JPH0518050B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
＜産業上の利用分野＞
本発明はシリコン単結晶基板（以下、単にシリ
コン基板という）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、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
を検出する振動式トランスジユーサに関するもの
である。 ＜従来の技術＞ 従来半導体に振動梁を形成したトランスジユー
サとしては特開昭55−26487号公報に記載された
「圧力変換器とその製法」が知られている。上記
公報に示された変換器の概要を簡単に説明す 第１５図は斜視図、第１６図は平面図である。
これらの図において、１はシリコン基板である。
このシリコン基板１には所定の箇所（突起部１２
として残す２つの箇所と振動梁１４……公報では
繊維と呼んでいる）の部分に４×1019原子／cm3以
上のボロンを部分的にドープするとともに枠１０
として残す部分にマスクが施される。そして、こ
のシリコン基板をカテコール＋ジアミン酸の水溶
液により異方性エツチングを行うと、枠１０と突
起部１２、隔膜１３および振動梁１４の部分のみ
を残してエツチングされ、突起部１２の頂部に振
動梁１４が形成される。 第１７図は変換器部の要部断面を示し、変換器
の下底面２１から離れて振動梁１４が配置され、
下底面２１上には変換器駆動電極２２、取出し用
電極２３および保護電極２４がある。この変換器
の圧力計として使用する場合はその端部または枠
を測定すべき圧力源に取付ける。 ＜発明が解決しようとする課題＞ 上記従来例においては、シリコン基板１の上に
ボロンの不純物濃度を４×1019原子／cm3深さ1μm
程度としてp+層を形成し、アルカリ系エツチン
グ液によりエツチングを行うが、この様な高不純
物濃度になるとシリコンとボロンの原子半径が異
なるために大きな残留応力が生じたり、温度係数
が変化し、高感度で高い信頼性のある変換器を得
ることは難しい。 また、上記従来例においては不純物濃度が注入
出来る限界に達しているため、 歪み検出用のpn接合ダイオードやトランジ
スタを作りこむことが出来ない。 振動梁を振動させるための圧電性膜を着膜し
ても、バツフアのMOS−FETを作り込めな
い。 振動梁の歪みを検出するための歪み検出用の
ピエゾ抵抗を作り込めない。 更にこの装置においては、受圧ダイアフラム
が受ける圧力によつてダイアフラム自身に生ず
る引張り／圧縮の力が第１、第２の突起部を介
して振動子に伝えられることになり、第１、第
２の突起部の変形等による影響が介在し、振動
子に受圧ダイアフラムに生ずる引張り／圧縮の
力を、軸力（振動子の軸方向の力）として正確
に伝えることができない。 等の欠点がある。 ＜課題を解決するための手段＞ 本発明は上記従来技術の問題点を解決するため
に成されたもので、高感度で高い信頼性があり、
かつ、構成の簡単なトランスジユーサを精度よく
製作することを目的とし、その構成上の特徴は、
シリコン単結晶基板に形成したダイアフラムとそ
のダイアフラムに形成された振動梁をその振動梁
の固有振動数で振動させておき、前記シリコン基
板に印加さ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式
トランスジユーサにおいて、前記シリコン基板は
不純物濃度が1015原子／cm3以下のｐ形シリコン基
板とし、部分的に不純物濃度1017原子／cm3程度の
不純物を加えてｎ型層を形成し、アンダエツチン
グの技術を用いて形成された一方が閉塞し他方が
解放した穴と、 この穴の縁部と同平面若しくは縁部より下方に
形成された前記ｎ型層からなる振動梁と、 前記振動梁の上方に前記ダイアフラムとともに
変形するように形成された前記ダイアフラムと同
等の材質からなるシリコンカバーとを備え、 前記穴の内部を真空に維持すると共に前記振動
梁を真空中で振動させ、その振動梁の振動周波数
からダイアフラムが受ける力を検出するようにし
たことを特徴とするものである。 ＜実施例＞ 第１図ａ〜bcは本発明の第１の実施例を示す
もので、図ａは振動式トランスジユーサを圧力セ
ンサとして用いた構成斜視図、図ｂは図ａにおけ
るＡ部の拡大斜視図、図ｃは図ｂのＸ−Ｘ断面図
である。これらの図において、３０は例えば不純
物濃度1015原子／cm3以下のｐ型のシリコン基板で
ある。このシリコン基板３０にダイアフラム３１
がエツチングにより形成されている。このダイア
フラム３１の表面には部分的に不純物濃度1017原
子／cm3程度のn+拡散層３２が形成され、このn+
拡散層３２の表面の一部を残してダイアフラム３
１のｐ層をアンダエツチングし、n+層からなる
振動梁３４を形成する。図では振動梁３４はアン
ダエツチングした穴３５の上面に形成され、２点
で支持された状態となつている。３６，３６ａは
振動梁３４の支持部近傍に設けられた圧電素子
（例えばZnO等）で、厚さ1μm程度の薄膜である。
３７，３７ａは圧電素子を励振するとともに振動
梁の振動を検出するための励振電極（例えば
NiCrなど）で、これらの励振電極３７，３７ａ
は図示しないリード線等によりダイアフラム３１
のｐ層および振動梁３４とは絶縁して外部に取り
出される。３８はシリコン基板ｐ層３１の上に例
えばケミカル・ベーパ・デポジツト（CVD）法
によつて形成された厚さ4μm程度のSiO2層で、
振動梁３４の近傍の上部を除いて形成され、振動
梁３４の上部が開口した状態となつて空間３３を
形成している。３９はダイアフラム３１と同等の
材質を有する例えば厚さ5μm程度のシリコンカバ
ーで、このシリコンカバー３９とダイアフラム３
１に形成したSiO2層を真空中で陽極接合するこ
とにより、振動梁３４が形成された周囲を真空状
態とする。 ここで、振動梁３４の大きさの一例を示せば次
の通りである。 厚さ ｈ＝2μm 長さ ｌ＝200μm 幅 ｄ＝5μm 上記構成において、振動梁３４が形成された部
分の静圧に対する耐圧は、第１図ｃに示す穴の幅
2l3と、シリコンカバー３９の厚さl4との比lD／l3
を十分大きくすることによつて解決することがで
きる。例えば、l3＝5μm、l4＝5μmとし、シリコ
ンの最大応力を10Kg／mm2とすると、耐圧P0は P0＝（l4／l3）2・σmax ＝1000Kg／cm2となる。 一方、振動梁３４の軸方向への同相圧力による
歪みはl3／Ｒ（Ｒはダイアフラムの一辺の長さ…
…第１図ａ参照）を十分小さくすることにより無
視することができる。なお、振動梁３４の微細加
工はフオトリソグラフイの技術を用いることによ
り可能である。 上記構成の振動式トランスジユーサを、図示し
ない固定手段により固定し、ダイアフラム３１に
第１図ａに示す矢印Ｐ方向から圧力を加えると、
ダイアフラムの変型にともなつて振動梁３４が歪
みを受け固有振動数が変化する。 第２図は前記第１の実施例における振動梁の励
振および周波数検出回路を示すブロツク線図で、
振動梁３４の一端に形成した圧電素子３６ａで振
動梁３４を振動させ、その振動歪みを圧電素子３
６で検出し、その信号を増幅器４１で増幅し、フ
イルタ４２を介して圧電素子３６ａに正帰還し、
振動梁３４の固有振動数で自励発振させる。そし
