JPH0763780A - Acceleration sensor - Google Patents
Acceleration sensorInfo
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- JPH0763780A JPH0763780A JP20913093A JP20913093A JPH0763780A JP H0763780 A JPH0763780 A JP H0763780A JP 20913093 A JP20913093 A JP 20913093A JP 20913093 A JP20913093 A JP 20913093A JP H0763780 A JPH0763780 A JP H0763780A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、加速度センサに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、半導体技術を用いた加速度センサ
として、ピエゾ型の加速度センサが用いられている。例
えば、図５に示すピエゾ型加速度センサは、ｐ型Ｓｉ基
板１０から横へ張り出した、厚さ数μｍから数十μｍの
ｎ型層の可動部１２を具え、この可動部１２に電極１８
を具えたピエゾ素子１６を形成してある。また、可動部
の先端近くには荷重部１１を形成してある。また、可動
部１２上には、絶縁膜２０および表面保護膜２２が形成
してある。この加速度センサに上下方向の加速度（α）
が加わると、荷重部１１等の質量（ｍ）の大きさに応じ
た力（Ｆ＝ｍα）が働き、加速度センサの可動部１２が
撓み、可動部１２中のピエゾ素子１６の抵抗値が大きく
変化する。この抵抗値の変化を検出することによって加
速度の大きさを検出することができる。2. Description of the Related Art Conventionally, a piezo-type acceleration sensor has been used as an acceleration sensor using semiconductor technology. For example, the piezo-type acceleration sensor shown in FIG. 5 includes a movable part 12 of an n-type layer having a thickness of several μm to several tens μm and laterally overhanging from the p-type Si substrate 10, and an electrode 18 is provided on the movable part 12.
A piezo element 16 having the above is formed. A load portion 11 is formed near the tip of the movable portion. Further, an insulating film 20 and a surface protection film 22 are formed on the movable portion 12. Vertical acceleration (α) to this acceleration sensor
When a force is applied, a force (F = mα) according to the magnitude of the mass (m) of the load portion 11 and the like acts, the movable portion 12 of the acceleration sensor bends, and the resistance value of the piezo element 16 in the movable portion 12 becomes large. Change. The magnitude of acceleration can be detected by detecting the change in the resistance value.
【０００３】また、例えば、文献：「日本ロボット学会
誌８巻４号４６８頁」には、従来の静電容量型の加速度
センサが記載されている。この文献に記載の加速度セン
サの断面を図６に示す。この加速度センサは、２枚の支
持基板２４および２６の間に、加速度により上下する重
りとして働く可動電極２８を先端に形成した片持ち梁２
９を具えてなる。この可動電極２８に対向する上下の支
持基板２４および２６上に上側および下側固定電極３０
および３２を設けてあり、加速度センサが加速度を受け
て可動電極２８が上下に変位したときの可動電極２８と
上側国定電極３０および可動電極２８と下側固定電極部
３２との間の静電容量の差を検出することによって加速
度を検出している。Further, for example, a conventional capacitance type acceleration sensor is described in a document: “Journal of the Robotics Society of Japan, Vol. 8, No. 4, page 468”. FIG. 6 shows a cross section of the acceleration sensor described in this document. This acceleration sensor has a cantilever 2 having a movable electrode 28, which acts as a weight that moves up and down due to acceleration, formed between two supporting substrates 24 and 26 at its tip.
Comes with 9. The upper and lower fixed electrodes 30 are provided on the upper and lower support substrates 24 and 26 facing the movable electrode 28.
And 32 are provided, and the electrostatic capacitance between the movable electrode 28 and the upper national fixed electrode 30 and between the movable electrode 28 and the lower fixed electrode portion 32 when the movable electrode 28 is vertically displaced by the acceleration sensor receiving acceleration. Acceleration is detected by detecting the difference between.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
より感度の良い加速度センサが要求されている。そこ
で、この出願に係る発明者は、種々の検討の結果、電子
銃を加速度センサとして利用することを考えついた。However, in recent years,
Accelerometers with higher sensitivity are required. Therefore, as a result of various studies, the inventor of this application has come up with the idea of using the electron gun as an acceleration sensor.
【０００５】従って、この発明の目的は、従来には無い
新しい、感度の良い加速度センサを提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a new and highly sensitive acceleration sensor which has never been obtained.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この出願に係る第１の発明の加速度センサによれ
ば、真空の空洞中に、加速度が加わることにより変位す
る可動部を具え、電子発生源、この電子発生源から発生
した電子ビームを偏向させるための偏向電極部、この偏
向電極部を通過した電子ビームを検出するための電子検
出器を１つの直線に沿って配列してあり、偏向電極部
は、可動部の表面に設けた可動電極と、この可動電極と
対向して設けられた固定電極とを以って構成されてお
り、可動電極と固定電極との間には、両電極間を通過し
た電子ビームを電子検出器が設けられた側に偏向させる
ための電圧が印加されており、電子検出器を構成する複
数の電極は、電子ビームが到達する領域に、直線に沿っ
て並べられてなることを特徴とする。In order to achieve this object, according to the acceleration sensor of the first invention of the present application, a vacuum cavity is provided with a movable portion which is displaced by the application of acceleration, An electron source, a deflection electrode unit for deflecting an electron beam generated from the electron source, and an electron detector for detecting the electron beam passing through the deflection electrode unit are arranged along one straight line. The deflecting electrode section is composed of a movable electrode provided on the surface of the movable section and a fixed electrode provided so as to face the movable electrode, and between the movable electrode and the fixed electrode, A voltage is applied to deflect the electron beam that has passed between the two electrodes to the side where the electron detector is provided, and the electrodes that make up the electron detector are linear in the area where the electron beam reaches. Be arranged along And butterflies.
