JPH04105369A - 半導体センサ - Google Patents

半導体センサ

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JPH04105369A
JPH04105369A JP2223322A JP22332290A JPH04105369A JP H04105369 A JPH04105369 A JP H04105369A JP 2223322 A JP2223322 A JP 2223322A JP 22332290 A JP22332290 A JP 22332290A JP H04105369 A JPH04105369 A JP H04105369A
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JP
Japan
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drain current
external force
semiconductor sensor
effect transistor
fet
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JP2223322A
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English (en)
Inventor
Katsuhiko Takebe
克彦 武部
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G—PHYSICS
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    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、圧力、加速度、機械的振動等の物理的外力
を検力する半導体センサに関する。
（従来の技術） 圧電性半導体に形成された電界効果トランジスタのゲー
トへ所定のゲート電圧を印加して所定のドレイン電流を
流した状態で、この電界効果トランジスタに印加される
外力をドレイン電流またはドレイン電圧の変化に基づい
て検出する半導体センサは知られている。
ドレイン電流を多く流すほど外力検出出力は大きくなる
ので、従来は外力無印加時のドレイン電流を大きな値に
なるようゲートバイアス電圧を設定して外力の検出感度
を高めるようにしていた。
（発明が解決しようとする課題） しかし、ドレイン電流を大きな値に設定して大きな検出
出力を得るようにした場合、検出出力の精度が低下する
ことが実験の結果判明した。これは、ドレイン電流の増
加に伴って、電界効果トランジスタ自体の発生する雑音
電流が増加し、検出出力に対する雑音の比（Ｓ／Ｎ比）
が劣化するためである。
この発明はこのような課題を解決するためなさ、　　れ
たもので、Ｓ／Ｎ比の大きな検出出力を得ることのでき
る半導体センサを提供するものである。
（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため請求項１に係る半導体センサは
、外力検出用の電界効果トランジスタの外力無印加時の
ドレイン電流をこの電界効果トランジスタの最大ドレイ
ン電流の％以下に設定したことを特徴とする 請求項２に係る半導体センサは、外力無印加時のドレイ
ン電流を外力印加に伴うトレイン電流変化量Ｓと外力無
印加時の雑音電流Ｎとの比（Ｓ／Ｎ）が大となる範囲に
設定したことを特徴とする。
（作用） 外力無印加時のドレイン電流をこの電界効果トランジス
タの最大ドレイン電流の１／３以下、または、Ｓ／Ｎが
犬となる範囲に設定することにより、雑音電流の影響を
軽減した精度の高い外力検出力を得ることができる。
（実施例） 以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。
第１図はこの発明に係る半導体センサの回路構成図であ
る。
半導体センサ１は圧力、加速度、機械的振動等の物理的
な外力を検出する電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴと
記す）２と、このＦＥＴ２のドレイン電流ＩＤを人力と
して対応する電圧出力を発生する電流−電圧（Ｉ−Ｖ）
変換回路３と、ＦＥＴ２のゲートＧヘゲートバイアス電
圧ＶＧを印加するための抵抗Ｒ１，Ｒ２、および、電源
ＶＤＤから構成している。ＦＥＴ２のドレインＤはＶＤ
Ｄ電源へ接続され、そのゲートＧには抵抗Ｒ１，Ｒ２で
分圧されたゲートバイアス電圧ＶＧが印加される。
電流−電圧変換回路３は、演算増幅器３ａと帰還抵抗３
ｂとで構成している。ＦＥＴ２のソースＳは演算増幅器
３ａの反転入力端子３Ｃへ接続されている。演算増幅器
３ａの非反転入力端子３ｄをＧＮＤ電位とし、各入力端
子３ｃ、３ｄ間の電位差がほぼ零であることを利用して
、ＦＥＴ２を定電圧駆動する構成としている。
そして、ＦＥＴ２に外力（図中矢印で示す）が印加され
ていない状態で、ＦＥＴ２のドレイン電流ＩＤが、ＦＥ
Ｔ２の最大ドレイン電流ＩＤｍａｘの掻以下となるよう
抵抗Ｒ１，Ｒ２の定数を設定している。なお、電流−電
圧変換回路３，１３をＲけｆに、ＦＥＴ２のソースＳと
ＧＮＤ電位との間に負荷抵抗を接続し、ＦＥＴ２のソー
スＳから出力電圧を取り出す構成としてもよい。
第２図は半導体センサの他の実施例の回路図である。
この半導体センサ１１は、電流−電圧変換回路１３内の
演算増幅器３ａの非反転入力端子３ｄへ印加する電圧を
抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の分圧比で調節する構成としたもの
である。抵抗Ｒ１，Ｒ２の分圧によってＦＥＴ２のゲー
トＧへ与えられる電圧ＶＣを固定電圧とし、ＦＥＴ２の
ソース電圧■Ｓを抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の分圧比で調節し
