JPH01299428A - 振動式トランスデューサとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、振動式トランスデユーサおよびその製造方法
に係り、特にシリコン基板に形成した梁状の振動子をそ
の振動子の持つ固有振動数で振動させておき、このシリ
コン基板に加えられる力、圧力、或いは差圧などの物理
量に対応して振動子に生ずる固有振動数の変化からこれ
等の物理量を検出する振動式トランスデユーサに関する
。

さらに詳述すれば、Ｓ／Ｎ比が高く、自励発振を安定に
起こすことができる振動式トランスデユーサに関する。

〈従来の技術〉 第２０図〜第２３図は従来の振動式トランスデユーザの
一実施例の構成を示す構成図である。

第２０図は振動式トランスデユーサを圧力センサとして
用いた構成したときの斜視図、第２１図は第２０図にお
けるＡ部を拡大しこれに振動検出回路を接続した構成図
、第２２図は第２１図におけるＡ−Ａ−断面を示す断面
図、第２３図は第２１図に示す構成を電気的な等価回路
で示した説明図である。

第２０図に示すように、１０はその上面か結晶面＜１０
０＞を有する例えば不純物濃度１０１Ｓ原子／　ｃ　ｍ
　３以下で伝導形式かｐ形のシリコン単結晶の基板であ
る。この基板１０の一方の面にダイアフラム１１が裏面
からエツチングにより掘り起こされて薄肉に形成されて
いる。

このダイアフラム１１の周辺の厚内部１２は中央に導圧
孔１３をもつ台座１４に接合され、更にこの台座１４は
導圧孔１３と貫通するように導圧管１５が接合されて、
この導圧管１５に測定すべき圧力Ｐが導入される。

このダイアフラム１１の符号Ａで示す前記エツチングし
ない側の表面には部分的に不純物濃度１０１７程度のｎ
＋拡散Ｆ３（図では省略）か形成され、このｎ＋拡散層
の一部に振動子１６が結晶軸＜００１＞方向に形成され
ている（第２１図）。

この振動子１６は例えばダイアフラム１１に形成された
ｎ＋層およびｐ層をフォトリングラフィとアンダエッチ
ングの技術を用いて加工する。

１７は振動子１６の略中央上部に振動子１６に直交して
非接触の状態で設けられた磁石であり、１８は絶縁膜と
しての５ｉ０２ＪＡである（第２２図参照）。

１９　ａ、１９ｂは例えばＡＩなどの金属電極であり、
この金属電極１９ａの一端は振動子１６から延長しなｎ
＋層にＳ　ｉ　０２層を介して設けたコンタクトポール
２０ａを通じて接続され、その他端はリード線を介して
振動子１６の抵抗値にほぼ等しい比較抵抗ＲＯの一端と
増幅器２１の入力端にそれぞれ接続されている。増幅器
２１の出力端からは出力信号が取り出されると共にトラ
ンス２２の一部コイル［７１の一端に接続されている。

このコイルし、のｆｌ！！端はコモンラインに接続され
ている。

一方、比較抵抗Ｒ０の他端は中点かコモンラインに接続
されたトランス２２の２次：ＩイルＩ、２の一端に接続
され、この２次コイルＬ２の他端は振動子１６の他端に
前記同様に形成された金属な極１９ｂ、コンタクトホー
ル２０を介してｎ＋層に接続されている。

以上の構成において、ｐ形層（基板１０）とｎ＋形層（
振動子１６）の間に逆バイアス電圧を印加して絶縁し、
振動子１６に交流電流ｌを流すと振動梁１６の共振状態
において振動子１６のインピーダンスが上昇するがこの
ときのインピーダンスをＲとすると第２２図に示すよう
な等価回路を得る。

従って、中点ＣＯをコモンラインに接続した２次コイル
［７２、比較抵抗Ｒ０、およびインピーダンスＲ６によ
りブリッジが構成されるので、このブリッジによる不平
衡信号を増幅器２１で検出しその出力を帰還線２３を介
して１次コイルし、に正帰還すると、系は振動子１６の
固有振動数で自励発振を起こす。

上記構成において、振動梁１６のインピーダンスＲは固
有振動数に応じて上昇する。このインピーダンスＲは、
次式のように表わすことができる。

Ｒ中＜１／２２２）　　・　（１／（Ｅｇγ）　Ｉ／２
　）・（ＡＢ’　ｌ’　／ｂｈ２）・Ｑ十Ｒｄここで、
Ｅ：弾性率 ｇ；重力加速 γ；振動子を構成している材料の密度 Ａ：振動モードによって決まる定数 Ｂ；磁束密度 ｌ：振動梁の長さ ｂ；振動梁の幅 ｈ；振動梁の厚さ Ｑ；共振の鋭さ Ｒｄ：直流抵抗値 上式によれば振動子１６のＱが数百〜数万の値をとるた
め、共振状態において増幅器２１の出力として、大きな
振幅信号を得ることかできる。このように振動式トラン
スデユーサは増幅器２１のゲインを充分大きくとって正
帰還するように構成すればその系は固有振動数で自励発
振する。

なお、振動子は、例えばｎ形シリコン基板にＢ（ボロン
）を４Ｘ１０”原子／　ｃ　ｍ　２以上に拡散して選択
性エツチングによりｐ形として形成したものを用いても
よい。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様な振動式トランスデユーサにおい
ては、振動子１６に発生ずる逆起電力を交流ブリッジの
不平衡電圧から検出しているが、励振電流の励振成分を
交流ブリッジで完全に抑圧することは事実上不可能であ
るのでブリッジ出力には励振電流成分に基づく電圧が乗
ってくる。このため、励振成分の電圧に振動子のインビ
ーダン　スの変化に基づく電圧が重畳してＳ／Ｎ比が悪
くなり、安定な出力信号が得られないという問題がある
。

本発明の第１の目的は以上のような課題を解決してＳ／
Ｎ比が良好で安定な出力が得られ且つ感度の良い振動子
を持つ振動式トランスデユーサを提供することであり、
第２の目的はこのような振動式トランスデユーサを！Ｍ
造する製造方法を提供することである。

