JPH0238934A - Vibration type semiconductor transducer - Google Patents

Vibration type semiconductor transducer

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JPH0238934A
JPH0238934A JP18985788A JP18985788A JPH0238934A JP H0238934 A JPH0238934 A JP H0238934A JP 18985788 A JP18985788 A JP 18985788A JP 18985788 A JP18985788 A JP 18985788A JP H0238934 A JPH0238934 A JP H0238934A
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vibrator
vibration
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vibrating
semiconductor transducer
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JP18985788A
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Kinji Harada
原田 謹爾
Kyoichi Ikeda
恭一 池田
Hideki Kuwayama
桑山 秀樹
Takashi Kobayashi
隆 小林
Tetsuya Watanabe
哲也 渡辺
Sunao Nishikawa
直 西川
Takashi Yoshida
隆司 吉田
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To enable high-S/N, stable self-oscillation by exciting a 1st vibrator and transmitting its vibration to a 2nd vibrator, and enabling a vibrator main body to excite and vibrate itself. CONSTITUTION:When an AC magnetic field is applied so as to cross the vibrators 31 and 32 to make an AC current flow to both ends of the 1st vibrator 13, the vibrators are excited through magnetic induction at right angles to the magnetic field and current. At such a time, the vibration frequency is a natural vibration frequency determined by the length, width, thickness, and tension of the 1st vibrator. The vibration energy of the 1st vibrator 31 is transmitted through the walls at both ends of the 2nd vibrator 31 and the 2nd vibrator 32 also vibrates at the same vibration frequency. The vibration of the 2nd vibrator 32 is detected by a vibration detecting means 50 and its frequency is sent out as an output signal and also fed back to an input transformer 41.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は振動形半導体トランスデユーサに関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a vibrating semiconductor transducer.

本発明はシリコン基板に形成した振動梁をその振動梁の
固有振動数で振動させておき、その基板に加えられる力
または環境の変化に対応して振動梁に生ずる振動周波数
の変化を検出する振動形トランスデユーサに関するもの
である。
The present invention vibrates a vibrating beam formed on a silicon substrate at the natural frequency of the vibrating beam, and detects the change in the vibration frequency that occurs in the vibrating beam in response to a force applied to the substrate or a change in the environment. The present invention relates to a type transducer.

さらに詳述すれば、S/N比が高く、自励発振を安定に
起こす事ができ、安価な振動形半導体トランスデユーサ
に関するものである。
More specifically, the present invention relates to an inexpensive vibrating semiconductor transducer that has a high S/N ratio, can stably generate self-oscillation, and is inexpensive.

〈従来の技術〉 第5図〜第8図は昭和61年6月6日出願の特願昭61
−131.456号「振動式半導体トランスデユーサ」
の一実施例の構成説明図である。
<Prior art> Figures 5 to 8 are from the patent application filed on June 6, 1988.
-131.456 “Vibrating semiconductor transducer”
FIG. 2 is a configuration explanatory diagram of an embodiment of the present invention.

第5図は振動形トランスデユーサを圧力センサとして用
いた構成斜視図、第6図は第5図におけるA部の拡大平
面図に電気配線を施した図、第7図は第6図のA−A断
面図、第8図(A)、(B)は第6図を電気回路で示し
た図であり、第8図(B)はp形層とn+形層の間に逆
バイアス電圧を印加するための電源を示している。
Fig. 5 is a perspective view of a configuration using a vibrating transducer as a pressure sensor, Fig. 6 is an enlarged plan view of part A in Fig. 5 with electrical wiring, and Fig. 7 is a diagram showing A in Fig. 6. -A cross-sectional view, Figures 8 (A) and (B) are diagrams showing Figure 6 as electrical circuits, and Figure 8 (B) shows a reverse bias voltage applied between the p-type layer and the n+ type layer. The power source for applying the voltage is shown.

これらの図において、 10は(100)面を有する、例えば不純物濃度10′
!原子/ c m ’以下のP形のシリコン基板である
In these figures, 10 has a (100) plane, for example, an impurity concentration 10'
! It is a P-type silicon substrate of less than atomic/cm'.

このシリコン基板10の一方の面にダイアフラム11が
エツチングにより形成されている。
A diaphragm 11 is formed on one surface of this silicon substrate 10 by etching.

このダイアフラム11の表面(エツチングしない面)に
は部分的に不純物濃度1017程度のn4拡散層(図で
は省略)が形成され、このn+拡散層の一部に振動梁1
2が<001>方向に形成されている。
An n4 diffusion layer (not shown in the figure) with an impurity concentration of about 1017 is partially formed on the surface of the diaphragm 11 (the surface that is not etched), and a vibration beam 1 is partially formed on this n+ diffusion layer.
2 is formed in the <001> direction.

