JPH04116707U - 歪ゲージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】歪ゲージに関し、その目的は、出力スパン特性
を任意に変更できる歪ゲージを提供することにある。 【構成】受力体を形成する半導体基板の一部に形成され
たＭＯＳ構造のトランジスタと、該ＭＯＳ構造のトラン
ジスタのゲート電極に電圧を印加して所望の出力スパン
に設定するゲート電圧回路とで構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は歪ゲージに関し、更に詳しくは、感度変更が可能な歪ゲージの構造に 関する。

【０００２】

【従来の技術】

圧力センサー等の力学量のセンサーを構成する際に、歪ゲージがよく使用され る。図４は従来のこのような歪ゲージの一例を示す構成図であり、拡散型ゲージ の例を示している。図において、ダイアフラム等の受力体を形成するｎ型Ｓｉ基 板１の表面には絶縁膜（ＳｉＯ_２）２が形成され、該絶縁膜２の一部は除去され てｐ型の拡散ゲージ３が形成されている。そして、絶縁膜２の表面には拡散ゲー ジ３の両端に接続されるようにＡｌの電極４が形成されている。

【０００３】 このような構成において、拡散ゲージ３は圧力等の力学量の入力に対して抵抗 値が線形に変化するピエゾ抵抗効果を示す。従って、拡散ゲージに矢印で示す方 向に電流を流すことにより、入力に対して線形に変化する出力電圧が得られる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このような従来の歪ゲージでは、１個で入力スパンの異なる力 学量を同じ出力スパンに変換して測定することは不可能であり、複数の入力スパ ンの力学量を測定するのにあたっては各入力スパンに適した入出力特性を持った 歪ゲージを用いなければならず、測定レンジを拡大するためには多種類の歪ゲー ジが必要になるという問題がある。

【０００５】 本考案は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力 スパン特性を任意に変更できる歪ゲージを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】 受力体を形成する半導体基板の一部に形成されたＭＯＳ構造のトランジスタと 、 該ＭＯＳ構造のトランジスタのゲート電極に電圧を印加して所望の出力スパン に設定するゲート電圧回路、 とで構成されたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】

ＭＯＳ構造のトランジスタのオン抵抗を拡散ゲージとして用いる。ゲート電極 に印加する電圧を一定に保ったときの入出力特性はほぼリニアになる。

【０００８】 このゲート電極に印加する電圧を変えることによって、１個の歪ゲージで任意 の出力スパン特性が得られ、測定レンジを拡大できる。

【０００９】

【実施例】

以下、図面を参照して、本考案の実施例を詳細に説明する。

【００１０】 図１は本考案の一実施例の構成図であり、図４と共通する部分には同じ符号を 付けている。図において、ｎ型Ｓｉ基板１の表面に形成された絶縁膜２の一部は 除去されてｐ型の拡散領域５が形成され、ＭＯＳ構造のトランジスタのソース領 域Ｓとゲート領域Ｇとドレイン領域Ｄが分離形成されている。そして、ソース領 域Ｓとドレイン領域Ｄの絶縁膜２の表面にはそれぞれＡｌの電極４が形成され、 ゲート領域Ｇの絶縁膜２の表面には多結晶シリコンよりなるゲート電極が形成さ れている。

【００１１】 図１の構造において、矢印で示す方向に電流が流れるように各領域Ｓ，Ｇ，Ｄ の電極に所定の電圧をかけることによりゲート領域Ｇの基板１の表面近傍にはｐ チャンネルが形成され、そのオン抵抗が従来の拡散ゲージと同様にピエゾ抵抗効 果素子として機能することになる。

【００１２】 図２は図１の構造の電気接続の一例を示す概念図である。ＭＯＳ構造のトラン ジスタのゲート領域Ｇにはゲート電圧Ｖ_Ｇを供給するための出力可変の直流電源 Ｖ_Ｘの正極側が接続され、該直流電源Ｖ_Ｘの負極側は接地されている。領域Ｓま たはＤの一方の領域Ａは抵抗Ｒ_２を介して電源Ｖ_ＣＣに接続されるとともに基板 １に接続され、他方の領域Ｂは抵抗Ｒ_１を介して接地されている。

【００１３】 図２の接続において、通常の電圧（ある値）を直流電源Ｖ_ＸよりＭＯＳ構造の トランジスタに加える。このとき、このトランジスタのオン抵抗をＲ_ｏｎとすれ ば、このダイヤフラムのΔＲ_ｏｎ／Ｒ_ｏｎ（Ｒ_ｏｎ…歪による抵抗値変化）は、 一定である。従って、Ｒ_１≫Ｒ_２≒Ｒ_ｏｎとすると、トランジスタのドレイン電 流Ｉ_Ｄは、ほぼＶ_ｃｃ／Ｒ_１となり一定である。又、出力電圧Ｖ_０は、Ｉ_ＤＲ_{ｏ ｎ} ＝Ｒ_ｏｎ・Ｖ_ｃｃ／Ｒ_１となる。

【００１４】 歪が加わりＲ_ｏｎ＋ΔＲ_ｏｎになるとき、出力電圧変化ΔＶ_０は、ΔＶ_０＝Δ Ｒ_ｏｎ・Ｖ_ｃｃ／Ｒ_１となりリニアな特性となる。

【００１５】 そこで、直流電源Ｖ_Ｘの出力電圧を変えることにより、図３に示すような種々 の入出力特性が得られる。

【００１６】 （例１）直流電源Ｖ_Ｘの出力電圧をある値にしたときの入出力特性で、この場 合には従来の拡散ゲージとほぼ同様なリニアの入出力特性になる。

【００１７】 （例２）直流電源Ｖ_Ｘの出力電圧を小さくしたときの出力特性で、この場合は 同じ出力スパンに対し入力スパンは例１に比べて小さくなる。

【００１８】 （例３）直流電源Ｖ_Ｘの出力電圧を大きくしたときの出力特性で、この場合は 、同じ出力スパンに対し入力スパンを広くとれる。

【００１９】 なお、上述実施例では基板１でダイアフラムを形成しているが、受力体は例え ばカンチレバーであってもよい。

【００２０】

【考案の効果】

以上詳細に説明したように、本考案によれば、以下のような効果が得られる。

【００２１】 従来の拡散ゲージの代わりにＭＯＳ構造のトランジスタのオン抵抗を用いてい るので、ゲート電極に印加する電圧を変えることによって感度を高したり低くし たりすることができる。これらの入出力特性を信号処理回路を用いて補正するこ とにより入力スパンの異なる圧力等の力学量の入力を同じ出力スパンとして取り 出すことが可能になる。

【００２２】 つまり、従来は各スパン毎に個別の歪ゲージが必要であったが、本考案によれ ば１個の歪ゲージのみでよく、従来のような歪ゲージのシリーズ化が不要になる という効果も期待できる。

【００２３】 このような歪ゲージは、圧力等の各種の力学量のセンサーとして好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の構成図である。

【図２】図１の構造の電気接続の一例を示す概念図であ
る。

【図３】図２の接続における種々の入出力特性図であ
る。

【図４】従来の一例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ ｎ型Ｓｉ基板 ２ 絶縁膜（ＳｉＯ_２） ４ Ａｌ電極 ５ ｐ拡散領域 ６ 多結晶シリコン

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 受力体を形成する半導体基板の一部に形
   成されたＭＯＳ構造のトランジスタと、該ＭＯＳ構造の
   トランジスタのゲート電極に電圧を印加して所望の出力
   スパンに設定するゲート電圧回路、とで構成されたこと
   を特徴とする歪ゲージ。