JPH03233975A - 半導体センサ - Google Patents
半導体センサInfo
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- JPH03233975A JPH03233975A JP2029863A JP2986390A JPH03233975A JP H03233975 A JPH03233975 A JP H03233975A JP 2029863 A JP2029863 A JP 2029863A JP 2986390 A JP2986390 A JP 2986390A JP H03233975 A JPH03233975 A JP H03233975A
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
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- G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
- G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
- G01L23/18—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by resistance strain gauges
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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。
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〕
この発明は、多結晶シリコン抵抗体を歪ゲージとして用
いた半導体センサに関するものである。
いた半導体センサに関するものである。
半導体圧力センサは半導体で形成された抵抗体の応力に
よる抵抗値変動(ピエゾ抵抗効果)を用いて圧力を精度
よく検出できるものである。この半導体抵抗には従来、
単結晶シリコンが用いられている。近年、多結晶シリコ
ン抵抗を用いた半導体圧力センサの開発が盛んである。
よる抵抗値変動(ピエゾ抵抗効果)を用いて圧力を精度
よく検出できるものである。この半導体抵抗には従来、
単結晶シリコンが用いられている。近年、多結晶シリコ
ン抵抗を用いた半導体圧力センサの開発が盛んである。
この多結晶シリコン抵抗は絶縁物上に形成が容易で、薄
膜化により高抵抗体を形成でき、広い温度範囲にわたっ
て高精度な圧力測定が期待できるものである。そして、
この抵抗体の高抵抗化は、圧力センサの低消費電力化を
可能とする。
膜化により高抵抗体を形成でき、広い温度範囲にわたっ
て高精度な圧力測定が期待できるものである。そして、
この抵抗体の高抵抗化は、圧力センサの低消費電力化を
可能とする。
又、ピエゾ抵抗効果を用いた半導体圧力センサでは、4
つの抵抗体を受圧部(ダイアフラム)上に形成しフル・
ブリッジを組むようになっている。
つの抵抗体を受圧部(ダイアフラム)上に形成しフル・
ブリッジを組むようになっている。
このとき、温度による変動を避けるために抵抗の温度係
数(T CR)と感度の温度係数(T CK)とが、絶
対値が等しく符号が逆となるように、即ち、和が「0」
となるように半導体を形成して定電流自己温度補償を行
う。そして、この温度係数を制御するために不純物キャ
リア濃度の調整を行ってきた。又、多結晶シリコンにお
いても、5ensors andActuators、
17 (1989) 405414.5ensor
s andActoators、 17 (1989
)521−527にて、温度係数の不純物キャリア濃度
依存性を明らかにしている。尚、ここでのキャリア濃度
とは、結晶粒内のキャリア濃度である。
数(T CR)と感度の温度係数(T CK)とが、絶
対値が等しく符号が逆となるように、即ち、和が「0」