く課題を解決するための手段〉 以上の目的を達成するための本発明の主な構成は、 第１にシリコン単結晶の基板上に設けられたシリコン油
結晶材よりなる振動子本体と、この振動子本体を励振す
る励振手段と、振動子本体の励振された振動を検出する
振動検出手段とを具備する振動式トランスデユーサにお
いて、両端が基板に固定され互いに平行に配置された２
個の第一振動子とこの第一振動子の中央部を機械的に結
合する第二振動子とを有するＨ形の振動子本体と、振動
子本体に直交して直流磁界を印加する磁場印加手段と、
一方の第一振動子の両端あるいは２個の第一振動子の一
方の同一端側に交流電流を流して直流磁場との相互作用
により振動子を振動させる励振手段と、他方の第一振動
子の両端あるいは２個の第一振動子の他方の同一端側に
発生ずる起電力を検出する振動検出手段と、励振手段と
振動検出１段との間に接続された増幅手段とを具備する
構成とし、 さらに振動子を構成する原子の結合半径より小さい結合
半径を持つ他の原子を注入して所定の初期張力か与えら
れた振動子を具備するようにしたものであり、 第２にシリコン単結晶の基板上に形成された薄肉のダイ
アフラムの上に端部を除きこのダイアフラムと所定の間
隙を保って一体に梁状の振動子を形成し更にその上面を
シェルによって振動子とは所定の間隙を保って覆うよう
に形成する振動式トランスデューサの１３ｊｆｆ方法に
おいて、シリコン或いはシリコン酸化物よりなる間隙対
応部と振動子とを基板と一体となるように形成し、この
後間隙吋応部の上部をシェルに相当するシェル相当部で
基板と一体に覆い、次に間隙対応部に達するエツチング
液の注入口をシェル相当部に形成して間隙対応部をエツ
チングにより除去した後、注入１１を閉じて気密を保持
するようにして製造するようにしたものである。

く作　用〉 以上の構成においては、基板上のダイアフラムに外力が
加わると、振動子本体の固有振動数は外力に対応して変
化する。この振動子本体の振動は振動検出手段により検
出され固有周波数の変化が出力信号として取出される。

そして、この固有周波数の変化からダイアフラムに加わ
った物理量を検知する。

また、以上の製造方法においては、シリコンの基板に対
してエツチングにより薄肉のダイアフラムを形成し、こ
の部分に単結晶の特性を利用してエツチングと半導体技
術を使ってＨ形の振動子本体がダイアフラムと一体に形
成出来る。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示ず構成図であ
る。第２図は第１図に示す振動子本体の要部の構成を示
し、第２図（Ａ）はシェルを除去したときの上面図、第
２図（Ｂ）は第２図（Ａ）のＢ−Ｂ−断面を示している
。

振動子本体２４は、例えば伝導形式がｎ形のシリコン単
結晶で出来たダイアフラム２５の上に一体に形成された
ρ形のシリコンで出来た第１振動子２６Ａ、２６Ｂと第
２振動子２７で構成されるトＩ形の振動子などで構成さ
れている。

ダイアフラム２５は、第２２図に示ずダイアフラム１１
と同様に周囲に厚内部（図示せず）を有するｎ形のシリ
コン基板の下面の中央部をエツチングして薄肉として形
成されており、測定圧力がこの面に印加されることによ
って全体として変位する。このダイアフラム２５の上面
の結晶面（１００）の一部にはエツチングにより各振動
子が収納されるＨ形状の凹部２８が形成されている。

この凹部２８を跨ぐようにして、梁状の第１振動子２６
Ａ、２６Ｂがそれぞれ結晶軸＜００１＞に平行にダイア
フラム２５と一体にｐ形で形成され、これ等の中央部を
これ等の振動子に直角にＰ形の梁状の第２振動子２７で
結合してＨ形の振動子が形成されている。

この第１＠動子２６Ａの両端にはｔ極２９と３０が、更
に第１振動子２６Ｂの両端には電極３１と３２が形成さ
れている。

第２振動子２７の上部にはこれと平行に磁石１７が配置
され、第１振動子２６Ａ、２７Ｂに直角に磁場を発生さ
せている。

励振手段として機能する入カドランス３３の出力端子は
電極２９．３０に、その入力端子３４の一端は出力端子
３５に、他端はコモンラインにそれぞれ接続されている
。

振動検出手段として機能する出カドランス３６の入力端
子は電極３１．３２に接続され、その出力端子３７．３
８は増幅器３９の入力端にそれぞれ接続されている。更
に、増幅器３９の出力端は出力端子３５に接続されてい
る。

なお、以上の第１図、第２図においては説明の便宜上、
ダイアフラム２５の上部を覆うシェルを除いて記載して
いるが、後述するように実際には第１振動子２６Ａ、２
６Ｂ、および第２振動子２７の周囲は所定の間隙を以て
エピタキシャル成長などの半導体技術でダイアフラム２
５と一体に覆われ、更にこの間隙の内部は真空に保持さ
れ振動子の振動に対して高いＱファクタが維持されるよ
うになっている。

以上の構成において、入カドランス３３に増幅器３９か
ら入力された電圧により、第一振動子２６Ａか磁石１７
の磁場との相互作用により励振されて振動する。この振
動により、第一振動子２６Ｂは第二振動子２７を介して
振動させられこの振動は磁石１７との相互作用により出
カドランス３６の入力端に起電力ｅを発生させる。この
起電力ｅは出カドランス３６を介して増幅器３９に入力
され増幅されて出力端子３５に取出される。この増幅さ
れた電圧は入カドランス３３に正帰還され、これが繰り
返されて系が自励発振をする。

以上のように、振動子本体２４は励振用の第一振動子２
６Ａと、起電力検出用の第一振動子２６Ｂとに分けられ
、第二振動子２７で第一振動子２６Ａと２６Ｂの振動の
腹の部分を機械的に結合するようにしたので、励振電流
成分が起電力ｅに重畳せず、高い励振成分除去比（Ｓ／
Ｎ比）が得られる。

第３図は以上のように構成された振動式トランスデユー
サのＳ／Ｎ比を測定した結果を示す。

第３図において、横軸は１目盛りがｌＫＨ２の幅で示し
た周波数、縦軸は１目盛りが５ｄＢの幅で示した減衰度
を示している。ダイアフラム２５に印加される圧力をゼ
ロとしたときの共振周波数は７１５５１．、ＩＨ２であ
り、このときのマーカＸで示した点は基準レベルを−７
，０ｄＢｍとして−１３，３ｄＢｍであり、共振点を外
れるにしたがって一５２ｄＢｍのノイズラインを示す線
に漸近している。Ｓ／Ｎ比はこれ等の差として表現され
、従来に比べて格段に良いほぼ３０〜４０ｄＢのＳ／Ｎ
比が得られている。

第４図は本発明の他の実施例の要部を示す構成図である
。

本実施例では、入カドランス３３の二次側を二個の第一
振動子２６Ａ、２６Ｂの一方の同一端側に接続し、出カ
ドランス３６の一次側を二個の第一振動子２６Ａ、２６
Ｂの他方の同一端ＩＩ！Ｉｆに接続するようにしたもの
である。

なお、前述の実施例においては、第二振動子２７はＰ形
シリコンとして説明したが、これに限ることはなく、例
えば、酸化シリコン（ＳｉＯ□）、あるいは、窒化珪素
（Ｓｉ、Ｎ４）にアルミニウムなどの導体を蒸着したも
のであってもよい。

