JPS58123780A - 半導体ストレインゲ−ジトランスジユ−サ - Google Patents
半導体ストレインゲ−ジトランスジユ−サInfo
- Publication number
- JPS58123780A JPS58123780A JP57005942A JP594282A JPS58123780A JP S58123780 A JPS58123780 A JP S58123780A JP 57005942 A JP57005942 A JP 57005942A JP 594282 A JP594282 A JP 594282A JP S58123780 A JPS58123780 A JP S58123780A
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- Japan
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- strain gauge
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- semiconductor
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
Landscapes
- 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】
本発明は圧力や歪み等の被測定量を電気量に変換する半
導体ストレインゲージトランスジエーサに関する。
導体ストレインゲージトランスジエーサに関する。
半導体ストレイングージセ／す線一般に高感度であるが
、その反面温度依存性が大きいので、トランスジユーサ
としての使用に際しては十分な温度補償を実施する必要
がある。
、その反面温度依存性が大きいので、トランスジユーサ
としての使用に際しては十分な温度補償を実施する必要
がある。
半導体ストレインゲージトランスジューサは、半導体ス
トレインゲージ抵抗でホイートストンブリッジを構成し
、前記ブリッジを定電流励起することによって、歪感度
の負の温度係数と、抵抗温度係数を相殺させる方法が一
般に行なわれている。
トレインゲージ抵抗でホイートストンブリッジを構成し
、前記ブリッジを定電流励起することによって、歪感度
の負の温度係数と、抵抗温度係数を相殺させる方法が一
般に行なわれている。
すなわち、従来の半導体ストレインゲージセンサは、定
電流励起時に感度の温度依存性が最小となる不純物濃度
を中心値として製造しており、このため感度の温度補償
量は正負に亘如、シかも感度の温度係数は非線形となっ
ている。したがってサーミスタなどの特殊素子と複雑な
回路とを必要としていた。
電流励起時に感度の温度依存性が最小となる不純物濃度
を中心値として製造しており、このため感度の温度補償
量は正負に亘如、シかも感度の温度係数は非線形となっ
ている。したがってサーミスタなどの特殊素子と複雑な
回路とを必要としていた。
しかし、このような半導体ストレインゲージトランスジ
ューサにおいて、サーミスタは半導体ストレインゲージ
センサを構成する抵抗と同一温度にさせなければならな
いことから、相互に近接して配置させる必要があってス
ペース上等の制約が生じるとと４に、サーミスタはそれ
を構成する物實の相異から半導体ストレインゲージセン
サと全く別の工程で製作しなければならないといつ九人
点を有していた。
ューサにおいて、サーミスタは半導体ストレインゲージ
センサを構成する抵抗と同一温度にさせなければならな
いことから、相互に近接して配置させる必要があってス
ペース上等の制約が生じるとと４に、サーミスタはそれ
を構成する物實の相異から半導体ストレインゲージセン
サと全く別の工程で製作しなければならないといつ九人
点を有していた。
本発明の目的は、感温素子を半導体ストレインゲージセ
ンサ内に形成して温度補償が図れる半導体ストレインゲ