【０００７】また、この出願に係る第２の発明の加速度
センサによれば、真空の空洞中に、加速度が加わること
により変位する可動部を具え、電子発生源、この電子発
生源から発生した電子ビームを偏向させるための偏向電
極部、この偏向電極部を通過した電子ビームを検出する
ための電子検出器を１つの直線に沿って配列してあり、
電子発生源が可動部上に設けてあり、電子検出器を構成
する複数の電極は、電子ビームが到達する領域に、直線
に沿って並べられてなることを特徴とする。Further, according to the acceleration sensor of the second invention of the present application, the movable part which is displaced by the acceleration being applied is provided in the vacuum cavity, and the electron source and the electron generated from the electron source are provided. A deflection electrode portion for deflecting the beam and an electron detector for detecting the electron beam passing through the deflection electrode portion are arranged along one straight line,
The electron source is provided on the movable part, and the plurality of electrodes forming the electron detector are arranged along a straight line in a region where the electron beam reaches.
【０００８】また、この出願に係る第３の発明の加速度
センサによれば、真空の空洞中に、加速度が加わること
により変位する可動部を具え、電子発生源、この電子発
生源から発生した電子ビームを偏向させるための偏向電
極部、及び、この偏向電極部を通過した電子ビームを検
出するための電子検出器を１つの直線に沿って配列して
あり、電子検出器が前記可動部上に設けてあり、電子検
出器を構成する複数の電極は、電子ビームが到達する領
域に、直線に沿って並べられてなることを特徴とする。Further, according to the acceleration sensor of the third invention of this application, an electron source and an electron generated from this electron source are provided in the vacuum cavity, which has a movable portion which is displaced by the application of acceleration. A deflection electrode section for deflecting the beam and an electron detector for detecting the electron beam passing through the deflection electrode section are arranged along one straight line, and the electron detector is arranged on the movable section. A plurality of electrodes which are provided and constitute the electron detector are arranged along a straight line in a region where the electron beam reaches.
【０００９】また、好ましくは、第１〜第３の発明の実
施にあたり、電子発生源と前記偏向電極部との間に、電
子ビームを収束させるための電界レンズとなる陽極を具
えることが望ましい。Further, in carrying out the first to third inventions, preferably, an anode serving as an electric field lens for converging an electron beam is provided between the electron generating source and the deflection electrode section. .
【００１０】[0010]
【作用】この出願に係る第１の発明の加速度センサによ
れば、電子ビームが変更電極部を通過する。偏向電極部
は、加速度を受けると可動部が変位し、その結果、可動
部の表面に設けられた可動電極とこれと対向する固定電
極との間の距離が変化する。このため、例えば、偏向電
極部に一定の電圧を印加してある場合、加速度により可
動電極と固定電極との間の電界強度が変化する。従っ
て、電子ビームは偏向電極部において、加速に応じた偏
向を受ける。後述するように、電子ビームの到達位置
は、偏向電極部の両電極間の距離の２乗に比例する。従
って、偏向電極部を通過した電子ビームの飛行距離が長
くなれば、電子ビームの到達地点は大きく移動すること
になる。従って、電子ビームの到達位置に電子検出器の
電極を並べておけば、電子ビームが偏向される程度が僅
かであっても、偏向の程度に応じた電子ビームの到達位
置を検出することができ、これにより、感度の良い加速
度センサを得ることができる。According to the acceleration sensor of the first invention of this application, the electron beam passes through the changing electrode portion. When the deflection electrode section receives an acceleration, the movable section is displaced, and as a result, the distance between the movable electrode provided on the surface of the movable section and the fixed electrode facing the movable electrode changes. Therefore, for example, when a constant voltage is applied to the deflection electrode section, the electric field strength between the movable electrode and the fixed electrode changes due to acceleration. Therefore, the electron beam is deflected by the deflection electrode section according to the acceleration. As will be described later, the arrival position of the electron beam is proportional to the square of the distance between both electrodes of the deflection electrode section. Therefore, if the flight distance of the electron beam that has passed through the deflection electrode portion becomes long, the arrival point of the electron beam will move greatly. Therefore, by arranging the electrodes of the electron detector at the arrival position of the electron beam, the arrival position of the electron beam according to the degree of deflection can be detected even if the degree of deflection of the electron beam is small. This makes it possible to obtain a highly sensitive acceleration sensor.
【００１１】また、この出願に係る第２の発明の加速度
センサによれば、電子発生源が可動部上に設けてある。
このため、例えば、可動部として片持ち梁を用いた場
合、加速度により可動部が変位すると、電子ビームの出
射方向が変化する。その結果、電子ビームの飛行距離が
長くなる程、電子ビームの到達地点の加速度による移動
量も大きくなる。また、電子ビームの進路を偏向電極部
で電子検出器の方向へ曲げてある。このため、電子ビ−
ムは、電子検出器の電極の配列された面に対して斜めに
入射する。従って、電子発生源の位置が加速度によりず
れると電子ビームの到達地点はより大きく移動すること
になる。従って、この発明によれば、電子ビームの到達
地点を電子検出器で検出するれば、感度の良い加速度セ
ンサとなる。Further, according to the acceleration sensor of the second invention according to this application, the electron generating source is provided on the movable portion.