また、これ等の振動式トランスジューサはシリコンの弾
性率の温度係数によってその振動周波数か変化するので
、圧力計のほかに真空容器に収納して温度計として利用
できるほか、密度計としても利用することができる。

このように、振動子本体２４は、励振用の第一振動子２
６Ａと起電力検出用の第一振動子２６Ｂとに分けられて
おり、更に第二振動子２７で第一振動子２６Ａと２６Ｂ
の振動の腹の部分を機械的に結合するようにしたので、
励振電流成分を含まず、高い励振成分の除去比（Ｓ／Ｎ
比）が得られる。

従って、第１図に示す実施例によれば、Ｓ／Ｎ比が良好
で安定な周波数出力信号が得られる振動式トランスデユ
ーサを実現することが出来る。

第５図は第１図に示す振動式トランスデユーサを製造す
る製造方法を示す工程図である。なお、この工程図では
説明を簡単にするために、とりあえず振動子本体２４の
代りに第二振動子２７を結合しない状態の梁状の第一振
動子２６Ａを製造するものとして説明する。

第５図（ａ）は保護膜の形成とその一部を開１１する工
程を示している。

ｎ形のシリコン単結晶の基板４０の結晶面（１００）の
上にシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物などの保護
膜４１を形成し、この後で第一振動子２６Ａの形状に沿
うパターンが形成されたマスクを用いて保護膜４１の一
部に開口部４２を形成する。

次に、第５図（ｂ）に径行するがこの工程は基板の中に
凹部を形成する工程である。

１０５０°Ｃの水素（Ｈ２）の雰囲気中で塩化水素を用
いてエツチングを行って、開口部４２に対応する基板４
０に凹部４３を形成する。

この場合に、例えば塩化水素の代りに４０°Ｃ〜１３０
°Ｃのアルカリ液を用いて異方性エツチングをしても良
い。

第５図（ｃ）はエビタキシャル工程を示している。

１０５０°Ｃの水素（）［２）の雰囲気中でソースガス
に塩化水素を混入して多層の選択エピタキシャル成長を
行う、この点について、以下にさらに詳細に説明する。

■第１ステップとしてボロンの濃度が１０１９ｃｍ”−
’のＰ形シリコンにより凹部４３の上に隙間対応部の下
半分として機能する第１エピタキシャル層４４を選択エ
ピタキシャル成長させる。

■第２ステップとしてボロンの濃度が１０２０ｃｍ−３
のＰ形シリコンにより第１エピタキシャル層４４の表面
に開口部４２を塞ぐようにして第一振動子２６Ａに相当
する第２エピタキシャル層４５を選択エピタキシャル成
長させる。

■第３ステップとしてボロンの濃度が１０ＩＩＩｃｍ”
−’のＰ形シリコンにより第２エピタキシャル層４５の
表面に隙間対応部の上半分として機能する第３エピタキ
シャル層４６を選択エピタキシャル成長させる。

■第４ステップとして、ボロンの濃度が１０２’ｃｍ−
”のＰ形シリコンにより第３エピタキシャル層４６の表
面に後述するシェルに相当する第４エピタキシャル層４
７を選択エピタキシャル成長させる。

なお、この場合に第３エピタキシャル層４６をリンの濃
度がＩＱ”ｃｍ−’のｎ形シリコンを用いても良い。

第５図（ｄ）はエツチング液を注入する注入［１を形成
する工程である。

この工程では保護ｌｌ！４１をフッ化水素酸（ＨＦ　）
でエツチングして除去し、第４エピタキシャル層４７の
側面にエツチング液を注入する注入［１４８を設ける。

第５図（ｅ）は振動子と基板などとの間に隙間を形成す
る選択エツチングの工程を示す。

Ｐ形の第４エピタキシャル層４７に対してＨ形の基板４
０が逆バイアスになるようにパルス電源ＥＰから正のパ
ルス電圧を印加して基板４０を保護しながら注入［１４
８からアルカリ液を注入して第１エピタキシャル層４４
と第３エピタキシャル層４６とを選択エツチングして除
去する。

なお、第３エピタキシャル層４６にリンの濃度かＩＱ”
ｃｍ−’のｎ形シリコンを用い、第４エピタキシヤルＨ
ＩＪ４７にボロンの濃度か１０２１０２Ｏ’のＰ形シリ
コンを用いても良い。

これ等は、ボロンの濃度か４ｘｌＯ”ｃｍ−３以上にな
るとエツチング作用に抑制現象が起きるのを利用してい
る。

最後に、第５図（ｆ＞に示す密封工程に移行する。

この工程では、１０５０”Ｃの水＊（Ｈ２）中でｎ形シ
リコンのエピタキシャル成長を行い、基板４０と第４エ
ピタキシャル層４７の外表面にエピタキシャル層５０を
形成してその一部でシェル５１を構成すると共に注入口
４８を閉じて密封する。

なお、この密封工程は、以上の方法以外に■熱酸化によ
り注入口４８を閉じる、■ポリシリコンをＣＶＤ法又は
スパッタ法により注入口４８に着膜させて注入口４８を
閉じる、■シリコンのエピタキシャル法の内の真空蒸着
法により注入口４８を埋める、或いは■絶縁物、例えば
ガラス（ｓ　ｒＯ２）、窒化物、アルミナなどをＣＶＤ
法、スパッタ法、或いは蒸着法により注入口４８を埋め
るようにしても良い。

この後、図示していないが、基板４０の底面側からエツ
チングによって基板を掘り起こしてダイアフラム２５を
形成する。

このような製造方法をとることによって、次のような効
果が期待できる。

第１に、基板４０と第一振動子２６Ａとして機能する第
２エピタキシャル層４５、およびシェル５１が一体とし
て形成されるので、基板４０とシェル５１とを接合する
必要がなく、接合に基づく不安定さを回避することがで
きる。

第２に、単純な構造で外気と振動子とを絶縁できるので
、小形化が容易に出来る。

第３に、半導体プロセス技術を利用しているので、振動
子やシェルの正確な位置、厚さ、形状を容易に実現でき
る。

第６図はＨ形の振動子本体を形成する場合の工程の一部
を示す。

この場合は、第５図（ａ）、（ｂ）に示す工程に対して
第６図に示す工程を入れ替え、その他の工程は第５図に
示す工程と同一にすることによって、Ｉ］形の振動子本
体２４を実現することができる。

まず、第６図（ａ）に示すように、シリコンの基板４０
の結晶面（１００）の上面にシリコン酸化物或いはシリ
コン窒化物などの保護膜５２を形成した後、Ｈ形に開口
部をもつマスクを用いて基板４０の表面に形成された保
護ＰＩＡ５２をＨ形にホトリングラフィにより除去し保
護膜５２にＨ形の開［１部５３を形成する。

