JPH0843227A - 光導波路型圧力センサ - Google Patents
光導波路型圧力センサInfo
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- JPH0843227A JPH0843227A JP17426594A JP17426594A JPH0843227A JP H0843227 A JPH0843227 A JP H0843227A JP 17426594 A JP17426594 A JP 17426594A JP 17426594 A JP17426594 A JP 17426594A JP H0843227 A JPH0843227 A JP H0843227A
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- optical waveguide
- pressure sensor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は製作が容易で、信頼性向上のための小
型化及び大量生産が容易な光導波路型圧力センサを提供
することを目的とする。 【構成】本発明に係る圧力センサは、光導波路型圧力セ
ンサにおいて、シリコン基板１に、半導体プロセス技術
により形成した圧力感知部２と、前記シリコン基板１の
圧力感知部２上に、半導体のプロセス技術により形成し
た測定用光導波路３と、前記シリコン基板１の圧力感知
部２以外の場所に、半導体のプロセス技術により形成し
た参照用光導波路４を具備し、前記測定用光導波路３と
参照用光導波路４はシリコン系材料で形成し、前記測定
用光導波路３は、圧力感知部２の圧力による変形を光信
号に変換することを特徴とする。
型化及び大量生産が容易な光導波路型圧力センサを提供
することを目的とする。 【構成】本発明に係る圧力センサは、光導波路型圧力セ
ンサにおいて、シリコン基板１に、半導体プロセス技術
により形成した圧力感知部２と、前記シリコン基板１の
圧力感知部２上に、半導体のプロセス技術により形成し
た測定用光導波路３と、前記シリコン基板１の圧力感知
部２以外の場所に、半導体のプロセス技術により形成し
た参照用光導波路４を具備し、前記測定用光導波路３と
参照用光導波路４はシリコン系材料で形成し、前記測定
用光導波路３は、圧力感知部２の圧力による変形を光信
号に変換することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、射出成形機、エンジン
の燃焼器、蒸気タービン等の産業機械の圧力感知に適応
される圧力センサに関する。
の燃焼器、蒸気タービン等の産業機械の圧力感知に適応
される圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術の例を図６、図７及び図８に示
す。図６は従来の光導波路型圧力センサの一種であり、
ダイヤフラム等の圧力感知部２を形成したシリコン基板
１上に、光導波路としての光ファイバを接着剤１２で接
着して構成される。圧力感知部２上に設置された前記光
ファイバには、圧力変化を光信号に変換する測定用光フ
ァイバ１３と、参照用光ファイバ１４の２本がある。
す。図６は従来の光導波路型圧力センサの一種であり、
ダイヤフラム等の圧力感知部２を形成したシリコン基板
１上に、光導波路としての光ファイバを接着剤１２で接
着して構成される。圧力感知部２上に設置された前記光
ファイバには、圧力変化を光信号に変換する測定用光フ
ァイバ１３と、参照用光ファイバ１４の２本がある。
【０００３】図７は別種の光導波路型圧力センサで、圧
力感知部２が形成されたシリコン基板１上に、ＬｉＮｂ
Ｏ3 等の誘電体膜１５とＬｉＮｂＯ3 等の誘電体膜にＴ
ｉ等を拡散させることにより屈折率をＬｉＮｂＯ3 等の
誘電体膜１５より大きくしたドープ誘電体膜１６から成
る光導波路を形成している。
力感知部２が形成されたシリコン基板１上に、ＬｉＮｂ
Ｏ3 等の誘電体膜１５とＬｉＮｂＯ3 等の誘電体膜にＴ
ｉ等を拡散させることにより屈折率をＬｉＮｂＯ3 等の
誘電体膜１５より大きくしたドープ誘電体膜１６から成
る光導波路を形成している。
【０００４】圧力感知部２上には、圧力変化を光信号に
変換する測定用光導波路３が設置され、シリコン基板１
上の圧力感知部２以外の場所には、参照用光導波路４が
設置されている。
変換する測定用光導波路３が設置され、シリコン基板１
