つのハードバイアス層58h(ハードバイアス部分)が設けられ、それらの間に、積層体57が配置される。そして、ハードバイアス層58hと積層体57との間に、絶縁層58iが配置される。さらに、この例では、ハードバイアス層58hと下部電極58lとの間に、絶縁層58iが延在している。
FIG. 39 is a schematic perspective view illustrating another sensing element used in the embodiment.
As illustrated in FIG. 39, the sensing element 207 is further provided with a hard bias layer 58h. That is, two hard bias layers 58h (hard bias portions) that are separated from each other are provided between the lower electrode 58l and the upper electrode 58u, and the stacked body 57 is disposed between them. An insulating layer 58 i is disposed between the hard bias layer 58 h and the stacked body 57. Further, in this example, an insulating layer 58i extends between the hard bias layer 58h and the lower electrode 58l.
ハードバイアス層58hは、ハードバイアス層58hの磁化により、第1磁性層10の磁化及び第2磁性層20の磁化の少なくともいずれかを所望の方向に設定させる。ハードバイアス層58hにより、圧力が膜部70dに印加されていない状態において、第1磁性層10の磁化及び第2磁性層の磁化の少なくともいずれかを所望の方向に設定できる。 The hard bias layer 58h sets at least one of the magnetization of the first magnetic layer 10 and the magnetization of the second magnetic layer 20 in a desired direction by the magnetization of the hard bias layer 58h. The hard bias layer 58h can set at least one of the magnetization of the first magnetic layer 10 and the magnetization of the second magnetic layer in a desired direction in a state where no pressure is applied to the film part 70d.
ハードバイアス層58hには、例えば、CoPt、CoCrPt、または、FePt等の磁気異方性が比較的高い硬質強磁性材料が用いられる。ハードバイアス層58hには、FeCoまたはFeなどの軟磁性材料の層と、反強磁性層と、を積層した構造を用いることができる。この場合には、交換結合により、磁化が所定の方向に沿う。ハードバイアス層58hの厚さ(下部電極58lから上部電極58uに向かう方向に沿った長さ)は、例えば5nm以上50nm以下である。
上記のハードバイアス層58h及び絶縁層58iは、検知素子201〜205のいずれにも適用できる。
For the hard bias layer 58h, for example, a hard ferromagnetic material having a relatively high magnetic anisotropy such as CoPt, CoCrPt, or FePt is used. As the hard bias layer 58h, a structure in which a layer of a soft magnetic material such as FeCo or Fe and an antiferromagnetic layer are stacked can be used. In this case, the magnetization follows a predetermined direction by exchange coupling. The thickness of the hard bias layer 58h (the length along the direction from the lower electrode 58l toward the upper electrode 58u) is, for example, not less than 5 nm and not more than 50 nm.
The hard bias layer 58h and the insulating layer 58i can be applied to any of the sensing elements 201 to 205.
上記の検知素子201〜207を、実施形態に係る検知素子50として用いることができる。
実施形態において、検知素子のサイズが小さくても、圧力センサとしての機能を十分に果たす。例えば、検知素子50の面積(X−Y平面に投影したときの面積)は、膜部70dの面積の1/100以下とすることができる。例えば、膜部70dの幅(第1長さL1及び第2長さL2のそれぞれ)が約100μmである場合、検知素子50をX−Y平面に投影したときの第1方向の長さは、10μm以下とすることができる。例えば、円形である場合は、直径は、約10μm以下とすることができる。例えば、膜部70dの幅が約500μmの場合には、検知素子50をX−Y平面に投影したときの第1方向の長さは、50μm以下とすることができる。例えば、円形である場合は、直径は、約50μm以下とすることができる。例えば、検知素子50をX−Y平面に投影したときの第1方向の長さは、0.1μm以上50μm以下である。小サイズの検知素子50を用いることで、設ける検知素子50の数の自由度が高まる。
The sensing elements 201 to 207 described above can be used as the sensing element 50 according to the embodiment.
In the embodiment, even if the size of the sensing element is small, it sufficiently functions as a pressure sensor. For example, the area of the detection element 50 (area when projected onto the XY plane) can be 1/100 or less of the area of the film part 70d. For example, when the width of the film part 70d (each of the first length L1 and the second length L2) is about 100 μm, the length in the first direction when the sensing element 50 is projected onto the XY plane is It can be 10 μm or less. For example, in the case of a circular shape, the diameter can be about 10 μm or less. For example, when the width of the film part 70d is about 500 μm, the length in the first direction when the sensing element 50 is projected onto the XY plane can be 50 μm or less. For example, in the case of a circular shape, the diameter can be about 50 μm or less. For example, the length in the first direction when the detection element 50 is projected onto the XY plane is not less than 0.1 μm and not more than 50 μm. By using the small-sized sensing element 50, the degree of freedom of the number of sensing elements 50 provided is increased.
検知素子50の平面形状は、正方形、長方形、扁平円(楕円を含む)、または、円でも良い。検知素子50の平面形状は任意である。 The planar shape of the detection element 50 may be a square, a rectangle, a flat circle (including an ellipse), or a circle. The planar shape of the sensing element 50 is arbitrary.
以下、実施形態に係る圧力センサの製造方法の例について説明する。以下は、圧力センサ110の製造方法の例である。 Hereinafter, an example of the manufacturing method of the pressure sensor according to the embodiment will be described. The following is an example of a method for manufacturing the pressure sensor 110.
図40(a)〜図40(e)は、実施形態に係る圧力センサの製造方向を例示する工程順模式的断面図である。
図40(a)に表したように、基板90s(例えばSi基板)の上に薄膜90dを形成する。基板90sは、支持部70となる。薄膜90dは、膜部70dとなる。
例えば、Si基板上に、SiOx/Siの薄膜90dをスパッタにより形成する。薄膜90dとして、SiOx単層、SiN単層、または、Alなどの金属層を用いても良い。また、薄膜90dとして、ポリイミドまたはパラキシリレン系ポリマーなどのフレキシブルプラスティック材料を用いても良い。SOI(Silicon On Insulator)基板を、基板90s及び薄膜90dとして用いても良い。SOIにおいては、例えば、基板の貼り合わせによってSi基板上にSiO2/Siの積層膜が形成される。
FIG. 40A to FIG. 40E are schematic cross-sectional views in order of the processes, illustrating the manufacturing direction of the pressure sensor according to the embodiment.
As shown in FIG. 40A, a thin film 90d is formed on a substrate 90s (for example, a Si substrate). The substrate 90s becomes the support unit 70. The thin film 90d becomes the film part 70d.
For example, a thin film 90d of SiO x / Si is formed on a Si substrate by sputtering. As the thin film 90d, a SiO x single layer, a SiN single layer, or a metal layer such as Al may be used. Further, as the thin film 90d, a flexible plastic material such as polyimide or paraxylylene-based polymer may be used. An SOI (Silicon On Insulator) substrate may be used as the substrate 90s and the thin film 90d. In SOI, for example, a laminated film of SiO 2 / Si is formed on a Si substrate by bonding the substrates.
図40(b)に表したように、第2配線62を形成する。この工程においては、第2配線62となる導電膜を形成し、その導電膜を、フォトリソグラフィー及びエッチングにより加工する。第2配線62の周辺を絶縁膜で埋め込む場合、リフトオフ処理を適用しても良い。リフトオフ処理においては、例えば、第2配線62のパターンのエッチング後、レジストを剥離する前に、絶縁膜を全面に成膜して、その後レジストを除去する。 As shown in FIG. 40B, the second wiring 62 is formed. In this step, a conductive film to be the second wiring 62 is formed, and the conductive film is processed by photolithography and etching. When the periphery of the second wiring 62 is embedded with an insulating film, a lift-off process may be applied. In the lift-off process, for example, after the pattern of the second wiring 62 is etched, before the resist is removed, an insulating film is formed on the entire surface, and then the resist is removed.
図40(c)に表したように、検知素子50を形成する。この工程においては、検知素子50となる積層膜を形成し、その積層膜を、フォトリソグラフィー及びエッチングにより加工する。検知素子50の積層体57の側壁を絶縁層58iで埋め込む場合、リフトオフ処理を適用しても良い。リフトオフ処理において、例えば、積層体57の加工後、レジストを剥離する前、絶縁層58iを全面に成膜して、その後レジストを除去する。 As shown in FIG. 40C, the sensing element 50 is formed. In this step, a laminated film to be the sensing element 50 is formed, and the laminated film is processed by photolithography and etching. When the sidewall of the stacked body 57 of the detection element 50 is embedded with the insulating layer 58i, a lift-off process may be applied. In the lift-off process, for example, after the stacked body 57 is processed, before the resist is peeled off, the insulating layer 58i is formed on the entire surface, and then the resist is removed.
