JPS5941134B2 - 圧力変換器 - Google Patents
圧力変換器Info
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- JPS5941134B2 JPS5941134B2 JP4975980A JP4975980A JPS5941134B2 JP S5941134 B2 JPS5941134 B2 JP S5941134B2 JP 4975980 A JP4975980 A JP 4975980A JP 4975980 A JP4975980 A JP 4975980A JP S5941134 B2 JPS5941134 B2 JP S5941134B2
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- Japan
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- temperature
- strain gauge
- pressure transducer
- impurity concentration
- operational amplifier
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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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
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は一つの半導体ダイヤフラム内に設けられた高不
純物濃度領域から成るストレインゲージ構成する測定ブ
リッジを有し、半導体ストレインゲージの温度に依存す
る特性変化を補償した圧力変換器に関する。
純物濃度領域から成るストレインゲージ構成する測定ブ
リッジを有し、半導体ストレインゲージの温度に依存す
る特性変化を補償した圧力変換器に関する。
半導体ストレインゲージはゲージ率が金属ゲージなどよ
り大きい反面、一般の半導体素子と同様温度に依存する
特性変化が大きく、その感度温度補償が必要となる。
り大きい反面、一般の半導体素子と同様温度に依存する
特性変化が大きく、その感度温度補償が必要となる。
圧力変換器として高感度の出力を得るため、第１図に示
すように半導体ストレインゲージｒｌ、に２、に３、に
４で構成される測定ブリッジ１の出力Ｅを二つの演算増
幅器２、３および抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５を
介して出力段演算増幅器４により増幅することが行われ
る。抵抗Ｒ１〜Ｒ３および増幅器２、３から成る回路は
ブリッジ１の出力を適当に増幅すケと同時にインピーダ
ンス変換を行い、それ以後の増幅、補償回路がブリッジ
１の出力に影響しないようにするのに役立つ。定電圧Ｖ
ｃｃによつて駆動される半導体ストレインゲージのブリ
ッジ１感度は温度に対して第２図に示すように負の傾き
と曲りを持つ。従つて所定の圧力測定幅（スパン）に対
するブリッジ１の感度ΔＥの温度特性は次式で表わされ
る。ΔＥσ）■△Ｅ（１−α、Ｔ＋β、Ｔ２） ・・・
・・・（１）ここでα１は傾きを示す温度係数、β１は
曲りを示す温度係数とする。この負の二次曲線を消去す
る手段として、ストレインゲージと同一温度条件下にあ
る正の温度特性と曲りを有する温度補償抵抗Ｒ９を、出
力段演算増幅器４のフィードバック回路に挿入する。こ
の場合増幅器４の増幅度Ａの温度特性は次式で表わされ
る。Ａσ）＝Ａ（１＋α２Ｔ−β２Ｔ２） ・・・・・
・・・・ （２）ここでα２は増幅度の傾きを示す温度
係数、β２は増幅度の曲りを示す温度係数とする。
すように半導体ストレインゲージｒｌ、に２、に３、に
４で構成される測定ブリッジ１の出力Ｅを二つの演算増
幅器２、３および抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５を
介して出力段演算増幅器４により増幅することが行われ
る。抵抗Ｒ１〜Ｒ３および増幅器２、３から成る回路は
ブリッジ１の出力を適当に増幅すケと同時にインピーダ
ンス変換を行い、それ以後の増幅、補償回路がブリッジ
１の出力に影響しないようにするのに役立つ。定電圧Ｖ