て増幅器４１の出力をカウンタ４３でカウント
し、信号処理回路４４で周波数信号を処理して加
えられた圧力値を検出する。 この構成における振動梁３４の歪み感度Ｓは Ｓ＝Δf／f0＝0.118・（ｌ／ｈ）2・ε…(1) （εは歪み） で表わされる。 振動梁３４の寸法を、ｈ＝2μm、ｌ＝200μmと
すると、 Ｓ＝0.118・104・ε となる。 ここで、ε＝100ppmとすれば Δf／f0＝0.12（12％）となる。 なお、本実施例においてはダイアフラム３４の
周辺近傍に振動梁を１つ形成した図を示したが、
ダイアフラムの中央部にもう１つ振動梁を形成す
ると圧力が加わつた場合、それぞれの振動梁には
一方は圧縮力、他方には引張り力が加わることに
なり、差動構成が可能となる。その結果２つの振
動梁の出力周波数を演算し、温度変化による熱歪
みをキヤンセルすることができる。 上記装置によれば、受圧ダイアフラム中に真空
状態で振動梁を形成したので、Ｑが高く安定な周
波数信号を出力することができ、かつ、構成の簡
単な振動式センサを実現することができる。 第３図は本発明に係かる第２の実施例を、一部
を断面で示す斜視図である。 図において、５１はダイアフラムであり、例え
ば不純物濃度1015原子／cm3以下のｐ型のシリコン
基板をエツチングして形成されている。このダイ
アフラム５１の表面には部分的に不純物濃度
1017／cm3程度のn+拡散層５２を形成し、この拡散
層５２を所定の厚さに部分的にエツチングして第
１の穴５３を形成する。次に第１の穴５３の中の
n+拡散層の部分に梁状にエツチングするととも
にダイアフラム５１のｐ層をアンダエツチングし
て第２の穴５５を形成し、両端の２点が支持され
た状態のn+層からなる振動梁５４を形成する。
この振動梁の大きさも第１図に示したものと同様
である。 ５６は振動梁５４の振動歪みが発生する部分に
拡散により形成したp+層である。このp+層５６
からは図示しないリード線がダイアフラム５１の
ｐ層とは絶縁して外部に取り出される。３９はダ
イアフラム３１と同等の材質を有するシリコンカ
バーで、このシリコンカバー３９とダイアフラム
３１を真空中において陽極接合することにより、
第１の穴５３と第２の穴５５が真空状態となる。
５８は接合剤および絶縁剤として機能する例えば
SiO2膜である。 第４図は第３図に示す第２の実施例の電気回路
の結線を示す概略図で、上部のシリコンカバーを
省略した断面図である。 上記のように形成したｐ型ダイアフラム３１と
n+型の振動梁５４に、ダイアフラム３１を負と
するバイアス電圧（図示せず）を加えると、ダイ
アフラム３１と振動梁５４は絶縁される。そし
て、このバイアス電圧に交流電圧を重ねると振動
梁５４に対して交番静電力を加えることができ
る。同時に振動梁５４の一端に設けたp+拡散層
５６に一定バイアス電圧を加え、振動梁５４をコ
モン電位に接続するとp+拡散層５６から振動梁
５４にダイオード電流が流れる。このダイオード
電流はダイオードに加わる歪に応じて常に変化し
ている。このダイオード電流を外部の増幅器５９
に正帰還すると振動梁５４は固有振動数で共振す
る。 第５図は第４図の１点鎖線で囲つたダイオード
Ｅを形成する部分に流れる電流を縦軸とし、横軸
を電圧として表わしたもので、歪みεを加えるこ
とによりより実線で示すイのＶ／Ｉ特性をもつた
ものが点線ロで示す）様に変化し、Vb点におけ
る電流がI1からI2に変化したことを示している。
この図によれば歪みεによる電流は逆バイアスで
あつても同様に変化することがわかる。 この振動梁５４の固有振動数はダイアフラム３
１に加わつた力に応じて変化し、その歪み感度Ｓ
は第１の実施例で述べた(1)式で表わすことができ
る。 この、歪による振動梁５４の振動周波数の変化
は図示しない公知の振動検出手段により検出され
る。 このように構成した装置によれば、前記第１の
実施例と同様受圧ダイアフラム中に真空状態で振
動梁を形成したので、理想的な弾性特性を得るこ
とができ、Ｑが高く安定したモノリシツクセンサ
を実現することができる。 第６図は本発明の第３の実施例を示す要部断面
図である。図において、３１はダイアフラムで第
１の実施例と同様シリコン基板をエツチングして
形成されている。このダイアフラムの表面には部
分的にn+層６２ａ，６２ｂ，６２ｃが拡散によ
り形成されている。６３はn+層６２ｂの一部を
残してアンダエツチングにより形成された両端固
定の微小な振動梁である。６７は振動梁６３の略
中程の一部を残して形成されたSiO2層で、６２
ａ，６２ｃ上の僅かな部分６９ａ，６９ｂの部分
を除いてn+層６２ａ，６２ｂ，６２ｃを覆つて
いる。６４ａ，６４ｂはSiO2層６７の上に形成
されたAuなどの金属電極で、SiO2層に露出した
ｎ層６９ａ，６９ｂの部分に接続されている。６
６はガラス層で振動梁６３近傍の上部を除いて形
成され、振動梁６３の上部が開口した状態となつ
て空洞部７１を形成している。３９はダイアフラ
ム３１と同様の材質を有するシリコンカバーでダ
イアフラム３１に形成されたガラス層６６に陽極
接合されている。 第６図において、振動梁６３上に形成された金
属電極６４ａ，６４ｂと空洞部７１を介して対向
するシリコンカバー３９とはコンデンサを構成し
ている。 ２点鎖線で囲つたＭ部は発振回路で、この回路
は外部あるいは、シリコン基板の一部を利用して
形成されている。この発振回路ではシリコンカバ
ー３９と金属電極６４ａ，６４ｂの間に抵抗７２
ａ，７２ｂを介して直流バイアス電圧VBが印加
され、金属電極６４ａと６４ｂはコンデンサ７３
ａ，７３ｂ、フイルタ６９および増幅器７４を介
して交流的に結合されている。 上記構成の振動式トランスジユーサは増幅器７
４とフイルタ６９のゲインとの位相を適当に設定
することにより正帰還回路を構成し、振動梁６３
を固有振動数で発振させることが出来る。 第７図は第４の実施例を示すもので、上部のシ
リコンカバーを省略し、振動式トランスジユーサ
９０を片持ち梁として使用した状態を示す断面図
である。この実施例ではｐ型シリコン基板９１を
用い、このシリコン基板９１上に部分的にn+の
拡散層９５を形成し、この拡散層９５の一部を残
してアンダエツチングの手法により片持振動梁９
２を形成し、この片持振動梁９２の端部にｐ型の
拡散層９３を形成したものである。 上記構成によればシリコン基板９１をｐ、片持
振動梁をｎ、片持振動梁９１上の拡散層９３をｐ
とするpnp型トランジスタを構成し、シリコン基
板９１と片持振動梁９２間にエミツタ接地増幅器
９４を接続することにより自励発振回路を構成す
ることができる。 第８図は第７図に示す振動式トランスジユーサ
の発振回路の一実施例を示す図である。図におい
て、９６は一定電流を流すための基準ダイオー
ド、Cpは第７図における片持振動梁９２とシリ
コン基板９１との間の静電容量であり、コレクタ
としてのシリコン基板９１にLC回路９７を介し
て電圧Vccを加えると自励発振する。 このように構成した装置によれば、シリコン基
板９１上にダイオードやトランジスタを形成して
発振回路を構成したので小型で性能の安定した振
動式トランスジユーサを実現することができる。 第９図は本発明に係かる第５の実施例を示すも
ので、第１の実施例と同様の方法によりｐ型のシ
リコン基板３１に形成した振動梁３０１の両端に