図40(d)に表したように、第1配線61を形成する。この工程においては、第1配線61となる導電膜を形成し、その導電膜を、フォトリソグラフィー及びエッチングにより加工する。第1配線61の周辺を絶縁膜で埋め込む場合、リフトオフ処理を適用しても良い。リフトオフ処理において、第1配線61の加工後、レジストを剥離する前に、絶縁膜を全面に成膜して、その後レジストを除去する。 As shown in FIG. 40D, the first wiring 61 is formed. In this step, a conductive film to be the first wiring 61 is formed, and the conductive film is processed by photolithography and etching. When the periphery of the first wiring 61 is embedded with an insulating film, a lift-off process may be applied. In the lift-off process, after the first wiring 61 is processed and before the resist is peeled off, an insulating film is formed on the entire surface, and then the resist is removed.
図40(e)に表したように、基板90sの裏面からエッチングを行い、空洞部70hを形成する。これにより、膜部70d及び支持部70sが形成される。例えば、膜部70dとなる薄膜90dとして、SiOx/Siの積層膜を用いる場合は、薄膜90dの裏面(下面)から表面(上面)へ向かって、基板90sの深堀加工を行う。これにより、空洞部70hが形成される。空洞部70hを形成においては、例えば両面アライナー露光装置を用いることができる。これにより、表面の検知素子50の位置に合わせて、レジストのホールパターンを裏面にパターニングできる。 As shown in FIG. 40E, etching is performed from the back surface of the substrate 90s to form the cavity 70h. Thereby, the film part 70d and the support part 70s are formed. For example, when a SiO x / Si laminated film is used as the thin film 90d to be the film part 70d, the substrate 90s is deeply drilled from the back surface (lower surface) to the front surface (upper surface) of the thin film 90d. Thereby, the cavity part 70h is formed. In forming the hollow portion 70h, for example, a double-sided aligner exposure apparatus can be used. Thus, the hole pattern of the resist can be patterned on the back surface in accordance with the position of the detection element 50 on the front surface.
Si基板のエッチングにおいて、例えばRIEを用いたボッシュプロセスが用いることができる。ボッシュプロセスでは、例えば、SF6ガスを用いたエッチング工程と、C4F8ガスを用いた堆積工程と、を繰り返す。これにより、基板90sの側壁のエッチングを抑制しつつ、基板90sの深さ方向(Z軸方向)に選択的にエッチングが行われる。エッチングのエンドポイントとして、例えば、SiOx層が用いられる。すなわち、エッチングの選択比がSiとは異なるSiOx層を用いてエッチングを終了させる。エッチングストッパ層として機能するSiOx層は、膜部70dの一部として用いられても良い。SiOx層は、エッチングの後に、例えば、無水フッ化水素及びアルコールなどの処理などで除去されても良い。 In etching the Si substrate, for example, a Bosch process using RIE can be used. In the Bosch process, for example, an etching process using SF 6 gas and a deposition process using C 4 F 8 gas are repeated. Thereby, etching is selectively performed in the depth direction (Z-axis direction) of the substrate 90s while suppressing the etching of the sidewall of the substrate 90s. For example, a SiO x layer is used as an etching end point. That is, the etching is terminated using an SiO x layer having a different etching selectivity than Si. The SiO x layer functioning as an etching stopper layer may be used as a part of the film part 70d. The SiO x layer may be removed after the etching, for example, by treatment with anhydrous hydrogen fluoride and alcohol.
このようにして、実施形態に係る圧力センサ110が形成される。実施形態に係る他の圧力センサも同様の方法により製造できる。 Thus, the pressure sensor 110 according to the embodiment is formed. Other pressure sensors according to the embodiment can be manufactured by the same method.
(第4の実施形態)
図41(a)〜図41(c)は、第4の実施形態に係る圧力センサ440の構成を例示するための模式図である。
図41(a)は、模式的斜視図であり、図41(b)及び図41(c)は、圧力センサ440の構成を例示するためのブロック図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 41A to FIG. 41C are schematic views for illustrating the configuration of a pressure sensor 440 according to the fourth embodiment.
41A is a schematic perspective view, and FIGS. 41B and 41C are block diagrams for illustrating the configuration of the pressure sensor 440. FIG.
図41(a)及び図41(b)に示すように、圧力センサ440には、基部471、センサ部450、半導体回路部430、アンテナ415、電気配線416、送信回路417、受信回路417rが設けられている。
アンテナ415は、電気配線416を介して、半導体回路部430と電気的に接続されている。
送信回路417は、検知素子450(50a)に流れる電気信号に基づくデータを無線で送信する。送信回路417の少なくとも一部は、半導体回路部430に設けることができる。
As shown in FIGS. 41A and 41B, the pressure sensor 440 includes a base 471, a sensor unit 450, a semiconductor circuit unit 430, an antenna 415, an electric wiring 416, a transmission circuit 417, and a reception circuit 417r. It has been.
The antenna 415 is electrically connected to the semiconductor circuit portion 430 through the electric wiring 416.
The transmission circuit 417 wirelessly transmits data based on the electrical signal flowing through the sensing element 450 (50a). At least part of the transmission circuit 417 can be provided in the semiconductor circuit portion 430.
受信回路417rは、電子機器418dからの制御信号を受信する。受信回路417rの少なくとも一部は、半導体回路部430に設けることができる。受信回路417rを設けるようにすれば、例えば、電子機器418dを操作することで、圧力センサ440の動作を制御することができる。 The receiving circuit 417r receives a control signal from the electronic device 418d. At least a part of the reception circuit 417r can be provided in the semiconductor circuit portion 430. If the receiving circuit 417r is provided, for example, the operation of the pressure sensor 440 can be controlled by operating the electronic device 418d.
また、図41(b)に示すように、送信回路417には、例えば、検知素子450(50a)に接続されたADコンバータ417aと、マンチェスター符号化部417bと、を設けることができる。また、切替部417cを設け、送信と受信を切り替えるようにすることができる。この場合、タイミングコントローラ417dを設け、タイミングコントローラ417dにより切替部417cにおける切り替えを制御することができる。またさらに、データ訂正部417e、同期部417f、判定部417g、電圧制御発振器417h(VCO;Voltage Controlled Oscillator)を設けることができる。 As shown in FIG. 41B, the transmission circuit 417 can include, for example, an AD converter 417a connected to the sensing element 450 (50a) and a Manchester encoding unit 417b. In addition, a switching unit 417c can be provided to switch between transmission and reception. In this case, a timing controller 417d is provided, and switching in the switching unit 417c can be controlled by the timing controller 417d. Furthermore, a data correction unit 417e, a synchronization unit 417f, a determination unit 417g, and a voltage controlled oscillator 417h (VCO: Voltage Controlled Oscillator) can be provided.
図41(c)に示すように、圧力センサ440と組み合わせて用いられる電子機器418dには、受信部418が設けられる。電子機器418dとしては、例えば、携帯端末などの電子装置を例示することができる。
この場合、送信回路417を有する圧力センサ440と、受信部418を有する電子機器418dと、を組み合わせて用いることができる。
As shown in FIG. 41C, the electronic device 418d used in combination with the pressure sensor 440 is provided with a receiving unit 418. As the electronic device 418d, for example, an electronic device such as a portable terminal can be exemplified.
In this case, the pressure sensor 440 including the transmission circuit 417 and the electronic device 418d including the reception unit 418 can be used in combination.
電子機器418dには、マンチェスター符号化部417b、切替部417c、タイミングコントローラ417d、データ訂正部417e、同期部417f、判定部417g、電圧制御発振器417h、記憶部418a、中央演算部418b(CPU;Central Processing Unit)を設けることができる。 The electronic device 418d includes a Manchester encoding unit 417b, a switching unit 417c, a timing controller 417d, a data correction unit 417e, a synchronization unit 417f, a determination unit 417g, a voltage controlled oscillator 417h, a storage unit 418a, and a central processing unit 418b (CPU; Central Processing Unit) can be provided.