ｃｃによつて駆動される半導体ストレインゲージのブリ
ッジ１感度は温度に対して第２図に示すように負の傾き
と曲りを持つ。従つて所定の圧力測定幅（スパン）に対
するブリッジ１の感度ΔＥの温度特性は次式で表わされ
る。ΔＥσ）■△Ｅ（１−α、Ｔ＋β、Ｔ２） ・・・
・・・（１）ここでα１は傾きを示す温度係数、β１は
曲りを示す温度係数とする。この負の二次曲線を消去す
る手段として、ストレインゲージと同一温度条件下にあ
る正の温度特性と曲りを有する温度補償抵抗Ｒ９を、出
力段演算増幅器４のフィードバック回路に挿入する。こ
の場合増幅器４の増幅度Ａの温度特性は次式で表わされ
る。Ａσ）＝Ａ（１＋α２Ｔ−β２Ｔ２） ・・・・・
・・・・ （２）ここでα２は増幅度の傾きを示す温度
係数、β２は増幅度の曲りを示す温度係数とする。
この変換器回路の出力スパン△Ｖｏは（１）式に（２）
式を乗ずればよいから、△Ｖ０＝△Ｅ（１−α１Ｔ＋β
１Ｔ２） ×Ａ（１＋α２Ｔ−β２Ｔ２） となり、これを展開すると ΔＶＯ＝ΔＥ−Ａ｛１＋（α２−α１）Ｔ＋（β１−β
２−α１α２）Ｔ２ ＋（α１β２＋α２β１）Ｔ３−β１β２Ｔ４｝が得ら
れる。
式を乗ずればよいから、△Ｖ０＝△Ｅ（１−α１Ｔ＋β
１Ｔ２） ×Ａ（１＋α２Ｔ−β２Ｔ２） となり、これを展開すると ΔＶＯ＝ΔＥ−Ａ｛１＋（α２−α１）Ｔ＋（β１−β
２−α１α２）Ｔ２ ＋（α１β２＋α２β１）Ｔ３−β１β２Ｔ４｝が得ら
れる。
ΔＶＯの温度依存性を無くするためには、２次項までを
問題にすれば（α１＝α２）および（β１＝β２＋α１
・α２）となるようにすればよい。本発明はこの条件を
満たすような出力段演算増幅器のフイードバツク抵抗を
備えた圧力変換器を提供することを目的とする。
問題にすれば（α１＝α２）および（β１＝β２＋α１
・α２）となるようにすればよい。本発明はこの条件を
満たすような出力段演算増幅器のフイードバツク抵抗を
備えた圧力変換器を提供することを目的とする。
この目的は、本発明によれば半導体ストレインゲージの
ブリツジが形成された半導体片の圧力不感部にストレイ
ンゲージとほぼ同一の不純物濃度を有する温度補償抵抗
領域を形成し、この抵抗領域とそれに並列接続された固
定抵抗とを出力段増幅器のフイードバツク回路に挿入す
ることによつて達成される。
ブリツジが形成された半導体片の圧力不感部にストレイ
ンゲージとほぼ同一の不純物濃度を有する温度補償抵抗
領域を形成し、この抵抗領域とそれに並列接続された固
定抵抗とを出力段増幅器のフイードバツク回路に挿入す
ることによつて達成される。
ｎ形シリコン板にｐ形高不純物濃度領域を形成する場合
には、ストレインゲージ部および温度補償抵抗領域の表
面不純物濃度を２Ｘ１０１７〜８ｘ１０１７ｃ［ｏ−３
の範囲とすることによつて、ブリツジの感度の温度特性
の補償が行われる。本発明は以下に述べる実験結果に基
づく。第３図は１５０トルから７５０トルまでのスパン
に対する感度ΔＥの各温度における温度変化率を示すが
、この関係曲線はストレインゲージ部の表面不純物濃度
を変化させて作成した３種類の試料に対する測定点に対
して全く同一である。一方ゲージ部と同様に半導体片内
に形成した高不純物濃度領域の抵抗の温度変化率は、第
４図に示す通り不純物濃度を変化させた３種類の試料に
対して異なる傾きを示す。すなわち第１図に示す温度補
償用抵抗Ｒ，を、ストレインゲージと同一の半導体片の
圧力不感部にストレインゲージ部と同一工程で形成する
としても、その濃度は自由に変化させることができるの
で、前記の（２）式のα２およびβ２は任意に調整する
ことができる。この調整は第５図に示すように抵抗Ｒ９
に並列に固有抵抗ＲｌＯを接続することによりさらに精
度良く行うことができ（α１＝α２）および（β１＝β
２＋α１・α２）に近づけることができる。第６図Ａ，
ｂは本発明に基づく圧力変換器の圧力センサの一実施例
を示す。
には、ストレインゲージ部および温度補償抵抗領域の表
面不純物濃度を２Ｘ１０１７〜８ｘ１０１７ｃ［ｏ−３
の範囲とすることによつて、ブリツジの感度の温度特性
の補償が行われる。本発明は以下に述べる実験結果に基
づく。第３図は１５０トルから７５０トルまでのスパン
に対する感度ΔＥの各温度における温度変化率を示すが
、この関係曲線はストレインゲージ部の表面不純物濃度
を変化させて作成した３種類の試料に対する測定点に対