となるように半導体を形成して定電流自己温度補償を行
う。そして、この温度係数を制御するために不純物キャ
リア濃度の調整を行ってきた。又、多結晶シリコンにお
いても、5ensors andActuators、
17 (1989) 405414.5ensor
s andActoators、 17 (1989
)521−527にて、温度係数の不純物キャリア濃度
依存性を明らかにしている。尚、ここでのキャリア濃度
とは、結晶粒内のキャリア濃度である。
これら文献に示されている多結晶シリコンの膜厚は0,
4μm〜0.5μmと厚く、高抵抗化には薄膜化が必要
である。しかしながら、本発明者が測定した結果、多結
晶シリコンでは0.4μmよりも薄膜化していくと、同
一のキャリア濃度でありながら温度係数和が負となると
いう問題が生じるということが判明した。
4μm〜0.5μmと厚く、高抵抗化には薄膜化が必要
である。しかしながら、本発明者が測定した結果、多結
晶シリコンでは0.4μmよりも薄膜化していくと、同
一のキャリア濃度でありながら温度係数和が負となると
いう問題が生じるということが判明した。
以下に、薄膜化すると温度係数和が負となる理由につい
て考察してみる。第5図に示すように、多結晶シリコン
1は結晶粒2と粒界3とで形成されている。そして、ピ
エゾ抵抗効果は結晶粒2内での効果であるから、TCK
は結晶粒2内の不純物キャリア濃度によって決定される
。このため、TCKは膜厚によって変動しない。これに
対しTCRは、結晶粒内抵抗Rgの温度係数と粒界部抵
抗Rbの温度係数とから次のように与えられる。
て考察してみる。第5図に示すように、多結晶シリコン
1は結晶粒2と粒界3とで形成されている。そして、ピ
エゾ抵抗効果は結晶粒2内での効果であるから、TCK
は結晶粒2内の不純物キャリア濃度によって決定される
。このため、TCKは膜厚によって変動しない。これに
対しTCRは、結晶粒内抵抗Rgの温度係数と粒界部抵
抗Rbの温度係数とから次のように与えられる。
〈以下、余白〉
ただし、mは電流が通過する結晶粒の数nは電流が通過
する粒界の数 ΣRg十ΣRbは、多結晶シリコン シリ しwJ の総抵抗 つまり、第6図に示すように、結晶粒内抵抗Rgと粒界
部抵抗Rbとが交互に、かつ、直列に接続されたものと
みなすことができる。このとき、結晶粒2内は単結晶で
あるから△Rg/ΔT>0であり、粒界3内は非晶質と
考えられるためΔRb/△T<0となる。
する粒界の数 ΣRg十ΣRbは、多結晶シリコン シリ しwJ の総抵抗 つまり、第6図に示すように、結晶粒内抵抗Rgと粒界
部抵抗Rbとが交互に、かつ、直列に接続されたものと
みなすことができる。このとき、結晶粒2内は単結晶で
あるから△Rg/ΔT>0であり、粒界3内は非晶質と
考えられるためΔRb/△T<0となる。
そして、多結晶シリコン1の薄膜化を行うと、第7図に
示すように、結晶粒2の粒径よりその膜厚が薄くなる結
果、結晶粒2の単層構造となる。
示すように、結晶粒2の粒径よりその膜厚が薄くなる結
果、結晶粒2の単層構造となる。
この状態において、総抵抗R(=ΣRg+ΣRb)のう
ちの粒界部抵抗Rbの占める割合が上昇してくる。この
ため、薄膜化を行うと、TCPが負の方向へ変化し、温
度係数和(TCR+TCK)を負の方向へ変動させてし
まうものと思われる。
ちの粒界部抵抗Rbの占める割合が上昇してくる。この
ため、薄膜化を行うと、TCPが負の方向へ変化し、温
度係数和(TCR+TCK)を負の方向へ変動させてし
まうものと思われる。
この発明の目的は、キャリア濃度によらず他の要因によ
り、薄膜化した高抵抗歪ゲージの形成が可能で低消費電
力、かつ広い温度範囲にわたって高精度な半導体センサ
を提供することにある。
り、薄膜化した高抵抗歪ゲージの形成が可能で低消費電
力、かつ広い温度範囲にわたって高精度な半導体センサ
を提供することにある。
第1図には、各種膜厚(25nm〜1μm)の多結晶シ
リコン抵抗体を用いての多結晶シリコン抵抗体の比抵抗