て、ＦＥＴ２のゲート・ソース間電圧を制御してドレイ
ン電流ＩＤを調節できるようにしたものである。
そして、この半導体センサ１１は、外力無印加時のドレ
イン電流ＩＤを、外力印加によるドレイン電流変化量（
検出出力）Ｓと、外力無印加時のドレイン電流の変動量
（雑音電流）Ｎとの比（Ｓ／Ｎ）が大となる範囲に設定
している。
第３図および第４図は半導体センサの構造を示す斜視図
である。
第３図は応力歪、加速度等を検出するのに適するカンチ
レバータイプの構造を示したものである。この半導体セ
ンサ１，１１は、シリンコンＳｉ等からなる半導体基板
２１の上に、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）からなる
結晶成長層２２を工ビタキシャル成長させ、この結晶成
長層２２にＦＥＴ２を形成している。半導体基板２１の
下面の１部（図中の記号Ａで示す）をエツチング等で除
去し、この薄肉部にあたる位置にＦＥＴ２を形成してい
る。
ＦＥＴ２は、接合形ＦＥＴ　（Ｊ−ＦＥＴ）、ＭＥＳ−
ＦＥＴ、ＭＩＳ−ＦＥＴ、ＨＥＭＴのいずれの構造であ
ってもよい。そして、半導体基板２の一端側を固定した
状態で、他端側に半導体基板２１の板厚方向へ外力が加
わると、矢印Ａで示す部分の結晶成長層２２が屈曲する
。この屈曲にかかわるストレスによりＦＥＴ２のドレイ
ン電流ＩＤが変化する。なお、薄肉部以外の結晶成長層
に電流−電圧流体変換回路３を形成してもよい。
第４図は圧力等検出するのに適するダイヤフラム型の構
造したものである。この半導体センサ１．１１は、半導
体基板２１の中央部分（図中の一点鎖線で囲われた領域
）を薄肉部Ｂとしたものである。
第５図は半導体センサの外力検出出力電流およびノイズ
電流のドレイン電流特性を示すグラフである。
第５図のグラフに示した特性は、第２図に示した回路構
成において、最大トレイン電流３．６ｍＡのＧａＡｓＦ
　Ｅ　ＴのドレインＤに１．５Ｖの電圧を印加し、Ｒ１
を可変抵抗、Ｒ２を固定抵抗として、ＦＥＴのゲートに
電圧ＶＧを印加し、ＦＥＴのドレイン−ソース間電圧を
一定にした状態においてＲ１を変化させることによりゲ
ート電圧ＶＧを変化させて、ドレイン電流ＩＤを可変に
しながら２　ｘ　１０　”ｄｙｎｅ／ｃｍ２の外力を印
加した時の検出出力Ｓ（外力印加時のドレイン電流変化
量）と、外力を印加しない時のノイズ出力Ｎ（外力無印
加時のドレイン電流変化量）とを測定し、測定した結果
よりＳ／Ｎを算出したものである。横軸はトレイン電流
ＩＤを示し、実線は検出出力Ｓ１点線はノイズ出力Ｎ、
−点ＭＭはＳ／Ｎを示す。なお、検出出力Ｓ、ノイズ出
力Ｎの値は電流−電圧変換回路１３の出力電圧より換算
したものである。
ドレイン電流ＩＤの増加に伴いノイズ出力Ｎは大きくな
る。信号出力Ｓはドレイン電流ＩＤに比例して大きくは
ならないので、ドレイン電流ＩＤを最大ドイン電流ＩＤ
ｍａｘの約１／１０以上にするとＳ／Ｎは悪化する傾向
にある。
半導体センサ１．１１は、ＦＥＴ２のドレイン電流ＩＤ
を最大ドレイン電流ＩＤａ＋ａｘの１／３以下、または
、信号出力Ｓとノイズ出力Ｎとの比Ｓ／Ｎが大となる範
囲に設定しているので、精度の高い外力検出出力Ｓを得
ることがてきる。
（発明の効果） 以上説明したようにこの発明に係る半導体センサは、外
力検出用の電界効果トランジスタの外力無印加時のドレ
イン電流、最大ドレイン電流の１／３以下、または、外
力印加に伴うドレイン電流変化量Ｓと雑音電流Ｎとの比
（Ｓ／Ｎ）が大となる範囲に設定したので、雑音電流Ｎ
の影響を軽減した精度の高い検出出力を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明に係る半導体センサの回路構成図、第
２図はこの発明の係る他の半導体センサの回路構成図、
第３図はカンチレバー型の半導体センサの構造図、第４
図はダイヤフラム型の半導体センサの構造図、第５図は
外力検出出力電流およびノイズ電流のドレイン電流特性
を示すグラフである。 １．１１・・・半導体センサ、２・・・ＦＥＴ、３・・
・電流−電圧変換回路、ＩＤ・・・ドレイン電流、ＶＧ
・・・ゲート電圧、ＶＳ・・・ソース電圧。 特　許　出　願　人　　本田技研工業株式会社代理人　
　弁理士　　　下　　１）　容一部間　　　　弁理士　
　　　大　　橋　　邦　　産量　　　弁理士　　　小　
　山　　　　有回路構成 第１図 他の回路構成 筐９（支） 半導体センサの構造（カシチレハー型）第３図 １．１１ 半導体センサの横取ダイヤフラム型）

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体基板上に形成された電界効果トランジスタ
    のゲートへ所定のゲート電圧を印加して所定のドレイン
    電流を流した状態で、この電界効果トランジスタに印加
    される外力を電界効果トランジスタの特性の変化に基づ
    いて検出する半導体センサにおいて、外力無印加時のド
    レイン電流を前記電界効果トランジスタの最大ドレイン
    電流の１／３以下に設定したことを特徴とする半導体セ
    ンサ。
  2. （２）半導体基板上に形成された電界効果トランジスタ
    のゲートへ所定のゲート電圧を印加して所定のドレイン
    電流を流した状態で、この電界効果トランジスタに印加
    される外力を電界効果トランジスタの特性の変化に基づ
    いて検出する半導体センサにおいて、外力無印加のドレ
    イン電流を、外力印加に伴うドレイン電流変化量Ｓと外
    力無印加時のドレイン電流の変動量すなわち雑音電流の
    Ｎとの比（Ｓ／Ｎ）が大となる範囲に設定したことを特
    徴とする半導体センサ。
JP2223322A 1990-08-24 1990-08-24 半導体センサ Pending JPH04105369A (ja)

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