JPS58103636A - 半導体圧力変換器 - Google Patents
半導体圧力変換器Info
- Publication number
- JPS58103636A JPS58103636A JP20149281A JP20149281A JPS58103636A JP S58103636 A JPS58103636 A JP S58103636A JP 20149281 A JP20149281 A JP 20149281A JP 20149281 A JP20149281 A JP 20149281A JP S58103636 A JPS58103636 A JP S58103636A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- epitaxial layer
- semiconductor
- layer
- piezoresistor
- pressure transducer
- Prior art date
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、サファイア基板を金属ハウジングとの絶縁層
として用いた半導体圧力変換器に関するものである。
として用いた半導体圧力変換器に関するものである。
一般に、半導体からなるピエゾ抵抗素子を用い九圧力変
換器においては、圧力噴出器としてパッケージングする
゛場合、その金属ハウジングとの間に何らかの電気的絶
縁手段を捲す必要がある。
換器においては、圧力噴出器としてパッケージングする
゛場合、その金属ハウジングとの間に何らかの電気的絶
縁手段を捲す必要がある。
そこで、主面上にエピタキシャル層を成長させ九サファ
イア基板の周縁部を周縁部に接合して中央部にダイヤフ
ラム部を構成し、このダイヤフラム部の前記エピタキシ
ャル層にピエゾ抵抗体からなる回路パタンを形成するよ
うにすれば、上記サファイア基板を絶縁層として用いる
ことができ、絶縁支持構造が簡略化できる。特に、サフ
ァイア基板の、支持体との接合面側主面にもエピタキシ
ャル層を形成しておけば、これを利用して支持体に静電
接合することができ、シャープなダイヤフラムを作成す
ることが可能となる。
イア基板の周縁部を周縁部に接合して中央部にダイヤフ
ラム部を構成し、このダイヤフラム部の前記エピタキシ
ャル層にピエゾ抵抗体からなる回路パタンを形成するよ
うにすれば、上記サファイア基板を絶縁層として用いる
ことができ、絶縁支持構造が簡略化できる。特に、サフ
ァイア基板の、支持体との接合面側主面にもエピタキシ
ャル層を形成しておけば、これを利用して支持体に静電
接合することができ、シャープなダイヤフラムを作成す
ることが可能となる。
上記構成において、前記ピエゾ抵抗体は、前記エピタキ
シャル層中に、通常拡散もしくはイオンイ／フランチ−
ジョン等により形成される。また、リード部を含めて回
路バタン表面は、通常酸化物絶縁層によって覆われる。
シャル層中に、通常拡散もしくはイオンイ／フランチ−
ジョン等により形成される。また、リード部を含めて回
路バタン表面は、通常酸化物絶縁層によって覆われる。
しかしながら、このような構成においては、上記絶縁層
に存在するイオンの作用にぶり、電源投入後に出力がド
リフトする現象が生じる。また、特にシリコンオイルな
どの封入液中等、移動性イオン媒体中で使用する場合に
は、この媒体中のイオンの移動によシ、電源投入後安定
した出力が得られるまでには相当長時間の通電を必要と
する。
に存在するイオンの作用にぶり、電源投入後に出力がド
リフトする現象が生じる。また、特にシリコンオイルな
どの封入液中等、移動性イオン媒体中で使用する場合に
は、この媒体中のイオンの移動によシ、電源投入後安定
した出力が得られるまでには相当長時間の通電を必要と
する。
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものでち
