JPH08316495A - Semiconductor strain gauge and semiconductor pressure sensor - Google Patents
Semiconductor strain gauge and semiconductor pressure sensorInfo
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- JPH08316495A JPH08316495A JP11419795A JP11419795A JPH08316495A JP H08316495 A JPH08316495 A JP H08316495A JP 11419795 A JP11419795 A JP 11419795A JP 11419795 A JP11419795 A JP 11419795A JP H08316495 A JPH08316495 A JP H08316495A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体歪ゲージ及び半
導体歪ゲージを利用した半導体圧力センサに係り、特に
抵抗体を単結晶シリコンで構成した半導体歪ゲージ及び
半導体圧力センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor strain gauge and a semiconductor pressure sensor using the semiconductor strain gauge, and more particularly to a semiconductor strain gauge having a resistor made of single crystal silicon and a semiconductor pressure sensor.
【0002】[0002]
【従来の技術】歪ゲージは、弾性体の表面に設けられ
(形成され)、弾性体の表面に生じている歪を電気抵抗
の変化をもって測定する場合に用いられる。2. Description of the Related Art A strain gauge is provided (formed) on the surface of an elastic body and is used when the strain generated on the surface of the elastic body is measured by a change in electric resistance.
【0003】歪ゲージが直接的に検出する対象は、当該
歪ゲージが設けられている弾性体の表面の歪の大きさで
あるが、その表面歪を発現させた元の力学量、例えば、
弾性体ロッドにかかる「荷重」、弾性体ダイヤフラムに
加わる「圧力」などの大きさを弾性体の表面の歪を介し
て測定することができる。The object directly detected by the strain gauge is the magnitude of the strain on the surface of the elastic body on which the strain gauge is provided. The original mechanical quantity that causes the surface strain, for example,
The magnitude of “load” applied to the elastic rod, “pressure” applied to the elastic diaphragm, and the like can be measured through the strain on the surface of the elastic body.
【0004】特に、半導体歪ゲージは、金属歪ゲージと
比較して感度が高く、小型化も容易であることから、荷
重センサや圧力センサに組み込まれ、産業機器・装置の
荷重や空気圧力の測定・検出に使用されている。In particular, the semiconductor strain gauge has a higher sensitivity than that of the metal strain gauge and can be easily miniaturized. Therefore, the semiconductor strain gauge is incorporated into a load sensor or a pressure sensor to measure the load or air pressure of industrial equipment or devices. -Used for detection.
【0005】次に、従来の半導体歪ゲージ及び半導体圧
力センサについて図7乃至図14を参照して説明する。
図7に従来の半導体歪ゲージを示す。Next, a conventional semiconductor strain gauge and semiconductor pressure sensor will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 shows a conventional semiconductor strain gauge.
【0006】歪ゲージ70aは、結晶面が(100)の
面方位からなるN形シリコン単結晶ウエハ上に不純物と
してボロンを拡散させたシリコン単結晶で形成された抵
抗体71を有し、抵抗体71の両端には、2つの電極7
2a、72bが形成されている。The strain gauge 70a has a resistor 71 formed of a silicon single crystal in which boron is diffused as an impurity on an N-type silicon single crystal wafer having a crystal plane of (100) plane orientation. Two electrodes 7 are provided on both ends of 71.
2a and 72b are formed.
【0007】この場合において、抵抗体71に流れる電
流の方向は、<110>結晶軸方向となるように設定さ
れている。図8に図7の半導体歪ゲージを用いて、半導
体圧力センサを構成した場合の外観図を示す。In this case, the direction of the current flowing through the resistor 71 is set to be the <110> crystal axis direction. FIG. 8 shows an external view when a semiconductor pressure sensor is constructed using the semiconductor strain gauge of FIG.
【0008】半導体圧力センサは、図7の半導体歪ゲー
ジ70aを4個(図8中、符号73a〜73dで表
す。)用いて構成している。4個の半導体歪ゲージ73
a〜73dは、結晶面が(100)の面方位からなるN
形シリコン単結晶ウエハのダイヤフラム1の受圧面1P
とは反対側の面上に配置される。The semiconductor pressure sensor is constructed by using four semiconductor strain gauges 70a shown in FIG. 7 (denoted by reference numerals 73a to 73d in FIG. 8). 4 semiconductor strain gauges 73
a to 73d are N having crystal planes of (100) plane orientation.
-Shaped silicon single crystal wafer diaphragm 1 pressure receiving surface 1P
Is located on the surface opposite to.
【0009】このときの半導体歪ゲージ73a〜73d
の配置位置、各半導体歪ゲージの向き及び半導体歪ゲー
ジ73a〜73dの結線は、ホイートストンブリッジ
(以下、単に「ブリッジ」と言う。)を構成したとき
に、圧力センサとしてほぼ最大感度でかつ適当な特性が
得られるように決定される。Semiconductor strain gauges 73a to 73d at this time
The arrangement position, the orientation of each semiconductor strain gauge, and the connection of the semiconductor strain gauges 73a to 73d have almost the maximum sensitivity and are suitable as a pressure sensor when a Wheatstone bridge (hereinafter, simply referred to as “bridge”) is configured. The characteristics are determined so as to be obtained.
【0010】各半導体歪ゲージ73a〜73dをブリッ
ジとして構成するための結線は、酸化膜79上に金属配
線76a〜76fを形成することにより行なわれる。よ
り詳細には、金属配線76a、76bは電源端子74
a、に接続され、金属配線76c、76dは電源端子7
4bに接続され、金属配線76eは出力端子75aに接
続され、金属配線76fは出力端子75bに接続されて
いる。The connection for forming each of the semiconductor strain gauges 73a to 73d as a bridge is performed by forming metal wirings 76a to 76f on the oxide film 79. More specifically, the metal wires 76a and 76b are connected to the power supply terminal 74.
a, and the metal wirings 76c and 76d are connected to the power supply terminal 7
4b, the metal wiring 76e is connected to the output terminal 75a, and the metal wiring 76f is connected to the output terminal 75b.
【0011】これらの電源端子74a、74b、出力端
子75a、75bおよび金属配線76a〜76fは、各
半導体歪ゲージ73a〜73dに着目すれば、4個の半
導体歪ゲージ73a〜73dの各々の電極72a、72
b(図7参照)に相当している。These power supply terminals 74a and 74b, output terminals 75a and 75b, and metal wirings 76a to 76f are focused on the respective semiconductor strain gauges 73a to 73d, and the electrodes 72a of the respective four semiconductor strain gauges 73a to 73d. , 72
b (see FIG. 7).
【0012】図9に図8の半導体圧力センサを圧力検出
回路として構成した場合の等価回路を示す。まず半導体
圧力センサの概要動作について説明する。FIG. 9 shows an equivalent circuit when the semiconductor pressure sensor of FIG. 8 is configured as a pressure detection circuit. First, the general operation of the semiconductor pressure sensor will be described.