と温度係数和(TCR+TCK)の測定結果を示す。そ
の結果、多結晶シリコン抵抗体の膜厚には無関係に比抵
抗のみによって温度係数和が決定されることが判明した
。一方、一般にセンサの使用温度範囲は最も狭い範囲で
あっても0℃〜40℃であるので、この温度範囲でセン
サの温度補償精度を±1%(フルスケール)とするため
には、±1%/±20°C=0±500ppm 10c
以下の温度係数が必要である。よって、0±500 p
pm/’Cの温度係数を満足するために、第1図によ
り1.9X10−3〜3.9X10−3Ω・cmの比抵
抗を有する多結晶シリコン抵抗体を形成すればよいこと
が分かった。
リコン抵抗体を用いての多結晶シリコン抵抗体の比抵抗
と温度係数和(TCR+TCK)の測定結果を示す。そ
の結果、多結晶シリコン抵抗体の膜厚には無関係に比抵
抗のみによって温度係数和が決定されることが判明した
。一方、一般にセンサの使用温度範囲は最も狭い範囲で
あっても0℃〜40℃であるので、この温度範囲でセン
サの温度補償精度を±1%(フルスケール)とするため
には、±1%/±20°C=0±500ppm 10c
以下の温度係数が必要である。よって、0±500 p
pm/’Cの温度係数を満足するために、第1図によ
り1.9X10−3〜3.9X10−3Ω・cmの比抵
抗を有する多結晶シリコン抵抗体を形成すればよいこと
が分かった。
そこで、この発明は、多結晶シリコン抵抗体を歪ゲージ
として用いた半導体センサにおいて、前記多結晶シリコ
ン抵抗体の比抵抗を1.9×103〜3.9X10−”
Ω・cmとした半導体センサをその要旨とするものであ
る。
として用いた半導体センサにおいて、前記多結晶シリコ
ン抵抗体の比抵抗を1.9×103〜3.9X10−”
Ω・cmとした半導体センサをその要旨とするものであ
る。
比抵抗が1.9X10−3〜3.9X10−3Ω・cm
の多結晶シリコン抵抗体を使用することにより薄膜化し
ても温度係数和(TCR+TCK)を0±500 p
pm/’Cの範囲内にできる。よって、薄膜化による高
抵抗化を図ることができる。
の多結晶シリコン抵抗体を使用することにより薄膜化し
ても温度係数和(TCR+TCK)を0±500 p
pm/’Cの範囲内にできる。よって、薄膜化による高
抵抗化を図ることができる。
以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。
明する。
第2図には本実施例の半導体センサの断面図を示し、当
該センサは所定の時間間隔(1/10のデユーティ)で
水道水の水圧を測定する圧力センサであり、例えば、洗
浄便座において温水と冷水とを混合して適切な噴出圧を
制御するシステムに利用できるものである。
該センサは所定の時間間隔(1/10のデユーティ)で
水道水の水圧を測定する圧力センサであり、例えば、洗
浄便座において温水と冷水とを混合して適切な噴出圧を
制御するシステムに利用できるものである。
パッケージll内にはパイレックスガラスよりなる台座
12が設けられ、台座12の上にはシリコン基板13が
陽極接合法により固定されている。
12が設けられ、台座12の上にはシリコン基板13が
陽極接合法により固定されている。
このシリコン基板13の中央部は薄膜化され受圧部(ダ
イアフラム)が形成されるとともに、受圧部の中央部に
は突起部13aが形成されている。
イアフラム)が形成されるとともに、受圧部の中央部に
は突起部13aが形成されている。
そのシリコン基板13の上面には絶縁膜としてのシリコ
ン酸化膜14が形成され、シリコン酸化膜14上には4
つの多結晶シリコン抵抗体15a。
ン酸化膜14が形成され、シリコン酸化膜14上には4
つの多結晶シリコン抵抗体15a。
15b、15c、15dが配設されている。この多結晶
シリコン抵抗体15a〜15dの膜厚は500人(0,
05μm)であり、比抵抗は1.9X 10−3〜3.
9 X 10−3Ωe cmとなっている。
シリコン抵抗体15a〜15dの膜厚は500人(0,
05μm)であり、比抵抗は1.9X 10−3〜3.