ージトランスジューサを提供するものである。
ンサ内に形成して温度補償が図れる半導体ストレインゲ
ージトランスジューサを提供するものである。
このような目的を達成するために、本発明は、半導体ス
トレインゲージの不純物濃度が従来よシ低濃ｔｌｉｌＩ
になるにつれ、感度および感度の温度係数が増大するこ
と、感度温度係数Ｏ非線形性が減少することに着目し、
補償量が増加するにもかかわらず、簡単な温度補償（ロ
）路で良好な温度補償結果と温度急変時の誤差の低減を
はかるようにしたものである。
トレインゲージの不純物濃度が従来よシ低濃ｔｌｉｌＩ
になるにつれ、感度および感度の温度係数が増大するこ
と、感度温度係数Ｏ非線形性が減少することに着目し、
補償量が増加するにもかかわらず、簡単な温度補償（ロ
）路で良好な温度補償結果と温度急変時の誤差の低減を
はかるようにしたものである。
以下実施例を用いて本発明の詳細な説明する。
ｆｇ１図社本発明による半導″−ストレインゲージトラ
ンスデユーサの一実施例を示す回路図である。
ンスデユーサの一実施例を示す回路図である。
同図において、電源Ｅｏがあシ、この電源Ｅｏ間には抵
抗網Ｒｇ、ストレインゲージブリッジ２、および電流制
限トランジスタ３が直列に接続されている。前記抵抗網
Ｒｓは電流検出用の抵抗網で抵抗Ｒ１および几Ｇの直列
回路で構成されている。
抗網Ｒｇ、ストレインゲージブリッジ２、および電流制
限トランジスタ３が直列に接続されている。前記抵抗網
Ｒｓは電流検出用の抵抗網で抵抗Ｒ１および几Ｇの直列
回路で構成されている。
を九、前記電流制御トランジスタ３０ペースには差動増
幅器４の出力が入力されるようになっておυ、との差動
増幅器４は前記電源Ｅｏが供給されるとともに、一方の
入力端子には電源Ｅｓを介して前記電源Ｅｏの電源供給
側に接続され、また他方の入力端子には前記抵抗網Ｒ−
とストレインゲージブリッジ２との接続点に接続されて
いる。この差動増幅！４の出力により制御される電流制
御トランジスタ３により、前記抵抗網Ｅｓ間に印加され
る電圧がＥｌと一定に制御されるようになっている。
幅器４の出力が入力されるようになっておυ、との差動
増幅器４は前記電源Ｅｏが供給されるとともに、一方の
入力端子には電源Ｅｓを介して前記電源Ｅｏの電源供給
側に接続され、また他方の入力端子には前記抵抗網Ｒ−
とストレインゲージブリッジ２との接続点に接続されて
いる。この差動増幅！４の出力により制御される電流制
御トランジスタ３により、前記抵抗網Ｅｓ間に印加され
る電圧がＥｌと一定に制御されるようになっている。
前記ストレインゲージブリッジ２は抵抗Ｒｓ。
Ｒ４およびＲ，、Ｒ，からなυ、抵抗ＲｔとＲ６との直
列回路と、抵＆ＬＲ，とＲｔとの直列回路とが並列接続
されてブリッジを構成している。
列回路と、抵＆ＬＲ，とＲｔとの直列回路とが並列接続
されてブリッジを構成している。
前記ストレインゲージブリッジ２は、平面図である第２
図（→、および第２図（ａ）のＭｂ Ｋｈにおける断
面図である第２図（ｂ）にそれぞれ示すように、主表面
が（１００）面であるｎ型シリコン基板２１があシ、こ
のシリコン基板２１はその裏面にて凹陥部２２が形成さ
れて薄肉領域から表るダイヤフラム部２１Ａと厚肉領域
からなる支持部２１Ｂが構成されている。前記ダイヤフ
ラム部２１Ａにおけるｎ型シリコン基板２１の主表面に
はｐｆＩｉ拡散層からなる前記抵抗Ｒ＊、ＦＬ＊および
Ｒ１゜Ｒ１が形成されている。前記抵抗Ｒ＝ ＊ Ｒｔ
およびＲ，、Ｒ，を構成するｐ麗拡散層の不純物濃度は
たとえば０．２Ｘ１０’龜／ｌｘｓ”〜Ｌ ５Ｘ１ Ｇ
”／ｅｓ”となっている。
図（→、および第２図（ａ）のＭｂ Ｋｈにおける断
面図である第２図（ｂ）にそれぞれ示すように、主表面
が（１００）面であるｎ型シリコン基板２１があシ、こ
のシリコン基板２１はその裏面にて凹陥部２２が形成さ
れて薄肉領域から表るダイヤフラム部２１Ａと厚肉領域
からなる支持部２１Ｂが構成されている。前記ダイヤフ