【0013】電源端子74a、74bには、ブリッジ用
電源77が接続され、ブリッジ印加電圧VS がブリッジ
に印加されることとなる。半導体歪ゲージ73a〜73
dに発生した歪は、ブリッジにより電圧に変換され、そ
の出力電圧Vout は出力端子75a、75bを介して電
圧計78により測定され、これを圧力に換算することに
より半導体圧力センサに印加された圧力を測定すること
ができる。A bridge power supply 77 is connected to the power supply terminals 74a and 74b, and a bridge applied voltage V S is applied to the bridge. Semiconductor strain gauges 73a to 73
The strain generated in d is converted into a voltage by the bridge, and the output voltage V out thereof is measured by the voltmeter 78 via the output terminals 75a and 75b, and this is applied to the semiconductor pressure sensor by converting it into pressure. The pressure can be measured.
【0014】次により詳細な動作を説明する。ダイヤフ
ラム1に圧力が加わると歪ゲージ73a〜73dの抵抗
値が圧力に応じて変化する。The detailed operation will be described below. When pressure is applied to the diaphragm 1, the resistance values of the strain gauges 73a to 73d change according to the pressure.
【0015】ダイヤフラムエッチング面(図8(b)、
下方向)から圧力が加わった場合、圧縮歪を電流の向き
と同一方向に受ける半導体歪ゲージ73c、73dの抵
抗値は低くなり、圧縮歪を電流の方向と垂直に受ける半
導体歪ゲージ73a、73bの抵抗値は高くなる。各歪
ゲージが図9の結線でブリッジに接続されているため、
電源端子74a、74bに電圧VS が印加されると出力
端子75a、75b間に抵抗変化に応じた出力電圧V
out が生じる。Diaphragm etching surface (FIG. 8 (b),
When pressure is applied from below), the resistance value of the semiconductor strain gauges 73c and 73d that receive the compressive strain in the same direction as the current direction becomes low, and the semiconductor strain gauges 73a and 73b that receive the compressive strain perpendicularly to the current direction. Has a higher resistance value. Since each strain gauge is connected to the bridge by the connection in Fig. 9,
When the voltage V S is applied to the power supply terminals 74a and 74b, the output voltage V S according to the resistance change is output between the output terminals 75a and 75b.
out occurs.
【0016】以下の説明においては、このように4つの
歪ゲージをブリッジに接続して使用するタイプの半導体
圧力センサを便宜的に「ブリッジ型圧力センサ」と呼ぶ
こととする。In the following description, a semiconductor pressure sensor of the type in which four strain gauges are connected to a bridge and used in this way will be referred to as a "bridge type pressure sensor" for convenience.
【0017】ブリッジ型圧力センサの場合、ダイヤフラ
ム上で最大歪の得られる場所に歪ゲージが配置可能で、
ダイヤフラムの設計定格圧力に対して大きな出力電圧
(定格圧力時出力)が得られるほか、電源端子74a、
74b間の抵抗値すなわち入力インピーダンスを高くと
れるという長所がある。In the case of the bridge type pressure sensor, a strain gauge can be arranged on the diaphragm at a place where the maximum strain can be obtained.
A large output voltage (output at rated pressure) is obtained with respect to the design rated pressure of the diaphragm, and the power supply terminal 74a,
There is an advantage that the resistance value between 74b, that is, the input impedance can be made high.
【0018】さらに、半導体歪ゲージ70aに代えて、
図10に示すように、半導体歪ゲージ70bのように、
抵抗体パターンを折り返しパターンとすることも可能な
ため入力インピーダンスを一層高くすることも可能とな
っている。Further, instead of the semiconductor strain gauge 70a,
As shown in FIG. 10, like the semiconductor strain gauge 70b,
Since the resistor pattern can be a folded pattern, it is possible to further increase the input impedance.
【0019】一方、ブリッジ型圧力センサに対して、半
導体歪ゲージを1つだけ用いたシングルゲージタイプの
半導体圧力センサとして、剪断型歪ゲージを用いた圧力
センサが知られている。On the other hand, a pressure sensor using a shear type strain gauge is known as a single gauge type semiconductor pressure sensor using only one semiconductor strain gauge in contrast to the bridge type pressure sensor.
【0020】以下の説明においては、このように1つの
剪断型歪ゲージを使用するタイプの半導体圧力センサを
便宜的に「剪断型圧力センサ」と呼ぶこととする。図1
1に剪断型圧力センサに用いられる一般的な剪断型歪ゲ
ージを示す。In the following description, the semiconductor pressure sensor of the type using one shear strain gauge will be referred to as "shear pressure sensor" for convenience. FIG.
1 shows a general shear strain gauge used for a shear pressure sensor.
【0021】剪断型歪ゲージ80aは、結晶面が(10
0)の面方位からなるN形シリコン単結晶ウエハ11上
に不純物としてボロンを拡散させたシリコン単結晶で形
成された抵抗体81aを有し、抵抗体81aの周囲に
は、電極82a、82b及び83a、83bが形成さ
れ、電極82a、82bを結ぶ直線と電極83a、83
bを結ぶ直線は互い直交し、それぞれの直線が<100
>結晶軸方向となるように剪断型歪ゲージ80aが設け
られている。The shear type strain gauge 80a has a crystal plane (10
The resistor 81a formed of silicon single crystal in which boron is diffused as an impurity is provided on the N-type silicon single crystal wafer 11 having the plane orientation of (0), and electrodes 82a, 82b and electrodes 82a and 82b are formed around the resistor 81a. 83a, 83b are formed, and the straight lines connecting the electrodes 82a, 82b and the electrodes 83a, 83
The straight lines connecting b are orthogonal to each other, and each straight line is <100
A shear type strain gauge 80a is provided so as to be in the crystal axis direction.
【0022】剪断型歪ゲージ80aを半導体圧力センサ
として構成する場合には、電極82a、82bは、電源
端子に接続され、電極83a、83bは、出力端子に接
続される。When the shear type strain gauge 80a is constructed as a semiconductor pressure sensor, the electrodes 82a and 82b are connected to a power supply terminal and the electrodes 83a and 83b are connected to an output terminal.
【0023】図12に図11の剪断型歪ゲージ80aの
電流効率を改善した剪断型歪ゲージを示す。剪断型歪ゲ
ージ80bは、剪断型歪ゲージ80aと同様に結晶面が
(100)の面方位からなるN形シリコン単結晶ウエハ
上に不純物としてボロンを拡散させたシリコン単結晶で
形成された抵抗体81bを有し、抵抗体81bの周囲に
は電極82a’、82b’及び電極83a’、83b’
が形成され、電極82a’、82b’を結ぶ直線と電極
83a’、83b’を結ぶ直線は互いに直交し、それぞ
れの直線は<100>結晶軸方向となるように剪断型歪
ゲージ80bが設けられている。FIG. 12 shows a shear type strain gauge having improved current efficiency of the shear type strain gauge 80a of FIG. The shear strain gauge 80b is a resistor formed of a silicon single crystal in which boron is diffused as an impurity on an N-type silicon single crystal wafer whose crystal plane has a plane orientation of (100) like the shear strain gauge 80a. 81b, and electrodes 82a ', 82b' and electrodes 83a ', 83b' are provided around the resistor 81b.