Therefore, for example, when a cantilever is used as the movable part, the emission direction of the electron beam changes when the movable part is displaced by acceleration. As a result, the longer the flight distance of the electron beam, the larger the amount of movement due to the acceleration at the arrival point of the electron beam. Further, the path of the electron beam is bent in the direction of the electron detector at the deflection electrode portion. Therefore, the electronic
The beams impinge obliquely on the surface on which the electrodes of the electron detector are arranged. Therefore, if the position of the electron generation source shifts due to acceleration, the arrival point of the electron beam moves further. Therefore, according to the present invention, if the arrival point of the electron beam is detected by the electron detector, the acceleration sensor has high sensitivity.
【００１２】また、この出願に係る第３の発明の加速度
センサによれば、電子ビームの進路を偏向電極部で電子
検出器の方向へ曲げてある。このため、電子ビ−ムは、
電子検出器の電極の配列された面に対して斜めに入射す
る。そして、この電子検出器が可動部上に設けてある。
従って、加速度によって可動部が変位すると、電子検出
器の電子ビームが到達する位置がより大きく移動するこ
とになる。従って、電子ビームの到達地点を検出するこ
とにより、この発明の加速度センサは、感度の良い加速
度センサとなる。According to the acceleration sensor of the third invention of this application, the path of the electron beam is bent toward the electron detector at the deflection electrode portion. Therefore, the electronic beam is
The light is obliquely incident on the surface where the electrodes of the electron detector are arranged. The electronic detector is provided on the movable part.
Therefore, when the movable portion is displaced by the acceleration, the position reached by the electron beam of the electron detector moves to a greater extent. Therefore, by detecting the arrival point of the electron beam, the acceleration sensor of the present invention becomes a highly sensitive acceleration sensor.
【００１３】また、電子ビームは、電子検出器に到達し
たときには、ビーム径が拡がりをもっている。このた
め、電子は、１つの電極だけではなく、複数の電極にわ
たる分布として検出される。そこで、例えば、電子発生
源から射出された電子ビームを、電界レンズとなる陽極
を用いて収束させれば、より感度の高い加速度センサを
得ることができる。Further, when the electron beam reaches the electron detector, the beam diameter has a divergence. Therefore, the electrons are detected not only as one electrode but as a distribution over a plurality of electrodes. Therefore, for example, if the electron beam emitted from the electron generation source is converged by using the anode serving as the electric field lens, an acceleration sensor having higher sensitivity can be obtained.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の加速度セ
ンサの実施例について説明する。尚、以下に参照する図
は、この発明が理解できる程度に各構成成分の大きさ、
形状および配置関係を概略的に示してあるにすぎない。
従って、この発明はこの図示例にのみ限定されるもので
ないことは明らかである。また、図は、断面を示すハッ
チング等を一部省略して示してある。Embodiments of the acceleration sensor of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the drawings referred to below are the sizes of the respective constituents to the extent that the present invention can be understood,
The shape and the positional relationship are only schematically shown.
Therefore, it is clear that the present invention is not limited to this illustrated example. Further, in the drawing, hatching and the like showing the cross section are partially omitted.
【００１５】＜第１実施例＞先ず、この出願に係る第１
の発明の加速度センサの一例について第１実施例として
説明する。図１の（Ａ）および（Ｂ）は、第１実施例の
加速度センサの原理の説明に供する図である。図１の
（Ａ）は、第１実施例の加速度センサを電子ビームの飛
行方向に沿った断面で示す構造図である。図１の（Ｂ）
は、第１実施例の加速度センサの電子ビームの偏向の原
理の説明に供する模式図である。<First Embodiment> First, the first embodiment of the present application
An example of the acceleration sensor of the invention will be described as a first embodiment. 1A and 1B are diagrams for explaining the principle of the acceleration sensor of the first embodiment. FIG. 1A is a structural diagram showing the acceleration sensor of the first embodiment in a cross section along the flight direction of the electron beam. Figure 1 (B)
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the principle of electron beam deflection of the acceleration sensor of the first embodiment.
【００１６】図１の（Ａ）に示す加速度センサは、真空
の空洞４０中に、加速度が加わることにより変位する可
動部４２を具えている。この真空度は、要求される電子
ビームの平均自由行程にもよるが、通常１０-3Ｔｏｒｒ
以下ならば十分である。The acceleration sensor shown in FIG. 1A includes a movable portion 42 in a vacuum cavity 40, which is displaced by acceleration. This vacuum degree is usually 10 −3 Torr, though it depends on the required mean free path of the electron beam.
The following is sufficient.
【００１７】この加速度センサは、空洞４０中に電子発
生源４４、この電子発生源４４から発生した電子ビーム
を偏向させるための偏向電極部４６、この偏向電極部４
６を通過した電子ビームを検出するための電子検出器を
１つの直線に沿って配列してある。電子発生源４４は、
陰極４８およびゲート５０からなり、陰極４８の先端と
ゲート５０間の距離は、高電界が加わりやすいように
０．５μｍから数μｍ程度とする。陰極４８から射出さ
れた電子は、この電界によって加速され、さらに、ゲー
トよりも高い電圧が印加されている陽極５２間を通過す
る。この陽極５２は、陰極４８から射出された電子から
なる電子ビームを収束させるための電界レンズの役割を
果たす。陽極５２を通過した電子ビームは、次に、偏向
電極部４６を通過する。This acceleration sensor includes an electron generating source 44 in a cavity 40, a deflecting electrode portion 46 for deflecting an electron beam generated from the electron generating source 44, and the deflecting electrode portion 4.