例えばNiなどの磁性材料３０２，３０２を固着
し、この磁性材料のそれぞれの近傍に電磁石３０
３，３０３を配置してこの電磁石に電源３０４か
ら交番電流を流すことにより振動梁を振動させる
ようにしたものである。 第１０図ａ，ｂは本発明に係かる第６の実施例
を示すもので、図ａは要部平面図、図ｂは図ａの
Ａ−Ａ断面図である。この例においては振動梁の
振動方向に直交する方向に直流磁界を加え、振動
梁に交番電流を流すことにより振動梁を固有振動
数で振動させるように構成したものである。 図において３１はｐ型のシリコン基板、５０１
はシリコン基板に部分的にn+層を拡散し、フオ
トリソグラフイとアンダエツチングにより形成し
たｎ型の振動梁、５０２は振動梁５０１の略中央
上部に振動梁に直交して設けられた磁石、５０３
は絶縁膜としてのSiO2膜である。５０４，５０
４ａはAuなどの金属電極で、この金属電極の一
端は振動梁５０１から延長したn+層にSiO2層に
設けたコンタクトホール５０５，５０５ａを通じ
て接続し、他端はリード線を介して電流源５０６
に接続している。５０７はZnO等の圧電素子で振
動梁５０１の支持部近傍に設けられ、この圧電素
子５０７を覆つて金属電極５０８が設けられてい
る。５０９は増幅器、５１０はフイルタである。
なお図では省略するが、振動梁５０１とシリコン
基板３１には逆バイアスが印加され絶縁されてい
るものとする。 上記構成において、電流源５０６から金属電極
５０４，５０４ａを通じて振動梁５０１に交番電
流ｉを流すと磁界と電流の向きに直交する方向に
振動梁が力を受けて変形する。この変形により圧
電素子５０７の電荷量が変化する。この電荷量は
振動梁５０１の変形量に応じて変化し、圧電素子
に接続された金属電極により検出される。この信
号は増幅器５０９で増幅され、フイルタ５１０を
介して電流源５０６に正帰還され、系は振動梁５
０１の固有振動数で自励発振する。 上記各トランスジユーサはシリコンの弾性率の
温度係数によつてその振動周波数が変化するの
で、温度計としても利用することができる。 その場合、振動式トランスジユーサの振動数は
次式により求めることができる。 f2＝f0 2（１＋γΔT） ここで、f0基準温度における固有振動数 γ＝温度係数＝106.8ppm／Ｋ（＜100
＞方向） ΔT＝基準温度との温度差。 次にシリコン基板のエツチング方法について説
明する。 第１１図〜第１４図はシリコンエツチング法の
実施例を示すものである。第１１図において６０
１はアルカリ液（例えば水酸化カリウム）６０２
が満たされた容器、６０３はｐ型シリコン基板に
ｎ型シリコンをエピタキシヤル成長したものであ
る。６０５は直流電源で、この電源５からリード
線６０６を介してｎ層側に正電圧、ｐ層側に負電
圧が印加されている。 上記構成によれば、シリコン基板のｐ層とエピ
タキシヤル成長したｎ層間は逆バイアスとなり、
電源６０５からｎ層に印加された電圧により、ア
ルカリ液６０２中を通つてｐ層側へ電流が流れ
る。その結果ｎ層の表面には不溶性膜が生成され
不動態化される（不動体化が終了した後は電流は
大幅に減少する）。従つてｎ層はアルカリ液によ
るエツチング速度が遅くなる。その結果ｎ層とｐ
層ではエツチング比率が大幅（例えば300倍）に
異なるのでシリコン基板の選択性エツチングが可
能となる。 この様なエツチング法によればpn接合された
シリコン基板においてｎ層を陽極、ｐ層を陰極と
することにより、アルカリ液中に流出する陽極電
流がｎ層のみに限られ、ｐ層からは絶対に流出し
ない。不動態層は陽極電流によつてのみ生成され
るため、陽極であるｎ層の部分の不動態化を安定
に促進することができる。 しかしこのエツチング法では例えばｎ層の表面
に小面積のｐ層を露出させ、そのｐ層だけをエツ
チングしようとした場合、ｐ層のエツチング面積
が狭い（例えば0.1mm2）とｐ層がエツチングされ
ない場合がある。この原因はｎ層側に正の直流電
圧を印加したためバリアが生じ、イオンの流れが
妨害されるためと考えられる。 第１２図は小面積のｐ層を露出させ、そのｐ層
だけをエツチングする場合の実施例を示すもので
ある。この実施例ではpn接合を有するシリコン
基板をアルカリ液中に浸漬し、前記シリコン基板
のｐ層−ｎ層間または前記シリコン基板と前記ア
ルカリ液間に繰返しパルス電圧を印加する。 第１２図において７０１はアルカリ液（例えば
水酸化カリウム（KOH 4N 80℃）７０２が満た
された容器、７０３はｐ層の上に狭い面積７１４
ａ，７１４ｂを残してｎ層で被覆したシリコン基
板、７０４はパルス電源、７０５はリード線、７
０６ａはｎ層７１２の端部に形成された電極、７
０６ｂはｐ層７１３の端部に形成された電極であ
る。このシリコン基板７０３は、電極部７０６
ａ，７０６ｂを酸してアルカリ液７０２中に浸さ
れる。この実施例においては電源７０４からは第
１３図に示すような矩形状のパルス電圧を印加
し、電圧を5V、繰返し周期を0.04Hz程度とした。
またシリコン基板７０３は図に示す様にｐ層７１
３の略全面を覆つてｎ層７１２が形成されてい
る。（このｎ層には幅10μm、長さ100μm程度の小
面積にｐ層７１４ａ，７１４ｂが露出しているも
のとする。 上記構成において、パルス電源７０４からｎ層
側７１２に5Vの電圧を0.04Hzの周期で印加する
と、5Vの電圧が印加されているときはｎ層の表
面に不溶性膜が生成され、電圧が印加されないと
きは不溶性膜が水酸化カリウム液によつてエツチ
ングされはじめる。しかし、ｎ層が露出する前に
再び電圧が印加されて、不溶性膜が維持される。
一方ｐ層側の狭い面積の部分はｎ層側の電圧が
5Vのときはバリアが存在するので、イオンの出
入りが妨害されてエツチング速度は低下するが、
ｎ層側の電圧が零のときはバリアが存在しないた
めイオンの出入りが自由に行われ、狭い面積でも
エツチングが行われる。上記条件によるｐ層の狭
い面積７１４ａ，７１４ｂのエツチング速度は略
1.2μm／分程度である。 なお、上記実施例においてはｐ層の面積、アル
カリ液の種類および温度、パルス電圧等具体的数
値をあげて説明したが、エツチング速度はアルカ
リ液の濃度、温度等により変化する。 第１４図は第１２図の変形実施例を示すもので
ある。図中第１２図と同一要素には同一符号を付
して重複する説明は省略するが、この例において
は負側のリード線はｐ層側に接続せず、アルカリ
液中に配置した白金電極７２０に接続するように
したものである。 上記第１２および第１４図に示す実施例によれ
ばシリコン基板に形成した微細面積の加工を容易
に行うことができる。なお、１１，１２，１４図
のシリコン基板中に示す点線はｐ層がアンダエツ
チングにより除去された状態を示している。 ＜発明の効果＞ 以上実施例とともに具体的に説明したように本
発明によれば、振動梁を穴の縁部と同平面若しく
は縁部より下方に形成しているので受圧ダイアフ
ラム自身に生ずる引張り／圧縮の力を、直接、振
動梁に軸力として伝えることができる。そしてシ
リコン基板の不純物濃度を1015原子／cm3以下のｐ
型シリコン基板とし、このシリコン基板にエツチ
ングによりダイアフラムを形成し、そのダイアフ
ラムの表面には部分的に不純物濃度1017原子／cm3
程度のn+拡散層を形成し、そのn+拡散層の表面
の一部を残してｐ層をアンダエツチングしてn+