り、その目的は、サファイア基板を絶縁層として用いて
絶縁支持構造を簡略化し、かつ鑞源投人後の出力ドリフ
トを小さくすることが可能な半導体圧力変換器を提供す
ることにある〇このような目的を達成するために、本発
明は、−極部を除くピエゾ抵抗体表面を、当該ピエゾ抵
抗体と異なりかつその周囲のエピタキシャル層と同一の
導電形を有する半導体からなる表面保護層で覆ったもの
である。また、この表面保護層に電極を設けたものであ
る。更に、封入液を介して前記ピエゾ抵抗体上を覆うよ
うにシールド板を配置し、尚該シールド板と前記エピタ
キシャル層および表１１１ｉ保傾層とを同電位としたも
のである。
り、その目的は、サファイア基板を絶縁層として用いて
絶縁支持構造を簡略化し、かつ鑞源投人後の出力ドリフ
トを小さくすることが可能な半導体圧力変換器を提供す
ることにある〇このような目的を達成するために、本発
明は、−極部を除くピエゾ抵抗体表面を、当該ピエゾ抵
抗体と異なりかつその周囲のエピタキシャル層と同一の
導電形を有する半導体からなる表面保護層で覆ったもの
である。また、この表面保護層に電極を設けたものであ
る。更に、封入液を介して前記ピエゾ抵抗体上を覆うよ
うにシールド板を配置し、尚該シールド板と前記エピタ
キシャル層および表１１１ｉ保傾層とを同電位としたも
のである。
即ち、ピエゾ抵抗体上を上記表面保護層で覆うことによ
り、ピエゾ抵抗体は同電位の表面保護層およびエピタキ
シャル層でとり囲まれた形となり、上記表面保護層上の
酸化物絶縁膜中のイオ／は固定化され、当該イオンの移
動による出力ドリフトが軽減される。この場合、上記表
面保護層に電極を設ければ、例えばピエゾ抵抗体がＰ形
、周囲のエピタキシャル層がＮ形の場合、上記表面保護
層およびエピタキシャル層を回路中で最も高い正電位に
バイアスすることにより、ＰＮ接合は安定な逆バイアス
状態に保つことが可能となる。
り、ピエゾ抵抗体は同電位の表面保護層およびエピタキ
シャル層でとり囲まれた形となり、上記表面保護層上の
酸化物絶縁膜中のイオ／は固定化され、当該イオンの移
動による出力ドリフトが軽減される。この場合、上記表
面保護層に電極を設ければ、例えばピエゾ抵抗体がＰ形
、周囲のエピタキシャル層がＮ形の場合、上記表面保護
層およびエピタキシャル層を回路中で最も高い正電位に
バイアスすることにより、ＰＮ接合は安定な逆バイアス
状態に保つことが可能となる。
更に、封入液中で使用される半導体圧力変換器にお−て
、封入液中のイオンの移動による出力ドリフトは、表面
電荷の不均一な分散、電界二重層の不均一な分散、半導
体界面、内部および酸化物絶縁膜中に含まれる不純物イ
オンとの相互作用が時間的に変化して行く過程で生ずる
と考えられる。
、封入液中のイオンの移動による出力ドリフトは、表面
電荷の不均一な分散、電界二重層の不均一な分散、半導
体界面、内部および酸化物絶縁膜中に含まれる不純物イ
オンとの相互作用が時間的に変化して行く過程で生ずる
と考えられる。
従って、これを防ぐには、封入液中における変換器表面
の電位を相対的に零にすることが有効であるが、上述し
九ようなシールド板を設け、表面保護層と同電位に保つ
ことにより、この間の電界を相対的に零にすることがで
きる。
の電位を相対的に零にすることが有効であるが、上述し
九ようなシールド板を設け、表面保護層と同電位に保つ
ことにより、この間の電界を相対的に零にすることがで
きる。
以下実施例にりいて説明する。
第１図は、本発明の一夷１１Ｉ／Ａ例を示す断面図であ
る。同図にお−て、１はサファイア基板、２はサファイ
ア基板１の主表面上に成長させたＮ形シリコンからなる
第１のエピタキシャル層、３はその表面部に形成したＰ
十形シリコンからなるピエゾ抵抗体、４はその電極、５
は電極４０部分を除いて上記ピエゾ抵抗体３の表面を覆
うようにイオンイ／プランテーシＩＩＫよ〕形成したＮ
十形シリコンからなる表面保護層、６は更にその表面を