Electron detectors for detecting the electron beam passing through 6 are arranged along one straight line. The electron source 44 is
It is composed of the cathode 48 and the gate 50, and the distance between the tip of the cathode 48 and the gate 50 is about 0.5 μm to several μm so that a high electric field is easily applied. The electrons emitted from the cathode 48 are accelerated by this electric field and further pass between the anodes 52 to which a voltage higher than that of the gate is applied. The anode 52 plays a role of an electric field lens for converging an electron beam composed of electrons emitted from the cathode 48. The electron beam that has passed through the anode 52 then passes through the deflection electrode section 46.
【００１８】偏向電極部４６は、可動部４２の表面に設
けた可動電極５４と、この可動電極５４と対向して設け
られた固定電極５６とを以って構成されている。可動電
極５４と固定電極５６との間には、両電極間５４および
５６を通過した電子ビームを電子検出器５８が設けられ
た側に偏向させるための電圧が印加されており、電子ビ
ームはこの両電極５４および５６間の電界によって偏向
される。The deflection electrode section 46 is composed of a movable electrode 54 provided on the surface of the movable section 42 and a fixed electrode 56 provided so as to face the movable electrode 54. A voltage is applied between the movable electrode 54 and the fixed electrode 56 to deflect the electron beam that has passed between the electrodes 54 and 56 to the side where the electron detector 58 is provided. It is deflected by the electric field between both electrodes 54 and 56.
【００１９】電子検出器５８を構成する複数の電極６０
は、電子ビームが到達する領域に、並べられている。各
電極６０には正の電圧が印加されており、これに電子が
到達すると、これに接続されている検出器、例えば電流
計に電流が流れる。その結果、どの電極６０に電子ビー
ムが到達したかわかるようにしてある。尚、図に示す実
施例では、代表して１つの電極６０にのみ電流計と電源
とを接続して示してあるが、他の電極６０も同様に電流
計と電源に接続してある。A plurality of electrodes 60 constituting the electron detector 58
Are arranged in the area where the electron beam reaches. A positive voltage is applied to each electrode 60, and when an electron reaches this electrode, a current flows in a detector, for example, an ammeter, connected to this. As a result, it is possible to know which electrode 60 the electron beam has reached. In the embodiment shown in the drawing, the ammeter and the power source are connected to only one electrode 60 as a representative, but the other electrodes 60 are similarly connected to the ammeter and the power source.
【００２０】次に、図１の（Ｂ）を参照して、電子ビー
ムの偏向について説明する。図１の（Ｂ）には、図１の
（Ａ）に示した偏向電極部４６および電子検出器５８が
模式的に示してある。Next, the deflection of the electron beam will be described with reference to FIG. In FIG. 1B, the deflection electrode section 46 and the electron detector 58 shown in FIG. 1A are schematically shown.
【００２１】可動部電極５４と固定電極５６との間に、
両電極５４および５６と平行に進んできた電子は、両電
極間の電界により、固定電極５６側に偏向される。ここ
で、電子が両電極間５４および５６のちょうど中間を速
度ｖで進んできた場合、偏向された電子の到達位置Ｘ
は、次に（１）のように表される。Between the movable electrode 54 and the fixed electrode 56,
The electrons that have proceeded in parallel with both electrodes 54 and 56 are deflected to the fixed electrode 56 side by the electric field between both electrodes. Here, when the electron travels at a velocity v just in the middle between the electrodes 54 and 56, the arrival position X of the deflected electron X
Is then represented as (1).
【００２２】 Ｘ＝１／（２ｖ）×（１／（ｅＶP ）−１／Ｌ）×ｄ2 ・・・・・・（１） 但し、ｅは電子の電荷、ＶP は両電極間に印加されてい
る電圧、Ｌは電子が飛行する両電極間の距離、ｄは両電
極間の距離、Ｘ（＞０）は偏向電極を通過した後の到達
地点までの飛行距離をそれぞれ表している。X = 1 / (2v) × (1 / (eV P ) −1 / L) × d 2 (1) where e is the electron charge and V P is between both electrodes The applied voltage, L is the distance between both electrodes where electrons fly, d is the distance between both electrodes, and X (> 0) is the flight distance to the arrival point after passing through the deflection electrode. .
【００２３】（１）式に示すように、電子の到達位置
（Ｘ）は、電極間の距離（ｄ）の２乗に比例する。さら
に、偏向電極部４６を通過した電子ビームの飛行距離が
長くなれば、電子ビームが偏向される程度が僅かであっ
ても、電子ビームの到達地点はＸ方向に大きく移動する
ことになる。従って、電子ビームの到達地点を検出する
ことにより、この発明の加速度センサは、感度の良い加
速度センサとなる。As shown in the equation (1), the arrival position (X) of the electron is proportional to the square of the distance (d) between the electrodes. Furthermore, if the flight distance of the electron beam that has passed through the deflection electrode section 46 becomes long, the arrival point of the electron beam will move greatly in the X direction even if the degree of deflection of the electron beam is small. Therefore, by detecting the arrival point of the electron beam, the acceleration sensor of the present invention becomes a highly sensitive acceleration sensor.