層からなる振動梁を形成しているので、アルカリ
液中での選択エツチングが可能となる。そして本
発明の不純物濃度は従来例とは桁違いに低くなつ
ているので、振動梁を含めてダイオードやトラン
ジスタを作りこむことができ振動梁の励振、検出
手段が容易となり振動梁の微細加工も可能であ
る。さらに、受圧ダイアフラム中に真空状態で振
動梁を形成したので、Ｑが高く安定な周波数信号
を出力することができる。
コン基板という）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、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
を検出する振動式トランスジユーサに関するもの
である。 ＜従来の技術＞ 従来半導体に振動梁を形成したトランスジユー
サとしては特開昭55−26487号公報に記載された
「圧力変換器とその製法」が知られている。上記
公報に示された変換器の概要を簡単に説明す 第１５図は斜視図、第１６図は平面図である。
これらの図において、１はシリコン基板である。
このシリコン基板１には所定の箇所（突起部１２
として残す２つの箇所と振動梁１４……公報では
繊維と呼んでいる）の部分に４×1019原子／cm3以
上のボロンを部分的にドープするとともに枠１０
として残す部分にマスクが施される。そして、こ
のシリコン基板をカテコール＋ジアミン酸の水溶
液により異方性エツチングを行うと、枠１０と突
起部１２、隔膜１３および振動梁１４の部分のみ
を残してエツチングされ、突起部１２の頂部に振
動梁１４が形成される。 第１７図は変換器部の要部断面を示し、変換器
の下底面２１から離れて振動梁１４が配置され、
下底面２１上には変換器駆動電極２２、取出し用
電極２３および保護電極２４がある。この変換器
の圧力計として使用する場合はその端部または枠
を測定すべき圧力源に取付ける。 ＜発明が解決しようとする課題＞ 上記従来例においては、シリコン基板１の上に
ボロンの不純物濃度を４×1019原子／cm3深さ1μm
程度としてp+層を形成し、アルカリ系エツチン
グ液によりエツチングを行うが、この様な高不純
物濃度になるとシリコンとボロンの原子半径が異
なるために大きな残留応力が生じたり、温度係数
が変化し、高感度で高い信頼性のある変換器を得
ることは難しい。 また、上記従来例においては不純物濃度が注入
出来る限界に達しているため、 歪み検出用のpn接合ダイオードやトランジ
スタを作りこむことが出来ない。 振動梁を振動させるための圧電性膜を着膜し
ても、バツフアのMOS−FETを作り込めな
い。 振動梁の歪みを検出するための歪み検出用の
ピエゾ抵抗を作り込めない。 更にこの装置においては、受圧ダイアフラム
が受ける圧力によつてダイアフラム自身に生ず
る引張り／圧縮の力が第１、第２の突起部を介
して振動子に伝えられることになり、第１、第
２の突起部の変形等による影響が介在し、振動
子に受圧ダイアフラムに生ずる引張り／圧縮の
力を、軸力（振動子の軸方向の力）として正確
に伝えることができない。 等の欠点がある。 ＜課題を解決するための手段＞ 本発明は上記従来技術の問題点を解決するため
に成されたもので、高感度で高い信頼性があり、
かつ、構成の簡単なトランスジユーサを精度よく
製作することを目的とし、その構成上の特徴は、
シリコン単結晶基板に形成したダイアフラムとそ
のダイアフラムに形成された振動梁をその振動梁
の固有振動数で振動させておき、前記シリコン基
板に印加さ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式
トランスジユーサにおいて、前記シリコン基板は
不純物濃度が1015原子／cm3以下のｐ形シリコン基
板とし、部分的に不純物濃度1017原子／cm3程度の
不純物を加えてｎ型層を形成し、アンダエツチン
グの技術を用いて形成された一方が閉塞し他方が
解放した穴と、 この穴の縁部と同平面若しくは縁部より下方に
形成された前記ｎ型層からなる振動梁と、 前記振動梁の上方に前記ダイアフラムとともに
変形するように形成された前記ダイアフラムと同
等の材質からなるシリコンカバーとを備え、 前記穴の内部を真空に維持すると共に前記振動
梁を真空中で振動させ、その振動梁の振動周波数
からダイアフラムが受ける力を検出するようにし
たことを特徴とするものである。 ＜実施例＞ 第１図ａ〜bcは本発明の第１の実施例を示す
もので、図ａは振動式トランスジユーサを圧力セ
ンサとして用いた構成斜視図、図ｂは図ａにおけ
るＡ部の拡大斜視図、図ｃは図ｂのＸ−Ｘ断面図
である。これらの図において、３０は例えば不純
物濃度1015原子／cm3以下のｐ型のシリコン基板で
ある。このシリコン基板３０にダイアフラム３１
がエツチングにより形成されている。このダイア
フラム３１の表面には部分的に不純物濃度1017原
子／cm3程度のn+拡散層３２が形成され、このn+
拡散層３２の表面の一部を残してダイアフラム３
１のｐ層をアンダエツチングし、n+層からなる
振動梁３４を形成する。図では振動梁３４はアン
ダエツチングした穴３５の上面に形成され、２点
で支持された状態となつている。３６，３６ａは
振動梁３４の支持部近傍に設けられた圧電素子
（例えばZnO等）で、厚さ1μm程度の薄膜である。
３７，３７ａは圧電素子を励振するとともに振動
梁の振動を検出するための励振電極（例えば
NiCrなど）で、これらの励振電極３７，３７ａ
は図示しないリード線等によりダイアフラム３１
のｐ層および振動梁３４とは絶縁して外部に取り
出される。３８はシリコン基板ｐ層３１の上に例
えばケミカル・ベーパ・デポジツト（CVD）法
によつて形成された厚さ4μm程度のSiO2層で、
振動梁３４の近傍の上部を除いて形成され、振動
梁３４の上部が開口した状態となつて空間３３を
形成している。３９はダイアフラム３１と同等の
材質を有する例えば厚さ5μm程度のシリコンカバ
ーで、このシリコンカバー３９とダイアフラム３
１に形成したSiO2層を真空中で陽極接合するこ
とにより、振動梁３４が形成された周囲を真空状
態とする。 ここで、振動梁３４の大きさの一例を示せば次
の通りである。 厚さ ｈ＝2μm 長さ ｌ＝200μm 幅 ｄ＝5μm 上記構成において、振動梁３４が形成された部
分の静圧に対する耐圧は、第１図ｃに示す穴の幅
2l3と、シリコンカバー３９の厚さl4との比lD／l3
を十分大きくすることによつて解決することがで
きる。例えば、l3＝5μm、l4＝5μmとし、シリコ
ンの最大応力を10Kg／mm2とすると、耐圧P0は P0＝（l4／l3）2・σmax ＝1000Kg／cm2となる。 一方、振動梁３４の軸方向への同相圧力による
歪みはl3／Ｒ（Ｒはダイアフラムの一辺の長さ…
…第１図ａ参照）を十分小さくすることにより無
視することができる。なお、振動梁３４の微細加
工はフオトリソグラフイの技術を用いることによ
り可能である。 上記構成の振動式トランスジユーサを、図示し
ない固定手段により固定し、ダイアフラム３１に
第１図ａに示す矢印Ｐ方向から圧力を加えると、
ダイアフラムの変型にともなつて振動梁３４が歪
みを受け固有振動数が変化する。 第２図は前記第１の実施例における振動梁の励
振および周波数検出回路を示すブロツク線図で、