上の圧力感知部２以外の場所には、参照用光導波路４が
設置されている。
【０００５】圧力検知は以下の手順で行なわれる。前記
測定用光ファイバ１３及び参照用光ファイバ１４、また
は測定用光導波路３及び参照用光導波路４には、同一の
光源から、光ファイバまたはレンズ等から成る光学系を
へて光が入射される。
測定用光ファイバ１３及び参照用光ファイバ１４、また
は測定用光導波路３及び参照用光導波路４には、同一の
光源から、光ファイバまたはレンズ等から成る光学系を
へて光が入射される。
【０００６】圧力感知部２が圧力を受けることにより変
形すると、圧力感知部２上の測定用光ファイバ１３また
は光導波路３も変形する。その結果、測定用光ファイバ
１３または光導波路３を伝搬する光には光量の減衰、位
相の変化等が生じるが、参照用光ファイバ１４または光
導波路４を伝搬する光には変化は生じない。そのため測
定用光ファイバ１３または光導波路３を伝搬する光の変
化を、参照用光ファイバ１４または光導波路４を伝搬す
る光と比較することにより圧力を検出することができ、
これにより圧力変化を検知することができる。
形すると、圧力感知部２上の測定用光ファイバ１３また
は光導波路３も変形する。その結果、測定用光ファイバ
１３または光導波路３を伝搬する光には光量の減衰、位
相の変化等が生じるが、参照用光ファイバ１４または光
導波路４を伝搬する光には変化は生じない。そのため測
定用光ファイバ１３または光導波路３を伝搬する光の変
化を、参照用光ファイバ１４または光導波路４を伝搬す
る光と比較することにより圧力を検出することができ、
これにより圧力変化を検知することができる。
【０００７】次ぎに従来の光導波路型圧力センサの製作
プロセスを図８により説明する。シリコン基板１にリソ
グラフィ及び異方性エッチングにより、ダイヤフラム等
の圧力感知部２を形成する。
プロセスを図８により説明する。シリコン基板１にリソ
グラフィ及び異方性エッチングにより、ダイヤフラム等
の圧力感知部２を形成する。
【０００８】光ファイバを用いる場合は圧力感知部２を
形成後、シリコン基板１上に測定用光ファイバ１３及び
参照用光ファイバ１４を接着剤１２により接着する。光
導波路を用いる場合は、基板上にＬｉＮｂＯ3 等の誘電
体膜１５を形成し、このＬｉＮｂＯ3 等の誘電体膜にＴ
ｉ等を拡散させることにより、誘電体膜１５の上部をド
ープ誘電体膜１６にする。そしてリソグラフィ及び異方
性エッチングによる加工で光導波路を形成する。
形成後、シリコン基板１上に測定用光ファイバ１３及び
参照用光ファイバ１４を接着剤１２により接着する。光
導波路を用いる場合は、基板上にＬｉＮｂＯ3 等の誘電
体膜１５を形成し、このＬｉＮｂＯ3 等の誘電体膜にＴ
ｉ等を拡散させることにより、誘電体膜１５の上部をド
ープ誘電体膜１６にする。そしてリソグラフィ及び異方
性エッチングによる加工で光導波路を形成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の光ファイバを用
いた光導波路型圧力センサの製作では、圧力感知部が形
成される基板と、光ファイバを別々に製作し、組み合わ
せるため、製作プロセスにおいて、基板と光ファイバの
位置合わせと接着という手間のかかる工程が必要であ
り、センサの小型化も困難であった。
いた光導波路型圧力センサの製作では、圧力感知部が形
成される基板と、光ファイバを別々に製作し、組み合わ
せるため、製作プロセスにおいて、基板と光ファイバの
位置合わせと接着という手間のかかる工程が必要であ
り、センサの小型化も困難であった。
【００１０】また、光導波路として誘電体膜を用いた光
導波路型圧力センサでは、基板と光導波路がシリコンと
ＬｉＮｂＯ3 とからなるなどして異種材料による構成と
なる。そのため製作プロセスが複雑になるという問題点
がある。本発明はこれらの問題を解決することができる
光導波路型圧力センサを提供することを目的とする。
導波路型圧力センサでは、基板と光導波路がシリコンと
ＬｉＮｂＯ3 とからなるなどして異種材料による構成と
なる。そのため製作プロセスが複雑になるという問題点
がある。本発明はこれらの問題を解決することができる
光導波路型圧力センサを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】光導波路型圧力センサに
おいて、（Ａ）シリコン基板に、半導体プロセス技術に