【００２４】ところで、電子ビームは完全には収束しな
い。このため、電子検出器では電子ビームの到達位置の
分布が検出される。検出された位置分布は、外部回路に
より加速度の大きさに変換される。この加速度の大きさ
の値は、予め加速度の大きさと電子ビーム到達位置との
関係を試験により求めておいて、この関係を利用して任
意適当な手法により表示させれば良く、従来技術を用い
て容易に構成できる。By the way, the electron beam does not completely converge. Therefore, the electron detector detects the distribution of the arrival positions of the electron beam. The detected position distribution is converted into the magnitude of acceleration by an external circuit. The value of the magnitude of the acceleration may be obtained by previously determining the relationship between the magnitude of the acceleration and the electron beam arrival position by a test, and using this relationship, the value may be displayed by any appropriate method. Easy to configure.
【００２５】また、第１実施例では、偏向電極部に印加
する電圧を一定としたが、例えば、加速度を受けたとき
に、電子ビームの到達地点が一定になるように、偏向電
極に印加する電圧を変化させる方法もある。この場合、
例えば、予め加速度がゼロの場合の電子ビームの検出位
置に相当する電子検出器の電極を基準として定めてお
き、加速度が加わったときに電子ビームが入射する電子
検出器の電極と基準の電極との間の距離を電圧に変換
し、その電圧をフィードバック信号として偏向電極部の
両電極間に印加して電子ビームの偏向を加速度のない場
合の偏向状態に知れやれば良い。そして、電子検出器か
ら偏向電極に印加されるフィードバックされる信号を検
出することにより、加速度を検出することができる。Further, in the first embodiment, the voltage applied to the deflecting electrode portion is constant, but it is applied to the deflecting electrode so that the arrival point of the electron beam becomes constant when acceleration is applied, for example. There is also a method of changing the voltage. in this case,
For example, the electrode of the electron detector corresponding to the detection position of the electron beam when the acceleration is zero is set as a reference in advance, and the electrode of the electron detector on which the electron beam enters when the acceleration is applied and the reference electrode are It suffices to convert the distance between them into a voltage and apply the voltage as a feedback signal between both electrodes of the deflection electrode section so that the deflection state of the electron beam can be known to the deflection state in the absence of acceleration. Then, the acceleration can be detected by detecting the signal fed back from the electron detector to the deflection electrode.
【００２６】次に、第１実施例の加速度センサの構造に
ついて説明する。図２の（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施例
の加速度センサの構造図である。図２の（Ａ）は、第１
実施例の加速度センサの平面図である。この平面図は、
上側のＳｉ層等を除いた状態で示してある。図２の
（Ｂ）は、図２の（Ａ）のＡ−Ａにおける切り口の断面
図である。図２の（Ｃ）は、図２の（Ａ）のＢ−Ｂにお
ける切り口の断面図である。Next, the structure of the acceleration sensor of the first embodiment will be described. 2A to 2C are structural views of the acceleration sensor of the first embodiment. FIG. 2A shows the first
It is a top view of the acceleration sensor of an example. This plan view is
It is shown without the upper Si layer and the like. 2B is a cross-sectional view of the cut line AA in FIG. FIG. 2C is a cross-sectional view of the cut line BB of FIG.
【００２７】図２に示す加速度センサは、Ｓｉ基板６２
上の空洞４０に、上述したように、陰極４８、ゲート５
０、陽極５２、可動部４２に設けられた可動電極５４、
Ｓｉ基板６２上に設けられた固定電極５６、電子検出器
５８の電極６０を具えている。Ｓｉ基板６２の空洞４０
に面した表面には、絶縁性にするためのＳｉ3 Ｎ4 膜
（図示せず）がＣＶＤ法を用いて形成されている。ま
た、ゲート５０、固定電極５６および電子検出器５８の
電極６０は、それぞれ、Ｃｒ／Ａｕを蒸着し、通常のホ
トリソグラフィおよびエッチング技術を用いて形成され
ている。また、陰極４８は、複数の突起を有しており、
ＣＶＤ法を用いてタングステン膜を形成し、通常のホト
リソグラフィおよびエッチング技術を用いて形成されて
いる。また、陽極５２は、ＣＶＤ法を用いてタングステ
ン膜を形成し、通常のホトリソグラフィおよびエッチン
グ技術を用いて下側の電極部分を形成した後、その上
に、ＳｉＯ2 の犠牲層をＣＶＤ法によりタングステン膜
形成し、パターニングおよびエッチングによりこの犠牲
層を除去する。The acceleration sensor shown in FIG. 2 has a Si substrate 62.
In the upper cavity 40, as described above, the cathode 48, the gate 5
0, the anode 52, the movable electrode 54 provided on the movable portion 42,
It includes a fixed electrode 56 provided on a Si substrate 62 and an electrode 60 of an electron detector 58. Cavity 40 of Si substrate 62
A Si 3 N 4 film (not shown) for insulation is formed on the surface facing the substrate by the CVD method. Further, the gate 50, the fixed electrode 56, and the electrode 60 of the electron detector 58 are formed by vapor-depositing Cr / Au and using a usual photolithography and etching technique. Further, the cathode 48 has a plurality of protrusions,
A tungsten film is formed by using the CVD method and is formed by using ordinary photolithography and etching techniques. Further, for the anode 52, a tungsten film is formed by using the CVD method, and a lower electrode portion is formed by using ordinary photolithography and etching techniques, and then a sacrificial layer of SiO 2 is formed thereon by the CVD method. A tungsten film is formed, and the sacrificial layer is removed by patterning and etching.