ラム部２１Ａにおけるｎ型シリコン基板２１の主表面に
はｐｆＩｉ拡散層からなる前記抵抗Ｒ＊、ＦＬ＊および
Ｒ１゜Ｒ１が形成されている。前記抵抗Ｒ＝ ＊ Ｒｔ
およびＲ，、Ｒ，を構成するｐ麗拡散層の不純物濃度は
たとえば０．２Ｘ１０’龜／ｌｘｓ”〜Ｌ ５Ｘ１ Ｇ
”／ｅｓ”となっている。
このようにして形成されるストレインゲージブリッジ２
の温度変化による感度変化は、第３図のグラフ中曲線ａ
に示されるように、定電流励起時の歪感度が温度ととも
にほぼ直線的に増加する特性を示すようになっている。
の温度変化による感度変化は、第３図のグラフ中曲線ａ
に示されるように、定電流励起時の歪感度が温度ととも
にほぼ直線的に増加する特性を示すようになっている。
なお、この特性は、ｐＨ拡散層の不純物濃度を順次高く
してゆくことＫよシ第３図のグラフ中曲線す、ｃＯ順に
変化していくことが判る。
してゆくことＫよシ第３図のグラフ中曲線す、ｃＯ順に
変化していくことが判る。
を九、前記支持部２１Ｂにおけるｎｊｌシリコン基板２
１の主表面にはｐａｌ拡散層からなる前記抵抗Ｒ・が形
成されている。この抵抗Ｒｅはたとえば前記抵抗Ｒｓ、
Ｒ−と同時に形成されるもので、し九がってその不純物
濃度は前記抵抗Ｒｔ、Ｒ＊と同じものとなる。
１の主表面にはｐａｌ拡散層からなる前記抵抗Ｒ・が形
成されている。この抵抗Ｒｅはたとえば前記抵抗Ｒｓ、
Ｒ−と同時に形成されるもので、し九がってその不純物
濃度は前記抵抗Ｒｔ、Ｒ＊と同じものとなる。
さらに、第１図における抵抗Ｒｏはストレインゲージブ
リッジ２の外付部品とし″Ｃ接続されるもので、温度依
存性のない特性を有している。
リッジ２の外付部品とし″Ｃ接続されるもので、温度依
存性のない特性を有している。
このようにして構成した半導体ストレインゲージトラン
スジ二、−サにおいて温度補償が図れる理由を以下説明
する。ストレインゲージブリッジ２は、抵抗網Ｒ−にか
かる電圧と一定電圧Ｅｓが等しくなるよう、差動増幅器
４およびトランジスタ３により制御されているので、ス
トレインゲージブリッジ２には電流 ａ Ｉ ＝ −、、曲・・・・・・曲・・（１）ａ が供給されることになる。
スジ二、−サにおいて温度補償が図れる理由を以下説明
する。ストレインゲージブリッジ２は、抵抗網Ｒ−にか
かる電圧と一定電圧Ｅｓが等しくなるよう、差動増幅器
４およびトランジスタ３により制御されているので、ス
トレインゲージブリッジ２には電流 ａ Ｉ ＝ −、、曲・・・・・・曲・・（１）ａ が供給されることになる。
センサの歪感度をモデル化して示すと
ΔＲ”ＲｅＸ ＃Ｋ （１＋Ｃ１ｔ＋ｃ、ｔ＊）−ｍ’
（２）ここで Ｒｏ Ｓストレインゲージの常温抵抗値
Ｋ ；感度定数 ＣＩ ！ストレインゲージの温度係数 Ｃｏ ；ストレインゲージの２次温度係数 Ｃ；測定ひずみ ｔ ；常温との温度差 である。
（２）ここで Ｒｏ Ｓストレインゲージの常温抵抗値
Ｋ ；感度定数 ＣＩ ！ストレインゲージの温度係数 Ｃｏ ；ストレインゲージの２次温度係数 Ｃ；測定ひずみ ｔ ；常温との温度差 である。
またストレインゲージブリッジ２において互いに並列接
続された抵抗Ｒ１と３．０各接続点から取出されるセン
ナ出力Ｃは ６＝ｉｘΔＲ・・・・曲間Ｇ） である。
続された抵抗Ｒ１と３．０各接続点から取出されるセン
ナ出力Ｃは ６＝ｉｘΔＲ・・・・曲間Ｇ） である。
削代（１）、（２）を（３）に代入すると出力電圧を温
度ｔに無関係にするには分母のＲ１に温度依存性を与え
、分子の温度変化を相殺できればよい仁とになる。
度ｔに無関係にするには分母のＲ１に温度依存性を与え
、分子の温度変化を相殺できればよい仁とになる。
抵抗網Ｒｓは拡散抵抗Ｒ＠と、温度係数がはは０の抵抗
の直列接続であるから Ｒ易＝Ｒ＠０Ｘ（１＋α１ｔ＋αａｔ”）十Ｒｔここで
、ＲｏｏｌＲａの常温抵抗値 α１１Ｒ＠の温度係数 α鵞 目ｉの２次温度係数 ｎ １ＲｅＯとＲ１の比 α１ したがってｎを適当に選び、＝ ＣＩ とし、さらに、