覆う二酸シリコンからなる絶縁層である。また、Ｔは前
記サファイア基板１の他生表面上に成長させたＮ形シリ
コンからなる第２のエピタキシャル層、８はガラスから
なる支持体である。この第２のエビタ結合され、このた
め、当該エピタキシャル層Ｔの周縁部には、図上省略し
九が静電接合用の陽極電極が設けられる。前記サファイ
ア基板１のうち、上記支持体８−によって拘束されない
中央部がダイヤフラム部１１を構成し、前記ピエゾ抵抗
体３は、この部分に配置しである。
る。同図にお−て、１はサファイア基板、２はサファイ
ア基板１の主表面上に成長させたＮ形シリコンからなる
第１のエピタキシャル層、３はその表面部に形成したＰ
十形シリコンからなるピエゾ抵抗体、４はその電極、５
は電極４０部分を除いて上記ピエゾ抵抗体３の表面を覆
うようにイオンイ／プランテーシＩＩＫよ〕形成したＮ
十形シリコンからなる表面保護層、６は更にその表面を
覆う二酸シリコンからなる絶縁層である。また、Ｔは前
記サファイア基板１の他生表面上に成長させたＮ形シリ
コンからなる第２のエピタキシャル層、８はガラスから
なる支持体である。この第２のエビタ結合され、このた
め、当該エピタキシャル層Ｔの周縁部には、図上省略し
九が静電接合用の陽極電極が設けられる。前記サファイ
ア基板１のうち、上記支持体８−によって拘束されない
中央部がダイヤフラム部１１を構成し、前記ピエゾ抵抗
体３は、この部分に配置しである。
このように表面保護層５を設けたことにより、絶縁層６
の内部におけるイオンの移動等に着く出力ドリフトを有
効に防止することが＋きる＠また、この場合、ピエゾ抵
抗体３はＰ形シリコンによって構成しであるが、このよ
うＫＰ形シリコンからなるピエゾ抵抗体を用いた場合、
Ｎ形を用い九場合に比較し工、圧力−抵抗のりニアリテ
イが良く、ピエゾ抵抗係数が量大となる（ｉｏｏ）面、
＜１１０＞方向において対称性の良好な正逆両方向の出
力が取出せる。
の内部におけるイオンの移動等に着く出力ドリフトを有
効に防止することが＋きる＠また、この場合、ピエゾ抵
抗体３はＰ形シリコンによって構成しであるが、このよ
うＫＰ形シリコンからなるピエゾ抵抗体を用いた場合、
Ｎ形を用い九場合に比較し工、圧力−抵抗のりニアリテ
イが良く、ピエゾ抵抗係数が量大となる（ｉｏｏ）面、
＜１１０＞方向において対称性の良好な正逆両方向の出
力が取出せる。
第２図は、本発明の他の実施例を示す断面図であり、第
１図と同一部分は同一記号を用−てその詳細説明を省略
する。即ち、本実施例は表面保護層５に、絶縁＠６を貫
いて電極９を設けたものであり、これにより、上記表面
保護層５および第１のエピタキシャル層２に適尚なバイ
アス電圧を印加することが可能となる０ 第３図は、本発明の更に他の実施例を示す断面図であり
、４２図と同一部分は同一記号を用いてその詳細説明を
省略する。即ち、本実施例では、絶縁層６の上方に導電
性のシールド板１０を配置し、かつ電［１１により、こ
のシールド板１０、ならびに電極９を介して表面保護層
５および第１のエピタキシャル層２に、回路中量も高い
正電位が印加しである。
１図と同一部分は同一記号を用−てその詳細説明を省略
する。即ち、本実施例は表面保護層５に、絶縁＠６を貫
いて電極９を設けたものであり、これにより、上記表面
保護層５および第１のエピタキシャル層２に適尚なバイ
アス電圧を印加することが可能となる０ 第３図は、本発明の更に他の実施例を示す断面図であり
、４２図と同一部分は同一記号を用いてその詳細説明を
省略する。即ち、本実施例では、絶縁層６の上方に導電
性のシールド板１０を配置し、かつ電［１１により、こ
のシールド板１０、ならびに電極９を介して表面保護層
５および第１のエピタキシャル層２に、回路中量も高い
正電位が印加しである。
このように、シールド板１０を配置して表面保一層５と
同電位にし九ことにより、この変換器をシリコンオイル
等の封入液中で使用する場合、即ち、シールド板１０と