振動梁３４の一端に形成した圧電素子３６ａで振
動梁３４を振動させ、その振動歪みを圧電素子３
６で検出し、その信号を増幅器４１で増幅し、フ
イルタ４２を介して圧電素子３６ａに正帰還し、
振動梁３４の固有振動数で自励発振させる。そし
て増幅器４１の出力をカウンタ４３でカウント
し、信号処理回路４４で周波数信号を処理して加
えられた圧力値を検出する。 この構成における振動梁３４の歪み感度Ｓは Ｓ＝Δf／f0＝0.118・（ｌ／ｈ）2・ε…(1) （εは歪み） で表わされる。 振動梁３４の寸法を、ｈ＝2μm、ｌ＝200μmと
すると、 Ｓ＝0.118・104・ε となる。 ここで、ε＝100ppmとすれば Δf／f0＝0.12（12％）となる。 なお、本実施例においてはダイアフラム３４の
周辺近傍に振動梁を１つ形成した図を示したが、
ダイアフラムの中央部にもう１つ振動梁を形成す
ると圧力が加わつた場合、それぞれの振動梁には
一方は圧縮力、他方には引張り力が加わることに
なり、差動構成が可能となる。その結果２つの振
動梁の出力周波数を演算し、温度変化による熱歪
みをキヤンセルすることができる。 上記装置によれば、受圧ダイアフラム中に真空
状態で振動梁を形成したので、Ｑが高く安定な周
波数信号を出力することができ、かつ、構成の簡
単な振動式センサを実現することができる。 第３図は本発明に係かる第２の実施例を、一部
を断面で示す斜視図である。 図において、５１はダイアフラムであり、例え
ば不純物濃度1015原子／cm3以下のｐ型のシリコン
基板をエツチングして形成されている。このダイ
アフラム５１の表面には部分的に不純物濃度
1017／cm3程度のn+拡散層５２を形成し、この拡散
層５２を所定の厚さに部分的にエツチングして第
１の穴５３を形成する。次に第１の穴５３の中の
n+拡散層の部分に梁状にエツチングするととも
にダイアフラム５１のｐ層をアンダエツチングし
て第２の穴５５を形成し、両端の２点が支持され
た状態のn+層からなる振動梁５４を形成する。
この振動梁の大きさも第１図に示したものと同様
である。 ５６は振動梁５４の振動歪みが発生する部分に
拡散により形成したp+層である。このp+層５６
からは図示しないリード線がダイアフラム５１の
ｐ層とは絶縁して外部に取り出される。３９はダ
イアフラム３１と同等の材質を有するシリコンカ
バーで、このシリコンカバー３９とダイアフラム
３１を真空中において陽極接合することにより、
第１の穴５３と第２の穴５５が真空状態となる。
５８は接合剤および絶縁剤として機能する例えば
SiO2膜である。 第４図は第３図に示す第２の実施例の電気回路
の結線を示す概略図で、上部のシリコンカバーを
省略した断面図である。 上記のように形成したｐ型ダイアフラム３１と
n+型の振動梁５４に、ダイアフラム３１を負と
するバイアス電圧（図示せず）を加えると、ダイ
アフラム３１と振動梁５４は絶縁される。そし
て、このバイアス電圧に交流電圧を重ねると振動
梁５４に対して交番静電力を加えることができ
る。同時に振動梁５４の一端に設けたp+拡散層
５６に一定バイアス電圧を加え、振動梁５４をコ
モン電位に接続するとp+拡散層５６から振動梁
５４にダイオード電流が流れる。このダイオード
電流はダイオードに加わる歪に応じて常に変化し
ている。このダイオード電流を外部の増幅器５９
に正帰還すると振動梁５４は固有振動数で共振す
る。 第５図は第４図の１点鎖線で囲つたダイオード
Ｅを形成する部分に流れる電流を縦軸とし、横軸
を電圧として表わしたもので、歪みεを加えるこ
とによりより実線で示すイのＶ／Ｉ特性をもつた
ものが点線ロで示す）様に変化し、Vb点におけ
る電流がI1からI2に変化したことを示している。
この図によれば歪みεによる電流は逆バイアスで
あつても同様に変化することがわかる。 この振動梁５４の固有振動数はダイアフラム３
１に加わつた力に応じて変化し、その歪み感度Ｓ
は第１の実施例で述べた(1)式で表わすことができ
る。 この、歪による振動梁５４の振動周波数の変化
は図示しない公知の振動検出手段により検出され
る。 このように構成した装置によれば、前記第１の
実施例と同様受圧ダイアフラム中に真空状態で振
動梁を形成したので、理想的な弾性特性を得るこ
とができ、Ｑが高く安定したモノリシツクセンサ
を実現することができる。 第６図は本発明の第３の実施例を示す要部断面
図である。図において、３１はダイアフラムで第
１の実施例と同様シリコン基板をエツチングして
形成されている。このダイアフラムの表面には部
分的にn+層６２ａ，６２ｂ，６２ｃが拡散によ
り形成されている。６３はn+層６２ｂの一部を
残してアンダエツチングにより形成された両端固
定の微小な振動梁である。６７は振動梁６３の略
中程の一部を残して形成されたSiO2層で、６２
ａ，６２ｃ上の僅かな部分６９ａ，６９ｂの部分
を除いてn+層６２ａ，６２ｂ，６２ｃを覆つて
いる。６４ａ，６４ｂはSiO2層６７の上に形成
されたAuなどの金属電極で、SiO2層に露出した
ｎ層６９ａ，６９ｂの部分に接続されている。６
６はガラス層で振動梁６３近傍の上部を除いて形
成され、振動梁６３の上部が開口した状態となつ
て空洞部７１を形成している。３９はダイアフラ
ム３１と同様の材質を有するシリコンカバーでダ
イアフラム３１に形成されたガラス層６６に陽極
接合されている。 第６図において、振動梁６３上に形成された金
属電極６４ａ，６４ｂと空洞部７１を介して対向
するシリコンカバー３９とはコンデンサを構成し
ている。 ２点鎖線で囲つたＭ部は発振回路で、この回路
は外部あるいは、シリコン基板の一部を利用して
形成されている。この発振回路ではシリコンカバ
ー３９と金属電極６４ａ，６４ｂの間に抵抗７２
ａ，７２ｂを介して直流バイアス電圧VBが印加
され、金属電極６４ａと６４ｂはコンデンサ７３
ａ，７３ｂ、フイルタ６９および増幅器７４を介
して交流的に結合されている。 上記構成の振動式トランスジユーサは増幅器７
４とフイルタ６９のゲインとの位相を適当に設定
することにより正帰還回路を構成し、振動梁６３
を固有振動数で発振させることが出来る。 第７図は第４の実施例を示すもので、上部のシ
リコンカバーを省略し、振動式トランスジユーサ
９０を片持ち梁として使用した状態を示す断面図
である。この実施例ではｐ型シリコン基板９１を
用い、このシリコン基板９１上に部分的にn+の
拡散層９５を形成し、この拡散層９５の一部を残
してアンダエツチングの手法により片持振動梁９
２を形成し、この片持振動梁９２の端部にｐ型の
拡散層９３を形成したものである。 上記構成によればシリコン基板９１をｐ、片持
振動梁をｎ、片持振動梁９１上の拡散層９３をｐ
とするpnp型トランジスタを構成し、シリコン基
板９１と片持振動梁９２間にエミツタ接地増幅器
９４を接続することにより自励発振回路を構成す
ることができる。 第８図は第７図に示す振動式トランスジユーサ
の発振回路の一実施例を示す図である。図におい
て、９６は一定電流を流すための基準ダイオー
ド、Cpは第７図における片持振動梁９２とシリ
コン基板９１との間の静電容量であり、コレクタ
としてのシリコン基板９１にLC回路９７を介し
て電圧Vccを加えると自励発振する。 このように構成した装置によれば、シリコン基
板９１上にダイオードやトランジスタを形成して
発振回路を構成したので小型で性能の安定した振