9 X 10−3Ωe cmとなっている。
つまり、最も狭いセンサの使用温度範囲である0°C〜
40℃に対しセンサの温度補償精度を±1%(フルスケ
ール)とするためには0±500pp m / ’C以
下の温度係数が必要であるので、第1図に基づ<1.9
X10−3〜3.9XlO−3Ω・cmの比抵抗を有す
る多結晶シリコン抵抗体を形成している。尚、0〜40
℃という温度範囲は、例えば、人体へ噴出する温水圧を
制御する洗浄便座システムにおいて、人体への影響のな
い温度範囲である。
40℃に対しセンサの温度補償精度を±1%(フルスケ
ール)とするためには0±500pp m / ’C以
下の温度係数が必要であるので、第1図に基づ<1.9
X10−3〜3.9XlO−3Ω・cmの比抵抗を有す
る多結晶シリコン抵抗体を形成している。尚、0〜40
℃という温度範囲は、例えば、人体へ噴出する温水圧を
制御する洗浄便座システムにおいて、人体への影響のな
い温度範囲である。
このセンサの製造方法を説明すると、熱酸化により(1
00)シリコン基板13の表面にシリコン酸化膜14を
形成する。次に、減圧CVD法によりシリコン酸化膜1
4の上に多結晶シリコンを堆積し、その後、多結晶シリ
コンをパターン化する。次に、多結晶シリコンの表面を
熱酸化してシリコン酸化膜■6を形成した後、多結晶シ
リコンに不純物をイオン注入して多結晶シリコン抵抗体
15a〜1.5 dを形成する。そして、注入不純物の
活性化アニールを行う。このとき、多結晶シリコン抵抗
体15a〜15dへの不純物のドーズ量を調整して(例
えば、1015〜1016ions/cnf程度)、比
抵抗を1.9X10−〜3.9X10−’Ω・cmに調
整する。
00)シリコン基板13の表面にシリコン酸化膜14を
形成する。次に、減圧CVD法によりシリコン酸化膜1
4の上に多結晶シリコンを堆積し、その後、多結晶シリ
コンをパターン化する。次に、多結晶シリコンの表面を
熱酸化してシリコン酸化膜■6を形成した後、多結晶シ
リコンに不純物をイオン注入して多結晶シリコン抵抗体
15a〜1.5 dを形成する。そして、注入不純物の
活性化アニールを行う。このとき、多結晶シリコン抵抗
体15a〜15dへの不純物のドーズ量を調整して(例
えば、1015〜1016ions/cnf程度)、比
抵抗を1.9X10−〜3.9X10−’Ω・cmに調
整する。
続いて、シリコン酸化膜14の上に表面保護膜17を形
成し、さらに、多結晶シリコン抵抗体15a〜15(i
と電気接続するためのアルミ電極配置18を形成する。
成し、さらに、多結晶シリコン抵抗体15a〜15(i
と電気接続するためのアルミ電極配置18を形成する。
そして、シリコン基板13の裏面から受圧部のエツチン
グ加工を行う。ついで、シリコン基板13と台座12と
を接合してパッケージ11に収納する。
グ加工を行う。ついで、シリコン基板13と台座12と
を接合してパッケージ11に収納する。
このように製造されたセンサにおいては、パッケージ1
1の接続孔11aは大気に開放されるとともに、接続孔
11bは水道管と接続される。よって、大気と水道水と
の間の圧力差によりシリコン基板13の受圧部(ダイア
フラム)が変形する。
1の接続孔11aは大気に開放されるとともに、接続孔
11bは水道管と接続される。よって、大気と水道水と
の間の圧力差によりシリコン基板13の受圧部(ダイア
フラム)が変形する。
第3図にはセンサの電気的構成を示す。4つの多結晶シ
リコン抵抗体15a−15dにてフルブリッジが形成さ
れ、多結晶シリコン抵抗体15a、15dは加圧時に負
の抵抗変化を示す受圧部位置に配置され、多結晶シリコ
ン抵抗体15b。
リコン抵抗体15a−15dにてフルブリッジが形成さ
れ、多結晶シリコン抵抗体15a、15dは加圧時に負
の抵抗変化を示す受圧部位置に配置され、多結晶シリコ
ン抵抗体15b。
15cは加圧時に正の抵抗変化を示す受圧部位置に配置
される。そして、入力端子aはアースされるとともに、
入力端子すは定電流回路19を介して3Vのリチウム電
池20(容量;o、5A−H)が接続されている。この
とき、多結晶シリコン抵抗体15a〜15dによるフル
ブリッジ回路の総抵抗値は150にΩとなっている。
される。そして、入力端子aはアースされるとともに、
入力端子すは定電流回路19を介して3Vのリチウム電
池20(容量;o、5A−H)が接続されている。この
とき、多結晶シリコン抵抗体15a〜15dによるフル
ブリッジ回路の総抵抗値は150にΩとなっている。
そして、入力端子a、 b間に定電圧を印加しておけば
、圧力印加時には出力端子c、 d間に電位差の変化
が生じる。この電位差が出力電圧として取り出され、増
幅器(図示時)にて増幅して出力される。そして、リチ
ウム電池20等の電池にてこの増幅器が駆動され、その
ための消費電流は8XIO−’Aである。又、ブリッジ
回路の消費電流は2X10−5Aである。よって、ブリ
ッジ回路と増幅器の全消費電流は1 (IX 10−’
Aであり、リチウム電池20により5年間のセンサ使用
が可能となる。 第4図にはセンサの温度特性を示す。