絶縁層６との間にシリコンオイル等が充満する場合でも
、上記シールド板１０と表面保護層５との間の電界が相
対的に零となるり、メ、シリコンオイル中のイオンを固
定化することがで亀、このイオンの移動に起因する出力
ドリフトを減少することができる。特に、この場合、第
１のエピタキシャル層２を含めて回路上鍛も高い正電位
にバイアスしであるところから、ピエゾ抵抗体３と第１
のエピタキシャル層２との閣のＰＮ接合は安定し九逆バ
イアス状態に保たれると共に、上記ピエゾ抵抗体３は、
より高い正の同一電圧を有するシールド板１０および表
面ｇｊＡｌｌＩ層５ならびに第１０エピタ今シヤル層２
Ｋｒってとり囲まれる形となる丸め、一層の安定化がは
かられる。
同電位にし九ことにより、この変換器をシリコンオイル
等の封入液中で使用する場合、即ち、シールド板１０と
絶縁層６との間にシリコンオイル等が充満する場合でも
、上記シールド板１０と表面保護層５との間の電界が相
対的に零となるり、メ、シリコンオイル中のイオンを固
定化することがで亀、このイオンの移動に起因する出力
ドリフトを減少することができる。特に、この場合、第
１のエピタキシャル層２を含めて回路上鍛も高い正電位
にバイアスしであるところから、ピエゾ抵抗体３と第１
のエピタキシャル層２との閣のＰＮ接合は安定し九逆バ
イアス状態に保たれると共に、上記ピエゾ抵抗体３は、
より高い正の同一電圧を有するシールド板１０および表
面ｇｊＡｌｌＩ層５ならびに第１０エピタ今シヤル層２
Ｋｒってとり囲まれる形となる丸め、一層の安定化がは
かられる。
なお、上述した実施例において１、シールド板１０は、
変換器全体の外囲器として兼用しても良いし、シールド
板１０のサファイア基板１と反対側に図示しない外囲器
を別に設け、この外囲量とシールド板１０との間にも封
入液が満たされる構造としてもよい。
変換器全体の外囲器として兼用しても良いし、シールド
板１０のサファイア基板１と反対側に図示しない外囲器
を別に設け、この外囲量とシールド板１０との間にも封
入液が満たされる構造としてもよい。
また、上記シールド板１０は、上述し九実施例のように
サファイア基板１の全体を覆うように設けることが望ま
しいが、必要最小限、回路素子、即ちピエゾ抵抗体３が
形成される領域を覆うように設ければ良い。
サファイア基板１の全体を覆うように設けることが望ま
しいが、必要最小限、回路素子、即ちピエゾ抵抗体３が
形成される領域を覆うように設ければ良い。
更に、上述した実施例では、第１のエピタキシャル層２
をＮ形シリコン、ピエゾ抵抗体３をＰ形シリコ／によっ
て構成した場合についてのみ説明した。これは、Ｐ形の
ピエゾ抵抗体を用いた場合、前述したような利点を有す
るからであるが、本発明はこれに限定されるものではな
く、Ｐ盾のエピタキシャル層に：Ｎ形のピエゾ抵抗体を
形成してもよいことは勿論である。この場合には、表面
保護層はＰ形とし一上記エピタ命シャル層および表面保
護層ならびにシールド板を回路上置も大きい員電位にバ
イアスして用いることが望ましい。
をＮ形シリコン、ピエゾ抵抗体３をＰ形シリコ／によっ
て構成した場合についてのみ説明した。これは、Ｐ形の
ピエゾ抵抗体を用いた場合、前述したような利点を有す
るからであるが、本発明はこれに限定されるものではな
く、Ｐ盾のエピタキシャル層に：Ｎ形のピエゾ抵抗体を
形成してもよいことは勿論である。この場合には、表面
保護層はＰ形とし一上記エピタ命シャル層および表面保
護層ならびにシールド板を回路上置も大きい員電位にバ
イアスして用いることが望ましい。
また、上述し丸缶実繍例においては、ガラスからなる支
持体８を用いた場合についてのみ説明し九が、本発明は
これに限定されるものではなく、例えば金属ハウジング
の一部を構成する金属支持体に直接固着することにより
、絶縁支持構造を更に簡略化することもできる。この場
合には、前記＃Ｉ２のエピタキシャル層７０１１面上に