感度定数におよび、Ｒｏの温度特性がともに下に凸（２
次の温度係数αｓ、Ｃｓ＞０）であるから、２次の温度
係数もほとんど補正され実用上無視できる値となる。
の直列接続であるから Ｒ易＝Ｒ＠０Ｘ（１＋α１ｔ＋αａｔ”）十Ｒｔここで
、ＲｏｏｌＲａの常温抵抗値 α１１Ｒ＠の温度係数 α鵞 目ｉの２次温度係数 ｎ １ＲｅＯとＲ１の比 α１ したがってｎを適当に選び、＝ ＣＩ とし、さらに、
感度定数におよび、Ｒｏの温度特性がともに下に凸（２
次の温度係数αｓ、Ｃｓ＞０）であるから、２次の温度
係数もほとんど補正され実用上無視できる値となる。
拡散抵抗Ｒ・は、温度係数α１．α３が犬なる方が温度
補償上有利であるが、第３図中の曲１／７Ｊａが得られ
るストレインゲージと同一不純物濃度において、第４図
に示したように十分高い温度係数となるので好都合であ
る。なお補償可能な条件はαＳ ＞ＣＩである。
補償上有利であるが、第３図中の曲１／７Ｊａが得られ
るストレインゲージと同一不純物濃度において、第４図
に示したように十分高い温度係数となるので好都合であ
る。なお補償可能な条件はαＳ ＞ＣＩである。
以上述べたようにすれば、半導体ストレインゲージセン
サ２内に組み込まれる拡散抵抗Ｒｏと他の簡単な構成か
らなる回路によって温度補償が図れることになり、従来
のように、外付は部品としてのサーミスタを必要としな
くなる。このため、半導体ストレインゲージセンサに近
接してサーミスタを配置しなくてはならないスペース上
の制約がなくなυ、しかも、感温素子を特に半導体スト
レインゲージセンサと別工程で形成しなくてはならない
という問題もなくなる。
サ２内に組み込まれる拡散抵抗Ｒｏと他の簡単な構成か
らなる回路によって温度補償が図れることになり、従来
のように、外付は部品としてのサーミスタを必要としな
くなる。このため、半導体ストレインゲージセンサに近
接してサーミスタを配置しなくてはならないスペース上
の制約がなくなυ、しかも、感温素子を特に半導体スト
レインゲージセンサと別工程で形成しなくてはならない
という問題もなくなる。
また、半導体ストレインゲージセンサ２と抵抗ル０はφ
実上同一温度（温度差１０−”Ｃ程度）に保つことがで
きるので、感度の温度依存性に対する補償量が従来よシ
約１桁大きいにもかかわらず、温度急変時にも感を紘変
化せず、また不純物濃度はより低くなっているので、感
度定数は従来よル約１０％高くなりＢ／Ｎ向上の効果を
有する。
実上同一温度（温度差１０−”Ｃ程度）に保つことがで
きるので、感度の温度依存性に対する補償量が従来よシ
約１桁大きいにもかかわらず、温度急変時にも感を紘変
化せず、また不純物濃度はより低くなっているので、感
度定数は従来よル約１０％高くなりＢ／Ｎ向上の効果を
有する。
上述した実施例では、半導体ストレインゲージセンサ２
の支持部２１Ｂに形成された拡散抵抗Ｒｅを感温素子と
して用いたものであるが、第５図に示すように、ストレ
インゲージ抵抗Ｒｔ。
の支持部２１Ｂに形成された拡散抵抗Ｒｅを感温素子と
して用いたものであるが、第５図に示すように、ストレ
インゲージ抵抗Ｒｔ。
Ｒ１を並列接続して同様の効果をもたせるようにしても
よい。抵抗ｎ＊、Ｂ−は歪みに対し差動的にその抵抗値
を増減するので、合成抵抗値は実用上歪みに応動せず単
に正の温度係数をもつ抵抗として働く。抵抗Ｒｓは抵抗
網Ｒ−全全体合成抵抗値を適度な値に保つ丸めに付加し
ている。
よい。抵抗ｎ＊、Ｂ−は歪みに対し差動的にその抵抗値
を増減するので、合成抵抗値は実用上歪みに応動せず単
に正の温度係数をもつ抵抗として働く。抵抗Ｒｓは抵抗
網Ｒ−全全体合成抵抗値を適度な値に保つ丸めに付加し
ている。
抵抗Ｒ雪は温度係数がほぼ０の抵抗である。このように
すれば、感度の温度補償のため、峙別に抵抗Ｒ＠をセ／
す基板の支持部２１Ｂに設ける必要がなく、歪みに応動
し、かつ余分に形成されているストレインゲージ抵抗の
不揃いな素子を利用できるので、基板面積を節約できる
効果を有する。