より形成した圧力感知部と、（Ｂ）前記シリコン基板の
圧力感知部上に、半導体のプロセス技術により形成した
測定用光導波路と、（Ｃ）前記シリコン基板の圧力感知
部以外の場所に、半導体のプロセス技術により形成した
参照用光導波路を具備し、（Ｄ）前記測定用光導波路と
参照用光導波路はシリコン系材料で形成し、（Ｅ）前記
測定用光導波路は、圧力感知部の圧力による変形を光信
号に変換することを特徴とする。
おいて、（Ａ）シリコン基板に、半導体プロセス技術に
より形成した圧力感知部と、（Ｂ）前記シリコン基板の
圧力感知部上に、半導体のプロセス技術により形成した
測定用光導波路と、（Ｃ）前記シリコン基板の圧力感知
部以外の場所に、半導体のプロセス技術により形成した
参照用光導波路を具備し、（Ｄ）前記測定用光導波路と
参照用光導波路はシリコン系材料で形成し、（Ｅ）前記
測定用光導波路は、圧力感知部の圧力による変形を光信
号に変換することを特徴とする。
【００１２】
【作用】本発明の光導波路型圧力センサは、半導体プロ
セス技術によりシリコン基板上に形成された圧力感知部
を有し、前記感知部は圧力を受ける事により変形する。
その結果、圧力感知部上に形成されたシリコン系材料の
光導波路も変形し、光導波路を伝搬する光に光量、位相
等の変化が生じる。その光の変化を、参照用光ファイバ
１４または光導波路４を伝搬する光と比較することによ
り、圧力変化を検知することができる。
セス技術によりシリコン基板上に形成された圧力感知部
を有し、前記感知部は圧力を受ける事により変形する。
その結果、圧力感知部上に形成されたシリコン系材料の
光導波路も変形し、光導波路を伝搬する光に光量、位相
等の変化が生じる。その光の変化を、参照用光ファイバ
１４または光導波路４を伝搬する光と比較することによ
り、圧力変化を検知することができる。
【００１３】
【実施例】本発明の光導波路型センサの実施例を図１〜
図５に示す。図１は本発明の第１実施例に係る光導波路
型センサの構成を示す。図１のシリコン基板１に圧力感
知部２を形成し、圧力感知部２上に圧力変化を光信号に
変換する測定用光導波路３設置する。シリコン基板１の
上の圧力感知部２から離れたところに、参照用光導波路
４を設置する。そしてこれらの光導波路をシリコン薄膜
５と二酸化シリコン薄膜６の多層膜で構成する。
図５に示す。図１は本発明の第１実施例に係る光導波路
型センサの構成を示す。図１のシリコン基板１に圧力感
知部２を形成し、圧力感知部２上に圧力変化を光信号に
変換する測定用光導波路３設置する。シリコン基板１の
上の圧力感知部２から離れたところに、参照用光導波路
４を設置する。そしてこれらの光導波路をシリコン薄膜
５と二酸化シリコン薄膜６の多層膜で構成する。
【００１４】光はシリコン薄膜５内を伝搬する。圧力検
知は次の手順で行なう。測定用光導波路３及び参照用光
導波路４には光源から光を入射する。
知は次の手順で行なう。測定用光導波路３及び参照用光
導波路４には光源から光を入射する。
【００１５】圧力感知部２が圧力を受けて変形すると、
圧力感知部２上の測定用光導波路３も変形する。その結
果、測定用光導波路３を伝搬する光には変形により、光
量減衰、または変形による光路長変化により位相変化が
生じる。これらの測定用光導波路３を伝搬する光の変化
を、参照用光導波路４を伝搬する光と比較することによ
り検出し、この検出結果から圧力変化を検知する。
圧力感知部２上の測定用光導波路３も変形する。その結
果、測定用光導波路３を伝搬する光には変形により、光
量減衰、または変形による光路長変化により位相変化が
生じる。これらの測定用光導波路３を伝搬する光の変化
を、参照用光導波路４を伝搬する光と比較することによ
り検出し、この検出結果から圧力変化を検知する。
【００１６】図２は本発明の第１実施例の光導波路型圧
力センサの製作プロセスを示す。まず、シリコン基板１
にリソグラフィ及び異方性エッチング（以下半導体プロ
セス技術ともいう）により、ダイヤフラム等の圧力感知
部２を形成する。
力センサの製作プロセスを示す。まず、シリコン基板１
にリソグラフィ及び異方性エッチング（以下半導体プロ
セス技術ともいう）により、ダイヤフラム等の圧力感知
部２を形成する。
【００１７】そしてシリコン基板１上に、酸化により二
酸化シリコン薄膜６を形成する。次に、エピタキシャル
成長技術等で、シリコン薄膜７を二酸化シリコン薄膜６
上に形成し、リソグラフィ及び異方性エッチングによ