更に二酸化シリコン等゛Ｏ高温で固体電解質として作用
する絶縁層を設けることにより、この絶縁層側を陰極、
金属支持体側を陽極として電圧を印加しながら静電接合
させることができる。
持体８を用いた場合についてのみ説明し九が、本発明は
これに限定されるものではなく、例えば金属ハウジング
の一部を構成する金属支持体に直接固着することにより
、絶縁支持構造を更に簡略化することもできる。この場
合には、前記＃Ｉ２のエピタキシャル層７０１１面上に
更に二酸化シリコン等゛Ｏ高温で固体電解質として作用
する絶縁層を設けることにより、この絶縁層側を陰極、
金属支持体側を陽極として電圧を印加しながら静電接合
させることができる。
以上説明し友ように、本発明によれば、サファイア基板
を絶縁層とし、当該サファイア基板を支持体に静電接合
することによりダイヤフラムを構成し九半導体圧力変換
器において、表面の絶縁層および封入液中Ｏイオ／の移
動に起因するｍｓ投入後の出力ドリフトを減少させ、安
定した動作を得ることが可能になるとめう優れた効果を
有する。
を絶縁層とし、当該サファイア基板を支持体に静電接合
することによりダイヤフラムを構成し九半導体圧力変換
器において、表面の絶縁層および封入液中Ｏイオ／の移
動に起因するｍｓ投入後の出力ドリフトを減少させ、安
定した動作を得ることが可能になるとめう優れた効果を
有する。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、＊Ｚ図および
′ｓ３図はそれぞれ本発明の他の実’Ｉｌ１例を示す断
面図である。 １・・・・サファイア基板、１ａ・・・・／４ヤ７ツム
部、２・・・・第五のエピタキシャル層、３・・・・ピ
エゾ抵抗体、４・・・・電極、５゜・・・表面保護層、
６・・・・絶縁層、Ｔ・・・・第２のエピタキシャル層
、８・・・・支持体、９・・・・電極、１０・・・・シ
ールド板、１１・・・・電源・
′ｓ３図はそれぞれ本発明の他の実’Ｉｌ１例を示す断
面図である。 １・・・・サファイア基板、１ａ・・・・／４ヤ７ツム
部、２・・・・第五のエピタキシャル層、３・・・・ピ
エゾ抵抗体、４・・・・電極、５゜・・・表面保護層、
６・・・・絶縁層、Ｔ・・・・第２のエピタキシャル層
、８・・・・支持体、９・・・・電極、１０・・・・シ
ールド板、１１・・・・電源・
Claims (3)
- （１）主面上に半導体エピタキシャル層を有するサファ
イア基板の周縁部を支持体に静電゛接合して中央部にダ
イヤフラムを構成してなる半導体圧力変換器において、
前記エピタキシャル層は、前記サファイア基板の前記支
持体との接合面と反対側の主面上に形成され九ｇｉのエ
ピタキシャル層と、前記接合面側の主面上に％成された
第２のエピタキシャル層とからなり、前記第１のエピタ
キシャル層は、前記ダイヤフラム部に１該１ｔのエピタ
キシャル層と異なる導電形の半導体によって形成したピ
エゾ−抗体と、とのピエゾ抵抗体の電極部を除いて当該
ピエゾ抵抗体の表面部を覆うように形成し九前閾１１１
のエピタキシャル層と同−導電形の半導体からなる表面
保護層とを有し、かつ当該表［１保護層の表面上を絶縁
層で覆ったことを特徴とする半導体圧力変換器。 - （２）主面上に半導体エピタキシャル層を有するサファ
イア基板の周縁部を支持体に静電接合して中央部にダイ
ヤフラムを構成してなる半導体圧力変換器において、前
記エピタキシャル層は、前記ずファイア基板の前記支持
体との接合面と反対側の主面上に形成され九第１のエピ
タキシャル層と、前記接合面側の主面上に形成された第
２のエピタキシャル層とからなり、前記第１のエピタキ
シャル層は、前記ダイヤフラム部に当該！１のエピタキ
シャル層と異なる導電形の半導体によって形成し九ピエ
ゾ抵抗体と、このピエゾ抵抗体の電極部を除いて当鍍ピ
エゾ抵抗本の表面部を覆うように形成した前記第１のエ
ピタキシャル層と同−導電形の半導体からなる表面保一
層とを有し、かつ！！！＆該表面床表面保護層上を絶縁
