JPH03231176A - 振動子形半導体磁力計 - 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、小形化が容易で、安定度、精度が良好、かつ
センサチップ面に対し、水平方向の磁束成分に感度を有
する振動子形半導体磁力計に関すものである。

〈従来の技術〉 半導体を使用した磁気センサの代表としてホール素子が
ある。

第７図は従来より一般に使用されているホール素子の従
来例の原理的要部構成説明図である。

図において、 １はＰ形またはｎ形の不純物を注入したシリコン半導体
単結晶基板からなるホール素子の本体である。

２は本体１に定電流を印加する定電流回路である。

３は本体１の発生起電力を検出する出力回路である。

以上の構成において、本体１の発生起電力をＶ、磁束を
Ｂ、印加電流をＩ、本体１の厚さをｄとすれば、発生起
電力Ｖは Ｖ＝（ＢＩ）／ｎｅｄ ｎ：キャリア密度 ｅ：電荷素量 ホール素子は、容易に形成され、比較的感度も大きい為
、非常に広い応用範囲を有している。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様なホール素子装置においては、 （１）出力電圧Ｖがキャリア密度ｎに依存するため、高
精度の測定には必ず温度補償や外部からの不純物に対す
る保護が必要である。

（２）通常のル−ナープロセスで素子を形成する場合、
第８図に示す如く、チ１プ４の面に電極５等をも作り込
むようにするために、測定磁束の方向は、チップ面に垂
直となる。この場合、チップ４は電極等のスペース分、
本体ｌより外径が大きくなる。このため、第９図に示す
如く、磁気回路６のギャップ７近傍の漏れ磁束の測定の
ような場合には、チップ４の外径が邪魔になり測定出来
ない場合が生ずる。

本発明は、この問題点を解決するものである。

本発明の目的は、小形化が容易で、安定度、精度が良好
、かつセンサチップ面に対し、水平方向の磁束成分に感
度を有する振動子形半導体磁力計を提供するにある。

く課題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、半導体基板と、
該半導体基板に設けられた真空室と、該真空室に設けら
れ両端が前記半導体基板に支持され測定磁力が中心軸に
直交して加えられる梁状の振動子と、該振動子の両端に
交番＠流を印加する励振回路と、前記振動子の発生起電
力の振幅を検出して前記振動子に加えられた測定磁力を
測定する検出回路とを具備してなる振動子形半導体磁力
計を構成したものである。

く作用〉 以上の構成において、励振回路により、振動子の両端に
交番電流を印加する。振動子の中心軸に直交して測定磁
力が加わると、交番を流と測定磁力とに垂直な方向に力
が加わり、振動子は振動を始め、振動子には振動に応じ
た交番電圧が発生する。

この交番電圧の振幅を、検出回路で検出して振動子に加
えられた測定磁力を測定する事が出来る。

以下、実施例に基づき詳細に説明する。

〈実施例〉 第１図は本発明の一実施例の要部構成説明図、第２図は
第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は第１図の電気回路接続
図である。

図において、 １１は半導体基板、１２は半導体基板に設けられた真空
室である。

１３は、真空室１２に設けられ両端が半導体基板１１に
支持され測定磁、力が中心軸に直交して加えられる梁状
の振動子である。

１４は、第３図に示す如く、振動子１３の両端に交番電
流を印加する励振回路である。

１５は、振動子１３の発生起電力の振幅を検出して振動
子１３に加えられた測定磁力を測定する検出回路である
。

以上の構成において、励振回路１４により、振動子１３
の両端に交番；流■を印加する。

振動子１３の中心軸に直交して測定磁力Ｂが加わると、
交番；流■と測定磁力Ｂとに垂直な方向に力が加わり振
動子１３は振動を始め、振動子１３には振動に応じた交
番電圧Ｖが発生する。

この交番電圧の振幅ＶＰＰを検出回路１５で検出して振
動子１３に加えられた測定磁力Ｂを測定する事が出来る
。

出力電圧■の振幅ＶＰＰは印加された磁束密度Ｂと、励
振回路の周波数ｆによって変化する。而しである周波数
の値ｆｏで、振動子１３は共振する。この周波数ｆ０は
振動子１３の形状、材料によって決ってくる。