なお、この振am12はダイアフラム11に形成された
n1層および2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。
Note that this vibration am12 processes the n1 layer and the second layer formed on the diaphragm 11 using photolithography and under-etching techniques.

13は振動梁12の略中央上部に振動梁12に直交し、
かつ、非接触の状態で設けられた磁石である。
13 is located approximately at the upper center of the vibrating beam 12 and is perpendicular to the vibrating beam 12;
In addition, the magnet is provided in a non-contact state.

14は絶縁膜としての8102膜(第7図参照)である
14 is an 8102 film (see FIG. 7) as an insulating film.

15a、15bは例えばアルミなどの金属電極で、この
金属電極15aの一端は振動梁12から延長したn十層
に5i02層に設けたコンタクトホール16a、を通じ
て接続され、他端はリード線を介して振動梁12の抵抗
値とほぼ等しい比較抵抗R0および増幅器20の一端に
接続されている。
15a and 15b are metal electrodes such as aluminum, and one end of this metal electrode 15a is connected to the n10 layer extending from the vibrating beam 12 through a contact hole 16a provided in the 5i02 layer, and the other end is connected via a lead wire. It is connected to a comparison resistor R0 whose resistance value is approximately equal to the resistance value of the vibrating beam 12 and to one end of the amplifier 20.

増幅器20の出力は出力信号として取出されるとともに
分岐して一次コイルL、の一端にt#続されている。こ
のコイルL1の他端はコモンラインに接続されている。
The output of the amplifier 20 is taken out as an output signal, branched off, and connected to one end of the primary coil L. The other end of this coil L1 is connected to a common line.

一方、比較抵抗R0の他端は中点がコモンラインに接続
した2次コイルL2の他端に接続され、この2次コイル
L2の他端は振動梁12の#1端に前記同様に形成され
た金属電極15bに接続されている。
On the other hand, the other end of the comparison resistor R0 is connected to the other end of the secondary coil L2 whose midpoint is connected to the common line, and the other end of this secondary coil L2 is formed at the #1 end of the vibrating beam 12 in the same manner as described above. The metal electrode 15b is connected to the metal electrode 15b.

上記構成において、P形NJ(基板10)とn+形層(
振動梁12)の間に逆バイアス電圧を印加して絶縁し、
振動梁12に交流@流iを流すと振動梁12の共振周波
数において電磁誘導作用により振動梁のインピーダンス
が上昇して、比較抵抗R0、および中点をコモンライン
に接続したし。
In the above configuration, the P type NJ (substrate 10) and the n+ type layer (
applying a reverse bias voltage between the vibrating beams 12) to insulate them;
When an alternating current i is applied to the vibrating beam 12, the impedance of the vibrating beam increases due to electromagnetic induction at the resonant frequency of the vibrating beam 12, and the comparison resistor R0 and the midpoint are connected to the common line.

により構成されるブリッジにより不平衡信号を得ること
ができる。この信号を増幅器20で増幅し、コイルし、
に正帰還すると、系は振動梁12の固有振動数で自動発
振する。
An unbalanced signal can be obtained by the bridge configured by This signal is amplified by an amplifier 20, coiled,
When positive feedback is given to , the system automatically oscillates at the natural frequency of the vibrating beam 12.

上記構成において、振動梁12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。
In the above configuration, the impedance R of the vibrating beam 12 increases according to the natural frequency. This impedance R is
It can be expressed as the following equation.

Rキ (1/222)  ・ (1/(Eg γ ) 
電/2 )(AB’ !’ /bh’ )・Q+R0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 !;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 Ro;直流抵抗値 上式によれば振動梁のQが数百〜数万の値をとるため、
共振状態において増幅器の出力として、大きな振幅信号
を得ることができる。このように、振動形半導体トラン
スデユーサ増幅器のゲインを充分取って正帰還するよう
に構成すれば系は固有振動数で自励発振する。
R Ki (1/222) ・ (1/(Eg γ )
Electricity/2 ) (AB'!'/bh' )・Q+R0 Here, E; Elastic modulus g: Gravitational acceleration γ; Density A of the material making up the vibrator; Constant B determined by the vibration mode; Magnetic flux density! ; Length of the vibrating beam b: Width of the vibrating beam h: Thickness of the vibrating beam Q; Sharpness of resonance Ro; DC resistance value According to the above formula, the Q of the vibrating beam takes a value of several hundreds to tens of thousands.
A large amplitude signal can be obtained as the output of the amplifier in the resonant state. In this way, if the oscillating semiconductor transducer amplifier is configured to have sufficient gain to provide positive feedback, the system will self-oscillate at its natural frequency.