このＨ形の開口部５３は、第１振動子２６Ａ、２６Ｂと
第二振動子２７の各々で形成されるＨ形の梁の方向が基
板４０の結晶軸＜００１＞の方向とこれに直角の方向に
なるように配列する。

次に、第６図（ｂ）に示すように、このような開［１部
５３を持つ保ｆｉｌｌ！５２に対してエツチングをする
と基板４０に開［１部５３に対応するＨ形の凹部５４が
形成される。

この後は、第５図に示す工程に従って各工程を進めるこ
とにより、第１図に示すようなＨ形の振動子本体２４が
形成される。

第７図は第５図に示す製造工程における振動子の歩留ま
りを自重させ安定化するための工程を示す。

この工程は、第７図（Ｃ）を除き第５図に示す工程とほ
ぼ同一である。

第７図（ｃ）の工程は、第７図（ｂ）で形成した凹部４
３の表面にホウ素で高濃度Ｐ＋十のＰ形のエピタキシャ
ル７ｆｆ１７１を１μｍ以下に薄く形成した点にある。

この場合はＰ形のエピタキシャル層７１がエツチング液
でエツチングされるかされないかの限界付近、例えば３
Ｘ１０’　”　ｃｍ−”の程度の濃度にこの濃度を設定
すると良い。

この後、第７図（ｄ）のエピタキシャル工程、第７図（
ｅ）のエツチングの注入口を形成する工程を経て第７図
（ｆ）のエツチング工程に移行する。

この工程では、注入口４８からエツチング液を注入して
隙間対応部に相当する第１エピタキシャル層４４、第３
エピタキシャル層４６をエツチングして除去する。この
場合に、補助エピタキシャル層７１は本来Ｐ形で高濃度
であるのでエツチングされないが、その厚さが極めて薄
いので選択エピタキシャル工程のオートドープや熱工程
による拡散によりアルカリ液でエツチングされる程度に
ホウ素の濃度が低下してエツチングされ下地の基板４０
のｎ形面が表面に出る。

以上の工程について、第８図と第９を用いて更に詳細に
説明する。

第７図（Ｃ）の工程において、補助エピタキシャル層７
１がない場合には、第７図（ｆ）のエツチング工程にお
いてｎ形の基板４０とＰ形の第１エピタキシャル層４４
との間のＰＮ接合部にホウ素が島状に残る。

この島状に残ったＰ形の残留部７２（第８図）はエツチ
ング中にエツチング液であるアルカリ液との境界面にお
いてＮ形に反転するＮ形反転層７３を形成し、このため
パルス電源Ｅｐ　　（第７図（ｆ））から矢印の示すよ
うに電流１１の流れる道が出来て残留部７２の表面が保
護されてエツチングされず、振動子の下が部分的にエツ
チングされないなどの問題が生じ易い。

そこで、第９図に示すように１μｍ以下の薄いＰ形の高
濃度Ｐ”　（３Ｘ１０”　ｃｍ−”（１）程度）のホウ
素のドープ層である補助エピタキシャルＭ７１を基板４
０の上面に形成し、洩れ電流ｉｌを遮断してこの残留部
７２が形成されないようにして安定なエツチングを確保
し、これにより生産性向上を図っている。

この後の工程は、第５図（ｆ）に示す工程と同一の工程
によりシェルを形成する。

第１０図はシェルの内部を真空に保持する振動子本体の
Ｗ４造を実現する製造方法の要部を示す工程図である。

高いＱファクタを維持して感度良く圧力などを検出する
なめには、振動子の周囲を真空に保持しておく必要があ
る。この場合に、このような梁状の振動子２６Ａ、２６
Ｂ〜２７をダイアフラム２５に一体として形成される構
造の振動式トランスデユーサではその製造法に工夫を要
する。

第１０図では第１図に示す振動子本体のうち第一振動子
をベースとしてその周囲を真空に保持する場合を例にと
って説明する。

第５図（ａ）〜第５図（ｅ）までの工程は同一であり、
これにより第５図（ｆ）に相当する第１０図（ａ＞のエ
ツチング結果を得る。

第１０図（ｂ）の工程では、全体を１０５０゜Ｃの温度
で水素Ｈ２の雰囲気中又は真空中で基板４０と第４エピ
タキシャル層４７の外面の部分にｎ形のエピタキシャル
成長をさせる。このエピタキシャル成長により、基板４
０と第４エピタキシャル層４７との間に形成された注入
「１４８が埋められてシェル５１が形成され、内部に棒
状の第２エピタキシャル層で形成された例えば第１ｆＡ
動子２６Ａをもつ振動式トランスデユーサの振動子本体
が形成される。

この場合、第１振動子２６Ａの周囲と中空室７４の内面
には注入口４８の隙間（１）相当の厚さのｎ形層が形成
される。

この第１０図（ｂ）の工程では水素Ｈ２の雰囲気中でエ
ピタキシャル成長をさせたので、シリコンの単結晶で出
来た基板４０とシェル５１との間に形成された中空室７
４の中には水素Ｈ２が封入されている。

そこで、第１０図（ｃ）に示すように９００゜Ｃで真空
とした雰囲気の中にこの振動子本体を持つ振動式トラン
スデユーサを入れて、シリコンの結晶格子の間を通して
この水素Ｈ２を脱気して真空とする。このようにして得
られた真空度は１×１０’Ｔｏｒｒ以下となる。

なお、水素分圧の極めて少ない不活性カス、窒素ガスの
中でも同様の結果が得られている。

次に、第１１図を用いてこの脱気について説明する。第
１１図において、横軸は温度で縦軸は解離圧力を示して
いる。原点から斜めに引かれた直線は基板４０のシリコ
ン中に水素が吸収される領域とシリコンより外部に脱気
される領域とが分離される境界を示している。

この図によれば、′ｒ０例えば１２００”Ｋの真空中で
充分長い時間の間装置すれば、シェル５１の内部の水素
はシェル５１と基板４０のシリコンの中に吸収されてこ
れ等のシリコンの中に拡散され、その表面に達した水素
は周囲の圧力がＰＩ例えば１０−’Ｔｏｒｒ以下であれ
ば解離して放出される。

これによって、中空室７４の中を例えば１〇−”Ｉ’ｏ
ｒｒの真空度にすることができる。

以上の点は、前記のプロセスにより実験した結果、シェ
ル５１の内部の中空室７４をおよそ１０−コＴ　ｏ　ｒ
　ｒに相当する第１＠動子２６ＡのＱ値である３Ｘ１０
’以上の値が得られていることかられかる。