【００２８】また、空洞４０の上側を部分的に覆う上側
Ｓｉ基板６４の表面には、下側のＳｉ基板６２と張り合
せる前に、Ｃｒ／Ａｕからなる可動電極５４を形成す
る。その後、上側Ｓｉ基板６４の両面にＳｉ3 Ｎ4 膜の
マスクパターンを形成し、ＫＯＨ水溶液をエッチャント
として用いた異方性エッチングによる加工により、片持
ち梁の可動部４２を形成する。また、可動部４２の上方
の空洞は、ガラス板６６によって覆われている。このガ
ラス板６６は、放電加工により、可動部４２に対応する
部分が窪んだ形に加工されている。On the surface of the upper Si substrate 64 which partially covers the upper side of the cavity 40, a movable electrode 54 made of Cr / Au is formed before being bonded to the lower Si substrate 62. Then, a mask pattern of a Si 3 N 4 film is formed on both surfaces of the upper Si substrate 64, and the movable portion 42 of the cantilever is formed by processing by anisotropic etching using a KOH aqueous solution as an etchant. Further, the cavity above the movable portion 42 is covered with the glass plate 66. The glass plate 66 is processed by electric discharge machining so that a portion corresponding to the movable portion 42 is recessed.
【００２９】また、この上側Ｓｉ基板６４と下側のＳｉ
基板６２との接合に当たっては、先ず、上側Ｓｉ基板６
４の接合面となる面にガラスをスパッタ蒸着し、その
後、下側のＳｉ基板６２と張り合せて、真空中に高温加
熱することにより接合させている。また、ガラス板６６
と上側Ｓｉ基板６４とは、真空中でガラス板６６側に負
電圧を印加して、４００℃程度の温度に加熱して接合す
る。真空中で接合することにより、空洞４０中は真空に
保たれる。また、加速度センサの電極等は、ボンディン
グパット７４に接続されている。このボンディングパッ
ト７４上の上側Ｓｉ基板６４には開口部７６が設けてあ
り、ここで、リード線７８がボンディングパット７４に
電導性エポキシ樹脂８０によって接続されている。The upper Si substrate 64 and the lower Si substrate
In joining with the substrate 62, first, the upper Si substrate 6
Glass is sputter-deposited on the surface to be the bonding surface of No. 4, then bonded to the lower Si substrate 62 and heated at high temperature in a vacuum for bonding. Also, the glass plate 66
The upper Si substrate 64 and the upper Si substrate 64 are bonded together by applying a negative voltage to the glass plate 66 side in a vacuum and heating to a temperature of about 400 ° C. By bonding in a vacuum, the inside of the cavity 40 is maintained in a vacuum. Further, the electrodes of the acceleration sensor and the like are connected to the bonding pad 74. An opening 76 is provided in the upper Si substrate 64 on the bonding pad 74, and a lead wire 78 is connected to the bonding pad 74 by a conductive epoxy resin 80.
【００３０】＜第２実施例＞次に、この出願に係る第２
の発明の加速度センサの一例について第２実施例として
説明する。図３は、第２実施例の加速度センサの構造の
説明に供する断面図である。<Second Embodiment> Next, the second embodiment of the present application
An example of the acceleration sensor of the invention will be described as a second embodiment. FIG. 3 is a sectional view for explaining the structure of the acceleration sensor of the second embodiment.
【００３１】第２実施例の加速度センサによれば、真空
の空洞４０中に、加速度が加わることにより変位する可
動部７０を具えている。According to the acceleration sensor of the second embodiment, the vacuum cavity 40 is provided with the movable portion 70 which is displaced by the application of acceleration.
【００３２】この加速度センサは、空洞４０中に電子発
生源４４、この電子発生源４４から発生した電子ビーム
を偏向させるための偏向電極部４６、この偏向電極部４
６を通過した電子ビームを検出するための電子検出器を
１つの直線に沿って配列してある。電子発生源４４は、
陰極４８およびゲート５０からなっている。This acceleration sensor includes an electron source 44 in a cavity 40, a deflecting electrode portion 46 for deflecting an electron beam generated from the electron generating source 44, and the deflecting electrode portion 4.
Electron detectors for detecting the electron beam passing through 6 are arranged along one straight line. The electron source 44 is
It is composed of a cathode 48 and a gate 50.
【００３３】第２実施例の加速度センサでは、電子発生
源４４、陽極５２および変更電極部４６が可動部７０上
に設けてある。このため、可動部７０が変位すると、電
子発生源から射出した電子ビームの到達位置が変化す
る。電子ビームが到達する領域には、電子検出器５８を
構成する複数の電極６０が、上述した直線に沿って並べ
られている。In the acceleration sensor of the second embodiment, the electron source 44, the anode 52 and the changing electrode portion 46 are provided on the movable portion 70. Therefore, when the movable part 70 is displaced, the arrival position of the electron beam emitted from the electron generation source is changed. In the area where the electron beam reaches, a plurality of electrodes 60 forming the electron detector 58 are arranged along the above-described straight line.