この例では、圧力センサ440は、固定部467をさらに含んでいる。固定部467は、膜部464(70d)を基部471に固定する。固定部467は、外部圧力が印加されたときであっても撓みにくいように、膜部464よりも厚み寸法を厚くすることができる。
固定部467は、例えば、膜部464の周縁に等間隔に設けることができる。
また、膜部464(70d)の周囲をすべて連続的に取り囲むように固定部467を設けることもできる。
固定部467は、例えば、基部471の材料と同じ材料から形成することができる。この場合、固定部467は、例えば、シリコンなどから形成することができる。
また、固定部467は、例えば、膜部464(70d)の材料と同じ材料から形成することもできる。
In this example, the pressure sensor 440 further includes a fixing portion 467. The fixing part 467 fixes the film part 464 (70d) to the base part 471. The fixing part 467 can be made thicker than the film part 464 so that it is difficult to bend even when an external pressure is applied.
For example, the fixing portions 467 can be provided at equal intervals around the periphery of the film portion 464.
Moreover, the fixing | fixed part 467 can also be provided so that the circumference | surroundings of the film | membrane part 464 (70d) may be surrounded continuously.
The fixing portion 467 can be formed from the same material as that of the base portion 471, for example. In this case, the fixing portion 467 can be formed from, for example, silicon.
Moreover, the fixing | fixed part 467 can also be formed from the same material as the material of the film | membrane part 464 (70d), for example.
(第5の実施形態)
次に、圧力センサ441の製造方法について例示する。
図42(a)、図42(b)、図43(a)、図43(b)、図44(a)、図44(b)、図45(a)、図45(b)、図46(a)、図46(b)、図47(a)、図47(b)、図48(a)、図48(b)、図49(a)、図49(b)、図50(a)、図50(b)、図51(a)、図51(b)、図52(a)、図52(b)、図53(a)及び図53(b)は、第5の実施形態に係る圧力センサ441の製造方法を例示するための模式図である。
(Fifth embodiment)
Next, a manufacturing method of the pressure sensor 441 will be illustrated.
42 (a), 42 (b), 43 (a), 43 (b), 44 (a), 44 (b), 45 (a), 45 (b), and 46. (A), FIG. 46 (b), FIG. 47 (a), FIG. 47 (b), FIG. 48 (a), FIG. 48 (b), FIG. 49 (a), FIG. 49 (b), FIG. ), FIG. 50 (b), FIG. 51 (a), FIG. 51 (b), FIG. 52 (a), FIG. 52 (b), FIG. 53 (a) and FIG. It is a mimetic diagram for illustrating the manufacturing method of pressure sensor 441 concerning.
なお、図42(a)〜図53(a)は、模式的平面図であり、図42(b)〜図53(b)は、模式的断面図である。
また、各図中における矢印X、Y、Zは、互いに直交する方向を表している。
42A to 53A are schematic plan views, and FIGS. 42B to 53B are schematic cross-sectional views.
In addition, arrows X, Y, and Z in the drawings represent directions orthogonal to each other.
まず、図42(a)、図42(b)に示すように、半導体基板531の表面部分に半導体層512Mを形成する。続いて、半導体層512Mの上面に素子分離絶縁層512Iを形成する。続いて、半導体層512Mの上に、図示しない絶縁層を介して、ゲート512Gを形成する。続いて、ゲート512Gの両側に、ソース512Sとドレイン512Dとを形成することで、トランジスタ532が形成される。続いて、この上に層間絶縁膜514aを形成し、さらに層間絶縁膜514bを形成する。 First, as shown in FIGS. 42A and 42B, a semiconductor layer 512 </ b> M is formed on the surface portion of the semiconductor substrate 531. Subsequently, an element isolation insulating layer 512I is formed on the upper surface of the semiconductor layer 512M. Subsequently, a gate 512G is formed over the semiconductor layer 512M via an insulating layer (not shown). Subsequently, the source 512S and the drain 512D are formed on both sides of the gate 512G, whereby the transistor 532 is formed. Subsequently, an interlayer insulating film 514a is formed thereon, and further an interlayer insulating film 514b is formed.
続いて、非空洞部となる領域において、層間絶縁膜514a、514bの一部に、トレンチ及び孔を形成する。続いて、孔に導電材料を埋め込んで、接続ピラー514c〜514eを形成する。この場合、例えば、接続ピラー514cは、1つのトランジスタ532のソース512Sに電気的に接続され、接続ピラー514dはドレイン512Dに電気的に接続される。また、例えば、接続ピラー514eは、別のトランジスタ532のソース512Sに電気的に接続される。続いて、トレンチに導電材料を埋め込んで、配線部514f、514gを形成する。配線部514fは、接続ピラー514c及び接続ピラー514dに電気的に接続される。配線部514gは、接続ピラー514eに電気的に接続される。続いて、層間絶縁膜514bの上に、層間絶縁膜514hを形成する。 Subsequently, a trench and a hole are formed in part of the interlayer insulating films 514a and 514b in a region to be a non-cavity. Subsequently, a conductive material is embedded in the holes to form connection pillars 514c to 514e. In this case, for example, the connection pillar 514c is electrically connected to the source 512S of one transistor 532, and the connection pillar 514d is electrically connected to the drain 512D. For example, the connection pillar 514e is electrically connected to the source 512S of another transistor 532. Subsequently, a conductive material is embedded in the trench to form wiring portions 514f and 514g. The wiring portion 514f is electrically connected to the connection pillar 514c and the connection pillar 514d. The wiring portion 514g is electrically connected to the connection pillar 514e. Subsequently, an interlayer insulating film 514h is formed over the interlayer insulating film 514b.
次に、図43(a)、図43(b)に示すように、層間絶縁膜514hの上に、酸化シリコン(SiO2)からなる層間絶縁膜514iを、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成する。続いて、層間絶縁膜514iの所定の位置に孔を形成し、導電材料(例えば、金属材料)を埋め込み、上面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて平坦化する。これにより、配線部514fに接続された接続ピラー514jと、配線部514gに接続された接続ピラー514kと、が形成される。 Next, as shown in FIGS. 43A and 43B, an interlayer insulating film 514i made of silicon oxide (SiO2) is formed on the interlayer insulating film 514h by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Use to form. Subsequently, a hole is formed in a predetermined position of the interlayer insulating film 514i, a conductive material (for example, a metal material) is embedded, and the upper surface is planarized using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. Thereby, the connection pillar 514j connected to the wiring part 514f and the connection pillar 514k connected to the wiring part 514g are formed.
次に、図44(a)、図44(b)に示すように、層間絶縁膜514iの空洞部570となる領域に凹部を形成し、その凹部に犠牲層514lを埋め込む。犠牲層514lは、例えば、低温で成膜できる材料を用いて形成することができる。低温で成膜できる材料は、例えば、シリコンゲルマニウム(SiGe)などである。 Next, as shown in FIGS. 44A and 44B, a recess is formed in a region to be the cavity 570 of the interlayer insulating film 514i, and a sacrificial layer 514l is embedded in the recess. The sacrificial layer 514l can be formed using, for example, a material that can be formed at a low temperature. A material that can be formed at a low temperature is, for example, silicon germanium (SiGe).
次に、図45(a)、図45(b)に示すように、層間絶縁膜514i及び犠牲層514lの上に、膜部564(70d)となる絶縁膜561bfを形成する。絶縁膜561bfは、例えば、酸化シリコン(SiO2)などを用いて形成することができる。絶縁膜561bfに複数の孔を設け、複数の孔に導電材料(例えば、金属材料)を埋め込み、接続ピラー561fa、接続ピラー562faを形成する。接続ピラー561faは、接続ピラー514kと電気的に接続され、接続ピラー562faは、接続ピラー514jと電気的に接続される。 Next, as shown in FIGS. 45A and 45B, an insulating film 561bf to be a film portion 564 (70d) is formed on the interlayer insulating film 514i and the sacrificial layer 514l. The insulating film 561bf can be formed using, for example, silicon oxide (SiO2). A plurality of holes are provided in the insulating film 561bf, and a conductive material (for example, a metal material) is embedded in the plurality of holes to form connection pillars 561fa and connection pillars 562fa. The connection pillar 561fa is electrically connected to the connection pillar 514k, and the connection pillar 562fa is electrically connected to the connection pillar 514j.
次に、図46(a)、図46(b)に示すように、絶縁膜561bf、接続ピラー561fa、接続ピラー562faの上に、配線557となる導電層561fを形成する。
次に、図47(a)、図47(b)に示すように、導電層561fの上に、積層膜550fを形成する。
次に、図48(a)、図48(b)に示すように、積層膜550fを所定の形状に加工し、その上に、絶縁層565となる絶縁膜565fを形成する。絶縁膜565fは、例えば、酸化シリコン(SiO2)などを用いて形成することができる。
次に、図49(a)、図49(b)に示すように、絶縁膜565fの一部を除去し、導電層561fを所定の形状に加工する。これにより、配線557が形成される。このとき、導電層561fの一部は、接続ピラー562faに電気的に接続される接続ピラー562fbとなる。さらに、この上に、絶縁層566となる絶縁膜566fを形成する。
Next, as illustrated in FIGS. 46A and 46B, a conductive layer 561f to be the wiring 557 is formed over the insulating film 561bf, the connection pillar 561fa, and the connection pillar 562fa.