第１２図は第１０図に示す工程の一部を変更した工程図
である。

第１０図（ａ）までの工程は同一であり、この後に第１
２図（ａ）の工程に移る。

第１２図（ａ）の工程は第１０図（ａ）の工程で、エツ
チングにより注入口４８を形成したが、この注入口４８
を封じる他の工程である。

この工程では、第２エピタキシャル層４５に対して第一
振動梁２６Ａとなる第４エビエピタキシャル層４７とシ
リコンの基板４０とで形成される間隙に酸素を置換した
後、アモルファスシリコンをスパツクして注入口４８を
封じ、シェルフ５を形成する。

この後、第１２図（ｂ）の工程に移り、脱気する。この
工程では、振動子本体を含む振動形トランスジューサを
９００°Ｃ以上の温度の真空中に置き第１２図（ａ）の
工程で中空室７４に封じろれな酸素で中空室７４の内壁
のシリコンを酸化することにより、或いはシリコン中の
酸素の拡散によりその一部分かシリコンの表面から放出
されることにより真空度を上げる。

以上の本発明による製造方法によれば、シリコンの基板
に対して所定の間隙を持って振動子を一体に形成した後
、格別の加工をすることなく所定の工程で真空にしたの
で、圧力特性及び温度特性の優れた振動形トランスジュ
ーサを実現することができる。

第１３図は振動子に初期張力を付与した振動式トランス
デユーサの要部構成を示した断面図である。

振動子本体は、例えばｎ形シリコンの基板４０に両端が
固定されこの両端を除いて基板４０と所定の間隔を保持
してＰ形の振動子１３が固定され、その上はシリコンの
シェル５１で基板４０と一体に覆われ、これ等に囲まれ
て中空室７４が形成されている。この中空室７４の内部
は真空に保持されている。

そして、ダイアフラム２５に例えば測定圧力Ｐ責が印加
されてこのダイアフラム２５に両端が固定された振動子
７６に生じる歪みに対応した振動子７６の共振周波数を
測定することにより測定圧力Ｐｔａを知る。

ところで、振動子７６は測定圧力Ｐ１Ｎがゼロの時でも
初期張力を与えておかないと、測定圧力Ｐ亀により座屈
を起こして測定できない状態となり、またこの初期張力
のバラツキを制御しておかないと感度のバラツキも生じ
ることになる。

以下この点について説明する。第１４図は各種の不純物
の共有結合半径Ｒ４と、シリコンの共有結合半径ＲｓＪ
に対する各不純物の共有結合半径Ｒ，との関係を現して
いる。第１５図は不純物の濃度に対する格子定数の変化
を示している。第１４図から判るようにシリコン（Ｓ、
）の共有結合半径Ｒｓｊ１．１７八に対してリン（Ｐ）
は１゜１０八、ホウ素（Ｂ）は０．８８八と小さい、従
って、ホウ素或いはリンがシリコンの中に注入されると
この部分は引張歪を受ける。その歪みの程度は、第１５
図から、例えばホウ素が１０”ｃｍ−３の濃度の場合の
格子定数の変化は２Ｘ１０−３八であり、一方シリコン
の格子定数は５．４３１人であるので約４ｘｌＯ−’　
　（−２ｘｌＯ−’１５．４３１＞となる、４Ｘ１０−
’以上の歪みを与えるには、例えばホウ素を２倍の２×
１０”ｃｍ−’だけ注入ずれば、注入量に比例して８Ｘ
１０−’の初期張力が発生する。従って、任意の濃度の
ホウ素を注入すれば任意の初期張力を与えることができ
る。

第１３図に示す振動子７６はこれを利用して初期張力が
与えである。

なお、４Ｘ１０−’未満の歪みを与えるには、ｎ形シリ
コンの基板４０のリン濃度を上げてやるか、或いは振動
子７６を酸化して振動子の表面のホウ素を酸化膜の中に
偏析させ、ＢＨＦにより酸化膜を除去することにより振
動子７６の中のホウ素濃度を下げて歪みを４Ｘ１０−’
以下に調節できる。また、第１７図から判るようにホウ
素の濃度がＩＱ１７ｃｍ−’の程度ではほとんど歪みが
発生しないことが推定される。

第１６図は本発明の振動形歪センサの要部である振動子
本体の製造工程の要部を示す工程図である。

第１６図（ａ）は第５図（ａ）〜第５図（ｂ）の工程で
ＨＣｌエツチングされて凹部４３が形成された状態を示
している。

次に、第１６図（ｂ）に示すように、凹部４３の中に１
０５００Ｃの温度で水素ガスＨ２の雰囲気中で１０”ｃ
ｍ””３の濃度のホウ素（Ｐ形）を選択エピタキシャル
して第１エピタキシャル層４４を形成する。

この後、第１６図（ｃ）に示すように、第１エピタキシ
ャル層４４の上に１０５００Ｃの温度で水素ガスＨ２の
雰囲気中で１０２°ｃｍ−３の程度の濃度になるように
調整されたホウ素（Ｐ形）を選択エピタキシャルして振
動子７６となる第２エピタキシャル層７７を形成する。

これは、シリコンの共有結合半径が１．１７Ａであり、
ホウ素のそれは０．８８八であるので、ホウ素が部分的
にシリコンの中に注入されるとその部分が引張歪みを受
けるのを利用して振動子７６となる第２エピタキシャル
層７７のホウ素の濃度を調整してここに必要な初期張力
を与えるためである。

次に、第１６図（ｄ）に示すように、第２エピタキシャ
ル層７７の上に１０５０’Ｃの温度で水素ガスＨ２の雰
囲気中で、１０”ｃｍ”−’の濃度のホウ素（Ｐ形）を
選択エピタキシャルして第３エピタキシャル層４６を形
成する。

更に、第１６図（ｅ）に示すように、第３エピタキシャ
ル層４６の上に１０５０’Ｃの温度で水素ガスＨ２の雰
囲気中で、１０”ｃｍ−’の濃度のホウ素（Ｐ形）を選
択エピタキシャルして第４エピタキシャル層４７を形成
する。

第１６図（ｆ）は、第１６図（ｅ）に示す選択エピタキ
シャルの工程の後にＳ、Ｏ２の保護ｙ！Ａ４１を弗化水
素ＨＦでエツチングして除去（工程は図示せず）した状
態において、第１エピタキシャル層４４と第３エピタキ
シャル層４６を除去するエツチング工程を示している。