すれば、感度の温度補償のため、峙別に抵抗Ｒ＠をセ／
す基板の支持部２１Ｂに設ける必要がなく、歪みに応動
し、かつ余分に形成されているストレインゲージ抵抗の
不揃いな素子を利用できるので、基板面積を節約できる
効果を有する。
以上述ぺ九ことから明らかなように、本発明による半導
体ストレインゲージトランスジューサによれば、感温素
子を半導体ストレイ／ゲージセンサ内に形成して温度補
償が側れるようになる。
体ストレインゲージトランスジューサによれば、感温素
子を半導体ストレイ／ゲージセンサ内に形成して温度補
償が側れるようになる。
！１図は本発明による半導体ストレインゲージトランス
ジューサの一実施例を示す回路図、第２図（ａ）、 （
ｂ）は本発明による半導体ストレインゲージトランスジ
ューサに用いられる半導体ストレインゲージの構成図で
、第２図（→線平面図、第２図（ｂ）は第、２図（１）
のＫｈ Ｉｆ−における断面図、第３図は拡散抵抗に
おける温度に対する感度変化を示すグラフ、第４図は拡
散抵抗の温度に対する抵抗の変化を示すグラフ、第５図
は本発明による半導体ストレインゲージトランスジュー
賃の他の実施例を示す回路図で、特に抵抗網の回路例を
示す図である。 Ｒ−・・・抵抗網、２・・・半導体ストレインゲージ、
３・・・１流制限トランジスタ、４・・・差動増幅器、
２１・・・ｎＷｉシリコン基板、２１Ａ・・・ダイヤフ
ラム部、窮 ２ 回 （αＪ （ｂ〕 第 ｊ ｍ 某 ４ＩｉＪ
ジューサの一実施例を示す回路図、第２図（ａ）、 （
ｂ）は本発明による半導体ストレインゲージトランスジ
ューサに用いられる半導体ストレインゲージの構成図で
、第２図（→線平面図、第２図（ｂ）は第、２図（１）
のＫｈ Ｉｆ−における断面図、第３図は拡散抵抗に
おける温度に対する感度変化を示すグラフ、第４図は拡
散抵抗の温度に対する抵抗の変化を示すグラフ、第５図
は本発明による半導体ストレインゲージトランスジュー
賃の他の実施例を示す回路図で、特に抵抗網の回路例を
示す図である。 Ｒ−・・・抵抗網、２・・・半導体ストレインゲージ、
３・・・１流制限トランジスタ、４・・・差動増幅器、
２１・・・ｎＷｉシリコン基板、２１Ａ・・・ダイヤフ
ラム部、窮 ２ 回 （αＪ （ｂ〕 第 ｊ ｍ 某 ４ＩｉＪ
Claims (1)
- １、半導体基板上に形成したストレインゲージ抵抗ブリ
ッジを有する半導体ストレインゲージトランスジューサ
において、定電流励起時の歪感度が温度とともに増加し
、かつ歪感［ＯＷＬ直係数より抵抗温度係数が大なる特
性を有し、かつ前記半導体基板上に形成し大抵抗をブリ
ッジ電流検出抵抗網の感温素子とし、前記電流検出抵抗
網にかかる電圧を一定値に制御する能動回路を備えたこ
とを％黴とする半導体ストレインゲージトランスジュー
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57005942A JPS58123780A (ja) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | 半導体ストレインゲ−ジトランスジユ−サ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57005942A JPS58123780A (ja) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | 半導体ストレインゲ−ジトランスジユ−サ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58123780A true JPS58123780A (ja) | 1983-07-23 |
| JPH0414512B2 JPH0414512B2 (ja) | 1992-03-13 |
Family