り、シリコン基板１上に形成した多層膜を加工し、光導
波路を形成する。
酸化シリコン薄膜６を形成する。次に、エピタキシャル
成長技術等で、シリコン薄膜７を二酸化シリコン薄膜６
上に形成し、リソグラフィ及び異方性エッチングによ
り、シリコン基板１上に形成した多層膜を加工し、光導
波路を形成する。
【００１８】以上のプロセス技術はすべて既成のシリコ
ン系半導体プロセス技術を用いるため、容易であり、セ
ンサの小型化も実現することができる。図３は光導波路
に、別のシリコン系材料を用いた、本発明の第２実施例
の光導波路型圧力センサの構成を示す。
ン系半導体プロセス技術を用いるため、容易であり、セ
ンサの小型化も実現することができる。図３は光導波路
に、別のシリコン系材料を用いた、本発明の第２実施例
の光導波路型圧力センサの構成を示す。
【００１９】光導波路はドープ二酸化シリコン薄膜８
と、二酸化シリコン薄膜６により形成される。光はドー
プ二酸化シリコン薄膜８内を伝搬する。図４は第２実施
例の光導波路型圧力センサの製作プロセスを示す。
と、二酸化シリコン薄膜６により形成される。光はドー
プ二酸化シリコン薄膜８内を伝搬する。図４は第２実施
例の光導波路型圧力センサの製作プロセスを示す。
【００２０】シリコン基板１に、リソグラフィ及び異方
性エッチングにより、ダイヤフラム等の圧力感知部２を
形成する。そしてシリコン基板１上に酸化により二酸化
シリコン薄膜６を形成し、リソグラフィ及び不純物拡散
により光導波路を形成する部分のみに不純物を拡散さ
せ、ドープ二酸化シリコン薄膜８を形成する。不純物と
してはナトリウムイオン、カリウムイオン等をが用い
る。そして、リソグラフィ及び異方性エッチングにより
シリコン基板１上に形成した多層膜を加工し、光導波路
を形成する。
性エッチングにより、ダイヤフラム等の圧力感知部２を
形成する。そしてシリコン基板１上に酸化により二酸化
シリコン薄膜６を形成し、リソグラフィ及び不純物拡散
により光導波路を形成する部分のみに不純物を拡散さ
せ、ドープ二酸化シリコン薄膜８を形成する。不純物と
してはナトリウムイオン、カリウムイオン等をが用い
る。そして、リソグラフィ及び異方性エッチングにより
シリコン基板１上に形成した多層膜を加工し、光導波路
を形成する。
【００２１】以上のプロセス技術はすべて既成のシリコ
ン系半導体プロセス技術を用いる。図５は光導波路型圧
力センサにおける、第３実施例の光導波路のパターンを
示す。
ン系半導体プロセス技術を用いる。図５は光導波路型圧
力センサにおける、第３実施例の光導波路のパターンを
示す。
【００２２】図５（Ａ）は光導波路がマッハツェンダー
型光導波路９で、干渉系をなしている。干渉系の内、一
方は測定用光導波路として、圧力感知部２上にあり、も
う一方は参照用光導波路になっている。この系では干渉
により出射光から測定光の情報を取り出すことができ
る。
型光導波路９で、干渉系をなしている。干渉系の内、一
方は測定用光導波路として、圧力感知部２上にあり、も
う一方は参照用光導波路になっている。この系では干渉
により出射光から測定光の情報を取り出すことができ
る。
【００２３】また、図５（Ｂ）はＹ型光導波路を用いて
いる。この系では出射側を鏡面１１とし、戻り光を測定
する。戻り光は干渉光であるため、図５（Ａ）と同様、
測定光の変化の情報を精密に取り出すことができる。
いる。この系では出射側を鏡面１１とし、戻り光を測定
する。戻り光は干渉光であるため、図５（Ａ）と同様、
測定光の変化の情報を精密に取り出すことができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）本発明の光導波路型圧力センサは、すべてシリコ
ン系材料で構成されるため、既成の半導体製造技術を用
いて作成できる。 （２）従って製作が容易で、信頼性向上のための小型
化、及び大量生産が容易になる。
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）本発明の光導波路型圧力センサは、すべてシリコ
ン系材料で構成されるため、既成の半導体製造技術を用
いて作成できる。 （２）従って製作が容易で、信頼性向上のための小型
化、及び大量生産が容易になる。
【図１】本発明の第１実施例に係る光導波路型圧力セン
サの構成図。
サの構成図。
【図２】本発明の第１実施例に係る光導波路型圧力セン
サの製作工程図。
サの製作工程図。
【図３】本発明の第２実施例に係る光導波路型圧力セン