して全く同一である。一方ゲージ部と同様に半導体片内
に形成した高不純物濃度領域の抵抗の温度変化率は、第
４図に示す通り不純物濃度を変化させた３種類の試料に
対して異なる傾きを示す。すなわち第１図に示す温度補
償用抵抗Ｒ，を、ストレインゲージと同一の半導体片の
圧力不感部にストレインゲージ部と同一工程で形成する
としても、その濃度は自由に変化させることができるの
で、前記の（２）式のα２およびβ２は任意に調整する
ことができる。この調整は第５図に示すように抵抗Ｒ９
に並列に固有抵抗ＲｌＯを接続することによりさらに精
度良く行うことができ（α１＝α２）および（β１＝β
２＋α１・α２）に近づけることができる。第６図Ａ，
ｂは本発明に基づく圧力変換器の圧力センサの一実施例
を示す。
厚さ２００μｍ（７）ｎ形シリコン板１１の中央部をエ
ツチングにより３５μｍまで薄くし、ダイヤフラム部１
２を形成）する。
ツチングにより３５μｍまで薄くし、ダイヤフラム部１
２を形成）する。
次にエツチングされない側の表面に酸化物被覆を設けて
マスクとし、イオン注入法によりほう素イオンを注入し
てダイヤフラム部に４個所、またエツチングされなかつ
た領域に２個所、ｐ形高不純物濃度領域１３および１４
を同一工程で形成する。これらの領域はその後の熱処理
により３〜５μｍの深さまで引のばされる。形成された
ｐ形領域１３，１４は酸化膜の上の例えばアルミニウム
配線により引出されて外部回路に接続され、基板１１と
の間のＰｎ接合が絶縁に役立つ。ｐ形領域１３はブリツ
ジ接続され、測定圧力によるダイヤフラム部１２の歪を
検出する測定ブリツジを構成する。ｐ形領域１４は第５
図の抵抗Ｒ９として半導体片外の固定抵抗ＲｌＯととも
に出力段演算増幅器４の一入力端子に接続されるフイー
ドバツク回路に挿入される。演算増幅器４の十入力端子
には抵抗Ｒ６，Ｒ７によつて作られる分圧電圧が抵抗Ｒ
８を介して接続され、増幅器４のレベル補償が行われる
。第７図は、この場合の高不純物濃度領域１３，１４の
表面不純物濃度と出ガスパン△ＶＯの温度変化率との関
係曲線で、表面不純物濃度５ｘ１０１７ｃｍ−３におい
て温度変化率はほぼ零となり、２×１０１７ｃＩｎ−３
と８×１０１７ｃＩｎ″３の範囲では温度変化率が±１
．０％以内にあつて実用上満足できる。
マスクとし、イオン注入法によりほう素イオンを注入し
てダイヤフラム部に４個所、またエツチングされなかつ
た領域に２個所、ｐ形高不純物濃度領域１３および１４
を同一工程で形成する。これらの領域はその後の熱処理
により３〜５μｍの深さまで引のばされる。形成された
ｐ形領域１３，１４は酸化膜の上の例えばアルミニウム
配線により引出されて外部回路に接続され、基板１１と
の間のＰｎ接合が絶縁に役立つ。ｐ形領域１３はブリツ
ジ接続され、測定圧力によるダイヤフラム部１２の歪を
検出する測定ブリツジを構成する。ｐ形領域１４は第５
図の抵抗Ｒ９として半導体片外の固定抵抗ＲｌＯととも
に出力段演算増幅器４の一入力端子に接続されるフイー
ドバツク回路に挿入される。演算増幅器４の十入力端子
には抵抗Ｒ６，Ｒ７によつて作られる分圧電圧が抵抗Ｒ
８を介して接続され、増幅器４のレベル補償が行われる
。第７図は、この場合の高不純物濃度領域１３，１４の
表面不純物濃度と出ガスパン△ＶＯの温度変化率との関
係曲線で、表面不純物濃度５ｘ１０１７ｃｍ−３におい
て温度変化率はほぼ零となり、２×１０１７ｃＩｎ−３
と８×１０１７ｃＩｎ″３の範囲では温度変化率が±１
．０％以内にあつて実用上満足できる。
本発明による圧力変換器においてはストレインゲージの
温度特性をストレインゲージ部と同一半導体片に同一工
程で作成できる抵抗の接続によつて補償するもので、広
い温度範囲にわたつて特性の温度依存性の少ない圧力変
化器を簡単に製造可能にする。
温度特性をストレインゲージ部と同一半導体片に同一工
程で作成できる抵抗の接続によつて補償するもので、広
い温度範囲にわたつて特性の温度依存性の少ない圧力変
化器を簡単に製造可能にする。
第１図は半導体ストレインゲージブリツジによる圧力変
換器の接続図、第２図はその測定ブリツジの出力の温度
特性線図、第３図はストレインゲージ部の表面不純物濃
度を変化させたときの測定ブリツジの感度の温度変化率
特性線図、第４図は半導体片内の濃度の異なる高不純物
濃度領域の抵抗の温度特性線図、第５図は本発明による