Next, as illustrated in FIGS . 47A and 47B , a stacked film 550f is formed over the conductive layer 561f .
Next, as shown in FIGS. 48A and 48B, the laminated film 550f is processed into a predetermined shape, and an insulating film 565f to be the insulating layer 565 is formed thereon. The insulating film 565f can be formed using, for example, silicon oxide (SiO2).
Next, as shown in FIGS. 49A and 49B, a part of the insulating film 565f is removed, and the conductive layer 561f is processed into a predetermined shape. Thereby, the wiring 557 is formed. At this time, part of the conductive layer 561f becomes a connection pillar 562fb electrically connected to the connection pillar 562fa. Further, an insulating film 566f to be the insulating layer 566 is formed thereon.
次に、図50(a)、図50(b)に示すように、絶縁膜566fに開口部566pを形成する。これにより、接続ピラー562fbが露出する。
次に、図51(a)、図51(b)に示すように、上面に、配線558となる導電層562fを形成する。導電層562fの一部は、接続ピラー562fbと電気的に接続される。
次に、図52(a)、図52(b)に示すように、導電層562fを所定の形状に加工する。これにより、配線558が形成される。配線558は、接続ピラー562fbと電気的に接続される。
Next, as shown in FIGS. 50A and 50B, an opening 566p is formed in the insulating film 566f. As a result, the connection pillar 562fb is exposed.
Next, as shown in FIGS. 51A and 51B, a conductive layer 562f to be the wiring 558 is formed on the upper surface. A part of the conductive layer 562f is electrically connected to the connection pillar 562fb.
Next, as shown in FIGS. 52A and 52B, the conductive layer 562f is processed into a predetermined shape. Thereby, the wiring 558 is formed. The wiring 558 is electrically connected to the connection pillar 562fb.
次に、図53(a)、図53(b)に示すように、絶縁膜566fに所定の形状の開口部566oを形成する。開口部566oを介して、絶縁膜561bfを加工し、さらに開口部566oを介して、犠牲層514lを除去する。これにより、空洞部570が形成される。犠牲層514lの除去は、例えば、ウェットエッチング法を用いて行うことができる。
なお、リング状の固定部567とするためには、例えば、空洞部570の上方における非空洞部の縁と膜部564との間を絶縁膜で埋めるようにすればよい。
以上の様にして圧力センサ441が形成される。
Next, as shown in FIGS. 53A and 53B, an opening 566o having a predetermined shape is formed in the insulating film 566f. The insulating film 561bf is processed through the opening 566o, and the sacrificial layer 514l is removed through the opening 566o. Thereby, the cavity 570 is formed. The removal of the sacrificial layer 514l can be performed using, for example, a wet etching method.
In order to obtain the ring-shaped fixing portion 567, for example, the space between the edge of the non-cavity portion above the cavity portion 570 and the film portion 564 may be filled with an insulating film.
The pressure sensor 441 is formed as described above.
図54は、第5の実施形態に係る圧力センサ441の製造方法を例示するためのフローチャートである。
すなわち、図42(a)〜図53(b)において例示をした圧力センサ441の製造方法のフローチャートである。
FIG. 54 is a flowchart for illustrating the method for manufacturing the pressure sensor 441 according to the fifth embodiment.
That is, it is a flowchart of the manufacturing method of the pressure sensor 441 illustrated in FIGS. 42 (a) to 53 (b).
図54に示すように、まず、半導体基板531の上にトランジスタ532を形成する(ステップS110)。
例えば、図42(a)、図42(b)において例示をしたようにしてトランジスタ532を形成する。
次に、半導体基板531の上に層間絶縁層を形成し、トランジスタ532の上に犠牲層514lを形成する(ステップS120)。
例えば、図43(a)〜図44(b)において例示をしたようにして層間絶縁層や犠牲層514lを形成する。なお、層間絶縁層には、例えば、層間絶縁膜514iが含まれる。
As shown in FIG. 54, first, a transistor 532 is formed on a semiconductor substrate 531 (step S110).
For example, the transistor 532 is formed as illustrated in FIGS. 42A and 42B.
Next, an interlayer insulating layer is formed over the semiconductor substrate 531, and a sacrificial layer 514l is formed over the transistor 532 (step S120).
For example, the interlayer insulating layer and the sacrificial layer 514l are formed as illustrated in FIGS. 43 (a) to 44 (b). Note that the interlayer insulating layer includes, for example, an interlayer insulating film 514i.
次に、層間絶縁層(例えば層間絶縁膜514i)と犠牲層514lとの上に、膜部564となる絶縁膜561bfを形成する(ステップS121)。
なお、場合によっては、以下の導電層561fが膜部564(70d)を兼ねる場合もある。この場合は、ステップS121は省略される。
Next, an insulating film 561bf to be the film portion 564 is formed on the interlayer insulating layer (for example, the interlayer insulating film 514i) and the sacrificial layer 514l (step S121).
In some cases, the following conductive layer 561f may also serve as the film portion 564 (70d). In this case, step S121 is omitted.
次に、配線557となる導電層561fを形成する(ステップS130)。
例えば、図46(a)、図46(b)において例示をしたようにして導電層561fを形成する。
Next, a conductive layer 561f to be the wiring 557 is formed (Step S130).
For example, the conductive layer 561f is formed as illustrated in FIGS. 46 (a) and 46 (b).
次に、犠牲層514lの上方であって、導電層561fの上に、第1磁性層10を含む検知素子550を形成する(ステップS140)。
例えば、図47(a)〜図48(b)において例示をしたようにして検知素子550を形成する。
Next, the sensing element 550 including the first magnetic layer 10 is formed above the sacrificial layer 514l and on the conductive layer 561f (step S140).
For example, the sensing element 550 is formed as illustrated in FIGS. 47 (a) to 48 (b).
次に、検知素子550(50a)の上に配線558となる導電層562fを形成する(ステップS150)。
例えば、図51(a)〜図52(b)において例示をしたようにして導電層562fを形成する。
Next, a conductive layer 562f to be the wiring 558 is formed on the detection element 550 (50a) (step S150).
For example, the conductive layer 562f is formed as illustrated in FIGS. 51 (a) to 52 (b).
次に、埋め込み配線を形成する(ステップS160)。
例えば、層間絶縁層の中に、導電層561fと半導体基板531とを電気的に接続する配線と、導電層562fと半導体基板531とを電気的に接続する配線と、を形成する。 例えば、図42(a)、図42(b)、図43(a)、図43(b)、図45(a)、図45(b)、図49(a)及び図49(b)において例示をしたようにして埋め込み配線を形成する。
なお、ステップS160は、例えば、ステップS110〜ステップS150の間、及び、ステップS150の後、の少なくともいずれかの工程において、1回、または、複数回実施することができる。
Next, a buried wiring is formed (step S160).
For example, a wiring that electrically connects the conductive layer 561f and the semiconductor substrate 531 and a wiring that electrically connects the conductive layer 562f and the semiconductor substrate 531 are formed in the interlayer insulating layer. For example, in FIGS. 42 (a), 42 (b), 43 (a), 43 (b), 45 (a), 45 (b), 49 (a) and 49 (b). The embedded wiring is formed as illustrated.
Note that step S160 can be performed once or a plurality of times in, for example, at least one of steps S110 to S150 and after step S150.
次に、犠牲層514lを除去する(ステップS170)。
例えば、図53(a)、図53(b)において例示をしたようにして犠牲層514lを除去する。
Next, the sacrificial layer 514l is removed (step S170).
For example, the sacrificial layer 514l is removed as illustrated in FIGS. 53 (a) and 53 (b).
以上の様にして圧力センサが形成される。
なお、各工程の内容は、図42(a)〜図53(b)において例示をしたものと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
A pressure sensor is formed as described above.
In addition, since the content of each process can be made to be the same as that of what was illustrated in FIG.42 (a)-FIG.53 (b), detailed description is abbreviate | omitted.