、圧力印加時には出力端子c、 d間に電位差の変化
が生じる。この電位差が出力電圧として取り出され、増
幅器(図示時)にて増幅して出力される。そして、リチ
ウム電池20等の電池にてこの増幅器が駆動され、その
ための消費電流は8XIO−’Aである。又、ブリッジ
回路の消費電流は2X10−5Aである。よって、ブリ
ッジ回路と増幅器の全消費電流は1 (IX 10−’
Aであり、リチウム電池20により5年間のセンサ使用
が可能となる。 第4図にはセンサの温度特性を示す。
多結晶シリコン抵抗体15a〜15dの抵抗値は正の温
度係数を示すとともに、入力端子a、 bに定電圧を印
加した場合における圧力印加時の出力電圧感度は負の温
度係数を示す。このとき、多結晶シリコン抵抗体15a
〜15dの抵抗値の温度係数(T CR)と定電圧印加
時の出力電圧感度の温度係数(T CK)とが、絶対値
が等しく符号が0 逆であるように、多結晶シリコン抵抗体15a〜15d
が形成されている。
度係数を示すとともに、入力端子a、 bに定電圧を印
加した場合における圧力印加時の出力電圧感度は負の温
度係数を示す。このとき、多結晶シリコン抵抗体15a
〜15dの抵抗値の温度係数(T CR)と定電圧印加
時の出力電圧感度の温度係数(T CK)とが、絶対値
が等しく符号が0 逆であるように、多結晶シリコン抵抗体15a〜15d
が形成されている。
そして、測定の際には、入力端子a、 bの間に定電流
を印加し温度を変化させると、入力端子a。
を印加し温度を変化させると、入力端子a。
bの間の電圧はTCRにて上昇して出力電圧はこの入力
電圧に比例して上昇しようとするが、出力電圧感度は温
度上昇に伴い負の温度係数で変化する。従って、TCR
+TCK=Oが成立して、温度係数が「0」となり温度
補償が行われる。
電圧に比例して上昇しようとするが、出力電圧感度は温
度上昇に伴い負の温度係数で変化する。従って、TCR
+TCK=Oが成立して、温度係数が「0」となり温度
補償が行われる。
このように本実施例においては、複数の多結晶シリコン
抵抗体15a〜15dを歪ゲージとしてブリッジを組ん
だ半導体センサにおいて、多結晶シリコン抵抗体15a
〜15dの比抵抗を1.9xio−’〜3゜9X10−
3Ω・cmとした。つまり、多結晶シリコン抵抗体の不
純物キャリア濃度によらず比抵抗をコントロールするこ
とにより温度係数和を0±500 p pm/℃とする
ことができる。
抵抗体15a〜15dを歪ゲージとしてブリッジを組ん
だ半導体センサにおいて、多結晶シリコン抵抗体15a
〜15dの比抵抗を1.9xio−’〜3゜9X10−
3Ω・cmとした。つまり、多結晶シリコン抵抗体の不
純物キャリア濃度によらず比抵抗をコントロールするこ
とにより温度係数和を0±500 p pm/℃とする
ことができる。
よって、高抵抗化のために多結晶シリコン抵抗体15a
〜15dを薄膜化(500人)してもTCRとTCKの
総和を0±500ppm/’Cにする1 ことができる。その結果、従来の単結晶シリコン技術で
はブリッジ回路の総抵抗が1にΩ〜4にΩであり、厚さ
0.4μm以上の多結晶シリコンを用いたものでも10
にΩ〜30にΩしか遠戚できなかったが、本実施例では
ブリッジ回路の総抵抗値を150にΩにできることによ
り低消費電力化を図ることができる。つまり、リチウム
電池20を用いて5年間のセンサ使用が可能となる。
〜15dを薄膜化(500人)してもTCRとTCKの
総和を0±500ppm/’Cにする1 ことができる。その結果、従来の単結晶シリコン技術で
はブリッジ回路の総抵抗が1にΩ〜4にΩであり、厚さ
0.4μm以上の多結晶シリコンを用いたものでも10
にΩ〜30にΩしか遠戚できなかったが、本実施例では
ブリッジ回路の総抵抗値を150にΩにできることによ
り低消費電力化を図ることができる。つまり、リチウム
電池20を用いて5年間のセンサ使用が可能となる。
尚、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば、上記実施例では多結晶シリコン抵抗体15a−
15dにてフルブリッジを形成したが、2つの多結晶シ
リコン抵抗体によりハーフ・ブリッジを形成しても同様
に作用し、圧力に応じた出力電圧を取り出すことができ
る。又、lっの多結晶シリコン抵抗体によりロード・セ
ルタイプの感圧素子を形成してもよい。
例えば、上記実施例では多結晶シリコン抵抗体15a−
15dにてフルブリッジを形成したが、2つの多結晶シ
リコン抵抗体によりハーフ・ブリッジを形成しても同様
に作用し、圧力に応じた出力電圧を取り出すことができ
る。又、lっの多結晶シリコン抵抗体によりロード・セ
ルタイプの感圧素子を形成してもよい。
又、本センサを圧力センサの他に加速度センサとして使
用してもよい。さらに、上記実施例では、シリコン基板
13を薄膜化した受圧部上にシリコン酸化膜14(絶縁
膜)を形成しその上に多結晶2 シリコン抵抗体15a−15dを形成したが、薄膜絶縁
膜上に多結晶シリコン抵抗体を形成し絶縁膜を受圧部と