The straight line connecting the electrodes 82a ′ and 82b ′ and the straight line connecting the electrodes 83a ′ and 83b ′ are orthogonal to each other, and the shear strain gauge 80b is provided so that the respective straight lines are in the <100> crystal axis direction. ing.
【0024】剪断型歪ゲージ80bを半導体圧力センサ
として構成する場合には、電極82a’、82b’は、
電源端子に接続され、電極83a’、83b’は、出力
端子に接続される。When the shear strain gauge 80b is constructed as a semiconductor pressure sensor, the electrodes 82a 'and 82b' are
The electrodes 83a 'and 83b' are connected to the power supply terminal and are connected to the output terminal.
【0025】図13に図12の剪断型歪ゲージ80b
(図14中、符号85で示す。)を用いて剪断型圧力セ
ンサを構成した場合の外観図を示す(詳細については、
実公平5−8683号公報参照)。FIG. 13 shows the shear strain gauge 80b of FIG.
(Indicated by reference numeral 85 in FIG. 14) is an external view in the case of configuring a shear pressure sensor (for details, see
See Japanese Utility Model Publication 5-8683).
【0026】剪断型圧力センサは、(100)の面方位
を有する単結晶シリコンにより形成されたダイヤフラム
1を備えており、ダイアフラム1上には剪断型歪ゲージ
85が設けられている。The shear pressure sensor includes a diaphragm 1 made of single crystal silicon having a (100) plane orientation, and a shear strain gauge 85 is provided on the diaphragm 1.
【0027】剪断型歪ゲージ85は抵抗体81b及び抵
抗体81bの周囲に設けられた電極82a’、82b’
と電極83a’、83b’とより構成される。電極82
a’、82b’を結ぶ直線と電極83a’、83b’を
結ぶ直線は互いに直交し、それぞれの直線が<100>
結晶軸方向となるように、剪断型歪ゲージ85が設けら
れている。The shear strain gauge 85 includes a resistor 81b and electrodes 82a 'and 82b' provided around the resistor 81b.
And electrodes 83a 'and 83b'. Electrode 82
The straight line connecting a ′ and 82b ′ and the straight line connecting the electrodes 83a ′ and 83b ′ are orthogonal to each other, and each straight line is <100>.
A shear type strain gauge 85 is provided so as to be in the crystal axis direction.
【0028】図14に図13の半導体圧力センサを圧力
検出回路として構成した場合の等価回路を示す。まず半
導体圧力センサの概要動作について説明する。FIG. 14 shows an equivalent circuit when the semiconductor pressure sensor of FIG. 13 is configured as a pressure detection circuit. First, the general operation of the semiconductor pressure sensor will be described.
【0029】電源端子としての電極82a’、82b’
には、電源87が接続され、印加電圧VS が半導体歪ゲ
ージ80bに印加されることとなる。電極82a’、8
2b’に電圧VS を印加するとダイヤフラム1に加えら
れた圧力により剪断型歪ゲージ85には剪断歪が生じ出
力端子としての電極83a’、83b’間から圧力に対
応した出力電圧Vout が得られることとなる。Electrodes 82a 'and 82b' as power supply terminals
Is connected to a power source 87, and the applied voltage V S is applied to the semiconductor strain gauge 80b. Electrodes 82a ', 8
When a voltage V S is applied to 2b ′, shear strain occurs in the shear strain gauge 85 due to the pressure applied to the diaphragm 1, and an output voltage V out corresponding to the pressure is obtained from between the electrodes 83a ′ and 83b ′ serving as output terminals. Will be done.
【0030】剪断型圧力センサの長所としては、シング
ルゲージであるため、ブリッジ型圧力センサに比べ定格
圧力時出力に対するオフセット電圧のばらつきおよびオ
フセット電圧の温度係数を小さくできる点が挙げられ
る。The advantage of the shear type pressure sensor is that since it is a single gauge, the variation in offset voltage with respect to the output at the rated pressure and the temperature coefficient of the offset voltage can be made smaller than the bridge type pressure sensor.
【0031】[0031]
【発明が解決しようとする課題】上記従来のブリッジ型
圧力センサにおいては、4つの歪ゲージ抵抗値のばらつ
きによって、圧力がゼロの時の出力電圧Vout (いわゆ
るオフセット電圧)が定格圧力時出力に対して大きめで
しかもばらつくという問題点があった。図9に示したよ
うに、4個の半導体歪ゲージ73a〜73dが物理的に
離れた位置に配置されている場合に、この傾向が顕著と
なって現れる。In the above-mentioned conventional bridge type pressure sensor, the output voltage V out (so-called offset voltage) when the pressure is zero becomes the output at the rated pressure due to the variation of the four strain gauge resistance values. On the other hand, there was a problem that it was large and varied. As shown in FIG. 9, when the four semiconductor strain gauges 73a to 73d are arranged at physically separated positions, this tendency becomes remarkable.
【0032】また、半導体歪ゲージをブリッジに接続す
る金属配線の接触抵抗および配線抵抗によりオフセット
電圧およびその温度係数が大きくなりやすいなどの問題
点があった。Further, there is a problem that the offset voltage and its temperature coefficient tend to be large due to the contact resistance and wiring resistance of the metal wiring connecting the semiconductor strain gauge to the bridge.
【0033】また上記従来の剪断型圧力センサにおいて
は、ブリッジ型圧力センサの歪ゲージのように折り返し
パターンとすることができないため、入力インピーダン
スがブリッジ型圧力センサに比べて低くなり、同じ印加
電圧に対して消費電流が大きい割には得られる出力電圧
が小さいという問題点があった。Further, in the above-mentioned conventional shear type pressure sensor, since it is not possible to form a folded pattern like the strain gauge of the bridge type pressure sensor, the input impedance becomes lower than that of the bridge type pressure sensor, and the same applied voltage is applied. On the other hand, there is a problem that the output voltage obtained is small in spite of the large current consumption.
【0034】そこで本発明の目的は、半導体圧力センサ
の定格圧力時のオフセット電圧およびオフセット電圧の
温度誤差が小さく、入力インピーダンスが高い半導体歪
ゲージ及び半導体圧力センサを提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor strain gauge and a semiconductor pressure sensor which have a small offset voltage at the rated pressure of the semiconductor pressure sensor, a small temperature error of the offset voltage, and a high input impedance.
【0035】[0035]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1記載の発明は、測定用電圧が印加され、外
部より与えられる歪に応じた検出電圧を出力する半導体
歪ゲージにおいて、半導体単結晶により略環状に形成さ
れた抵抗パターンと、前記抵抗パターンがほぼ対称形に
分割されるように第1直線を前記抵抗パターン上に仮定
し、前記抵抗パターン上、かつ、前記第1直線上に設け
られた1組の第1電極と、前記抵抗パターン上、かつ、
前記第1直線と直交する第2直線上に設けられた1組の
第2電極と、を備えて構成する。In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is a semiconductor strain gauge for applying a measurement voltage and outputting a detection voltage according to a strain applied from the outside. A resistance pattern formed of a single crystal in a substantially annular shape and a first straight line are assumed on the resistance pattern so that the resistance pattern is divided substantially symmetrically, and on the resistance pattern and on the first straight line. A pair of first electrodes provided on the resistance pattern, and
And a pair of second electrodes provided on a second straight line orthogonal to the first straight line.