サの構成図。
サの構成図。
【図４】本発明の第２実施例に係る光導波路型圧力セン
サの製作工程図。
サの製作工程図。
【図５】本発明の第３実施例に係る光導波路型圧力セン
サの構成図。
サの構成図。
【図６】従来の光導波路型圧力センサの構成図（その
１）。
１）。
【図７】従来の光導波路型圧力センサの構成図（その
２）。
２）。
【図８】従来の光導波路型圧力センサの製作工程図。
１…シリコン基板、 ２…圧力感知部、 ３…測定用光導波路、 ４…参照用光導波路、 ５…シリコン薄膜、 ６…二酸化シリコン薄膜、 ７…レジスト、 ８…ドープ二酸化シリコン薄膜、 ９…マッハツェンダー型光導波路、 １０…Ｙ型光導波路、 １１…鏡面、 １２…接着剤、 １３…測定用光ファイバ、 １４…参照用光ファイバ、 １５…誘電体膜、 １６…ドープ誘電体膜。
Claims (1)
- 【請求項１】 光導波路型圧力センサにおいて、（Ａ）
シリコン基板（１）に、半導体プロセス技術により形成
した圧力感知部（２）と、（Ｂ）前記シリコン基板
（１）の圧力感知部（２）上に、半導体のプロセス技術
により形成した測定用光導波路（３）と、（Ｃ）前記シ
リコン基板（１）の圧力感知部（２）以外の場所に、半
導体のプロセス技術により形成した参照用光導波路
（４）を具備し、（Ｄ）前記測定用光導波路（３）と参
照用光導波路（４）はシリコン系材料で形成し、（Ｅ）
前記測定用光導波路（３）は、圧力感知部（２）の圧力
による変形を光信号に変換することを特徴とする光導波
路型圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17426594A JPH0843227A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 光導波路型圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17426594A JPH0843227A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 光導波路型圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0843227A true JPH0843227A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=15975627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17426594A Withdrawn JPH0843227A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 光導波路型圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0843227A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008501119A (ja) * | 2004-05-28 | 2008-01-17 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | 応力感応素子を有する半導体構造、および半導体構造内の応力を測定するための方法 |
| CN104990655A (zh) * | 2015-07-29 | 2015-10-21 | 清华大学深圳研究生院 | 一种压力传感器及其制备方法、压力检测系统 |
-
1994
- 1994-07-26 JP JP17426594A patent/JPH0843227A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008501119A (ja) * | 2004-05-28 | 2008-01-17 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | 応力感応素子を有する半導体構造、および半導体構造内の応力を測定するための方法 |
| CN104990655A (zh) * | 2015-07-29 | 2015-10-21 | 清华大学深圳研究生院 | 一种压力传感器及其制备方法、压力检测系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20011002 |