圧力変換器の一実施例の接続図、第６図Ａ，ｂは同じく
一実施例の半導体片の平面図および断面図、第７図は第
６図の半導体片を用いた圧力変換器の出ガスパンの温度
変化率と高不純物濃度領域の不純物濃度との関係線図で
ある。 １・・・・・・測定ブリツジ、４・・・・・・出力段演
算増幅器、１１・・・・・・半導体片、１２・・・・・
・ダイヤフラム部、１３・・・・・・ストレインゲージ
、１４・・・・・・温度補償抵抗領域。
換器の接続図、第２図はその測定ブリツジの出力の温度
特性線図、第３図はストレインゲージ部の表面不純物濃
度を変化させたときの測定ブリツジの感度の温度変化率
特性線図、第４図は半導体片内の濃度の異なる高不純物
濃度領域の抵抗の温度特性線図、第５図は本発明による
圧力変換器の一実施例の接続図、第６図Ａ，ｂは同じく
一実施例の半導体片の平面図および断面図、第７図は第
６図の半導体片を用いた圧力変換器の出ガスパンの温度
変化率と高不純物濃度領域の不純物濃度との関係線図で
ある。 １・・・・・・測定ブリツジ、４・・・・・・出力段演
算増幅器、１１・・・・・・半導体片、１２・・・・・
・ダイヤフラム部、１３・・・・・・ストレインゲージ
、１４・・・・・・温度補償抵抗領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一つの半導体片のダイヤフラム部内に設けられた高
不純物濃度領域からなるストレインゲージの構成する測
定ブリッジの出力をインピーダンス変換し出力段演算増
幅器によつて増幅するものにおいて、半導体片の圧力不
感部にストレインゲージ部とほぼ同一の不純物濃度を有
する温度補償抵抗領域を形成し、該抵抗領域とそれに並
列接続された固定抵抗とを出力段演算増幅器のフィード
バック回路に挿入したことを特徴とする圧力変換器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の変換器において、半導
体片がｎ形シリコン板であり、ストレインゲージ部およ
び温度補償抵抗領域がｐ形で、その表面不純物濃度領域
が２×１０＾１＾７〜８×１０＾１＾７ｃｍ＾−＾３の
範囲にあることを特徴とする圧力変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4975980A JPS5941134B2 (ja) | 1980-04-15 | 1980-04-15 | 圧力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4975980A JPS5941134B2 (ja) | 1980-04-15 | 1980-04-15 | 圧力変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56145327A JPS56145327A (en) | 1981-11-12 |
| JPS5941134B2 true JPS5941134B2 (ja) | 1984-10-04 |
Family
ID=12840106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4975980A Expired JPS5941134B2 (ja) | 1980-04-15 | 1980-04-15 | 圧力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5941134B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002236070A (ja) * | 2001-02-07 | 2002-08-23 | Tgk Co Ltd | 圧力センサ |
| US7015706B2 (en) | 2003-02-26 | 2006-03-21 | Denso Corporation | Semiconductor sensing device using different resistance types |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS578425A (en) * | 1980-06-18 | 1982-01-16 | Mitsubishi Electric Corp | Pressure detector |