【0036】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記第1直線は、前記半導体単結晶の所定
の結晶軸方向に沿った直線であるように構成する。請求
項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記
半導体単結晶は、P型単結晶シリコンであり、前記所定
の結晶軸方向は、<100>結晶軸方向であるように構
成する。According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the first straight line is a straight line along a predetermined crystal axis direction of the semiconductor single crystal. According to a third aspect of the invention, in the second aspect of the invention, the semiconductor single crystal is P-type single crystal silicon, and the predetermined crystal axis direction is a <100> crystal axis direction. .
【0037】請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求
項3のいずれかに記載の発明において、前記抵抗パター
ンは、略菱形形状を有し、前記略菱形形状に近似する菱
形を仮定した場合に、前記第1直線及び前記第2直線は
前記菱形の対角線を含み、前記第1電極及び前記第2電
極を前記菱形の頂点近傍に設けて構成する。According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the resistance pattern has a substantially rhombic shape, and it is assumed that the resistance pattern is a rhombus. In this case, the first straight line and the second straight line include the diagonal lines of the rhombus, and the first electrode and the second electrode are provided near the apex of the rhombus.
【0038】請求項5記載の発明は、周辺部に支持部を
有するダイアフラムが形成された基板と、前記基板上に
形成された請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の半
導体歪ゲージと、を備えて構成する。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a substrate on which a diaphragm having a supporting portion is formed on a peripheral portion, and the semiconductor strain gauge according to any one of the first to fourth aspects, which is formed on the substrate. , And are configured.
【0039】[0039]
【作用】請求項1記載の発明によれば、第1電極(若し
くは第2電極)に測定用電圧が印加され、抵抗パターン
に外部より歪が与えられると、当該歪に応じた検出電圧
を第2電極(若しくは第1電極)を介して出力する。According to the invention described in claim 1, when the measuring voltage is applied to the first electrode (or the second electrode) and the resistance pattern is externally strained, the detection voltage corresponding to the strain is changed to the first voltage. Outputs via the two electrodes (or the first electrode).
【0040】この場合において、抵抗パターンは、半導
体単結晶により一体に形成されているので、半導体歪ゲ
ージを半導体圧力センサとして構成した場合には、ブリ
ッジに接続する金属配線の接触抵抗および配線抵抗等が
原理的に発生せず、オフセット電圧およびその温度係数
を小さくすることができる。In this case, since the resistance pattern is integrally formed of the semiconductor single crystal, when the semiconductor strain gauge is configured as a semiconductor pressure sensor, the contact resistance and the wiring resistance of the metal wiring connected to the bridge, etc. Does not occur in principle, and the offset voltage and its temperature coefficient can be reduced.
【0041】また抵抗パターンは、略環状に形成されて
いるので、半導体歪ゲージを半導体圧力センサとして構
成した場合にインピーダンスを高くすることが可能とな
る。さらに第1電極は、半導体単結晶により略環状に形
成された抵抗パターンと、抵抗パターンがほぼ対称形に
分割されるように第1直線を抵抗パターン上に仮定し、
抵抗パターン上、かつ、第1直線上に設けられ、第2電
極は、抵抗パターン上、かつ、第1直線と直交する第2
直線上に設けられているので、半導体歪ゲージを半導体
圧力センサとして構成した場合に歪を効率よく電圧変換
することが可能となる。Further, since the resistance pattern is formed in a substantially annular shape, the impedance can be increased when the semiconductor strain gauge is formed as a semiconductor pressure sensor. Further, the first electrode is assumed to have a resistance pattern formed of a semiconductor single crystal in a substantially annular shape and a first straight line on the resistance pattern so that the resistance pattern is divided into substantially symmetrical shapes.
The second electrode is provided on the resistance pattern and on the first straight line, and the second electrode is a second electrode on the resistance pattern and orthogonal to the first straight line.
Since it is provided on a straight line, when the semiconductor strain gauge is configured as a semiconductor pressure sensor, the strain can be efficiently converted into voltage.
【0042】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の発明の作用に加えて、第1直線は、半導体単結晶の
所定の結晶軸方向に沿った直線であるように構成するの
で、半導体歪ゲージを半導体圧力センサとして構成し、
歪を加えた場合の変換効率が向上する。According to the invention of claim 2, in addition to the function of the invention of claim 1, the first straight line is configured to be a straight line along a predetermined crystal axis direction of the semiconductor single crystal. , Configuring the semiconductor strain gauge as a semiconductor pressure sensor,
The conversion efficiency when distortion is added is improved.
【0043】請求項3記載の発明によれば、請求項2記
載の発明の作用に加えて、半導体単結晶は、P型単結晶
シリコンであり、所定の結晶軸方向は、<100>結晶
軸方向であるように構成するので、半導体歪ゲージを半
導体圧力センサとして構成した場合の原理的な変換効率
を最大とすることができる。According to the invention of claim 3, in addition to the function of the invention of claim 2, the semiconductor single crystal is P-type single crystal silicon, and the predetermined crystal axis direction is <100> crystal axis. Since it is configured so as to be oriented, the theoretical conversion efficiency when the semiconductor strain gauge is configured as a semiconductor pressure sensor can be maximized.
【0044】請求項4記載の発明によれば、請求項1乃
至請求項3のいずれかに記載の発明の作用に加えて、抵
抗パターンは、略菱形形状を有し、略菱形形状に近似す
る菱形を仮定した場合に、第1直線及び第2直線は菱形
の対角線を含み、第1電極及び第2電極を菱形の頂点近
傍に設けて構成するので、半導体歪ゲージを半導体圧力
センサとして構成し、歪を加えた場合の変換効率を向上
させることが可能となる。According to the invention described in claim 4, in addition to the function of the invention described in any one of claims 1 to 3, the resistance pattern has a substantially rhombic shape and approximates to a substantially rhombic shape. If a rhombus is assumed, the first straight line and the second straight line include diagonal lines of the rhombus, and the first electrode and the second electrode are provided near the apex of the rhombus, and thus the semiconductor strain gauge is configured as a semiconductor pressure sensor. It is possible to improve the conversion efficiency when distortion is added.
【0045】請求項5記載の発明によれば、周辺部に支
持部を有するダイアフラムが形成された基板と、基板上
に形成された請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の
半導体歪ゲージと、を備えているので、歪を加えた場合
の電圧への変換効率が向上し、オフセット電圧およびそ
の温度係数が小さく、インピーダンスの高い半導体圧力
センサを構成できる。According to a fifth aspect of the present invention, the semiconductor strain gauge according to any one of the first to fourth aspects, wherein the substrate is provided with a diaphragm having a supporting portion in the peripheral portion, and the substrate is provided with the diaphragm. Since the semiconductor pressure sensor is provided, the efficiency of conversion into voltage when strain is applied is improved, the offset voltage and its temperature coefficient are small, and a semiconductor pressure sensor with high impedance can be configured.