従って、周波数ｆ０での出力電圧ｖ０は、磁束密度Ｂに
依存する。

而して、第４図に示す如く、あらかじめ、正確に校正さ
れた磁束密度Ｂと、出力電圧Ｖの振幅Ｖｐｐとの関係を
得ておけば、測定磁力を印加した場合の、出力電圧Ｖの
振＠Ｖｐｐを測定する事により磁束密度Ｂを知ることが
出来る。

この結果、 （１）出力電圧Ｖは、印加電流Ｉ、磁束密度Ｂおよび物
理的共振状態に依存するが、印加；流Ｉを一定に保てば
、振動子１３の物理的共振状態は、非常に安定で、温度
係数はホール素子に比べて、極めて小さい。このため、
特に温度補償を行う必要が無い。

（２）振動子１３が真空室１２中に封止されているため
、振動子１３の物理的共振状態は、外部環境の影響を受
は難く、ホール素子の様な素子の保護を行なわなくても
、安定した特性が得られる。

（３）チップ５の面に対し、水平方向の磁束Ｂに対して
感度を持つために、第５図に示す如く、磁器回路６のギ
ャップの側面近傍の漏れ磁束測定の如き、形状的にホー
ル素子では測定出来なかった微小領域の磁束の測定が可
能となる。

第６図は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

本実總例においては、振動子１３を第１振動子１３１と
第２振動子１３２と、第１振動子１３１と第２振動子１
３２のそれぞれの中点を連結する連結梁１３３で構成し
、交番電流を印加する励振回路１４を第１振動子１３１
の両端に連結し、振動子の発生起電力の振幅を検出して
振動子に加えられた測定磁力を測定する検出回路１５を
第２振動子１３２に連結したものである このように構成すれば、励磁側のノイズを絶縁すること
ができ、ノイズ特性の良好な振動子形半導体磁力計が得
られる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明は、半導体基板と、該半導
体基板に設けられた真空室と、該真空室に設けられ両端
が前記半導体基板に支持され測定磁力が中心軸に直交し
て加えられる梁状の振動子と、該振動子の両端に交番電
流を印加する励振回路と、前記振動子の発生起電力の振
幅を検出して前記振動子に加えられた測定磁力を測定す
る検出回路とを具備してなる振動子形半導体磁力計を構
成した。

この結果、 （１）出力電圧は、印加電流、磁束密度および物理的共
振状態に依存するが、印加電流を一定に保てば、振動子
の物理的共振状態は、非常に安定で、１度係数はホール
素子に比べて、極めて小さい。

このため、特に温度補償を行う必要が無い。

（２）振動子が真空室中に封止されているため、振動子
の物理的共振状態は、外部環境の影響を受は難く、ホー
ル素子の様な素子の保護を行なわなくても、安定した特
性が得られる。

（３）チップの面に対し、水平方向の磁束に対して感度
を持つために、磁気回路ギヤー７７側面近傍の漏れ磁束
測定の如き、形状的にホール素子では測定出来なかった
微小領域の磁束の測定が可能となる。

従って、本発明によれば、小形化が容易で、安定度、精
度が良好、かつセンサチップ面に対し、水平方向の磁束
成分に感度を有する振動子形半導体磁力計を実現するこ
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要部工程説明図、第２図は
第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は第１図の電気回路接続
図、第４図、第５図は第１図の動作説明図、第６図は本
発明の他の実施例の要部構成説明図、第７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、第８図、第
９図は第７図の動作説明図である。 １１・・・半導体基板、１２・・・真空室、１３・・・
振動子、１４・・・励振回路、１５・・・検出回路。 第 ！ 図 第 図 １３葎勧予 □４十Ｂ 第 図 ゝ　ｔＪ　　Ｊ＆費力ｊ 第 図 Ｂ　→ 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基板と、 該半導体基板に設けられた真空室と、 該真空室に設けられ両端が前記半導体基板に支持され測
   定磁力が中心軸に直交して加えられる梁状の振動子と、 該振動子の両端に交番電流を印加する励振回路と、 前記振動子の発生起電力の振幅を検出して前記振動子に
   加えられた測定磁力を測定する検出回路と を具備してなる振動子形半導体磁力計。