動式トランスジユーサを実現することができる。 第９図は本発明に係かる第５の実施例を示すも
ので、第１の実施例と同様の方法によりｐ型のシ
リコン基板３１に形成した振動梁３０１の両端に
例えばNiなどの磁性材料３０２，３０２を固着
し、この磁性材料のそれぞれの近傍に電磁石３０
３，３０３を配置してこの電磁石に電源３０４か
ら交番電流を流すことにより振動梁を振動させる
ようにしたものである。 第１０図ａ，ｂは本発明に係かる第６の実施例
を示すもので、図ａは要部平面図、図ｂは図ａの
Ａ−Ａ断面図である。この例においては振動梁の
振動方向に直交する方向に直流磁界を加え、振動
梁に交番電流を流すことにより振動梁を固有振動
数で振動させるように構成したものである。 図において３１はｐ型のシリコン基板、５０１
はシリコン基板に部分的にn+層を拡散し、フオ
トリソグラフイとアンダエツチングにより形成し
たｎ型の振動梁、５０２は振動梁５０１の略中央
上部に振動梁に直交して設けられた磁石、５０３
は絶縁膜としてのSiO2膜である。５０４，５０
４ａはAuなどの金属電極で、この金属電極の一
端は振動梁５０１から延長したn+層にSiO2層に
設けたコンタクトホール５０５，５０５ａを通じ
て接続し、他端はリード線を介して電流源５０６
に接続している。５０７はZnO等の圧電素子で振
動梁５０１の支持部近傍に設けられ、この圧電素
子５０７を覆つて金属電極５０８が設けられてい
る。５０９は増幅器、５１０はフイルタである。
なお図では省略するが、振動梁５０１とシリコン
基板３１には逆バイアスが印加され絶縁されてい
るものとする。 上記構成において、電流源５０６から金属電極
５０４，５０４ａを通じて振動梁５０１に交番電
流ｉを流すと磁界と電流の向きに直交する方向に
振動梁が力を受けて変形する。この変形により圧
電素子５０７の電荷量が変化する。この電荷量は
振動梁５０１の変形量に応じて変化し、圧電素子
に接続された金属電極により検出される。この信
号は増幅器５０９で増幅され、フイルタ５１０を
介して電流源５０６に正帰還され、系は振動梁５
０１の固有振動数で自励発振する。 上記各トランスジユーサはシリコンの弾性率の
温度係数によつてその振動周波数が変化するの
で、温度計としても利用することができる。 その場合、振動式トランスジユーサの振動数は
次式により求めることができる。 f2＝f0 2（１＋γΔT） ここで、f0基準温度における固有振動数 γ＝温度係数＝106.8ppm／Ｋ（＜100
＞方向） ΔT＝基準温度との温度差。 次にシリコン基板のエツチング方法について説
明する。 第１１図〜第１４図はシリコンエツチング法の
実施例を示すものである。第１１図において６０
１はアルカリ液（例えば水酸化カリウム）６０２
が満たされた容器、６０３はｐ型シリコン基板に
ｎ型シリコンをエピタキシヤル成長したものであ
る。６０５は直流電源で、この電源５からリード
線６０６を介してｎ層側に正電圧、ｐ層側に負電
圧が印加されている。 上記構成によれば、シリコン基板のｐ層とエピ
タキシヤル成長したｎ層間は逆バイアスとなり、
電源６０５からｎ層に印加された電圧により、ア
ルカリ液６０２中を通つてｐ層側へ電流が流れ
る。その結果ｎ層の表面には不溶性膜が生成され
不動態化される（不動体化が終了した後は電流は
大幅に減少する）。従つてｎ層はアルカリ液によ
るエツチング速度が遅くなる。その結果ｎ層とｐ
層ではエツチング比率が大幅（例えば300倍）に
異なるのでシリコン基板の選択性エツチングが可
能となる。 この様なエツチング法によればpn接合された
シリコン基板においてｎ層を陽極、ｐ層を陰極と
することにより、アルカリ液中に流出する陽極電
流がｎ層のみに限られ、ｐ層からは絶対に流出し
ない。不動態層は陽極電流によつてのみ生成され
るため、陽極であるｎ層の部分の不動態化を安定
に促進することができる。 しかしこのエツチング法では例えばｎ層の表面
に小面積のｐ層を露出させ、そのｐ層だけをエツ
チングしようとした場合、ｐ層のエツチング面積
が狭い（例えば0.1mm2）とｐ層がエツチングされ
ない場合がある。この原因はｎ層側に正の直流電
圧を印加したためバリアが生じ、イオンの流れが
妨害されるためと考えられる。 第１２図は小面積のｐ層を露出させ、そのｐ層
だけをエツチングする場合の実施例を示すもので
ある。この実施例ではpn接合を有するシリコン
基板をアルカリ液中に浸漬し、前記シリコン基板
のｐ層−ｎ層間または前記シリコン基板と前記ア
ルカリ液間に繰返しパルス電圧を印加する。 第１２図において７０１はアルカリ液（例えば
水酸化カリウム（KOH 4N 80℃）７０２が満た
された容器、７０３はｐ層の上に狭い面積７１４
ａ，７１４ｂを残してｎ層で被覆したシリコン基
板、７０４はパルス電源、７０５はリード線、７
０６ａはｎ層７１２の端部に形成された電極、７
０６ｂはｐ層７１３の端部に形成された電極であ
る。このシリコン基板７０３は、電極部７０６
ａ，７０６ｂを酸してアルカリ液７０２中に浸さ
れる。この実施例においては電源７０４からは第
１３図に示すような矩形状のパルス電圧を印加
し、電圧を5V、繰返し周期を0.04Hz程度とした。
またシリコン基板７０３は図に示す様にｐ層７１
３の略全面を覆つてｎ層７１２が形成されてい
る。（このｎ層には幅10μm、長さ100μm程度の小
面積にｐ層７１４ａ，７１４ｂが露出しているも
のとする。 上記構成において、パルス電源７０４からｎ層
側７１２に5Vの電圧を0.04Hzの周期で印加する
と、5Vの電圧が印加されているときはｎ層の表
面に不溶性膜が生成され、電圧が印加されないと
きは不溶性膜が水酸化カリウム液によつてエツチ
ングされはじめる。しかし、ｎ層が露出する前に
再び電圧が印加されて、不溶性膜が維持される。
一方ｐ層側の狭い面積の部分はｎ層側の電圧が
5Vのときはバリアが存在するので、イオンの出
入りが妨害されてエツチング速度は低下するが、
ｎ層側の電圧が零のときはバリアが存在しないた
めイオンの出入りが自由に行われ、狭い面積でも
エツチングが行われる。上記条件によるｐ層の狭
い面積７１４ａ，７１４ｂのエツチング速度は略
1.2μm／分程度である。 なお、上記実施例においてはｐ層の面積、アル
カリ液の種類および温度、パルス電圧等具体的数
値をあげて説明したが、エツチング速度はアルカ
リ液の濃度、温度等により変化する。 第１４図は第１２図の変形実施例を示すもので
ある。図中第１２図と同一要素には同一符号を付
して重複する説明は省略するが、この例において
は負側のリード線はｐ層側に接続せず、アルカリ
液中に配置した白金電極７２０に接続するように
したものである。 上記第１２および第１４図に示す実施例によれ
ばシリコン基板に形成した微細面積の加工を容易
に行うことができる。なお、１１，１２，１４図
のシリコン基板中に示す点線はｐ層がアンダエツ
チングにより除去された状態を示している。 ＜発明の効果＞ 以上実施例とともに具体的に説明したように本
発明によれば、振動梁を穴の縁部と同平面若しく
は縁部より下方に形成しているので受圧ダイアフ
ラム自身に生ずる引張り／圧縮の力を、直接、振
動梁に軸力として伝えることができる。そしてシ
リコン基板の不純物濃度を1015原子／cm3以下のｐ
型シリコン基板とし、このシリコン基板にエツチ