した、いわゆる、マイクロダイアフラム構造としてもよ
い。
用してもよい。さらに、上記実施例では、シリコン基板
13を薄膜化した受圧部上にシリコン酸化膜14(絶縁
膜)を形成しその上に多結晶2 シリコン抵抗体15a−15dを形成したが、薄膜絶縁
膜上に多結晶シリコン抵抗体を形成し絶縁膜を受圧部と
した、いわゆる、マイクロダイアフラム構造としてもよ
い。
又、上記実施例では受圧部(シリコン基板13)の中央
に突起部13aを形成したが、突起部13aのない受圧
部を有するセンサに具体化してもよい 〔発明の効果〕 以上詳述したようにこの発明によれば、低消費電力で、
かつ広い温度範囲にわたって高精度な半導体センサとす
ることができる優れた効果を発揮する。
に突起部13aを形成したが、突起部13aのない受圧
部を有するセンサに具体化してもよい 〔発明の効果〕 以上詳述したようにこの発明によれば、低消費電力で、
かつ広い温度範囲にわたって高精度な半導体センサとす
ることができる優れた効果を発揮する。
第1図は比抵抗と温度係数和との関係を示す図、第2図
は実施例の半導体センサの断面図、第3図は半導体セン
サの電気回路図、第4図は温度の依存性を示す図、第5
図は多結晶シリコン抵抗体をモデル化した図、第6図は
多結晶シリコン抵抗体をモデル化した場合の等価回路図
、第7図は多結3 晶シリコン抵抗体をモデル化した図である。 15a〜15dは多結晶シリコン抵抗体。
は実施例の半導体センサの断面図、第3図は半導体セン
サの電気回路図、第4図は温度の依存性を示す図、第5
図は多結晶シリコン抵抗体をモデル化した図、第6図は
多結晶シリコン抵抗体をモデル化した場合の等価回路図
、第7図は多結3 晶シリコン抵抗体をモデル化した図である。 15a〜15dは多結晶シリコン抵抗体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、多結晶シリコン抵抗体を歪ゲージとして用いた半導
体センサにおいて、 前記多結晶シリコン抵抗体の比抵抗を1.9×10^−
^3〜3.9×10^−^3Ω・cmとしたことを特徴
とする半導体センサ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2029863A JP2890601B2 (ja) | 1990-02-08 | 1990-02-08 | 半導体センサ |
US08/284,292 US5622901A (en) | 1990-02-08 | 1994-08-02 | Method of forming a semiconductor strain sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2029863A JP2890601B2 (ja) | 1990-02-08 | 1990-02-08 | 半導体センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03233975A true JPH03233975A (ja) | 1991-10-17 |
JP2890601B2 JP2890601B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=12287811
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2029863A Expired - Lifetime JP2890601B2 (ja) | 1990-02-08 | 1990-02-08 | 半導体センサ |
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---|---|
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JP (1) | JP2890601B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004125516A (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-22 | Nagano Keiki Co Ltd | 歪み量検出装置及びその製造方法 |
WO2015072189A1 (ja) * | 2013-11-14 | 2015-05-21 | シャープ株式会社 | 圧力センサー、圧力センシングシステム、および圧力センサーの製造方法 |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6140746A (en) * | 1995-04-03 | 2000-10-31 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric thin film, method for producing the same, and ink jet recording head using the thin film |