しかしながら、この様な装置においては、振動梁12に
発生する逆起電力を交流ブリッジを用いて検出している
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から、ブリッジ出力には
wJ振雷電流成分乗ってくる。
However, in such a device, although the back electromotive force generated in the vibrating beam 12 is detected using an AC bridge, it is virtually impossible to completely suppress the excitation component of the excitation current with an AC bridge. Therefore, the wJ lightning current component is added to the bridge output.

このために、S/N比が悪く安定な出力信号が得られな
い。
For this reason, the S/N ratio is poor and a stable output signal cannot be obtained.

この様な問題点を解決するために、本願出願人は昭和6
2年10月28日出願の特願昭62−272653号「
発明の名称:振動形トランスデュサ」を出願している。
In order to solve these problems, the applicant of the present application
Patent Application No. 62-272653 filed on October 28, 2017
The title of the invention is: "Vibrating Transducer".

以下、この出願について、第9図から第12図により説
明する。
This application will be explained below with reference to FIGS. 9 to 12.

第9図は特願昭62−272653号の一実施例の原理
的要部構成説明図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating the basic structure of an embodiment of Japanese Patent Application No. 62-272653.

図において、第5図と同一記号の構成は同一機能を表わ
す。
In the figure, structures with the same symbols as in FIG. 5 represent the same functions.

以下、第5図と相違部分のみ説明する。Hereinafter, only the differences from FIG. 5 will be explained.

30は振動子本体である。振動子本体30は両端が基板
11に固定され互いに平行に配置された第1振動子31
.第2振動子32と第1振動子31、第2S動子32の
振動の腹の部分を相互に機械的に結合する連結梁33と
を備える。
30 is a vibrator main body. The vibrator main body 30 has both ends fixed to the substrate 11 and has first vibrators 31 arranged parallel to each other.
.. It includes a connecting beam 33 that mechanically couples the antinode portions of the second vibrator 32, the first vibrator 31, and the second S vibrator 32 to each other.

40は振動子本体30に直交する直流磁界を磁石13に
より加え第1振動子31の両端に交流電流を入カドラン
ス41により流して磁気誘導作用により振動子本体30
を磁界と電流に直交する方向に励振する励振手段である
Reference numeral 40 applies a direct current magnetic field perpendicular to the vibrator body 30 using the magnet 13, and causes an AC current to flow through the input cadence 41 at both ends of the first vibrator 31, thereby causing the vibrator body 30 to move by magnetic induction.
This is an excitation means that excites the magnetic field in a direction perpendicular to the magnetic field and the current.

入カドランス41は、二次側が第1@動子31の両端に
接続されている。
The input cadence 41 has a secondary side connected to both ends of the first @ mover 31.

50は第2振動子32の両端に発生する起電力を検出す
る振動検出手段である。この場合は、出カドランス51
、増幅器52が用いられている。
Reference numeral 50 denotes vibration detection means for detecting the electromotive force generated at both ends of the second vibrator 32. In this case, the output Lance 51
, an amplifier 52 are used.

出カドランス51の一次側は、第2振動子32の両端に
接続され、二次側は増幅器52を介して出力端子53に
接続されるとともに、分岐して入カドランス41の一次
側に接続されている。
The primary side of the output transformer 51 is connected to both ends of the second vibrator 32, and the secondary side is connected to the output terminal 53 via the amplifier 52, and is branched and connected to the primary side of the input transformer 41. There is.

以上の構成において、励振手段40に入力された入力信
号により、振動子本体30は励振される。
In the above configuration, the vibrator main body 30 is excited by the input signal input to the excitation means 40.

振動子本体30の振動は、振動検出手段50により検出
され出力信号として取出される。′この結果、振動子本
体30は、動転用の第1振動子31と、起電力検出用の
第2振動子32に分けられ、連結梁33で、第1@動子
31と第2振動子32の振動の腹の部分を結合するよう
にされたので、電気的には分離されているが、flI械
的には結合されているため、高い励振成分除去比(S/
N比)が得られる。
The vibration of the vibrator body 30 is detected by the vibration detection means 50 and taken out as an output signal. 'As a result, the vibrator main body 30 is divided into the first vibrator 31 for rotation and the second vibrator 32 for electromotive force detection, and the connecting beam 33 connects the first @ vibrator 31 and the second vibrator 32. Since the antinodes of the vibrations of flI are coupled together, they are electrically separated, but mechanically coupled, resulting in a high excitation component removal ratio (S/
N ratio) is obtained.

第10図は振動子本体30の実際例で、第11図は第1
0図のB−B断面図である。
FIG. 10 shows an actual example of the vibrator main body 30, and FIG. 11 shows the first
It is a BB sectional view of figure 0.