ID=11624948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57005942A Granted JPS58123780A (ja) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | 半導体ストレインゲ−ジトランスジユ−サ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58123780A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6225228A (ja) * | 1985-07-25 | 1987-02-03 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 内燃機関の圧力センサ− |
| US5343755A (en) * | 1993-05-05 | 1994-09-06 | Rosemount Inc. | Strain gage sensor with integral temperature signal |
| US6218717B1 (en) | 1998-01-16 | 2001-04-17 | Denso Corporation | Semiconductor pressure sensor and manufacturing method therefof |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5453877A (en) * | 1977-10-07 | 1979-04-27 | Hitachi Ltd | Temperature compensation circuit of semiconductor strain gauge |
| JPS56145327A (en) * | 1980-04-15 | 1981-11-12 | Fuji Electric Co Ltd | Pressure transducer |
-
1982
- 1982-01-20 JP JP57005942A patent/JPS58123780A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5453877A (en) * | 1977-10-07 | 1979-04-27 | Hitachi Ltd | Temperature compensation circuit of semiconductor strain gauge |
| JPS56145327A (en) * | 1980-04-15 | 1981-11-12 | Fuji Electric Co Ltd | Pressure transducer |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6225228A (ja) * | 1985-07-25 | 1987-02-03 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 内燃機関の圧力センサ− |
| US5343755A (en) * | 1993-05-05 | 1994-09-06 | Rosemount Inc. | Strain gage sensor with integral temperature signal |
| US6218717B1 (en) | 1998-01-16 | 2001-04-17 | Denso Corporation | Semiconductor pressure sensor and manufacturing method therefof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0414512B2 (ja) | 1992-03-13 |
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