上記の各実施形態において、外部圧力が加わっていない状態(例えば初期状態)における磁化自由層55f(第1磁性層10)の磁化方向は、例えば、第1方向とは異なり、かつ、第2方向とも異なる。各実施形態において、外部圧力が加わった場合に、磁化自由層に加わる異方歪の方向は。第1方向または第2方向に沿う。このため、外部圧力が加わっていない状態における磁化自由層55fの磁化方向を上述したとおりにすることにより、正負の圧力の両方に対して出力の変化を得ることができる。 In each of the above embodiments, the magnetization direction of the magnetization free layer 55f (first magnetic layer 10) in a state where no external pressure is applied (for example, the initial state) is different from the first direction, for example, and in the second direction Also different. In each embodiment, the direction of the anisotropic strain applied to the magnetization free layer when an external pressure is applied. Along the first direction or the second direction. Therefore, by changing the magnetization direction of the magnetization free layer 55f in a state where no external pressure is applied as described above, it is possible to obtain a change in output with respect to both positive and negative pressures.
上記の各実施形態において、膜部70dの面積は、例えば、2500μm2以上640000μm2以下である。膜部70dの面積が小さすぎる場合、外部圧力に対して生ずる歪の大きさを十分に得ることが困難である。2500μm2以上とすることで、歪の大きさを十分に得ることができる。膜部の面積が大きすぎる場合、膜部の強度が十分に得られずに信頼性の高い圧力センサを提供することが困難である。640000μm2以下とすることで、高い信頼性が得られる。上記の各実施形態をマイクロフォンに応用する場合は、膜部の面積が大きすぎると、可聴域における周波数特性が悪化する。膜部70dの面積を640000μm2以下とすることが好ましく、360000μm2以下とすることがさらに好ましい。これにより、例えば、可聴域において、良好な周波数特性が得られる。上記の理由から、膜部70dの面積は、2500μm2以上640000μm2以下とすることが好ましい。 In the above embodiments, the area of the membrane portion 70d, for example, at 2500 [mu] m 2 or more 640000Myuemu 2 or less. When the area of the film part 70d is too small, it is difficult to sufficiently obtain the magnitude of strain generated with respect to the external pressure. By setting the thickness to 2500 μm 2 or more, the magnitude of strain can be sufficiently obtained. When the area of the film part is too large, it is difficult to provide a highly reliable pressure sensor without sufficiently obtaining the strength of the film part. High reliability is obtained by setting it to 640000 μm 2 or less. When each of the above embodiments is applied to a microphone, if the area of the film portion is too large, the frequency characteristics in the audible range are deteriorated. It is preferable that the area of the membrane portion 70d and 640000Myuemu 2 or less, still more preferably 360000Myuemu 2 or less. Thereby, for example, good frequency characteristics can be obtained in the audible range. For the above reasons, the area of the membrane portion 70d, it is preferable to 2500 [mu] m 2 or more 640000Myuemu 2 or less.
上記の各実施形態において、膜部70dの第2長さは、例えば、20μm以上800μm以下である。膜部70dの第2長さが短すぎる場合、外部圧力に対して生ずる歪の大きさを十分に得ることが困難である。20μm以上とすると、歪の大きさを十分に得ることができる。膜部70dの第2長さが大きすぎる場合、膜部の強度が十分に得られずに信頼性の高い圧力センサを提供することが困難である。800μm以下とすることで、信頼性の高い圧力センサが得られる。上記の各実施形態をマイクロフォンに応用する場合、膜部70dの第2長さが大きすぎると、可聴域における周波数特性が悪化する。膜部70dの第2長さを800μm以下とすることが好ましく、600μm以下とすることがさらに好ましい。これにより、例えば、可聴域において、良好な周波数特性が得られる。上記の理由より、膜部70dの第2長さは20μm以上800μm以下とすることが好ましい。 In each of the above embodiments, the second length of the film part 70d is, for example, not less than 20 μm and not more than 800 μm. When the second length of the film part 70d is too short, it is difficult to sufficiently obtain the magnitude of distortion generated with respect to the external pressure. When the thickness is 20 μm or more, a sufficient amount of strain can be obtained. When the second length of the film part 70d is too large, it is difficult to provide a highly reliable pressure sensor without sufficiently obtaining the strength of the film part. By setting the thickness to 800 μm or less, a highly reliable pressure sensor can be obtained. When each of the above embodiments is applied to a microphone, if the second length of the film part 70d is too large, the frequency characteristics in the audible range are deteriorated. The second length of the film part 70d is preferably 800 μm or less, and more preferably 600 μm or less. Thereby, for example, good frequency characteristics can be obtained in the audible range. For the above reason, the second length of the film part 70d is preferably 20 μm or more and 800 μm or less.
(第6の実施形態)
図55は、第6の実施形態に係るマイクロフォン610について例示をするための模式図である。
図55に示すように、マイクロフォン610は、前述した各実施形態に係る任意の圧力センサ(例えば、圧力センサ440)や、それらの変形に係る圧力センサを有する。以下においては、一例として、圧力センサ440を有するマイクロフォン610について例示をする。
(Sixth embodiment)
FIG. 55 is a schematic diagram for illustrating the microphone 610 according to the sixth embodiment.
As shown in FIG. 55, the microphone 610 includes an arbitrary pressure sensor (for example, the pressure sensor 440) according to each of the above-described embodiments and a pressure sensor according to the deformation thereof. In the following, a microphone 610 having a pressure sensor 440 is illustrated as an example.
マイクロフォン610は、携帯情報端末710の端部に組み込まれている。マイクロフォン610に設けられた圧力センサ440の膜部464(70d)は、例えば、携帯情報端末710の表示部620が設けられた面に対して実質的に平行とすることができる。なお、膜部464(70d)の配置は例示をしたものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
マイクロフォン610は、圧力センサ440などを備えているので、広域の周波数に対して高感度とすることができる。
Microphone 610 is incorporated in the end of portable information terminal 710. For example, the film part 464 (70d) of the pressure sensor 440 provided in the microphone 610 can be substantially parallel to the surface on which the display part 620 of the portable information terminal 710 is provided. In addition, arrangement | positioning of the film | membrane part 464 (70d) is not necessarily limited to what was illustrated, and can be changed suitably.
Since the microphone 610 includes the pressure sensor 440 and the like, the microphone 610 can be highly sensitive to a wide range of frequencies.
なお、マイクロフォン610が携帯情報端末710に組み込まれている場合を例示したがこれに限定されるわけではない。マイクロフォン610は、例えば、ICレコーダーやピンマイクロフォンなどにも組み込むことができる。 In addition, although the case where the microphone 610 was incorporated in the portable information terminal 710 was illustrated, it is not necessarily limited to this. The microphone 610 can be incorporated into, for example, an IC recorder or a pin microphone.
(第7の実施形態)
本実施形態は、上記の各実施形態の圧力センサを用いた音響マイクに係る。
図56は、第7の実施形態に係る音響マイクを例示する模式的断面図である。
本実施形態に係る音響マイク320は、プリント基板321と、カバー323と、圧力センサ310と、を含む。プリント基板321は、例えばアンプなどの回路を含む。カバー323には、アコースティックホール325が設けられる。音329は、アコースティックホール325を通って、カバー323の内部に進入する。
(Seventh embodiment)
The present embodiment relates to an acoustic microphone using the pressure sensor of each of the above embodiments.
FIG. 56 is a schematic cross-sectional view illustrating an acoustic microphone according to the seventh embodiment.
The acoustic microphone 320 according to the present embodiment includes a printed circuit board 321, a cover 323, and a pressure sensor 310. The printed board 321 includes a circuit such as an amplifier. The cover 323 is provided with an acoustic hole 325. The sound 329 enters the cover 323 through the acoustic hole 325.
圧力センサ310として、上記の各実施形態に関して説明した圧力センサのいずれか、及び、その変形が用いられる。 As the pressure sensor 310, any of the pressure sensors described in relation to the above-described embodiments and modifications thereof are used.
音響マイク320は、音圧に対して感応する。高感度な圧力センサ310を用いることにより、高感度な音響マイク320が得られる。例えば、圧力センサ310をプリント基板321の上に搭載し、電気信号線を設ける。圧力センサ310を覆うように、プリント基板321の上にカバー323を設ける。
本実施形態によれば、高感度な音響マイクを提供することができる。
The acoustic microphone 320 is sensitive to sound pressure. By using the highly sensitive pressure sensor 310, the highly sensitive acoustic microphone 320 can be obtained. For example, the pressure sensor 310 is mounted on the printed board 321 and an electric signal line is provided. A cover 323 is provided on the printed circuit board 321 so as to cover the pressure sensor 310.
According to this embodiment, a highly sensitive acoustic microphone can be provided.