第11図において、振動子本体30は、振動子31.3
2のQ値を高くするために、シェル60で振動子本体3
0を覆い、振動子31.32の周面に隙間62を設けて
真空室61に封じ込められた状態を示す。
In FIG. 11, the vibrator body 30 includes a vibrator 31.3.
In order to increase the Q value of the transducer body 3 with a shell 60,
0 is covered, a gap 62 is provided on the circumferential surface of the vibrator 31, 32, and the vibrator 31, 32 is sealed in a vacuum chamber 61.

第9図、第10図においては、分りやすくするために、
シェル60は示されていない。
In Figures 9 and 10, for the sake of clarity,
Shell 60 is not shown.

この様な装置は、例えば、第12図に示す如くして作ら
れる。
Such a device can be made, for example, as shown in FIG.

(1)第12図(A)に示すごとく、n型シリコン(1
00)面にカットされた基板10に、シリコン酸化物あ
るいはシリコン窒化物の膜101を形成する。膜101
の所要の箇所102をホトリソグラフィにより除去する
(1) As shown in Figure 12 (A), n-type silicon (1
A film 101 of silicon oxide or silicon nitride is formed on the substrate 10 cut into the 00) plane. Membrane 101
Required portions 102 of are removed by photolithography.

(2)第12図(B)に示すごとく、1050℃の水素
(H2)雰囲気中で、塩化水素でエツチングを行い、基
板1に所要箇所102をエツチングして膜101をアン
ダーカットして、凹部103を形成する。
(2) As shown in FIG. 12(B), etching is performed with hydrogen chloride in a hydrogen (H2) atmosphere at 1050° C. to etch the required portions 102 on the substrate 1 to undercut the film 101 and create recesses. 103 is formed.

なお、塩化水素の代りに、高温水蒸気、酸素を用いるか
、あるいは、40℃〜130℃のアルカリ液による異方
性エツチングでもよい。
Note that instead of hydrogen chloride, high-temperature steam or oxygen may be used, or anisotropic etching may be performed using an alkaline solution at a temperature of 40 DEG C. to 130 DEG C.

(3)第12図(C)に示すごとく、1050℃の水素
(H2)雰囲気中でソースガスに塩化水素(HCl2)
ガスを混入して選択エピタキシャル成長法を行う。
(3) As shown in Figure 12 (C), hydrogen chloride (HCl2) is used as the source gas in a hydrogen (H2) atmosphere at 1050°C.
A selective epitaxial growth method is performed by mixing gas.

すなわち、 ■ボロンの濃度10”cm−2のP形シリコンにより、
隙間部62の下半分に相当する第1エピタキシャル層1
04を選択エピタキシャル成長させる。
That is, ■ P-type silicon with a boron concentration of 10"cm-2,
First epitaxial layer 1 corresponding to the lower half of the gap 62
04 is selectively epitaxially grown.

■ボロンの濃度3X10”cm−”のP形シリコンによ
り、第1エピタキシャル層104の表面に、所要の箇所
102を塞ぐように、振動子本体30に相当する第2エ
ピタキシャル層105を選択エピタキシャル成長させる
(2) A second epitaxial layer 105 corresponding to the vibrator main body 30 is selectively epitaxially grown on the surface of the first epitaxial layer 104 using P-type silicon with a boron concentration of 3×10 cm − , so as to cover the required portions 102 .

■ボロンの濃度10’ ” cm″2のP形シリコンに
より、第2エピタキシヤルNj105の表面に、隙間部
62の上半分に相当する第3エビタキシャル層106を
選択エピタキシャル成長させる。
(2) A third epitaxial layer 106 corresponding to the upper half of the gap 62 is selectively epitaxially grown on the surface of the second epitaxial Nj 105 using P-type silicon with a boron concentration of 10'''cm''2.

■ボロンの濃度3X10”am″2のP形シリコンによ
り、第3エピタキシャル層106の表面に、シェル60
に相当する第4エピタキシャル層107を選択エピタキ
シャル成長させる。
■A shell 60 is formed on the surface of the third epitaxial layer 106 by P-type silicon with a boron concentration of 3×10”am”2.
A fourth epitaxial layer 107 corresponding to 107 is selectively epitaxially grown.

(4)第12図(D)に示すごとく、シリコン酸化物、
あるいは、シリコン窒化物の膜101をフヅ化水素酸(
HF)でエツチングして除去し、エツチング注入口10
8を設ける。
(4) As shown in FIG. 12(D), silicon oxide,
Alternatively, the silicon nitride film 101 may be coated with hydrofluoric acid (
HF) to remove the etching inlet 10.
8 will be provided.