ングによりダイアフラムを形成し、そのダイアフ
ラムの表面には部分的に不純物濃度1017原子／cm3
程度のn+拡散層を形成し、そのn+拡散層の表面
の一部を残してｐ層をアンダエツチングしてn+
層からなる振動梁を形成しているので、アルカリ
液中での選択エツチングが可能となる。そして本
発明の不純物濃度は従来例とは桁違いに低くなつ
ているので、振動梁を含めてダイオードやトラン
ジスタを作りこむことができ振動梁の励振、検出
手段が容易となり振動梁の微細加工も可能であ
る。さらに、受圧ダイアフラム中に真空状態で振
動梁を形成したので、Ｑが高く安定な周波数信号
を出力することができる。
第１図は本発明を圧力センサに用いた一実施例
を示す構成斜視図ａ，ａ図のＡ部の拡大斜視図
ｂ，ｂ図のＸ−Ｘ断面拡大図ｃ、第２図は第１図
における振動梁の励振および周波数検出回路を示
すブロツク図、第３図は本発明に係かる第２の実
施例を、一部を断面で示す斜視図、第４図は第３
図に示す第２の実施例の電気回路の結線を示す概
略図、第５図は第４図のダイオードＥの部分の振
動梁の歪みによる電流と電圧の関係を示す説明
図、第６図は第３の実施例を示す要部断面図、第
７図は第４の実施例で、振動式トランスジユーサ
を片持ち梁として使用した状態を示す図、第８図
は第７図に示す振動式トランスジユーサの発振回
路の一実施例を示す図、第９図は第５の実施例を
示す説明図、第１０図は第６の実施例を示す説明
図、第１１図はシリコンエツチング法の一実施例
を示す構成説明図、第１２図、第１４図はシリコ
ンエツチング法の他の実施例を示す構成説明図、
第１３図は印加するパルス電圧の形状を示す説明
図、第１５図〜第１７図は従来の振動式トランス
ジユーサの一例を示し、第１５図は斜視図、第１
６図は平面図、第１７図は要部断面図である。 ３１……ダイアフラム、３４，５４，６３，９
２，３０１，５０１……振動梁、３３，３５，５
３，５５……穴、３９……シリコンカバー、３
０，９１，６０３，７０３……シリコン基板、４
１，５９，７４，９４，５０９……増幅器、４
２，６９，５１０……フイルタ、３０２……磁性
材料、３０３……電磁石、５０２……磁石、６０
１……容器、６０２，７０２……アルカリ液。
を示す構成斜視図ａ，ａ図のＡ部の拡大斜視図
ｂ，ｂ図のＸ−Ｘ断面拡大図ｃ、第２図は第１図
における振動梁の励振および周波数検出回路を示
すブロツク図、第３図は本発明に係かる第２の実
施例を、一部を断面で示す斜視図、第４図は第３
図に示す第２の実施例の電気回路の結線を示す概
略図、第５図は第４図のダイオードＥの部分の振
動梁の歪みによる電流と電圧の関係を示す説明
図、第６図は第３の実施例を示す要部断面図、第
７図は第４の実施例で、振動式トランスジユーサ
を片持ち梁として使用した状態を示す図、第８図
は第７図に示す振動式トランスジユーサの発振回
路の一実施例を示す図、第９図は第５の実施例を
示す説明図、第１０図は第６の実施例を示す説明
図、第１１図はシリコンエツチング法の一実施例
を示す構成説明図、第１２図、第１４図はシリコ
ンエツチング法の他の実施例を示す構成説明図、
第１３図は印加するパルス電圧の形状を示す説明
図、第１５図〜第１７図は従来の振動式トランス
ジユーサの一例を示し、第１５図は斜視図、第１
６図は平面図、第１７図は要部断面図である。 ３１……ダイアフラム、３４，５４，６３，９
２，３０１，５０１……振動梁、３３，３５，５
３，５５……穴、３９……シリコンカバー、３
０，９１，６０３，７０３……シリコン基板、４
１，５９，７４，９４，５０９……増幅器、４
２，６９，５１０……フイルタ、３０２……磁性
材料、３０３……電磁石、５０２……磁石、６０
１……容器、６０２，７０２……アルカリ液。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ シリコン単結晶基板に形成したダイアフラム
とそのダイアフラムに形成された振動梁をその振
動梁の固有振動数で振動させておき、前記ダイア
フラムに印加さ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
動式トランスジユーサにおいて、 前記シリコン単結晶は不純物濃度が1015原子／
cm3以下のｐ型半導体とし、前記シリコン単結晶基
板に部分的に1017原子／cm3程度の不純物を加えて
ｎ型層を形成し、アンダエツチングの技術を用い
て形成された一方が閉塞し他方が解放した穴と、 この穴の縁部と同平面若しくは縁部より下方に
形成された前記ｎ型層からなる振動梁と、 前記振動梁の上方に前記ダイアフラムとともに
変形するように形成された前記ダイアフラムと同
等の材質からなるシリコンカバーとを備え、 前記穴の内部を真空に維持すると共に前記振動
梁を真空中で振動させ、その振動梁の振動周波数
からダイアフラムが受ける力を検出するようにし
たことを特徴とする振動式トランスジユーサ。 ２ 振動梁が歪む部分に２つの電極により挟まれ
た圧電材料を付着させ、前記２つの電極間に交流
電圧を印加し、振動梁をその固有振動数で振動さ
せるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の振動式トランスジユーサ。 ３ 振動梁が歪む部分に２つの電極により挟まれ
た圧電材料を付着させ、前記２つの電極間に発生
する電荷量を検出するようにしたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の振動式トランスジ
ユーサ。 ４ 振動梁と振動しないｐ層との間に直流逆バイ
アス電圧と振動梁の固有振動数の交番電圧を重畳
した電圧を印加し、振動梁を固有振動数で振動さ
せるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の振動式トランスジユーサ。 ５ 振動梁の振動歪みが発生する部分に部分的に
不純物を拡散してpn接合部を形成し、この接合
部に電流を流し、接合部の電位を一定値に保つ手
段と、振動歪みによる前記電流の変化量を増幅
し、振動梁の励振手段に入力し、正帰還回路を構
成することにより振動梁を固有振動数で振動させ
るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の振動式トランスジユーサ。 ６ 振動梁の歪みが発生する部分に部分的に不純
物を拡散してｐ層を設け、このｐ層のピエゾ抵抗
効果を用いて振動歪みを検出するようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の振動式
トランスジユーサ。 ７ 振動梁の振動方向に直交する方向に直流磁界
を加え、振動梁に交番電流を流すことにより振動
梁を固有振動数で振動させるようにしたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の振動式トラ
ンスジユーサ。 ８ 振動梁はｐ型シリコン単結晶基板にｎ型とな
る不純物を部分的に加え、ｐ型層に負、ｎ型層に
正の直流またはパルス電圧を加えながらアルカリ