【0046】[0046]
【実施例】次に図面を参照して本発明の好適な実施例を
説明する。第1実施例 図1に第1実施例の半導体歪ゲージを示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. First Embodiment FIG. 1 shows a semiconductor strain gauge of the first embodiment.
【0047】半導体歪ゲージ(環状半導体歪ゲージ)1
0は、抵抗体14を備えている。この抵抗体14は、略
菱形形状(図2においては、略正方形形状)を有し、結
晶面が(100)の面方位からなるN形シリコン単結晶
に不純物としてB(ボロン)を1×1018〜1×1020
個/cm3 イオン注入することにより形成されたP形シ
リコン単結晶からなる。Semiconductor strain gauge (annular semiconductor strain gauge) 1
0 has a resistor 14. The resistor 14 has a substantially rhombic shape (a substantially square shape in FIG. 2), and 1 × 10 B (boron) as an impurity is added to an N-type silicon single crystal having a crystal orientation of (100). 18 ~ 1 x 10 20
It consists of a P-type silicon single crystal formed by implanting ions / cm 3 ions.
【0048】抵抗体14の略菱形形状に近似する菱形の
それぞれの頂点近傍には、電源端子として用いる電極1
1a、11b及び出力端子として用いる電極12a、1
2bが設けられており、電極11a、11bを結ぶ直線
と電極12a、12bを結ぶ直線は互いに直交し、それ
ぞれの直線が<100>結晶軸方向となるように、半導
体歪ゲージ10が設けられている。The electrodes 1 used as power supply terminals are provided in the vicinity of the apexes of the rhombus approximating the substantially rhombic shape of the resistor 14.
1a, 11b and electrodes 12a, 1 used as output terminals
2b is provided, and the semiconductor strain gauge 10 is provided so that the straight line connecting the electrodes 11a and 11b and the straight line connecting the electrodes 12a and 12b are orthogonal to each other, and the respective straight lines are in the <100> crystal axis direction. There is.
【0049】図2に図1の半導体歪ゲージを用いて、半
導体圧力センサを構成した場合の外観図を示す。以下の
説明においては、環状半導体歪ゲージを用いて構成した
半導体圧力センサを便宜上、環状型圧力センサとよぶ。FIG. 2 shows an external view of a semiconductor pressure sensor constructed using the semiconductor strain gauge of FIG. In the following description, the semiconductor pressure sensor configured by using the annular semiconductor strain gauge is referred to as an annular pressure sensor for convenience.
【0050】環状型圧力センサは、図2(a)に示すよ
うに、シリコン単結晶のダイアフラム1を備えており、
(100)の面方位のシリコン基板に異方性エッチング
により矩形形状に形成され、ダイアフラム1の周辺部に
は支持部1Sが形成されている。As shown in FIG. 2A, the annular pressure sensor has a silicon single crystal diaphragm 1,
A silicon substrate having a (100) plane orientation is formed into a rectangular shape by anisotropic etching, and a supporting portion 1S is formed around the diaphragm 1.
【0051】この場合において、ダイヤフラム1の矩形
を構成する各辺は<110>結晶軸方向としている。ダ
イアフラム1の受圧面と異なる面のダイヤフラム1の中
心線上の支持部1Sの近傍には、図1の半導体歪ゲージ
10と同一の半導体歪ゲージ2が設けられている。In this case, the sides of the rectangle of the diaphragm 1 are oriented in the <110> crystal axis direction. A semiconductor strain gauge 2 identical to the semiconductor strain gauge 10 of FIG. 1 is provided in the vicinity of the support portion 1S on the center line of the diaphragm 1 on a surface different from the pressure receiving surface of the diaphragm 1.
【0052】この場合において、半導体歪ゲージ2の抵
抗体14の1対の電極11a、11bを結ぶ直線と電極
12a、12bを結ぶ直線とは互いに直交し、それぞれ
の直線が<100>結晶軸方向となるように半導体歪ゲ
ージ2が配置されている。In this case, the straight line connecting the pair of electrodes 11a, 11b of the resistor 14 of the semiconductor strain gauge 2 and the straight line connecting the electrodes 12a, 12b are orthogonal to each other, and each straight line is in the <100> crystal axis direction. The semiconductor strain gauge 2 is arranged so that
【0053】図3に図2の環状型圧力センサを圧力検出
回路として構成した場合の回路構成を示す。まず環状型
圧力センサの概要動作について説明する。FIG. 3 shows a circuit configuration when the annular pressure sensor of FIG. 2 is configured as a pressure detection circuit. First, the general operation of the annular pressure sensor will be described.
【0054】電源端子としての電極11a、11bに
は、電源37が接続され、印加電圧V S が抵抗体14に
印加されることとなる。抵抗体14は、等価的には、抵
抗体14の部分抵抗により従来におけるブリッジを構成
することとなる。For the electrodes 11a and 11b as power supply terminals
Is connected to the power supply 37 and the applied voltage V STo resistor 14
Will be applied. The resistor 14 is equivalently
A conventional bridge is constructed by the partial resistance of the antibody 14.
Will be done.
【0055】従って、ダイアフラム1の受圧面1P(図
3(b)参照)に印加された圧力に起因して抵抗体14
に発生した歪は、抵抗体14により電圧変換され、その
出力電圧Vout は出力端子としての電極12a、12b
を介して電圧計38により測定され、これを圧力に換算
することにより環状型圧力センサに印加された圧力を測
定することができる。Therefore, the resistor 14 is caused by the pressure applied to the pressure receiving surface 1P of the diaphragm 1 (see FIG. 3B).
The distortion generated in the voltage is converted by the resistor 14 into a voltage, and the output voltage V out is the electrodes 12a and 12b as output terminals.
It is possible to measure the pressure applied to the annular pressure sensor, which is measured by the voltmeter 38 via the, and is converted into the pressure.
【0056】次により詳細な動作を説明する。ダイヤフ
ラム1の受圧面1Pに圧力が加えられると、電極11
a、12a及び電極11b、12bを結ぶ直線にほぼ平
行な向きの圧縮歪が生じ、端子11a−12a間および
11b−12b間の抵抗値は低くなり、11a−12b
間および12a−11b間の抵抗値は高くなる。The detailed operation will be described below. When pressure is applied to the pressure receiving surface 1P of the diaphragm 1, the electrode 11
a, 12a and the electrodes 11b, 12b, a compressive strain is generated in a direction substantially parallel to the straight line connecting the terminals 11a-12a and 11b-12b.
The resistance value between the gaps and between 12a and 11b becomes high.
【0057】この結果、電源端子11a、11b間に電
圧VS を印加することにより、歪み量に応じた、すなわ
ち、印加圧力に応じた出力電圧Vout が出力端子として
の電極12a及び12bを介して得られることとなる。実験例 次に、実験例について説明する。As a result, by applying the voltage V S between the power supply terminals 11a and 11b, the output voltage V out according to the amount of strain, that is, according to the applied pressure is passed through the electrodes 12a and 12b as output terminals. Will be obtained. Experimental Example Next, an experimental example will be described.