(5)第12図(E)に示すごとく、第4層に対して基
板10に正のパルスを印加して、エツチング液の注入口
108よりアルカリ液を注入して、第1エピタキシャル
層104と第3エピタキシャル層106を選択エツチン
グして除去する。
(5) As shown in FIG. 12(E), a positive pulse is applied to the substrate 10 for the fourth layer, and alkaline solution is injected from the etching solution injection port 108 to form the first epitaxial layer 104. Third epitaxial layer 106 is selectively etched and removed.

第2エピタキシャル層105と第1エピタキシャル層1
04あるいは第3エピタキシャル層106との間にエツ
チング作用の差があるのは、ボロンの濃度が3X10I
gcm−”以上となるとエツチング作用に抑制現象が生
ずることによる。
Second epitaxial layer 105 and first epitaxial layer 1
04 or the third epitaxial layer 106 because the boron concentration is 3X10I.
This is because when the value exceeds "gcm-", the etching action is inhibited.

このことは、例えば、「トランスデユ−サ87」日本電
気学会発行の123ページ Fig8に示されている。
This is shown, for example, in Fig. 8 on page 123 of "Transducer 87" published by the Institute of Electrical Engineers of Japan.

(6)第12図(F)に示すごとく、1050’Cの水
素(H2)中で、n形シリコンのエピタキシャル成長を
行い、第2エピタキシャル層105と第4エピタキシャ
ル層107と基板1の凹部103側の面を覆うと共に、
注入口108を塞ぐようにして、n形シリコンからなる
第5エピタキシヤル[109を形成し、エツチング注入
口108をとじる。
(6) As shown in FIG. 12(F), epitaxial growth of n-type silicon is performed in hydrogen (H2) at 1050'C, and the second epitaxial layer 105, the fourth epitaxial layer 107, and the recess 103 side of the substrate 1 are grown. In addition to covering the surface of
A fifth epitaxial layer [109] made of n-type silicon is formed so as to close the injection port 108, and the etching injection port 108 is closed.

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様な装置においては第1振動子31
.第2振動子32と連結梁33との結合部分が複雑とな
り、エピタキシャル成長が結晶方位によって異なるため
、結合部分の結晶形成が綺麗に出来ない、また、シェル
60と第1@動子31、第2振動子32との間の隙間6
2が狭くなる等の問題があり、製造上の歩留りを悪くす
るとの間詰があった。
<Problem to be solved by the invention> However, in such a device, the first vibrator 31
.. The joint part between the second vibrator 32 and the connecting beam 33 is complicated, and epitaxial growth differs depending on the crystal orientation, so crystal formation at the joint part cannot be performed neatly. Gap 6 between vibrator 32
There were problems such as the width of 2 becoming narrower, and there was a backlog that worsened the manufacturing yield.

本発明は、この問題点を解決するものである。The present invention solves this problem.

本発明の目的は、S/N比が高く、自動発振を安定に起
こす事ができ、安価な振動形半導体トランスデユーサを
提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vibrating semiconductor transducer that has a high S/N ratio, can stably cause automatic oscillation, and is inexpensive.

く問題点を解決するための手段〉 この目的を達成するために、本発明は、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
備する振動形半導体トランスデユーサにおいて、 両端が前記基板に固定され互いに平行に配置され長さと
幅と厚さがほぼ等しい第1振動子と第2振動子とを備え
る振動子本体と、該振動子本体に直交する直流磁界を加
え第1振動子の両端に交流を流を流して磁気誘導作用に
より振動子を磁界と電流に直交する方向に励振する励振
手段と、前記第2振動子の両端に発生する起電力を検出
し自励振するに必要なゲインを付与する増幅器と必要な
位相を与えるフィルターとを具備し前記振動子本体の固
有振動数で自励発振が持続するように構成された振動検
出手段とを具備してなる振動形半導体トランスデユーサ
を構成したものである。
Means for Solving the Problems In order to achieve this object, the present invention provides a vibrator body made of a silicon single crystal material provided on a silicon single crystal substrate, and a method for exciting the vibrator body. A vibrating semiconductor transducer comprising an excitation means and a vibration detection means for detecting the excited vibration of the vibrator body, wherein both ends are fixed to the substrate and are arranged parallel to each other, and the length, width and thickness are A vibrator body is provided with a first vibrator and a second vibrator that are substantially equal, and a direct current magnetic field orthogonal to the vibrator body is applied, and an alternating current is caused to flow across both ends of the first vibrator to cause the vibrator to move by magnetic induction. It is equipped with an excitation means that excites in a direction orthogonal to the magnetic field and the current, an amplifier that detects the electromotive force generated at both ends of the second vibrator, and provides a gain necessary for self-excitation, and a filter that provides a necessary phase. and vibration detecting means configured to sustain self-excited oscillation at the natural frequency of the vibrator body.