| CA1186163A (en) * | 1982-01-04 | 1985-04-30 | James B. Starr | Semiconductor pressure transducer |
| JPS58123780A (ja) * | 1982-01-20 | 1983-07-23 | Hitachi Ltd | 半導体ストレインゲ−ジトランスジユ−サ |
| JPS5935481A (ja) * | 1982-08-23 | 1984-02-27 | Mitsubishi Electric Corp | 圧力検出装置 |
| JPS6097230A (ja) * | 1983-11-01 | 1985-05-31 | Nec Corp | 圧力変換器 |
| JPS6097231A (ja) * | 1983-11-01 | 1985-05-31 | Nec Corp | 圧力変換器 |
| JPS60152913A (ja) * | 1984-01-20 | 1985-08-12 | Nec Corp | 圧力変換器 |
| JPS60201227A (ja) * | 1984-03-26 | 1985-10-11 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 圧力センサ |
| JPS60201228A (ja) * | 1984-03-27 | 1985-10-11 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 圧力センサ |
| JPS60205329A (ja) * | 1984-03-30 | 1985-10-16 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 圧力センサ |
| JPS60253279A (ja) * | 1984-05-29 | 1985-12-13 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体歪み測定器 |
| JPS60259922A (ja) * | 1984-06-05 | 1985-12-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 歪センサ |
| JPH02218171A (ja) * | 1989-02-17 | 1990-08-30 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体圧力センサ |
| JP2689744B2 (ja) * | 1990-03-19 | 1997-12-10 | 株式会社日立製作所 | 複合センサとそれを用いた複合伝送器とプラントシステム |
| JPH042170A (ja) * | 1990-04-18 | 1992-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体拡散抵抗形圧力センサにおけるスパン電圧温度補償方法 |
| JP2512220B2 (ja) * | 1990-09-03 | 1996-07-03 | 株式会社日立製作所 | 複合機能形センサ |
| JP2002310826A (ja) | 2001-02-08 | 2002-10-23 | Tgk Co Ltd | 圧力センサの調整方法 |
-
1980
- 1980-04-15 JP JP4975980A patent/JPS5941134B2/ja not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002236070A (ja) * | 2001-02-07 | 2002-08-23 | Tgk Co Ltd | 圧力センサ |
| US7015706B2 (en) | 2003-02-26 | 2006-03-21 | Denso Corporation | Semiconductor sensing device using different resistance types |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56145327A (en) | 1981-11-12 |
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