【0058】実験のために試作した半導体圧力センサ
は、図2の環状型体圧力センサ、図8のブリッジ型圧力
センサおよび図13の剪断型圧力センサである。この場
合において、いずれの半導体圧力センサにおいても、半
導体歪ゲージの抵抗体の不純物濃度及び厚みを等しく
し、シート抵抗(面積抵抗)を一定とした。さらに半導
体圧力センサのチップサイズ、ダイヤフラムサイズも等
しくなるように製作した。The semiconductor pressure sensors prototyped for the experiment are the annular pressure sensor shown in FIG. 2, the bridge pressure sensor shown in FIG. 8 and the shear pressure sensor shown in FIG. In this case, in any of the semiconductor pressure sensors, the impurity concentration and the thickness of the resistor of the semiconductor strain gauge were made equal, and the sheet resistance (area resistance) was made constant. Further, the semiconductor pressure sensor was manufactured to have the same chip size and diaphragm size.
【0059】また、図示していないが、図2の環状型圧
力センサ及び図13の剪断型圧力センサについては、電
源端子としての電極(11a、11b、82a’、82
b’)及び出力端子としての電極(12a、12b、8
3a’、83b’)は、外部取出用のワイヤーボンディ
ングを行なうため、ダイヤフラム支持部(1S)上の酸
化膜上にアルミニウムの蒸着配線により形成した。Although not shown, in the annular pressure sensor of FIG. 2 and the shear pressure sensor of FIG. 13, the electrodes (11a, 11b, 82a ', 82) as power supply terminals are used.
b ') and electrodes (12a, 12b, 8) as output terminals
3a 'and 83b') were formed by vapor deposition wiring of aluminum on the oxide film on the diaphragm supporting portion (1S) for wire bonding for external extraction.
【0060】以下に寸法等の各種条件について記載す
る。 ・チップサイズ:□4.25mm ・ダイヤフラムサイズ:H1.7×W2.6×T0.0
36mm ・定格圧力レンジ:0.1MPa ・シリコン基板:400μm、N形シリコン基板 ・抵抗体及びそのシート抵抗:P形シリコン単結晶(不
純物:ボロン)280Ω/□ ・電源電圧:3V 表1に実験から得られた本発明の環状歪ゲージ使用の圧
力センサ(図2参照)、ブリッジ型圧力センサ(図8参
照)、剪断型圧力センサ(図13参照)について、定格
圧力時出力、入力インピーダンス、定格圧力時出力に対
するオフセット電圧の比およびその温度係数を示す。Various conditions such as dimensions will be described below.・ Chip size: □ 4.25 mm ・ Diaphragm size: H1.7 × W2.6 × T0.0
36 mm ・ Rated pressure range: 0.1 MPa ・ Silicon substrate: 400 μm, N-type silicon substrate ・ Resistor and its sheet resistance: P-type silicon single crystal (impurity: boron) 280 Ω / □ ・ Power supply voltage: 3 V Regarding the obtained pressure sensor using the annular strain gauge of the present invention (see FIG. 2), bridge type pressure sensor (see FIG. 8), and shear type pressure sensor (see FIG. 13), output at rated pressure, input impedance, rated pressure The ratio of offset voltage to time output and its temperature coefficient are shown.
【0061】[0061]
【表1】 表1に示すように、本発明の半導体圧力センサのオフセ
ット電圧およびその温度係数は、従来のブリッジ型圧力
センサに比べ約1/2という小さい値が得られた。[Table 1] As shown in Table 1, the offset voltage and its temperature coefficient of the semiconductor pressure sensor of the present invention were as small as about 1/2 of those of the conventional bridge type pressure sensor.
【0062】また、入力インピーダンスについては、従
来の剪断型圧力センサの約2倍、出力は1.5倍となっ
た。以上のように、抵抗体の中央部をくり抜いた構造の
環状歪ゲージとすることにより、ブリッジ型圧力センサ
に比べ、オフセット電圧およびその温度係数を少なくで
き、かつ、入力インピーダンスを剪断型圧力センサより
大きくできる半導体圧力センサを構成することが可能と
なることがわかる。The input impedance was about twice that of the conventional shear pressure sensor, and the output was 1.5 times. As described above, by using an annular strain gauge having a structure in which the central part of the resistor is hollowed out, the offset voltage and its temperature coefficient can be reduced compared to the bridge type pressure sensor, and the input impedance is lower than that of the shear type pressure sensor. It can be seen that it is possible to configure a semiconductor pressure sensor that can be made larger.
【0063】また、図2に示したように半導体歪ゲージ
2の抵抗体を正方形形状とし、かつ、ダイヤフラム1の
中心線上であって、ダイヤフラム1の支持部1S近傍に
抵抗体14を配置するとともに、抵抗体14の電源端子
としての電極11a、11bを結ぶ直線及び出力端子と
しての電極12a、12bを結ぶ直線が<100>結晶
軸方向となるようにすることにより、定格圧力時の出力
を最大とすることができる。第2実施例 図4に第1実施例の半導体歪ゲージを示す。本第2実施
例の半導体歪ゲージが図1の第1実施例の半導体歪ゲー
ジと異なる点は、抵抗体の形状であり、他の部分につい
ては同様であるので、同様の部分には同一の符号を付
す。As shown in FIG. 2, the resistor of the semiconductor strain gauge 2 has a square shape, and the resistor 14 is arranged on the center line of the diaphragm 1 in the vicinity of the supporting portion 1S of the diaphragm 1. By setting the straight line connecting the electrodes 11a and 11b as the power supply terminals of the resistor 14 and the straight line connecting the electrodes 12a and 12b as the output terminals in the <100> crystal axis direction, the output at the rated pressure is maximized. Can be Second Embodiment FIG. 4 shows a semiconductor strain gauge of the first embodiment. The semiconductor strain gauge of the second embodiment is different from the semiconductor strain gauge of the first embodiment of FIG. 1 in the shape of the resistor, and the other portions are the same, so that the same portions are the same. Add a sign.
【0064】半導体歪ゲージ(環状半導体歪ゲージ)2
0は、抵抗体14を備えている。この抵抗体14は、結
晶面が(100)の面方位からなるN形シリコン単結晶
に不純物としてB(ボロン)を1×1018〜1×1020
個/cm3 イオンを注入することにより形成されたP形
シリコン単結晶からなる。Semiconductor strain gauge (annular semiconductor strain gauge) 2
0 has a resistor 14. The resistor 14 is made of N-type silicon single crystal having a crystal orientation of (100) and B (boron) as an impurity of 1 × 10 18 to 1 × 10 20.
It consists of a P-type silicon single crystal formed by implanting ions / cm 3 ions.
【0065】抵抗体14の周囲には電源端子として用い
る電極11a、11b及び出力端子として用いる電極1
2a、12bが設けられており、電極11a、11bを
結ぶ直線と電極12a、12bを結ぶ直線は互いに直交
し、それぞれの直線は<100>結晶軸方向となるよう
に、半導体歪ゲージ20が設けられている。Around the resistor 14, electrodes 11a and 11b used as power supply terminals and an electrode 1 used as an output terminal.