く作用〉 以上の構成において、基板に、外力が加えられる。Effect〉 In the above configuration, an external force is applied to the substrate.

振動子には、直交するように交流磁界をかけ、第1振動
子の両端に交番電流を′流すと、磁気誘導作用により、
磁界と電流とに直交する方向に励振する。
When an alternating current magnetic field is applied orthogonally to the vibrator and an alternating current is passed through both ends of the first vibrator, due to the magnetic induction effect,
Excite in the direction perpendicular to the magnetic field and current.

このときの振動周波数は、第1振動子の長さ、幅、厚さ
および張力により決まる固有振動数で励振する。
At this time, the vibration frequency is excited at a natural frequency determined by the length, width, thickness, and tension of the first vibrator.

このとき、第2振動子も、同形状、同張力であると、等
しい固有振動数を持つために、励振された第1振動子の
振動ネルギーが、第1振動子の両端の壁を介して伝達し
、第2振動子も同じ振動数で振動する。
At this time, if the second vibrator has the same shape and the same tension, it will have the same natural frequency, so the vibration energy of the excited first vibrator will be transmitted through the walls at both ends of the first vibrator. The second vibrator also vibrates at the same frequency.

振動子本体の振動は振動検出手段により検出され、その
周波数は出力信号として取出される。
The vibration of the vibrator body is detected by the vibration detection means, and its frequency is extracted as an output signal.

この結果、基板に加わった外力が検出出来る。As a result, the external force applied to the substrate can be detected.

以下、実施例に基づき詳細に説明する。Hereinafter, a detailed explanation will be given based on examples.

〈実施例〉 第1図は本発明の一実施例の要部構成説明図で、第2図
は実際の使用例、第3図は第2図のB−8断面図、第4
図は第1図の動作説明図である。
<Example> Fig. 1 is an explanatory diagram of the main part configuration of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is an actual usage example, Fig. 3 is a sectional view taken along line B-8 in Fig. 2, and Fig.
The figure is an explanatory diagram of the operation of FIG. 1.

図において、第9図と同一記号の構成は同一機能を表わ
す。
In the figure, structures with the same symbols as in FIG. 9 represent the same functions.

以下、第9図と相違部分のみ説明する。Hereinafter, only the differences from FIG. 9 will be explained.

第9図との相違は、第1@動子31と第2振動子32と
を連結する連結梁33がないのみである。
The only difference from FIG. 9 is that there is no connecting beam 33 connecting the first @ mover 31 and the second vibrator 32.

しかして、第1振動子31と第2振動子32とは近接し
て設けられ、その長さ、幅、厚さはほぼ等しく形成され
ている。
Thus, the first vibrator 31 and the second vibrator 32 are provided close to each other, and have substantially the same length, width, and thickness.

以上の構成において、基板1に外力が加えられる。In the above configuration, an external force is applied to the substrate 1.

振動子31.32には、直交するように交流磁界をかけ
、第1振動子31の両端に交番電流を流すと、磁気誘導
作用により、磁界と電流とに直交する方向に励振する。
When an alternating current magnetic field is applied orthogonally to the vibrators 31 and 32 and an alternating current is passed through both ends of the first vibrator 31, the vibrators 31 and 32 are excited in a direction perpendicular to the magnetic field and the current due to magnetic induction.

このときのgil動周波周波数第1振動子の長さ、幅、
厚さおよび張力により決まる固有振動数で励振する。
At this time, the length and width of the gil dynamic frequency first oscillator,
Excite with natural frequency determined by thickness and tension.

このとき、第2振動子32も、同形状、同張力であると
、等しい固有振動数を持つなめに、励振された第1振動
子31の振動ネルギーが、第1振動子31の両端の壁を
介して伝達し、第2振動子32も同じ振動数で振動する
At this time, when the second vibrator 32 has the same shape and the same tension, the vibration energy of the excited first vibrator 31 is transmitted to the walls at both ends of the first vibrator 31, since they have the same natural frequency. The second vibrator 32 also vibrates at the same frequency.

第2振動子32の振動は、振動検出手段により検出され
、その周波数は、出力信号として取出される。
The vibration of the second vibrator 32 is detected by the vibration detection means, and its frequency is extracted as an output signal.

この結果、基板1に加わった外力が検出出来る。As a result, the external force applied to the substrate 1 can be detected.