【００３４】＜第３実施例＞次に、この出願に係る第３
の発明の加速度センサの一例について第３実施例として
説明する。図４は、第３実施例の加速度センサの構造の
説明に供する断面図である。<Third Embodiment> Next, the third embodiment of the present application will be described.
An example of the acceleration sensor of the invention will be described as a third embodiment. FIG. 4 is a sectional view for explaining the structure of the acceleration sensor of the third embodiment.
【００３５】第３実施例の加速度センサによれば、真空
の空洞４０中に、加速度が加わることにより変位する可
動部７０を具えている。According to the acceleration sensor of the third embodiment, the vacuum cavity 40 is provided with the movable portion 70 which is displaced by the application of acceleration.
【００３６】この加速度センサは、空洞４０中に電子発
生源４４、この電子発生源４４から発生した電子ビーム
を偏向させるための偏向電極部４６、この偏向電極部４
６を通過した電子ビームを検出するための電子検出器を
１つの直線に沿って配列してある。電子発生源４４は、
陰極４８およびゲート５０からなっている。This acceleration sensor includes an electron source 44 in a cavity 40, a deflection electrode section 46 for deflecting an electron beam generated from the electron source 44, and the deflection electrode section 4.
Electron detectors for detecting the electron beam passing through 6 are arranged along one straight line. The electron source 44 is
It is composed of a cathode 48 and a gate 50.
【００３７】第３実施例では、電子検出器５８が、可動
部７２上に設けてある。そして、この電子検出器５８中
の電子ビームが到達する領域には、電子検出器５８を構
成する複数の電極６０が、上述した直線に沿って並べら
れている。従って、加速度が加速度センサに加わると、
電子検出器５８自体が変位することによって、電子ビー
ムが到達する電極６０が異なることになる。In the third embodiment, the electron detector 58 is provided on the movable portion 72. Then, in the area of the electron detector 58 where the electron beam reaches, a plurality of electrodes 60 constituting the electron detector 58 are arranged along the straight line described above. Therefore, when acceleration is applied to the acceleration sensor,
Due to the displacement of the electron detector 58 itself, the electrode 60 that the electron beam reaches will be different.
【００３８】上述した各実施例では、この発明を特定の
材料を使用し、また、特定の条件で形成した例について
説明したが、この発明は多くの変更および変形を行うこ
とができる。例えば、上述した実施例では、可動部とし
て片持ち梁を用いたが、可動部の形状はこれに限定され
ない。In each of the above-described embodiments, the present invention has been described as an example in which a specific material is used and is formed under specific conditions, but the present invention can be modified and modified in many ways. For example, in the above-described embodiment, the cantilever is used as the movable portion, but the shape of the movable portion is not limited to this.
【００３９】[0039]
【発明の効果】この発明の加速度センサによれば、従来
にない新しい、高感度の加速度センサを提供することが
できる。また、例えば、電子発生源から射出された電子
ビームを、電界レンズとなる陽極を用いて収束させれ
ば、より感度の高い加速度センサを得ることができる。According to the acceleration sensor of the present invention, it is possible to provide a new and highly sensitive acceleration sensor that has never been seen before. Further, for example, if the electron beam emitted from the electron generation source is converged by using the anode serving as the electric field lens, an acceleration sensor having higher sensitivity can be obtained.
【００４０】また、この発明の加速度センサは、例えば
自動車の加速度センサとして用いて好適である。Further, the acceleration sensor of the present invention is suitable for use as an acceleration sensor for automobiles, for example.
【図１】（Ａ）および（Ｂ）は、第１実施例の加速度セ
ンサの原理の説明に供する図である。1A and 1B are diagrams for explaining the principle of an acceleration sensor according to a first embodiment.
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施例の加速度センサ
の構造の説明に供する図であり、（Ａ）は、第１実施例
の加速度センサの平面図であり、（Ｂ）は、図２の
（Ａ）のＡ−Ａにおける切り口の断面図であり、（Ｃ）
は、図２の（Ａ）のＢ−Ｂにおける切り口の断面図であ
る。2A to 2C are diagrams for explaining the structure of the acceleration sensor of the first embodiment, FIG. 2A is a plan view of the acceleration sensor of the first embodiment, and FIG. ) Is a cross-sectional view of the section taken along the line AA in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a cut line BB of FIG.
【図３】第２実施例の加速度センサの構造の説明に供す
る断面図である。FIG. 3 is a sectional view for explaining the structure of an acceleration sensor according to a second embodiment.
【図４】第３実施例の加速度センサの構造の説明に供す
る断面図である。FIG. 4 is a sectional view for explaining the structure of an acceleration sensor according to a third embodiment.
【図５】従来のピエゾ素子型加速度センサの構造図の説
明に供する断面図である。FIG. 5 is a sectional view for explaining a structural diagram of a conventional piezo element type acceleration sensor.
【図６】従来の静電容量型の加速度センサの構造の説明
に供する断面図である。FIG. 6 is a sectional view for explaining the structure of a conventional capacitance type acceleration sensor.