このエツチング工程では、図示していないが、アルカリ
の液中に全体が浸種されており、ｎ形のシリコンの基板
４０がｎ形の第２エピタキシャル層７７に対してプラス
の電位となるように直流パルス電源ＥＰからピーク値が
５Ｖで繰返し周期が０．０４Ｈｚ程度の正のパルス電圧
が印加されている。この電圧印加によりｎ形のシリコン
の基板４０と第４エピタキシャル層４７がその表面に不
溶性膜が形成されて不＠態化される結果、そのエツチン
グ速度が第１エピタキシャル層４４と第３エピタキシャ
ル層４６に対して大幅に遅くなるので、これを利用して
第１エピタキシャル層４４と第３エピタキシャル層４６
を除去する。さらに、第２エピタキシャル層７７はドー
プされたホウ素の濃度が４Ｘ１０”より大きいときには
エツチング速度がドーグされないシリコンの場合の通常
の速度から大幅に遅れる現象を利用して、第２エピタキ
シャル層７７を残して全体として第１６図（ｇ）に示す
ように一部に注入口４８をもち、さらにシリコンの基板
４０と第２エピタキシャル層７７との間に間隙を持つよ
うに形成される。

この後の工程については、第５図（ｇ）或いは第１０図
（ｂ）〜第１０図（ｅ）に示す工程と同様になる。この
ような工程をたどって第１３図に示す振動子本体の要部
が形成される。

なお、振動子７６の初期張力をさらに細かく調整するに
は、例えばｎ形のシリコンの基板４０の中のリン濃度を
調整して基板４０と第２エピタキシャル層７７との相対
歪みを利用して初期張力を調整するようにする。

或いは、エピタキシャルにより低濃度のｎ形シリコンを
適当な厚みで振動子７６に成長させることにより、見掛
けの初期張力を低下させることも出来る。また、熱酸化
することによっても、熱酸化膜の中に発生ずる圧縮歪み
が加わって見掛けの初期張力を調鰯することができる。

さらに、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着などによっても同じよ
うに初期張力を調整することができる。

いままでの実施例では、注入する原子をホウ素、或いは
リンとして説明したが、これに限定されることはない、
また、振動梁はシリコンに限ることもない。

以上の振動形歪センサは、圧力測定をベースとして説明
したが、これは加速度センサ、差圧センサなどにも適用
できる。

以上、具体的に説明したように本発明によれば、従来に
比べて簡単な構成で振動梁に初期張力を与えることがで
き、しかもその張力を容易に調整することができる。

次に、第１図に示す増幅器の詳細について説明する。

第２３図に示すような従来の振動式トランスデユーサは
、振動子が非線形領域で発振をする構成であるので、例
えばセナーダイオードで発振振幅を制限すると発振周波
数が変化し、また駆動電圧を一定に制御する構成では他
の共振系との結合や測定流体との接合状態などの境界条
件により振動子の振幅が変化することがしばしば生じ、
正確な共振周波数を発生することができないという問題
がある。第１７図に示す増幅器を用いることによってこ
のような問題を解決することができる。

第１７図は第１図に示す増幅器３９の詳細な構成を示す
回路図である。

ＡＭＣｌは増幅回路であり、その入力＠（＋）、（＝）
は振動子本体２４の出力端３７．３８に接続されている
。その出力端は結合コンデンサＣ５を介して更に増幅回
路ＡＭＣ２に入力されその出力電圧は結合点Ｊに出力さ
れる。その出力は位相調整回路Ｐ　ＨＣを介して利得調
整回路ＧＡＣに出力される。利得調整回路ＧＡＣは、そ
の初段で増幅した後、その増幅出力が抵抗Ｒ１゜、電界
効果トランジスタＱ１、トランス′ｒの直列回路に印加
され、このトランス′ｒ゛の２次側巻線から出力端子４
０にその大きさか制御された出力電圧を出力する。

一方、結合点Ｊの電圧ｖｊは半波整流回路ＨＷＲに入力
され、ここでこの電圧Ｖ」の大きさに対応した直流電圧
ＥＪに変換され、比較器ＣＭＰの反転入力端（−）に入
力される。比較器ＣＭＰの非反転入力端（＋）には振幅
設定回路ＡＳＣから基準電圧ｖＲが印加されており、比
較器ＣＭＰはこれ等の直流電圧ＥＪと基準電圧Ｅ」との
偏差を増幅してその出力端から電界効果トランジスタＱ
、のゲートにこの差電圧を印加してそのドレイン／ゲー
ト間の抵抗を調節してトランスＴに流れる電流を調節す
る。

なお、これ等の回路において、コンデンサＣ６と抵抗Ｒ
１７で位相調整し、抵抗Ｒ２６で出力端４０に現れる電
圧の振幅を設定する。

以上の構成において、増幅器３９から入カドランス２９
に電圧が印加されるとその出力から第１振動子２６Ａに
電流ｉが流れ、磁石１７による磁場との間で電磁力が作
用して第１振動子２６Ａが振動する。この振動は第２振
動子２７を介して第１振動子２６Ｂを振動させるが、第
１振動子２６Ｂには磁石１７から磁場が印加されている
ので、第１振動子２６Ｂには電圧ｅが発生し出カドラン
ス３６を介して増幅器３９に入力される。増幅器３９は
この電圧を増幅してその出力端子３５に増幅した電圧を
発生させる。

この増幅され、た電圧は再度入カドランス３３に印加さ
れ、第１振動子２６Ａに更に大きな電圧として印加され
る。

以上を繰り返して増幅器３９と振動子本体２４とを結合
するループは自励発振をする。そして、このループのル
ープゲインを１以上に設定しておくことにより、この自
励発振は持続する。

この場合に、この自励発振の電圧の振幅は基準電圧ｖＲ
に対して一定の誤差の中に入るように制御される。

すなわち、結合点の電圧Ｖ、に対応する直流電圧Ｅｊが
基準電圧ｖＲに対して大きいときはこれらの偏差に応じ
て比較器ＣＭＰの出力で電界効果トランジスタＱ１の内
部抵抗を増加させてトランスＴに流れる電流を小さくし
て出力端子３５に現れる電圧を小さくする。この結果、
振動子本体２４に印加される電圧が小さくなり、増幅器
３９に入力される電圧が小さくなる。

逆に、結合点の電圧Ｖ、に対応する直流電圧Ｅ４が基準
電圧ＶＲに対して小さいときはこの逆に動作する。

このようにして常に発振振幅は基準電圧ｖＲに一定の誤
差の範囲内で一致するように動作する。

この誤差は比較器ＣＭＰの（出力電圧／比較器ＣＭＰの
ゲイン）で決定される。従って、比較器ＣＭＰのゲイン
が大きければ誤差は無視できる値となり、常に振動子の
振幅は基準電圧ＶＲに等しくなるように動作する。

次に、第１８図と第１９図を用いて第１７図に示す回路
構成をとったときの効果について説明する。

第１８図は第１７図に示す回路構成を採用したときの効
果を示しており、第１９図は第１７図に示す電界効果ト
ランジスタＱ１を除去して短絡し駆動力を一定（一定の
電源電圧による駆動）にしたときの従来の回路構成をと
ったときの効果をそれぞれ示している。いずれも、スパ
ンはＩＫｇ／ｃｍ’であり、横軸は圧力、縦軸は指示値
をそれぞれ示している。