2a and 12b are provided, and the semiconductor strain gauge 20 is provided so that the straight line connecting the electrodes 11a and 11b and the straight line connecting the electrodes 12a and 12b are orthogonal to each other, and the respective straight lines are in the <100> crystal axis direction. Has been.
【0066】第2実施例の半導体歪ゲージの動作につい
ては、第1実施例の半導体歪ゲージの動作と同様である
ので、詳細な説明を省略する。実施例の変形例 上記第1実施例の半導体歪ゲージ2は、抵抗体が正方形
形状の場合であったが、図5に示すように、抵抗体の外
周部の形状を端子付近でR部を有する形状にしたり、抵
抗体の孔部分の形状を円形などの他の形状とすることも
可能である。The operation of the semiconductor strain gauge of the second embodiment is the same as the operation of the semiconductor strain gauge of the first embodiment, so detailed description will be omitted. Modified Example of the Embodiment In the semiconductor strain gauge 2 of the first embodiment described above, the resistor has a square shape. However, as shown in FIG. 5, the shape of the outer peripheral portion of the resistor has an R portion near the terminal. It is also possible to make it have a shape, or to make the shape of the hole portion of the resistor into another shape such as a circle.
【0067】また、くり抜く部分の中央部を電源端子と
しての電極11aまたは電極11b寄りに配置(図4、
符号C参照)することで印加圧力に対する出力電圧V
out の直線性を調節するように構成することもできる。Further, the central portion of the hollowed-out portion is arranged near the electrode 11a or the electrode 11b as a power supply terminal (FIG. 4, FIG.
The output voltage V with respect to the applied pressure
It can also be configured to adjust the linearity of out .
【0068】第1実施例の半導体圧力センサにおいて
は、ダイヤフラム1の形状を矩形形状としてあるが、正
方形または円形のダイヤフラム(図示せず)を用いた場
合でも同様の効果が得られる。In the semiconductor pressure sensor of the first embodiment, the diaphragm 1 has a rectangular shape, but the same effect can be obtained when a square or circular diaphragm (not shown) is used.
【0069】また、半導体歪ゲージの抵抗体をイオン注
入による拡散形の抵抗体とせずに、図6に示すように、
酸化膜を介してシリコン基板を直接接合により貼り合わ
せた接合ウェハーの活性P形シリコン単結晶層を用いて
も本発明の半導体圧力センサを構成することが可能であ
る。Further, as shown in FIG. 6, the resistance of the semiconductor strain gauge is not a diffusion type resistance by ion implantation.
The semiconductor pressure sensor of the present invention can also be configured by using the active P-type silicon single crystal layer of the bonded wafer in which the silicon substrates are directly bonded to each other via the oxide film.
【0070】さらに、ダイヤフラム1はシリコン基板で
なくともよく、例えばサファイヤ(アルミナ:Al2 O
3 )などの他の弾性体ダイヤフラムであってもよい。Further, the diaphragm 1 does not have to be a silicon substrate, and for example, sapphire (alumina: Al 2 O) is used.
Other elastic diaphragms such as 3 ) may be used.
【0071】[0071]
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、印加圧力
に起因する歪を電圧に変換する場合において、抵抗パタ
ーンは、半導体単結晶により一体に形成されているの
で、半導体歪ゲージを半導体圧力センサとして構成した
場合には、ブリッジに接続する金属配線の接触抵抗およ
び配線抵抗等が原理的に発生せず、オフセット電圧およ
びその温度係数を小さくすることができ、より正確な測
定を行なうことができる。According to the first aspect of the present invention, when the strain due to the applied pressure is converted into a voltage, the resistance pattern is integrally formed of the semiconductor single crystal. When configured as a pressure sensor, the contact resistance and wiring resistance of the metal wiring connected to the bridge does not occur in principle, and the offset voltage and its temperature coefficient can be reduced, and more accurate measurement can be performed. You can
【0072】また抵抗パターンは、略環状に形成されて
いるので、半導体歪ゲージを半導体圧力センサとして構
成した場合にインピーダンスを高くすることが可能とな
り、消費電力を低減して、出力電圧を大きくすることが
可能となる。Further, since the resistance pattern is formed in a substantially annular shape, the impedance can be increased when the semiconductor strain gauge is configured as a semiconductor pressure sensor, the power consumption can be reduced and the output voltage can be increased. It becomes possible.
【0073】さらに第1電極は、抵抗パターンがほぼ対
称形に分割されるように第1直線を抵抗パターン上に仮
定し、抵抗パターン上、かつ、第1直線上に設けられ、
第2電極は、抵抗パターン上、かつ、第1直線と直交す
る第2直線上に設けられているので、半導体歪ゲージを
半導体圧力センサとして構成した場合に歪を効率よく電
圧変換することが可能となり、高効率の半導体圧力セン
サを構成することができる。Further, the first electrode is provided on the resistance pattern and on the first straight line on the assumption that the first line is on the resistance pattern so that the resistance pattern is divided substantially symmetrically.
Since the second electrode is provided on the resistance pattern and on the second straight line that is orthogonal to the first straight line, the strain can be efficiently converted into voltage when the semiconductor strain gauge is configured as a semiconductor pressure sensor. Therefore, a highly efficient semiconductor pressure sensor can be constructed.
【0074】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の発明の効果に加えて、第1直線は、半導体単結晶の
所定の結晶軸方向に沿った直線であるように構成するの
で、半導体歪ゲージを半導体圧力センサとして構成し、
歪を加えた場合の変換効率が向上するので、高効率の半
導体圧力センサを構成することができる。According to the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of claim 1, the first straight line is configured to be a straight line along a predetermined crystal axis direction of the semiconductor single crystal. , Configuring the semiconductor strain gauge as a semiconductor pressure sensor,
Since the conversion efficiency when strain is applied is improved, a highly efficient semiconductor pressure sensor can be constructed.
【0075】請求項3記載の発明によれば、請求項2記
載の発明の作用に加えて、半導体単結晶は、P型単結晶
シリコンであり、所定の結晶軸方向は、<100>結晶
方向であるように構成するので、半導体歪ゲージを半導
体圧力センサとして構成した場合の原理的な変換効率を
最大とすることができ、原理的に最大効率の半導体圧力
センサを構成することができる。According to the invention of claim 3, in addition to the function of the invention of claim 2, the semiconductor single crystal is P-type single crystal silicon, and the predetermined crystal axis direction is the <100> crystal direction. With such a configuration, it is possible to maximize the theoretical conversion efficiency when the semiconductor strain gauge is configured as a semiconductor pressure sensor, and it is possible in principle to configure a semiconductor pressure sensor with maximum efficiency.