１０：ｐ型Ｓｉ基板 １１：荷重部 １２：ｎ型層 １６：ピエゾ素子 １８：電極 ２０：絶縁膜 ２２：表面保護膜 ２４：支持基板 ２６：支持基板 ２８：可動電極 ２９：片持ち梁 ３０：上側固定電極 ３２：下側固定電極 ４０：空洞 ４２：可動部 ４４：電子発生源 ４６：偏向電極部 ４８：陰極 ５０：ゲート ５２：陽極 ５４：可動電極 ５６：固定電極 ５８：電子検出器 ６０：電極 ６２：Ｓｉ基板 ６４：上側Ｓｉ基板 ６６：ガラス板 ７０：可動部 ７２：可動部 ７４：ボンディングパッド ７６：開口部 ７８：リード線 ８０：電導性エポキシ樹脂 10: p-type Si substrate 11: load part 12: n-type layer 16: piezo element 18: electrode 20: insulating film 22: surface protection film 24: supporting substrate 26: supporting substrate 28: movable electrode 29: cantilever 30: Upper fixed electrode 32: Lower fixed electrode 40: Cavity 42: Movable part 44: Electron source 46: Deflection electrode part 48: Cathode 50: Gate 52: Anode 54: Movable electrode 56: Fixed electrode 58: Electron detector 60: Electrode 62: Si substrate 64: Upper side Si substrate 66: Glass plate 70: Moving part 72: Moving part 74: Bonding pad 76: Opening 78: Lead wire 80: Conductive epoxy resin
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多嶋 勉 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tsutomu Tajima 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Oki Electric Industry Co., Ltd.
Claims (4)
より変位する可動部を具え、 電子発生源、該電子発生源から発生した電子ビームを変
向させるための変向電極部、該変向電極部を通過した電
子ビームを検出するための電子検出器を１つの直線に沿
って配列してあり、 前記偏向電極部は、前記可動部の表面に設けた可動電極
と、該可動電極と対向して設けられた固定電極とを以っ
て構成されており、 前記可動電極と前記固定電極との間には、両電極間を通
過した電子ビームを前記電子検出器が設けられた側に偏
向させるための電圧が印加されており、 前記電子検出器を構成する複数の電極は、前記電子ビー
ムが到達する領域に、前記直線に沿って並べられてなる
ことを特徴とする加速度センサ。1. A vacuum cavity having a movable part which is displaced by the application of acceleration, an electron source, a redirecting electrode part for redirecting an electron beam generated from the electron source, and the redirecting part. Electron detectors for detecting an electron beam that has passed through the electrode portion are arranged along one straight line, and the deflection electrode portion is provided with a movable electrode provided on a surface of the movable portion, and the movable electrode facing the movable electrode. Between the movable electrode and the fixed electrode, the electron beam passing between the movable electrode and the fixed electrode is deflected to the side where the electron detector is provided. A voltage for applying the voltage is applied, and the plurality of electrodes forming the electron detector are arranged along the straight line in a region where the electron beam reaches.
より変位する可動部を具え、 電子発生源、該電子発生源から発生した電子ビームを偏
向させるための偏向電極部、該偏向電極部を通過した電
子ビームを検出するための電子検出器を１つの直線に沿
って配列してあり、 前記電子発生源が前記可動部上に設けてあり、 前記電子検出器を構成する複数の電極は、前記電子ビー
ムが到達する領域に、前記直線に沿って並べられてなる
ことを特徴とする加速度センサ。2. A vacuum cavity having a movable part which is displaced by application of acceleration, an electron generation source, a deflection electrode part for deflecting an electron beam generated from the electron generation source, and the deflection electrode part. Electron detectors for detecting the passing electron beam are arranged along one straight line, the electron source is provided on the movable portion, a plurality of electrodes constituting the electron detector, An acceleration sensor characterized by being arranged along the straight line in a region where the electron beam reaches.
より変位する可動部を具え、 電子発生源、該電子発生源から発生した電子ビームを偏
向させるための偏向電極部、及び、該偏向電極部を通過
した電子ビームを検出するための電子検出器を１つの直
線に沿って配列してあり、 前記電子検出器が前記可動部上に設けてあり、 前記電子検出器を構成する複数の電極は、前記電子ビー
ムが到達する領域に、前記直線に沿って並べられてなる
ことを特徴とする加速度センサ。3. A vacuum cavity having a movable part which is displaced by applying acceleration, an electron source, a deflection electrode part for deflecting an electron beam generated from the electron source, and the deflection electrode. A plurality of electrodes constituting the electron detector, the electron detectors for detecting the electron beam passing through the section are arranged along one straight line, the electron detector is provided on the movable section. Is an acceleration sensor characterized by being arranged along the straight line in a region where the electron beam reaches.
速度センサにおいて、 前記電子発生源と前記偏向電極部との間に、前記電子ビ
ームを収束させるための電界レンズとなる陽極を具えた
ことを特徴とする加速度センサ。4. The acceleration sensor according to claim 1, further comprising an anode, which serves as an electric field lens for focusing the electron beam, between the electron generation source and the deflection electrode section. An acceleration sensor characterized in that
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20913093A JPH0763780A (en) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | Acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20913093A JPH0763780A (en) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | Acceleration sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0763780A true JPH0763780A (en) | 1995-03-10 |
Family
ID=16567787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20913093A Withdrawn JPH0763780A (en) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | Acceleration sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0763780A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07198741A (en) * | 1993-12-28 | 1995-08-01 | Nec Corp | Acceleration sensor |
-
1993
- 1993-08-24 JP JP20913093A patent/JPH0763780A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07198741A (en) * | 1993-12-28 | 1995-08-01 | Nec Corp | Acceleration sensor |
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