しかして、 (1)振動子本体30の形状が2本の振動子31゜32
のみとなり、第9図従来例の様な連結梁33が無くなっ
たために、製造プロセスの歩留が大幅に向上する。
(1) The shape of the vibrator main body 30 is that of two vibrators 31°32
Since the connecting beam 33 as in the conventional example shown in FIG. 9 is eliminated, the yield of the manufacturing process is greatly improved.

(2)励振電流を流す第1振動子31と、第2振動子3
2は電気的に完全に、絶縁されているため、高い励振成
分除去比(S/N比)が得られる。
(2) The first vibrator 31 through which excitation current flows and the second vibrator 3
2 is completely electrically insulated, so a high excitation component removal ratio (S/N ratio) can be obtained.

〈3)振動子本体30に、振動子31.32の軸に直角
方向に、第4図に示すごとき、歪みε。
(3) Strain ε is applied to the vibrator body 30 in a direction perpendicular to the axis of the vibrator 31, 32, as shown in FIG.

(例えば、静圧下の発生歪み)が加わると、従来例の振
動子本体30では、連結梁33のために、第4図(A)
の破線の様な変形を生じ、第1振動子31.第2振動子
32の固有振動数が変化するという問題があった。
(For example, strain generated under static pressure), in the conventional vibrator main body 30, due to the connecting beam 33, as shown in FIG. 4(A).
deformation as shown by the broken line occurs, and the first vibrator 31. There was a problem in that the natural frequency of the second vibrator 32 changed.

しかし、本発明では、第4図(B)の破線の様な変形を
生じ、誤差を生じない。
However, in the present invention, deformation as shown by the broken line in FIG. 4(B) occurs and no error occurs.

なお、上記トランスデユ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が変化するので、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。
The above transducer's vibration frequency changes depending on the temperature coefficient of silicon's elastic modulus, so in addition to being used as a pressure gauge, it can also be used as a thermometer by storing it in a vacuum container, and also as a density meter. .

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明は、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
振動形半導体トランスデユーサにおいて、 両端が前記基板に固定され互いに平行に配置され長さと
幅と厚さがほぼ等しい第1振動子と第2振動子とを備え
る振動子本体と、該振動子本体に直交する直流磁界を加
え第1振動子の両端に交流電流を流して磁気誘導作用に
より振動子を磁界と電流に直交する方向に励振する励振
手段と、前記第2振動子の両端に発生する起電力を検出
し自励振するに必要なゲインを付与する増幅器と必要な
位相を与えるフィルターとを具備し前記振動子本体の固
有振動数で自動発振が持続するように構成された振動検
出手段とを具備してなる振動形半導体トランスデユーサ
を構成した。
<Effects of the Invention> As explained above, the present invention provides a vibrator body made of a silicon single crystal material provided on a silicon single crystal substrate, an excitation means for exciting the vibrator body, and the vibrator body. A vibrating semiconductor transducer comprising: a vibration detecting means for detecting excited vibrations of a main body; A vibrator body comprising a second vibrator; a DC magnetic field orthogonal to the vibrator body is applied, an alternating current is passed through both ends of the first vibrator, and the vibrator is moved in a direction perpendicular to the magnetic field and current by magnetic induction; The device includes an excitation means for exciting, an amplifier for detecting the electromotive force generated at both ends of the second vibrator and giving a gain necessary for self-oscillation, and a filter for giving a necessary phase, and detecting the electromotive force generated at both ends of the second vibrator, and a filter giving a necessary phase. A vibrating semiconductor transducer is constructed, comprising a vibration detecting means configured so that automatic oscillation continues for several times.

この結果、基板に加わった外力が検出出来る。As a result, the external force applied to the substrate can be detected.

しかして、 (1)振動子本体の形状が2本の振動子のみとなり、従
来例の様な連結梁が無くなったために、製造プロセスの
歩留が大幅に向上する。
Therefore, (1) Since the shape of the vibrator main body is reduced to only two vibrators, and there is no connecting beam as in the conventional example, the yield of the manufacturing process is greatly improved.

(2)励振電流を流す第1振動子と、第2振動子は電気
的に完全に、絶縁されているため、高い励振成分除去比
(S/N比)が得られる。
(2) Since the first vibrator through which the excitation current flows and the second vibrator are completely electrically insulated, a high excitation component removal ratio (S/N ratio) can be obtained.

(3)@動子本体に、振動子の軸に直角方向に1、歪み
(例えば、静圧下の発生歪み)が加わると、従来例の振
動子本体では、連結梁のために、第1振動子第2振動子
の固有振動数が変化するという問題があった。
(3) When a strain (for example, strain generated under static pressure) is applied to the transducer body in a direction perpendicular to the axis of the transducer, in the conventional transducer body, the first vibration occurs due to the connecting beam. There was a problem in that the natural frequency of the second child oscillator changed.