(第8の実施形態)
本実施形態は、上記の各実施形態の圧力センサを用いた血圧センサに係る。
図57(a)及び図57(b)は、第8の実施形態に係る血圧センサを例示する模式図である。
図57(a)は、ヒトの動脈血管の上の皮膚を例示する模式的平面図である。図56(b)は、図57(a)のH1−H2線断面図である。
(Eighth embodiment)
The present embodiment relates to a blood pressure sensor using the pressure sensor of each of the above embodiments.
FIGS. 57A and 57B are schematic views illustrating the blood pressure sensor according to the eighth embodiment.
FIG. 57A is a schematic plan view illustrating the skin over a human arterial blood vessel. FIG. 56B is a cross-sectional view taken along line H1-H2 of FIG.
本実施形態においては、圧力センサ310は、血圧センサ330として応用される。この圧力センサ310には、上記の各実施形態に関して説明した圧力センサのいずれか、及び、その変形が用いられる。 In the present embodiment, the pressure sensor 310 is applied as the blood pressure sensor 330. For the pressure sensor 310, any of the pressure sensors described in connection with the above embodiments and modifications thereof are used.
これにより、小さいサイズの圧力センサで高感度な圧力検知が可能となる。圧力センサ310を動脈血管331の上の皮膚333に押し当てることで、血圧センサ330は、連続的に血圧測定を行うことができる。
本実施形態によれば、高感度な血圧センサを提供することができる。
Thereby, highly sensitive pressure detection is possible with a small size pressure sensor. By pressing the pressure sensor 310 against the skin 333 on the arterial blood vessel 331, the blood pressure sensor 330 can continuously measure blood pressure.
According to this embodiment, a highly sensitive blood pressure sensor can be provided.
(第9の実施形態)
本実施形態は、上記の各実施形態の圧力センサを用いたタッチパネルに係る。
図58は、第9の実施形態に係るタッチパネルを例示する模式図である。
本実施形態においては、圧力センサ310が、タッチパネル340として用いられる。この圧力センサ310には、上記の各実施形態に関して説明した圧力センサのいずれか、及び、その変形が用いられる。タッチパネル340においては、圧力センサ310が、ディスプレイの内部及びディスプレイの外部の少なくともいずれかに搭載される。
(Ninth embodiment)
The present embodiment relates to a touch panel using the pressure sensor of each of the above embodiments.
FIG. 58 is a schematic view illustrating the touch panel according to the ninth embodiment.
In the present embodiment, the pressure sensor 310 is used as the touch panel 340. For the pressure sensor 310, any of the pressure sensors described in connection with the above embodiments and modifications thereof are used. In the touch panel 340, the pressure sensor 310 is mounted on at least one of the inside of the display and the outside of the display.
例えば、タッチパネル340は、複数の第1配線346と、複数の第2配線347と、複数の圧力センサ310と、制御部341と、を含む。 For example, the touch panel 340 includes a plurality of first wirings 346, a plurality of second wirings 347, a plurality of pressure sensors 310, and a control unit 341.
この例では、複数の第1配線346は、Y軸方向に沿って並ぶ。複数の第1配線346のそれぞれは、X軸方向に沿って延びる。複数の第2配線347は、X軸方向に沿って並ぶ。複数の第2配線347のそれぞれは、Y軸方向に沿って延びる。 In this example, the plurality of first wirings 346 are arranged along the Y-axis direction. Each of the plurality of first wirings 346 extends along the X-axis direction. The plurality of second wirings 347 are arranged along the X-axis direction. Each of the plurality of second wirings 347 extends along the Y-axis direction.
複数の圧力センサ310のそれぞれは、複数の第1配線346と複数の第2配線347とのそれぞれの交差部に設けられる。圧力センサ310の1つは、検出のための検出要素310eの1つとなる。ここで、交差部は、第1配線346と第2配線347とが交差する位置及びその周辺の領域を含む。 Each of the plurality of pressure sensors 310 is provided at each intersection of the plurality of first wires 346 and the plurality of second wires 347. One of the pressure sensors 310 is one of the detection elements 310e for detection. Here, the intersection includes a position where the first wiring 346 and the second wiring 347 intersect and a region around the position.
複数の圧力センサ310のそれぞれの一端310aは、複数の第1配線346のそれぞれと接続される。複数の圧力センサ310のそれぞれの他端310bは、複数の第2配線347のそれぞれと接続される。 One end 310a of each of the plurality of pressure sensors 310 is connected to each of the plurality of first wirings 346. The other ends 310b of the plurality of pressure sensors 310 are connected to the plurality of second wirings 347, respectively.
制御部341は、複数の第1配線346と複数の第2配線347とに接続される。
例えば、制御部341は、複数の第1配線346に接続された第1配線用回路346dと、複数の第2配線347に接続された第2配線用回路347dと、第1配線用回路346dと第2配線用回路347dとに接続された制御回路345と、を含む。
The control unit 341 is connected to the plurality of first wirings 346 and the plurality of second wirings 347.
For example, the control unit 341 includes a first wiring circuit 346d connected to the plurality of first wirings 346, a second wiring circuit 347d connected to the plurality of second wirings 347, and a first wiring circuit 346d. And a control circuit 345 connected to the second wiring circuit 347d.
圧力センサ310は、小型で高感度な圧力センシングが可能である。そのため、高精細なタッチパネルを実現することが可能である。 The pressure sensor 310 is small and can perform highly sensitive pressure sensing. Therefore, a high-definition touch panel can be realized.
上記の各実施形態に係る圧力センサは、上記の応用の他に、気圧センサ、または、タイヤの空気圧センサなどのように、様々な圧力センサデバイスに応用することができる。 The pressure sensor according to each of the above embodiments can be applied to various pressure sensor devices such as an air pressure sensor or a tire air pressure sensor in addition to the above applications.
実施形態は、以下の特徴と含む。
(特徴1)
支持部に支持され可撓性を有する膜部であって、
前記膜部の膜面の、前記膜面内の第1方向の第1長さは、前記膜面の、前記第1方向に対して垂直で前記膜面内の第2方向の第2長さよりも長く、
前記膜面は、中央部と、前記中央部の周りに設けられた周辺部と、を含む膜部と、
前記中央部の上に設けられ検知素子を含む検知部であって、前記検知素子は、第1磁性層と、前記第1磁性層と前記膜部との間に設けられた第2磁性層と、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた中間層と、を含む、検知部と、
を備えた圧力センサ。
Embodiments include the following features.
(Feature 1)
A flexible membrane portion supported by a support portion,
The first length of the film surface of the film part in the first direction in the film surface is perpendicular to the first direction of the film surface and is the second length in the second direction in the film surface. Too long
The film surface includes a central part and a peripheral part provided around the central part, and a film part including:
A detection unit including a detection element provided on the central portion, wherein the detection element includes a first magnetic layer, and a second magnetic layer provided between the first magnetic layer and the film unit. A detection unit including an intermediate layer provided between the first magnetic layer and the second magnetic layer;
With pressure sensor.
(特徴2)
前記膜面は、
前記第1方向に沿う第1辺と、
前記第1辺と離間し前記第1方向に沿う第2辺と、
前記第1辺の一端と、前記第2辺の一端と、に接続され、前記第2方向に沿う第3辺と、
前記第1辺の他端と、前記第2辺の他端と、に接続され、前記第3辺と離間し、前記第2方向に沿う第4辺と、
を含む特徴1記載の圧力センサ。
(Feature 2)
The film surface is
A first side along the first direction;
A second side spaced apart from the first side and along the first direction;
A third side connected to one end of the first side and one end of the second side and extending along the second direction;
A fourth side connected to the other end of the first side and the other end of the second side, spaced apart from the third side, and along the second direction;
The pressure sensor according to feature 1, comprising:
(特徴3)
前記膜面の形状は、前記第1方向を長軸とし前記第2方向を短軸とした扁平円である特徴1記載の圧力センサ。
(Feature 3)
The pressure sensor according to claim 1, wherein the shape of the film surface is a flat circle having the first direction as a major axis and the second direction as a minor axis.
(特徴4)
前記中央部の前記第1方向の第3長さは、前記第1長さの0.3倍以下であり、
前記中央部の前記第2方向の第4長さは、前記第2長さの0.3倍以下であり、
前記中央部の重心と、前記膜面の重心と、の間の距離は、前記第2長さの1/10以下である特徴1〜3のいずれか1つに記載の圧力センサ。
(Feature 4)
A third length of the central portion in the first direction is not more than 0.3 times the first length;
A fourth length of the central portion in the second direction is not more than 0.3 times the second length;
The pressure sensor according to any one of features 1 to 3, wherein a distance between the center of gravity of the central portion and the center of gravity of the film surface is 1/10 or less of the second length.