これ等の結果から判るように、第１８図に示す場合は±
０．００５％程度の変動に対して第１９図に示す場合は
最大±０．０２５程度の変動を示しており、約５倍程度
の改善が図られている。

以上、具体的に説明したように本発明は、自励発振の発
振振幅は増幅器の途中から検出し、この検出した発振振
幅を予め設定した基準電圧と比較してこの基準電圧にな
るようにその後段に設けられた利得調節手段を調整する
ようにして振幅を一定に保持したので、発振振幅は外部
条件に左右されずに常に一定に保持され自励発振の発振
周波数の変動を来たすことはなく、高精度の振動式トラ
ンスデユーサを実現することができる。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば以下の効果を有する。

（ａ）第１請求項による構成によれば、振動子本体が励
振用の第一振動子２６Ａと起電力検出用の第一振動子２
６Ｂとに分けられており、更に第二振動子２７で第一振
動子２６Ａと２６Ｂの振動の腹の部分を機械的に結合す
るようにしなので、励磁電流成分を含まず、高い励振成
分の除去比（ＳＺＮ比）が得られ、安定な周波数出力信
号が得られる振動式トランスデユーサを実現することが
出来る。

＜ｂ）第２請求項による構成は振動子の梁の方向をシリ
コンの単結晶の結晶軸と関連させて限定したものであり
、第１請求項と同様な効果が期待できる。

（Ｃ）第３請求項による構成によれば、第１に基板と第
一振動子として機能する第２エピタキシャル層、および
シェルが一体として形成されるので、基板とシェルとを
接合する必要がなく、接合に基づく不安定さを回避する
ことができる。第２に単純な構造で外気と振動子とを絶
縁できるので、小形化が容易に出来る。第３に半導体プ
ロセス技術を利用しているので、振動子やシェルの正確
な位置、厚さ、形状を容易に実現できる。

（ｄ）第４請求項による構成は第３請求項に記載する製
造方法に対する各部の構成要素を導電形式で限定したも
のであり、第３請求項と同様な効果を有する。

（ｅ）第５請求項による構成によれは、第３請求項に記
載する製造方法をＨ形の振動子本体に対する製造方法に
適用したものであり、Ｈ形でも第３請求項の製造方法と
同様な効果を維持できる。

（ｆ）第６請求項による構成は第３請求項に記載した製
造方法を更に限定し振動子、隙間対応部、シェル相当部
とをエピタキシャル成長法により製造する製造方法どし
たものであり、第３請求項と同様な効果を有する。

（ｇ）第７請求項による構成によれば、第４請求項に記
載する製造方法に対して、更に歩留まりを向上させるよ
うにした製造方法を提供することができる。

（ｈ）第８請求項による構成によれば、シリコンの基板
に対して所定の間隙を持って振動子を一体に形成した後
、格別の加工をすることなく所定の工程で真空にしたの
で、圧力特性及び温度特性の優れた振動形トランスジュ
ーサを実現することができる。

（ｉ）第９請求項による構成によれば、第８請求項に対
する製造方法に対して水素ガス雰囲気の中で密封して真
空に保持するもので、第８請求項と同様な効果がある。

（ｊ）第１０請求項による構成によれば、第８請求項に
対する製造方法に対して酸素ガス雰囲気の中で密封して
真空に保持するもので、第８梢求項と同様な効果があり
、多様な製造方法が確保できる。

（ｋ）第１１請求項による構成によれば、従来に比べて
簡単な構成で振動子に初期張力を与えることができ、し
かもその張力を容易に調整することができる。

（り第１２請求項による構成によれば、第２請求項に記
載するＨ形の振動子に対して簡単な構成で振動子に初期
張力を与えることができ、しかもその張力を容易に調整
することができる。