US5783853A (en) * | 1996-01-02 | 1998-07-21 | Motorola, Inc. | Sensor having an offset voltage and method of operation |
US6107861A (en) * | 1998-01-27 | 2000-08-22 | Bristol Babcock, Inc. | Circuit for self compensation of silicon strain gauge pressure transmitters |
US6631646B1 (en) | 1998-02-18 | 2003-10-14 | Honeywell International Inc. | Electrically insulated strain gage |
US6635910B1 (en) | 1999-07-22 | 2003-10-21 | Measurement Specialties, Inc. | Silicon strain gage having a thin layer of highly conductive silicon |
JP2002340713A (ja) * | 2001-05-10 | 2002-11-27 | Denso Corp | 半導体圧力センサ |
JP3811042B2 (ja) * | 2001-10-04 | 2006-08-16 | アルプス電気株式会社 | 歪みセンサおよびその製造方法 |
US6647809B1 (en) | 2002-08-29 | 2003-11-18 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Silicon carbide high temperature anemometer and method for assembling the same |
US20070096918A1 (en) * | 2005-11-01 | 2007-05-03 | Jorge Badillo | Package opened indicating device |
US7412892B1 (en) | 2007-06-06 | 2008-08-19 | Measurement Specialties, Inc. | Method of making pressure transducer and apparatus |
JP5092167B2 (ja) * | 2009-03-24 | 2012-12-05 | 三菱電機株式会社 | 半導体圧力センサおよびその製造方法 |
EP2458359B1 (en) | 2009-07-24 | 2022-04-27 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor pressure sensor, pressure sensor device, electronic apparatus, and method for manufacturing semiconductor pressure sensor |
JP2019066454A (ja) | 2017-09-29 | 2019-04-25 | ミネベアミツミ株式会社 | ひずみゲージ、センサモジュール |
JP6793103B2 (ja) | 2017-09-29 | 2020-12-02 | ミネベアミツミ株式会社 | ひずみゲージ |
JP2019066312A (ja) | 2017-09-29 | 2019-04-25 | ミネベアミツミ株式会社 | ひずみゲージ |
JP2019066453A (ja) | 2017-09-29 | 2019-04-25 | ミネベアミツミ株式会社 | ひずみゲージ |
JP2019113411A (ja) | 2017-12-22 | 2019-07-11 | ミネベアミツミ株式会社 | ひずみゲージ、センサモジュール |
JP2019184344A (ja) | 2018-04-05 | 2019-10-24 | ミネベアミツミ株式会社 | ひずみゲージ及びその製造方法 |
EP3855148A4 (en) | 2018-10-23 | 2022-10-26 | Minebea Mitsumi Inc. | ACCELERATOR PEDAL, STEERING GEAR, 6-AXIS SENSOR, ENGINE, BUMPER AND THE LIKE |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4912795B1 (ja) * | 1968-12-05 | 1974-03-27 | ||
US4455567A (en) * | 1981-11-27 | 1984-06-19 | Hughes Aircraft Company | Polycrystalline semiconductor resistor having a noise reducing field plate |