(特徴5)
前記第1長さをL1とし、前記第2長さをL2とし、前記第3長さをL3とし、前記第4長さをL4としたとき、
L2/L1は、0.8以上1未満であり、
前記L3は、L1×{−0.8×(L2/L1)+0.8}の0.8倍以上1.2倍以下であり、
前記L4は、L2×{−2.5×(L2/L1)+2.5}の0.8倍以上1.2倍以下である特徴4記載の圧力センサ。
(Feature 5)
When the first length is L1, the second length is L2, the third length is L3, and the fourth length is L4,
L2 / L1 is 0.8 or more and less than 1,
L3 is 0.8 times or more and 1.2 times or less of L1 × {−0.8 × (L2 / L1) +0.8},
5. The pressure sensor according to claim 4, wherein L4 is not less than 0.8 times and not more than 1.2 times L2 × {−2.5 × (L2 / L1) +2.5}.
(特徴6)
前記第1長さをL1とし、前記第2長さをL2とし、前記第3長さをL3とし、前記第4長さをL4としたとき、
L2/L1は、0.8未満であり、
前記L3は、L1×{−0.8×(L2/L1)+0.8}の0.8倍以上1.2倍以下であり、
前記L4は、L2×{0.375×(L2/L1)+0.2}の0.8倍以上1.2倍以下である特徴4記載の圧力センサ。
(Feature 6)
When the first length is L1, the second length is L2, the third length is L3, and the fourth length is L4,
L2 / L1 is less than 0.8,
L3 is 0.8 times or more and 1.2 times or less of L1 × {−0.8 × (L2 / L1) +0.8},
5. The pressure sensor according to claim 4, wherein L4 is not less than 0.8 times and not more than 1.2 times L2 × {0.375 × (L2 / L1) +0.2}.
(特徴7)
前記第2長さの前記第1長さに対する比は、0.1以上0.8以下である特徴1〜6のいずれか1つに記載の圧力センサ。
(Feature 7)
The pressure sensor according to any one of features 1 to 6, wherein a ratio of the second length to the first length is 0.1 or more and 0.8 or less.
(特徴8)
前記第2長さの前記第1長さに対する比は、0.25以上0.64以下である特徴1〜6のいずれか1つに記載の圧力センサ。
(Feature 8)
The pressure sensor according to any one of features 1 to 6, wherein a ratio of the second length to the first length is 0.25 or more and 0.64 or less.
(特徴9)
前記第2長さの前記第1長さに対する比は、0.25以下である特徴1〜6のいずれか1つに記載の圧力センサ。
(Feature 9)
The pressure sensor according to any one of features 1 to 6, wherein a ratio of the second length to the first length is 0.25 or less.
(特徴10)
前記検知部は、複数の前記検知素子を含む特徴1〜9のいずれか1つに記載の圧力センサ。
(Feature 10)
The pressure sensor according to any one of features 1 to 9, wherein the detection unit includes a plurality of the detection elements.
(特徴11)
前記複数の検知素子の少なくとも2つは、電気的に直列に接続されている特徴1〜10のいずれか1つに記載の圧力センサ。
(Feature 11)
The pressure sensor according to any one of features 1 to 10, wherein at least two of the plurality of sensing elements are electrically connected in series.
(特徴12)
前記膜部は、
前記第1方向に沿う第1辺と、
前記第1辺と離間し前記第1方向に沿う第2辺と、
前記第1辺の一端と、前記第2辺の一端と、に接続され、前記第2方向に沿う第3辺と、
前記第1辺の他端と、前記第2辺の他端と、に接続され、前記第3辺と離間し、前記第2方向に沿う第4辺と、
を含み、
前記周辺部は、前記第1辺に沿って設けられた第1素子配置領域を含み、
前記複数の検知素子は、前記第1素子配置領域に配置され、前記複数の検知素子の少なくとも2つの前記第1方向のそれぞれの位置は、互いに異なる圧力センサ。
(Feature 12)
The membrane part is
A first side along the first direction;
A second side spaced apart from the first side and along the first direction;
A third side connected to one end of the first side and one end of the second side and extending along the second direction;
A fourth side connected to the other end of the first side and the other end of the second side, spaced apart from the third side, and along the second direction;
Including
The peripheral portion includes a first element arrangement region provided along the first side,
The plurality of detection elements are arranged in the first element arrangement region, and at least two positions of the plurality of detection elements in the first direction are different pressure sensors.
(特徴13)
前記複数の検知素子の少なくとも2つは、電気的に直列に接続されている特徴11記載の圧力センサ。
(Feature 13)
The pressure sensor according to claim 11, wherein at least two of the plurality of sensing elements are electrically connected in series.
実施形態によれば、高感度の圧力センサ、音響マイク、血圧センサ及びタッチパネルを提供することができる。 According to the embodiment, a highly sensitive pressure sensor, an acoustic microphone, a blood pressure sensor, and a touch panel can be provided.
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、圧力センサ、音響マイク、血圧センサ及びタッチパネルに含まれる支持部、膜部、検知素子、第1磁性層、第2磁性層及び中間層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, regarding a specific configuration of each element such as a support unit, a film unit, a detection element, a first magnetic layer, a second magnetic layer, and an intermediate layer included in a pressure sensor, an acoustic microphone, a blood pressure sensor, and a touch panel, those skilled in the art Is appropriately included in the scope of the present invention as long as the present invention can be carried out in the same manner and the same effects can be obtained by appropriately selecting from the known ranges.
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。 Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.
その他、本発明の実施の形態として上述した圧力センサ、音響マイク、血圧センサ及びタッチパネルを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての圧力センサ、音響マイク、血圧センサ及びタッチパネルも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。 In addition, based on the pressure sensor, acoustic microphone, blood pressure sensor, and touch panel described above as the embodiments of the present invention, all pressure sensors, acoustic microphones, blood pressure sensors, and touch panels that can be implemented by those skilled in the art with appropriate design changes are also included. As long as the gist of the present invention is included, it belongs to the scope of the present invention.