＜ｍ）第１３請求項による構成によれば、自励発振の発
振振幅を増幅器の途中から検出し、この検出した発振振
幅を予め設定した基準電圧と比較してこの基準電圧にな
るようにその後段に設けられた利得調節手段をｆＩ整す
るようにして振幅を一定に保持したので、発振振幅は外
部条件に左右されずに常に一定に保持され自励発振の発
振周波数の変動を来なすことはなく、高精度の振動式ト
ランスデユーサを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体の構成を示す全体構成
図、第２図は第１図に示す振動子本体の要部の構成図を
示し、第２図（Ａ）はシェルを除去したときの上面図、
第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）のＢ−Ｂ−断面、第３図は
第１図に示す振動式トランスデユーサのＳ／Ｎ比を測定
した結果の特性を示す特性図、第４図は第１図に示す実
施例の変形実施例の要部を示す構成図、第５図は第１図
に示す振動式トランスデユーサを製造する製造方法を示
す工程図、第６図は第１図に示すＨ形の振動子本体を形
成する場合の工程の一部を示す工程図、第７図は第５図
に示す製造工程における振動子の歩留まりを向上させ安
定化するための工程を示す工程図、第８図は第５図にお
ける工程の改良点を説明する説明図、第９図は第７図に
おける補助エピタキシャル層の効果を説明する説明図、
第１０図はシェルの内部を真空に保持する振動子本体の
構造を実現する製造方法の要部を示す工程図、第１１図
は第１０図においてシェルの内側を真空にするための脱
気について説明する特性図、第１２図は第１０図に示す
工程の一部を変更した工程図、第１３図は振動子に初期
張力を付与した振動式トランスデユーサの要部構成を示
した断面図、第１４図は各種の不純物の共有結合半径Ｒ
Ｌとシリコンの共有結合半径Ｒ９Ｊに対する各不純物の
共有結合半径Ｒ９との関係を現わす特性図、第１５図は
不純物の濃度に対する格子定数の変化を示す特性図、第
１６図は第１３図に示す振動形歪センサの要部である振
動子本体の製造工程の要部を示す工程図、第１７図は第
１図に示す増幅器の詳細な構成を示す回路図、第１８図
は第１７図に示す増幅器の回路構成を採用したときの効
果を示す特性図、第１９図は第１７図に示す電界効果ト
ランジスタを除去して短絡し駆動力を一定（一定の電源
電圧による駆動）にしたときの回路の構成図、第２０図
は振動式トランスデユーサを圧力センサとして用いた構
成したときの従来の構成を示す斜視図、第２１図は第２
０図におけるＡ部を拡大しこれに振動検出回路を接続し
た構成図、第２２図は第２１図におけるＡ−Ａ−断面を
示す断面図、第２３図は第２１図に示す構成を電気的な
等価回路で示した説明図である。 １０・・・基板、１１・・・ダイアフラム、１６・・・
振動子、１７・・・磁石、２１・・・増幅器、２４・・
・振動子本体、２５・・・ダイアフラム、２６Ａ、２６
Ｂ・・・第一振動子、２７・・・第二振動子、２８・・
・凹部、３３・・・入カドランス、３６・・・出カドラ
ンス、３９・・・増幅器、４０・・・基板、４１・・・
保護膜、４２・・・開口部、４３・・・凹部、４４・・
・第１エピタキシャル層、４５・・・第２エピタキシャ
ル層、４６・・・第３エピタキシャル層、４７・・・第
４エピタキシャル層、４８・・・注入口、４９・・・酸
化シリコン膜、５０・・・エピタキシャル層、５１・・
・シェル、５２・・・保護膜、５３・・・開口部、５４
・・・凹部、７１・・・補助エピタキシャル層、７２・
・・残留部、７３・・・Ｎ形反転層、７４・・・中空室
、７５・・・シェル、７６・・・振動子、７７・・・第
２エピタキシャル層、ＡＭＣｌ・・・増幅回路、ＡＭＣ
２・・・増幅回路、ＰＨＣ・・・位相調整回路、ＧＡＣ
・・・利得調整回路、ＨＷＲ・・・半波整流回路、ＡＳ
Ｃ・・・振幅設定回路、ＣＭＰ・・・比較器。 ン　　由 −３置 周波枚 第　５　図 第　６　区 ｌ：＋４凹（支） 耳　７　図 ８　× ９　°２ 第１１図 第１Ｚ図 第１３区 第）５図 纂１６　図 ”ｓ　　１ａ　フ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン単結晶の基板上に設けられたシリコン単
   結晶材よりなる振動子本体と、該振動子本体を励振する
   励振手段と、前記振動子本体の励振された振動を検出す
   る振動検出手段とを具備する振動式トランスデューサに
   おいて、両端が前記基板に固定され互いに平行に配置さ
   れた２個の第一振動子と該第一振動子の中央部を機械的
   に結合する第二振動子とを有するＨ形の振動子本体と、
   該振動子本体に直交して直流磁界を印加する磁場印加手
   段と、一方の前記第一振動子の両端あるいは２個の第一
   振動子の一方の同一端側に交流電流を流して前記直流磁
   場との相互作用により振動子を振動させる励振手段と、
   他方の前記第一振動子の両端あるいは２個の前記第一振
   動子の他方の同一端側に発生する起電力を検出する振動
   検出手段と、前記励振手段と前記振動検出手段との間に
   接続された増幅手段とを具備することを特徴とする振動
   式トランスデューサ。
2. （２）前記各振動子が形成される基板の結晶面を（１０
   ０）とし、この結晶面に対して＜００１＞結晶軸の方向
   に梁状に前記各第一振動子が形成され、これ等の振動子
   に直角方向に前記第二振動子が形成されたＨ形の振動子
   本体を具備することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の振動式トランスデューサ。
3. （３）シリコン単結晶の基板上に形成された薄肉のダイ
   アフラムの上に端部を除きこのダイアフラムと所定の間
   隙を保って一体に梁状の振動子を形成し更にその上面を
   シェルによって前記振動子とは所定の間隙を保って覆う
   ように形成する振動式トランスデューサの製造方法にお
   いて、シリコン或いはシリコン酸化物よりなる前記間隙
   対応部と前記振動子とを前記基板と一体となるように形
   成し、この後前記間隙対応部の上部を前記シェルに相当
   するシェル相当部で前記基板と一体に覆い、次に前記間
   隙対応部に達するエッチング液の注入口を前記シェル相
   当部に形成して前記間隙対応部をエッチングにより除去
   した後、前記注入口を閉じて気密を保持するようにした
   ことを特徴とする振動式トランスデューサの製造方法。
4. （４）前記基板の導電形式がｎ形、前記隙間対応部の導
   電形式がＰ形、前記振動子と前記シェルがそれぞれ高濃
   度で導電形式がＰ形であることを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載の振動式トランスデューサの製造方法。
5. （５）前記基板の結晶面を（１００）面としこの面に対
   して結晶軸が＜００１＞の方向とこれと直角方向になる
   Ｈ状のエッチングマスクを用いて前記基板をエッチング
   して前記振動子の代りにＨ形の振動子本体が収納される
   Ｈ形の凹部を形成する工程が挿入されたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項記載の振動式トランスデユーザ
   の製造方法。
6. （６）前記基板の上にシリコン酸化物あるいは窒化物の
   保護膜を形成してその一部をエッチングにより除去して
   凹部を形成し、次にこの凹部の中に前記振動子と前記間
   隙対応部とシェル相当部とをエピタキシャル成長法によ
   り形成し、この後前記保護膜の残りの部分をエッチング
   により除去して前記注入口を形成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の振動式トランスデューサの
   製造方法。
7. （７）前記基板の上に厚さが１ミクロン以下で高濃度の
   Ｐ形の導電形式を持つ補助エピタキシャル層を形成する
   工程を挿入したことを特徴とする特許請求の範囲第４項
   記載の振動式トランスデューサの製造方法。
8. （８）前記隙間対応部をエッチングにより除去して中空
   室を形成した後、前記注入口をガス雰囲気中で封じてか
   ら、高温に保持することにより前記中空室を真空状態に
   したことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の振動
   式トランスデューサの製造方法。
9. （９）前記ガス雰囲気として水素ガスを用いたことを特
   徴とする特許請求の範囲第８項記載の振動式トランスデ
   ューサの製造方法。
10. （１０）前記ガス雰囲気として酸素ガスを用いたことを
    特徴とする特許請求の範囲第８項記載の振動式トランス
    デューサの製造方法。
11. （１１）両端がシリコンの基板に固定された梁状の振動
    子の共振周波数を測定することによりこの振動子の両端
    に加えられた歪みに関連する物理量を測定する振動式ト
    ランスデューサにおいて、前記振動子を構成する原子の
    結合半径より小さい結合半径を持つ他の原子を注入して
    所定の初期張力が与えられた振動子を具備することを特
    徴とする振動式トランスデューサ。
12. （１２）前記各振動子は前記各振動子を構成する原子の
    結合半径より小さい結合半径を持つ他の原子を注入して
    所定の初期張力が与えられたことを特徴とする特許請求
    の範囲第２項記載の振動式トランスデューサ。
13. （１３）前記増幅器として、前記振動子本体から出力さ
    れた信号を増幅する第１増幅手段と、この第１増幅手段
    の出力に関連する信号を増幅してその利得を調節する利
    得調節手段と、前記第１増幅手段の出力の振幅に関連す
    る信号と所定の基準値とを比較しその差信号を出力する
    比較手段とを具備しこの差信号により前記利得調節手段
    を制御して前記自励発振の発振振幅を一定にするように
    したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の振動
    式トランスデューサ。