JPS6072277A - 感圧素子および感圧センサ - Google Patents
感圧素子および感圧センサInfo
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- JPS6072277A JPS6072277A JP58181570A JP18157083A JPS6072277A JP S6072277 A JPS6072277 A JP S6072277A JP 58181570 A JP58181570 A JP 58181570A JP 18157083 A JP18157083 A JP 18157083A JP S6072277 A JPS6072277 A JP S6072277A
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- Japan
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- pressure
- piezoelectric body
- substrate
- electrodes
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/302—Sensors
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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】
この発明は、小型の感圧素子、殊に電極を設けた圧電体
を可動部としてシリコン基板上に設けてなる感圧素子お
よびこのような感圧素子を利用した感圧センサの改良に
関するものである。
を可動部としてシリコン基板上に設けてなる感圧素子お
よびこのような感圧素子を利用した感圧センサの改良に
関するものである。
感圧素子については、他機器に取り付けたときの影響を
少なくする、他の半導体素子などと一体化するなどの必
要上、Ｊ−型化するとよが望まれている。このような感
圧素子のうち超音波素子として利用できるものについて
は、シリコン基板上にエツチングによシ掘込部を設け、
この上部に両面に電極を設けた圧電体を片持梁状に設け
て振動片を形成したものが公知になっている（第２９回
応用物理学関係連合講演会、昭和５７年４月３日）。
少なくする、他の半導体素子などと一体化するなどの必
要上、Ｊ−型化するとよが望まれている。このような感
圧素子のうち超音波素子として利用できるものについて
は、シリコン基板上にエツチングによシ掘込部を設け、
この上部に両面に電極を設けた圧電体を片持梁状に設け
て振動片を形成したものが公知になっている（第２９回
応用物理学関係連合講演会、昭和５７年４月３日）。
しかしながら、このような感圧素子を多数行列状に配列
して例えば感圧センサを構成した場合、一つの素子に一
つのリードが必要であるためリード電極またはリード線
がかさばることになり利用しにくいと言う欠点があった
。
して例えば感圧センサを構成した場合、一つの素子に一
つのリードが必要であるためリード電極またはリード線
がかさばることになり利用しにくいと言う欠点があった
。
この発明は、このような点に着目して行われたものであ
り、感圧素子の小型化と共に、これらを行列状に配列し
て感圧センサを構成した場合にリード電極またはリード
線を削減し、感圧素子の利用を容易にすることを目的と
する。
り、感圧素子の小型化と共に、これらを行列状に配列し
て感圧センサを構成した場合にリード電極またはリード
線を削減し、感圧素子の利用を容易にすることを目的と
する。
この発明は、シリコン基板上にエツチングにより掘込部
を設け、この上部に、両面に電極を設けた圧電体を梁状
に設けて可動部を形成したものにおいて、片面の電極を
相互に独立した第１電極と第２電極で構成し、他の片面
に設けた第３の電極と組み合わせて２対となし、一方を
励振電圧印加用、他方を誘起電圧検出用として使用する
ものとしたことおよびこれらの感圧素子を行列状に配列
した場合に各行または各列の第１電極を共通接続し、そ
れぞれ各列または各行の第２電極を共通接続するように
したことを特徴とする。
を設け、この上部に、両面に電極を設けた圧電体を梁状
に設けて可動部を形成したものにおいて、片面の電極を
相互に独立した第１電極と第２電極で構成し、他の片面
に設けた第３の電極と組み合わせて２対となし、一方を
励振電圧印加用、他方を誘起電圧検出用として使用する
ものとしたことおよびこれらの感圧素子を行列状に配列
した場合に各行または各列の第１電極を共通接続し、そ
れぞれ各列または各行の第２電極を共通接続するように
したことを特徴とする。
以下、実施例について図面を用いて説明する。
第１図において、
１はシリコン基板であり、図において左右がその（１，
０，０）面である。
０，０）面である。
２はシリコン基板１面上に公知の方法により成長させた
酸化シリコン（Ｓ ｉ ０２）膜である。
酸化シリコン（Ｓ ｉ ０２）膜である。
３はさらに酸化シリコン膜２上に蒸着した第１電極であ