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。 In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…第1磁性層、 20…第2磁性層、 30、30a…中間層、 50、50a…検知素子、 50a〜50e…第1〜第5検知素子、 50u…検知部、 51、51a…第1強磁性層、 52、52a…第2強磁性層、 55c…キャップ層、 55p、55pa…ピニング層、 55f…磁化自由層、 55x、55xa…磁化交換層、 57…積層体、 58h…ハードバイアス層、 58i…絶縁層、 58l…下部電極、 58u…上部電極、 59…下地層、 60a…上部電極、 60b…下部電極、 61…第1配線、 62…第2配線、 63…層間絶縁膜、 65…ビアコンタクト、 70a…異方歪発生領域、 70c…中央部、 70cc…重心、 70cr…外接矩形、 70crd…重心、 70d…膜部、 70dc…重心、 70fs…膜面、 70h…空洞部、 70p…周辺部、 70r…外縁、 70s…支持部、 70s1〜70s4…第1〜第4辺、 70s11、70s21…一端、 70s12、70s22…他端、 70sc…コーナー部、 70x…第1軸、 70y…第2軸、 75…素子配置領域、 75a…端部異方歪発生領域、 75b…弧、 76…第1素子配置領域、 76a…第1端部異方歪発生領域、 76b…第1弧、 77…第2素子配置領域、 77a…第2端部異方歪発生領域、 77b…第2弧、 78a〜78d…第1〜第4領域、 90d…薄膜、 90s…基板、 Δε、Δε0、Δεe…異方歪、 ε…歪、 εx…第1歪、 εy…第2歪、 110〜114、119、119a、119b、120、120a〜120h、121〜124、130〜134…圧力センサ、 201〜207…検知素子、 310…圧力センサ、 310a…一端、 310b…他端、 310e…検出要素、 320…音響マイク、 321…プリント基板、 323…カバー、 325…アコースティックホール、 329…音、 330…血圧センサ、 331…動脈血管、 333…皮膚、 340…タッチパネル、 341…制御部、 345…制御回路、 346…第1配線、 346d…第1配線用回路、 347…第2配線、 347d…第2配線回路、 415…アンテナ、 416…電気配線、 417…送信回路、 417a…ADコンバータ、 417b…マンチェスター符号化部、 417c…切替部、 417d…タイミングコントローラ、 417e…データ訂正部、 417f…同期部、 417g…判定部、 417h…電圧制御発振器、 417r…受信回路、 418…受信部、 418a…記憶部、 418b…中央演算部、 418d…電子機器、 430…半導体回路部、 440…圧力センサ、 450…検知素子(センサ部)、 464…膜部、 467…固定部、 471…基部、 512D…ドレイン、 512G…ゲート、 512I…素子分離絶縁層、 512M…半導体層、 512S…ソース、 514a、514b、514h、514i…層間絶縁膜、 514c〜514e、514j、514k…接続ピラー、 514f、514g…配線部、 514l…犠牲層、 531…半導体基板、 532…トランジスタ、 550…検知素子、 550f…積層膜、 557、558…配線、 561bf…絶縁膜、 561f、562f…導電層、 561fa、562fa、562fb…接続ピラー、 564…膜部、 565、566…絶縁層、 565f、566f…絶縁膜、 566o、566p…開口部、 567…固定部、 570…空洞部、 610…マイクロフォン、 620…表示部、 710…携帯情報端末、 AR…アスペクト比、 Fz…圧力、 L1〜L8…第1〜第8長さ、 L3a、L4a、L5a、L6a…長さ、 Lt…厚さ、 PXa、PXa1、PYa、PYa1…点、 R1〜R7…第1〜第7ハッチング領域、 Ra…面積比、 Xa、Xa1、Ya、Ya1…距離、 cs…圧縮歪、 dx、dy…位置、 ts…引張歪、 uz…撓み量 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st magnetic layer, 20 ... 2nd magnetic layer, 30, 30a ... Intermediate | middle layer, 50, 50a ... Detection element, 50a-50e ... 1st-5th detection element, 50u ... Detection part, 51, 51a ... 1st 1 ferromagnetic layer, 52, 52a ... second ferromagnetic layer, 55c ... cap layer, 55p, 55pa ... pinning layer, 55f ... magnetization free layer, 55x, 55xa ... magnetization exchange layer, 57 ... laminate, 58h ... hard bias 58i ... lower electrode, 58u ... upper electrode, 59 ... underlayer, 60a ... upper electrode, 60b ... lower electrode, 61 ... first wiring, 62 ... second wiring, 63 ... interlayer insulating film, 65: Via contact, 70a: Anisotropic strain generation region, 70c: Center part, 70cc: Center of gravity, 70cr: circumscribed rectangle, 70crd: Center of gravity, 70d: Film part, 70dc ... Center of gravity 70 fs ... film surface, 70 h ... hollow part, 70 p ... peripheral part, 70 r ... outer edge, 70 s ... support part, 70 s 1 to 70 s 4 ... first to fourth sides, 70 s 11, 70 s 21 ... one end, 70 s 12, 70 s 22 ... other end, 70 sc ... Corner portion, 70x ... first axis, 70y ... second axis, 75 ... element arrangement region, 75a ... end portion anisotropic strain generation region, 75b ... arc, 76 ... first element arrangement region, 76a ... first end portion difference An anisotropic strain generation region, 76b ... first arc, 77 ... second element placement region, 77a ... second end anisotropic strain generation region, 77b ... second arc, 78a-78d ... first to fourth regions, 90d ... Thin film, 90s ... Substrate, Δε, Δε0, Δεe ... Anisotropic strain, ε ... Strain, εx ... First strain, εy ... Second strain, 110-114, 119, 119a, 119b, 120, 120a-120h, 121 -124, 130-134 ... Pressure sensor, 201-207 ... Sensing element, 310 ... Pressure sensor, 310a ... One end, 310b ... Other end, 310e ... Detection element, 320 ... Acoustic microphone, 321 ... Printed circuit board, 323 ... Cover, 325 ... Acoustic hole, 329 ... Sound, 330 ... Blood pressure sensor, 331 ... Arterial blood vessel, 333 ... Skin, 340 ... Touch panel, 341 ... Control unit, 345 ... Control circuit, 346 ... First wiring, 346d ... First wiring circuit 347 ... second wiring, 347d ... second wiring circuit, 415 ... antenna, 416 ... electrical wiring, 417 ... transmission circuit, 417a ... AD converter, 417b ... Manchester encoding unit, 417c ... switching unit, 417d ... timing controller, 417e: Data correction unit, 417 f: synchronization unit, 417g: determination unit, 417h: voltage controlled oscillator, 417r ... reception circuit, 418 ... reception unit, 418a ... storage unit, 418b ... central processing unit, 418d ... electronic device, 430 ... semiconductor circuit unit, 440 ... Pressure sensor, 450 ... Sensing element (sensor part), 464 ... Membrane part, 467 ... Fixed part, 471 ... Base part, 512D ... Drain, 512G ... Gate, 512I ... Element isolation insulating layer, 512M ... Semiconductor layer, 512S ... Source, 514a, 514b, 514h, 514i ... interlayer insulating film, 514c to 514e, 514j, 514k ... connection pillar, 514f, 514g ... wiring part, 514l ... sacrificial layer, 531 ... semiconductor substrate, 532 ... transistor, 550 ... sensing element, 550f ... Laminated film, 557, 558 ... Wiring, 561b ... Insulating film, 561f, 562f ... Conductive layer, 561fa, 562fa, 562fb ... Connection pillar, 564 ... Film part, 565, 566 ... Insulating layer, 565f, 566f ... Insulating film, 566o, 566p ... Opening part, 567 ... Fixing part 570 ... hollow part, 610 ... microphone, 620 ... display part, 710 ... portable information terminal, AR ... aspect ratio, Fz ... pressure, L1-L8 ... first to eighth lengths, L3a, L4a, L5a, L6a ... Length, Lt ... Thickness, PXa, PXa1, PYa, PYa1 ... Point, R1-R7 ... First to seventh hatched areas, Ra ... Area ratio, Xa, Xa1, Ya, Ya1 ... Distance, cs ... Compressive strain, dx, dy ... position, ts ... tensile strain, uz ... deflection amount
Claims (6)
前記膜部の膜面の、前記膜面内の第1方向の第1長さは、前記膜面の、前記第1方向に対して垂直で前記膜面内の第2方向の第2長さよりも長く、
前記膜面は、中央部と、前記中央部の周りに設けられた周辺部と、を含む膜部と、
前記中央部の上に設けられ複数の検知素子を含む検知部であって、前記複数の検知素子のそれぞれは、第1磁性層と、前記第1磁性層と前記膜部との間に設けられた第2磁性層と、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた中間層と、を含み、前記第1磁性層から前記第2磁性層への向き、または、前記第2磁性層から前記第1磁性層への向きに電流が流れる、検知部と、
を備え
前記中央部の前記第1方向の第3長さは、前記第1長さの0.3倍以下であり、
前記中央部の前記第2方向の第4長さは、前記第2長さの0.3倍以下であり、
前記中央部の重心と、前記膜面の重心と、の間の距離は、前記第2長さの1/10以下であり、
前記複数の検知素子の少なくとも2つは、ブリッジ回路を形成せずに電気的に直列に接続された、圧力センサ。 A flexible membrane portion supported by a support portion,
The first length of the film surface of the film part in the first direction in the film surface is perpendicular to the first direction of the film surface and is the second length in the second direction in the film surface. Too long
The film surface includes a central part and a peripheral part provided around the central part, and a film part including:
A detection unit provided on the central portion and including a plurality of detection elements, wherein each of the plurality of detection elements is provided between the first magnetic layer, the first magnetic layer, and the film unit. a second magnetic layer, wherein a first intermediate layer provided between the magnetic layer and the second magnetic layer, only including, direction from the first magnetic layer to the second magnetic layer, or, A detection unit in which a current flows in a direction from the second magnetic layer to the first magnetic layer ;
A third length of the central portion in the first direction is not more than 0.3 times the first length;
A fourth length of the central portion in the second direction is not more than 0.3 times the second length;
The distance between the center of gravity of the central portion and the center of gravity of the film surface is 1/10 or less of the second length,
The pressure sensor, wherein at least two of the plurality of sensing elements are electrically connected in series without forming a bridge circuit .
前記第2磁性層は磁化固定層である請求項1記載の圧力センサ。 The first magnetic layer is a magnetization free layer;
The pressure sensor according to claim 1, wherein the second magnetic layer is a magnetization fixed layer.
基板と、
をさらに備え、
前記膜部及び前記検知部は、前記基板と前記カバーとの間に位置した、請求項1または2に記載の圧力センサ。 A cover,
A substrate,
Further comprising
The pressure sensor according to claim 1, wherein the film part and the detection part are located between the substrate and the cover.
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