JPS59117271A (ja) * | 1982-12-24 | 1984-07-06 | Hitachi Ltd | 圧力感知素子を有する半導体装置とその製造法 |
DE3319605A1 (de) * | 1983-05-30 | 1984-12-06 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Sensor mit polykristallinen silicium-widerstaenden |
US4579600A (en) * | 1983-06-17 | 1986-04-01 | Texas Instruments Incorporated | Method of making zero temperature coefficient of resistance resistors |
JPH0712086B2 (ja) * | 1984-01-27 | 1995-02-08 | 株式会社日立製作所 | ダイヤフラムセンサの製造方法 |
US4637126A (en) * | 1985-08-30 | 1987-01-20 | Rca, Inc. | Method for making an avalanche photodiode |
JPS62234363A (ja) * | 1986-04-04 | 1987-10-14 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体集積回路 |
JPS6323372A (ja) * | 1986-07-16 | 1988-01-30 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体歪検出器 |
JPS6323371A (ja) * | 1986-07-16 | 1988-01-30 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体歪検出器 |
JPS6352467A (ja) * | 1986-08-22 | 1988-03-05 | Hitachi Micro Comput Eng Ltd | 抵抗素子 |
US4762801A (en) * | 1987-02-20 | 1988-08-09 | National Semiconductor Corporation | Method of fabricating polycrystalline silicon resistors having desired temperature coefficients |
JPS63299159A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-06 | Hitachi Ltd | 半導体装置の製造方法 |
US4843027A (en) * | 1987-08-21 | 1989-06-27 | Siliconix Incorporated | Method of fabricating a high value semiconductor resistor |
JP2621357B2 (ja) * | 1988-05-27 | 1997-06-18 | 株式会社デンソー | 半導体歪検出器 |
-
1990
- 1990-02-08 JP JP2029863A patent/JP2890601B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-08-02 US US08/284,292 patent/US5622901A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004125516A (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-22 | Nagano Keiki Co Ltd | 歪み量検出装置及びその製造方法 |
US7331102B2 (en) | 2002-09-30 | 2008-02-19 | Nagano Keiki Co., Ltd. | Apparatus for detecting an amount of strain and method for manufacturing same |
WO2015072189A1 (ja) * | 2013-11-14 | 2015-05-21 | シャープ株式会社 | 圧力センサー、圧力センシングシステム、および圧力センサーの製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5622901A (en) | 1997-04-22 |
JP2890601B2 (ja) | 1999-05-17 |
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Legal Events
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