水溶液中で形成したことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の振動式トランスジユーサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60197169A JPS6263828A (ja) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | 振動式トランスジューサ |
| GB8620782A GB2180691B (en) | 1985-09-06 | 1986-08-28 | Vibratory transducer and method of making the same |
| DE19863630368 DE3630368A1 (de) | 1985-09-06 | 1986-09-05 | Schwingungswandler und verfahren zu seiner herstellung |
| US07/145,156 US4841775A (en) | 1985-09-06 | 1988-01-19 | Vibratory transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60197169A JPS6263828A (ja) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | 振動式トランスジューサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6263828A JPS6263828A (ja) | 1987-03-20 |
| JPH0518050B2 true JPH0518050B2 (ja) | 1993-03-10 |
Family
ID=16369936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60197169A Granted JPS6263828A (ja) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | 振動式トランスジューサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4841775A (ja) |
| JP (1) | JPS6263828A (ja) |
| DE (1) | DE3630368A1 (ja) |
| GB (1) | GB2180691B (ja) |
Families Citing this family (92)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8701556D0 (en) * | 1987-01-24 | 1987-02-25 | Schlumberger Electronics Uk | Sensors |
| GB2209245A (en) * | 1987-08-28 | 1989-05-04 | Gen Electric Co Plc | Method of producing a three-dimensional structure |
| GB8720355D0 (en) * | 1987-08-28 | 1987-10-07 | Emi Plc Thorn | Measuring fluid density |
| US4812199A (en) * | 1987-12-21 | 1989-03-14 | Ford Motor Company | Rectilinearly deflectable element fabricated from a single wafer |
| US4906840A (en) * | 1988-01-27 | 1990-03-06 | The Board Of Trustees Of Leland Stanford Jr., University | Integrated scanning tunneling microscope |
| GB8806214D0 (en) * | 1988-03-16 | 1988-04-13 | Avery Ltd W & T | Vibrating force sensor |
| DE3815800A1 (de) * | 1988-05-09 | 1989-11-23 | Asea Brown Boveri | Anordnung zum messen einer gasdichte |
| FR2639113B1 (fr) * | 1988-05-27 | 1994-02-04 | Yokogawa Electric Corp | Procede de fabrication d'un transducteur de type vibrant |
| US4808549A (en) * | 1988-05-27 | 1989-02-28 | Ford Motor Company | Method for fabricating a silicon force transducer |
| FR2639114B1 (fr) * | 1988-05-27 | 1994-02-04 | Yokogawa Electric Corp | Transducteur de type vibrant servant a mesurer une grandeur physique associee a une deformation |
| JPH07104217B2 (ja) * | 1988-05-27 | 1995-11-13 | 横河電機株式会社 | 振動式トランスデューサとその製造方法 |
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| US5398547A (en) * | 1989-01-10 | 1995-03-21 | Innovative Dynamics, Inc. | Apparatus for measuring ice distribution profiles |
| US5206806A (en) * | 1989-01-10 | 1993-04-27 | Gerardi Joseph J | Smart skin ice detection and de-icing system |
| US4945773A (en) * | 1989-03-06 | 1990-08-07 | Ford Motor Company | Force transducer etched from silicon |
| US5060526A (en) * | 1989-05-30 | 1991-10-29 | Schlumberger Industries, Inc. | Laminated semiconductor sensor with vibrating element |
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| US5090254A (en) * | 1990-04-11 | 1992-02-25 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Polysilicon resonating beam transducers |
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