層で覆うと共に、当該絶縁層を貫いて前記表面保一層に
接触して電極を設けたことを特徴とする半導体圧力変換
器。 - （３）主面上に半導体エピタ中シ、ヤル層を有するサフ
ァイア基板の周一部を支持体に静電接合して中央部にダ
イヤフラムを構成してなる半導体圧力変換器において、
前記エピタキシャル層は、前記サファイア基板の前記支
持体との接合面と反対側の主面上に形成されｉｓｔのエ
ピタキシャル層と、前記接合面側の主面上に形成された
第２のエピタキシャル層とからなり、前記第１のエピタ
キシャル層は、前記ダイヤフラム部に当該第１のエピタ
キシャル層と異なる導電形の半導体によって形成したピ
エゾ抵抗体と、このピエゾ抵抗体の・鴫極部を除いて当
該ピエゾ抵抗体の表面部を覆うように形成した前記第１
のエビタ命シャＸ層と同−導電形の半導体からなる表面
保護層とを有し、かつ当該表面ｖｉＡ穫層の表面上に形
成した絶縁層と、当該絶縁１を貫いて前記表面保護層に
接触させ九電極と、前記絶縁層に対向させて少なくとも
前記ピエゾ抵抗体部分を覆うように封入液を介して配置
した導磁性の７−ルド板とを設けると共に、当該シール
ド板および前記表面保護層ならびに第１のエピタキシャ
ル層を同電位にし九ことを特徴とする半導体圧力変換器
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20149281A JPS58103636A (ja) | 1981-12-16 | 1981-12-16 | 半導体圧力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20149281A JPS58103636A (ja) | 1981-12-16 | 1981-12-16 | 半導体圧力変換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58103636A true JPS58103636A (ja) | 1983-06-20 |
Family
ID=16441948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20149281A Pending JPS58103636A (ja) | 1981-12-16 | 1981-12-16 | 半導体圧力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58103636A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5181417A (en) * | 1989-07-10 | 1993-01-26 | Nippon Soken, Inc. | Pressure detecting device |
| US7562580B2 (en) * | 2006-09-15 | 2009-07-21 | Schlumberger Technology Corporation | Ruggedized pressure sensor |
-
1981
- 1981-12-16 JP JP20149281A patent/JPS58103636A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5181417A (en) * | 1989-07-10 | 1993-01-26 | Nippon Soken, Inc. | Pressure detecting device |
| US7562580B2 (en) * | 2006-09-15 | 2009-07-21 | Schlumberger Technology Corporation | Ruggedized pressure sensor |
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