【0076】請求項4記載の発明によれば、請求項1乃
至請求項3のいずれかに記載の発明の効果に加えて、抵
抗パターンは、略菱形形状を有し、略菱形形状に近似す
る菱形を仮定した場合に、第1直線及び第2直線は菱形
の対角線を含み、第1電極及び第2電極を菱形の頂点近
傍に設けて構成するので、半導体歪ゲージを半導体圧力
センサとして構成し、歪を加えた場合の変換効率を向上
させることが可能となり、高効率の半導体圧力センサを
構成することができる。According to the invention described in claim 4, in addition to the effect of the invention described in any one of claims 1 to 3, the resistance pattern has a substantially rhombic shape and approximates to a substantially rhombic shape. If a rhombus is assumed, the first straight line and the second straight line include diagonal lines of the rhombus, and the first electrode and the second electrode are provided near the apex of the rhombus, and thus the semiconductor strain gauge is configured as a semiconductor pressure sensor. The conversion efficiency when strain is applied can be improved, and a highly efficient semiconductor pressure sensor can be configured.
【0077】請求項5記載の発明によれば、周辺部に支
持部を有するダイアフラムが形成された基板と、基板上
に形成された請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の
半導体歪ゲージと、を備えているので、歪を加えた場合
の電圧への変換効率が向上し、オフセット電圧およびそ
の温度係数が小さく、インピーダンスの高い半導体圧力
センサを構成でき、高感度、低消費電力、高出力の半導
体圧力センサを構成することができる。According to the invention of claim 5, the semiconductor strain gauge according to any one of claims 1 to 4, wherein the substrate is provided with a diaphragm having a support portion in the peripheral portion, and the substrate. And, the efficiency of conversion into voltage when distortion is added is improved, the offset voltage and its temperature coefficient are small, and a semiconductor pressure sensor with high impedance can be configured, and high sensitivity, low power consumption, and high An output semiconductor pressure sensor can be constructed.
【図1】第1実施例の半導体歪ゲージの外観図である。FIG. 1 is an external view of a semiconductor strain gauge according to a first embodiment.
【図2】第1実施例の半導体圧力センサの外観図及び断
面図である。FIG. 2 is an external view and a cross-sectional view of a semiconductor pressure sensor of the first embodiment.
【図3】第1実施例の圧力検出回路の接続図である。FIG. 3 is a connection diagram of a pressure detection circuit of the first embodiment.
【図4】第2実施例の半導体歪ゲージの外観図である。FIG. 4 is an external view of a semiconductor strain gauge according to a second embodiment.
【図5】実施例の変形例の半導体歪ゲージの外観図であ
る。FIG. 5 is an external view of a semiconductor strain gauge according to a modified example of the embodiment.
【図6】実施例の変形例の半導体圧力センサの断面図で
ある。FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor pressure sensor of a modified example of the embodiment.
【図7】従来の半導体歪ゲージの外観図である。FIG. 7 is an external view of a conventional semiconductor strain gauge.
【図8】従来の半導体圧力センサの外観図及び断面図で
ある。FIG. 8 is an external view and a sectional view of a conventional semiconductor pressure sensor.
【図9】従来の圧力検出回路の等価回路図である。FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a conventional pressure detection circuit.
【図10】従来の他の半導体歪ゲージの外観図である。FIG. 10 is an external view of another conventional semiconductor strain gauge.
【図11】従来の剪断型歪ゲージの外観図である。FIG. 11 is an external view of a conventional shear strain gauge.
【図12】従来の他の剪断型歪ゲージの外観図である。FIG. 12 is an external view of another conventional shear strain gauge.
【図13】図12の剪断型歪ゲージを用いた半導体圧力
センサの外観図である。13 is an external view of a semiconductor pressure sensor using the shear strain gauge of FIG.
【図14】図13の半導体圧力センサを用いた圧力検出
回路の接続図である。14 is a connection diagram of a pressure detection circuit using the semiconductor pressure sensor of FIG.
1…ダイヤフラム 2、10、20…半導体歪ゲージ 11a、11b…電極(電源端子) 12a、12b…電極(出力端子) 14、24…抵抗体 1 ... Diaphragm 2, 10, 20 ... Semiconductor strain gauge 11a, 11b ... Electrode (power supply terminal) 12a, 12b ... Electrode (output terminal) 14, 24 ... Resistor
Claims (5)
れる歪に応じた検出電圧を出力する半導体歪ゲージにお
いて、 半導体単結晶により略環状に形成された抵抗パターン
と、 前記抵抗パターンがほぼ対称形に分割されるように第1
直線を前記抵抗パターン上に仮定し、前記抵抗パターン
上、かつ、前記第1直線上に設けられた1組の第1電極
と、 前記抵抗パターン上、かつ、前記第1直線と直交する第
2直線上に設けられた1組の第2電極と、 を備えたことを特徴とする半導体歪ゲージ。1. In a semiconductor strain gauge to which a measuring voltage is applied and which outputs a detection voltage according to a strain applied from the outside, a resistance pattern formed in a substantially annular shape by a semiconductor single crystal and the resistance pattern are substantially symmetrical. First to be divided into shapes
Assuming a straight line on the resistance pattern, a pair of first electrodes provided on the resistance pattern and on the first straight line, and a second line on the resistance pattern and orthogonal to the first straight line A pair of second electrodes provided on a straight line, and a semiconductor strain gauge.
て、 前記第1直線は、前記半導体単結晶の所定の結晶軸方向
に沿った直線であることを特徴とする半導体歪ゲージ。2. The semiconductor strain gauge according to claim 1, wherein the first straight line is a straight line along a predetermined crystal axis direction of the semiconductor single crystal.
て、 前記半導体単結晶は、P型単結晶シリコンであり、前記
所定の結晶軸方向は、<100>結晶軸方向であること
を特徴とする半導体歪ゲージ。3. The semiconductor strain gauge according to claim 2, wherein the semiconductor single crystal is P-type single crystal silicon, and the predetermined crystal axis direction is a <100> crystal axis direction. Semiconductor strain gauge.
の半導体歪ゲージにおいて、 前記抵抗パターンは、略菱形形状を有し、前記略菱形形
状に近似する菱形を仮定した場合に、前記第1直線及び
前記第2直線は前記菱形の対角線を含み、前記第1電極
及び前記第2電極を前記菱形の頂点近傍に設けたことを
特徴とする半導体歪ゲージ。4. The semiconductor strain gauge according to any one of claims 1 to 3, wherein the resistance pattern has a substantially rhombic shape, and when a rhombus approximate to the substantially rhombic shape is assumed, The semiconductor strain gauge, wherein the first straight line and the second straight line include the diagonal line of the rhombus, and the first electrode and the second electrode are provided in the vicinity of the apex of the rhombus.
形成された基板と、 前記基板上に形成された請求項1乃至請求項4のいずれ
かに記載の半導体歪ゲージと、 を備えたことを特徴とする半導体圧力センサ。5. A substrate, on which a diaphragm having a supporting portion is formed on a peripheral portion, and the semiconductor strain gauge according to claim 1, which is formed on the substrate. Characteristic semiconductor pressure sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11419795A JPH08316495A (en) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | Semiconductor strain gauge and semiconductor pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP11419795A JPH08316495A (en) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | Semiconductor strain gauge and semiconductor pressure sensor |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH08316495A true JPH08316495A (en) | 1996-11-29 |
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ID=14631640
Family Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1995-05-12 JP JP11419795A patent/JPH08316495A/en active Pending
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