しかし、本発明では、誤差を生じない。However, the present invention does not introduce any errors.

従って、本発明によれば、S/N比が高く、自励発振を
安定に起こす事ができ安価な振動形半導体トランスデユ
ーサを実現することが出来る。
Therefore, according to the present invention, it is possible to realize an inexpensive vibrating semiconductor transducer that has a high S/N ratio, can stably cause self-oscillation, and is inexpensive.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の原理的要部構成説明図、第
2図は実際使用例の要部構成説明図で、第3図は第2図
のB−8@面図、第4図は第1図の動作説明図、第5図
〜第8図は従来より一般に使用されている従来例の構成
説明図で、第5図はトランスデユーサを圧力計として構
成した斜視図、第6図は第5図におけるA部の拡大平面
図に電気配線を施した図、第7図は第6図のA−A断面
図、第8図は第6図を電気回路で示した図、第9図〜第
12図は特願昭62−272653号の構成説明図であ
る。 10・・・基板、11・・・ダイアフラム、13・・・
磁石、30・・・振動子本体、31・・・第1振動子、
32・・・第2振動子、40・・・励振手段、41・・
・入カドランス、42・・・入力端子、50・・・振動
検出手段、51・・・出カドランス、52・・・増幅器
、53・・・出力端子、60・・・シェル、61・・・
真空室、62・・・隙間。 第1図 第3図 第4図 第2図(A) 第5図 1P 第6図 第9図 第10図 第7図 単8図 (A3 第11図
Fig. 1 is an explanatory diagram of the principle main part configuration of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram of the main part composition of an example of actual use, and Fig. 3 is a diagram showing the B-8 4 is an explanatory diagram of the operation of FIG. 1, FIGS. 5 to 8 are explanatory diagrams of the configuration of a conventional example commonly used, and FIG. 5 is a perspective view of the transducer configured as a pressure gauge. Figure 6 is an enlarged plan view of part A in Figure 5 with electrical wiring, Figure 7 is a sectional view taken along line A-A in Figure 6, and Figure 8 is an electrical circuit diagram of Figure 6. , and FIGS. 9 to 12 are explanatory diagrams of the structure of Japanese Patent Application No. 62-272653. 10... Substrate, 11... Diaphragm, 13...
Magnet, 30... vibrator body, 31... first vibrator,
32... Second vibrator, 40... Excitation means, 41...
- Input transformer, 42... Input terminal, 50... Vibration detection means, 51... Output transformer, 52... Amplifier, 53... Output terminal, 60... Shell, 61...
Vacuum chamber, 62... gap. Figure 1 Figure 3 Figure 4 Figure 2 (A) Figure 5 1P Figure 6 Figure 9 Figure 10 Figure 7 Single 8 Figure (A3 Figure 11)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 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形半導体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長さと
幅と厚さがほぼ等しい第1振動子と第2振動子とを備え
る振動子本体と、該振動子本体に直交する直流磁界を加
え第1振動子の両端に交流電流を流して磁気誘導作用に
より振動子を磁界と電流に直交する方向に励振する励振
手段と、前記第2振動子の両端に発生する起電力を検出
し自励振するに必要なゲインを付与する増幅器と必要な
位相を与えるフィルターとを具備し前記振動子本体の固
有振動数で自励発振が持続するように構成された振動検
出手段とを具備してなる振動形半導体トランスデューサ
[Scope of Claims] A vibrator body made of a silicon single crystal material provided on a silicon single crystal substrate, an excitation means for exciting the vibrator body, and detecting the excited vibration of the vibrator body. A vibrating semiconductor transducer comprising: a vibrating semiconductor transducer comprising a first vibrator and a second vibrator having both ends fixed to the substrate, arranged parallel to each other, and having substantially equal length, width, and thickness; , an excitation unit that applies a DC magnetic field perpendicular to the vibrator body and flows an AC current to both ends of the first vibrator to excite the vibrator in a direction perpendicular to the magnetic field and the current by magnetic induction; and the second vibrator. The vibrator is configured to detect the electromotive force generated at both ends of the vibrator, and is equipped with an amplifier that provides the gain necessary for self-oscillation, and a filter that provides the necessary phase, so that the self-oscillation is sustained at the natural frequency of the vibrator body. A vibrating semiconductor transducer comprising vibration detecting means.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5246515A (en) * 1991-11-25 1993-09-21 The Goodyear Tire & Rubber Company Bead support system for use during tire manufacture
JP2005347676A (en) * 2004-06-07 2005-12-15 Yokogawa Electric Corp Oscillation-type transducer
JP2011257357A (en) * 2010-06-11 2011-12-22 Yokogawa Electric Corp Pressure detector

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