る。第１電極３の材質としては、例えばチタンと白金の
２層とする。そして第１電極３の平面形状は長方形をな
している。
る。第１電極３の材質としては、例えばチタンと白金の
２層とする。そして第１電極３の平面形状は長方形をな
している。
４もまた、酸化シリコン膜２上に蒸着した第２電極であ
り、材質、形状共、第１電極３と同じである。
り、材質、形状共、第１電極３と同じである。
そして、この長方形の一部分を残して、シリコン基板１
および膜２は後述するエツチングの手法により取り除か
れ、掘り込み部１ａが形成される。
および膜２は後述するエツチングの手法により取り除か
れ、掘り込み部１ａが形成される。
かくして、前述第１電極３の一部分および第２電極４の
一部は膜２と共に、両持梁の状態でシリコン基板１に支
承される。
一部は膜２と共に、両持梁の状態でシリコン基板１に支
承される。
５は第１電極３および第２電極４の前述両持梁状部分を
少なくとも覆うように形成した圧電体である。この実施
例では、チタン酸鉛（Ｐ ｂ Ｔ ｉ ０２）を公知の
高周波スパッタの手段によって接着する０ ６は第３電極であり、少なくとも圧電体４を覆い、しか
しながら第１電極３および第２電極４とは接触しない↓
うに形成される。この実施例ではアルミニウム（Ａｔ）
を公知の真空蒸着によって形成する。
少なくとも覆うように形成した圧電体である。この実施
例では、チタン酸鉛（Ｐ ｂ Ｔ ｉ ０２）を公知の
高周波スパッタの手段によって接着する０ ６は第３電極であり、少なくとも圧電体４を覆い、しか
しながら第１電極３および第２電極４とは接触しない↓
うに形成される。この実施例ではアルミニウム（Ａｔ）
を公知の真空蒸着によって形成する。
かくして、酸化シリコン膜２、第１電極３、第２電極４
、圧電体５および第８電極６が積層された両持梁の可動
部が構成される０この可動部βは、１例として、その厚
さは、膜２（厚さ０．６μｍ）、第１電極または第２電
極４（厚さチタン０，２μｍ、白金０．２５μｍ）、圧
電体５（厚さ２．１＋ｃｚｍ）および第３電極６（厚さ
０．２μｍ）の計３Ｇ９５μｒｎであり、幅は５０μｍ
のもので、長さＬ／、Ｌｍを種々変えて実験したところ
、その共振周波数Ｈｚの変化は第２図（対数目盛による
）のとおりであったＯ さらにこのような感圧素子の製作工程につき、第３図を
参照して説明する。第３図に付された符号は第１図と同
じ構成を示すものと理解されたい。
、圧電体５および第８電極６が積層された両持梁の可動
部が構成される０この可動部βは、１例として、その厚
さは、膜２（厚さ０．６μｍ）、第１電極または第２電
極４（厚さチタン０，２μｍ、白金０．２５μｍ）、圧
電体５（厚さ２．１＋ｃｚｍ）および第３電極６（厚さ
０．２μｍ）の計３Ｇ９５μｒｎであり、幅は５０μｍ
のもので、長さＬ／、Ｌｍを種々変えて実験したところ
、その共振周波数Ｈｚの変化は第２図（対数目盛による
）のとおりであったＯ さらにこのような感圧素子の製作工程につき、第３図を
参照して説明する。第３図に付された符号は第１図と同
じ構成を示すものと理解されたい。
（ａ）は基板１単独の状態である。
次に基板１の面上に膜２をコーティングする（（ｂ）の
状態）Ｑ 次に膜２上に第１電極３および第２電極４を蒸着する（
（Ｃ）の状態）。
状態）Ｑ 次に膜２上に第１電極３および第２電極４を蒸着する（
（Ｃ）の状態）。
次に第１電極３０部分３ａの外側および第２電極４０部
分４ａの外側の膜２をエツチングにより除去する（（ｄ
）の状態）。このエツチングにより除去する部分と除去
されない部分とは、公知のマス −りを施して行なうも
のである。
分４ａの外側の膜２をエツチングにより除去する（（ｄ
）の状態）。このエツチングにより除去する部分と除去
されない部分とは、公知のマス −りを施して行なうも
のである。
次に膜２をマスクとして、公知の異方性エツチングによ
り、さらに基板１をある深さに除去して部分３ａおよび
４ａを両持梁の状態とする（（ｅ）の状態）。
り、さらに基板１をある深さに除去して部分３ａおよび
４ａを両持梁の状態とする（（ｅ）の状態）。
次に、部分３ａおよび部分４ａにその基部を含めて、圧
電体５を形成する。（（ｆ）の状態）。この形成時にも
適宜公知の手段でマスキングを施し、第３図（ｆ）図示
のような領域に形成する。
電体５を形成する。（（ｆ）の状態）。この形成時にも
適宜公知の手段でマスキングを施し、第３図（ｆ）図示
のような領域に形成する。
次に、第３電極６を同様マスキングを施したうえで、第
３図（ｇ）図示のように、蒸着する。
３図（ｇ）図示のように、蒸着する。
このように構成した感圧素子Ｅの例えば第１電極３と第
３電極６の間にＡＣ電圧又はパルスを印加すると、圧電
体５が励振され、第２電極４と第３電極６との間に同じ
周波数でレベルの異なる電圧が発生する。この発生した
電圧は、素子Ｅに接触物があるため圧電体５の動きが抗
束されているときと接触物がなく抗束されていないとき
とでは出力レベルに差ができるので、この電圧を検出す
ることにより、素子への接触物の有無および接触の程度
の検出すなわち感圧を行うことができる。
３電極６の間にＡＣ電圧又はパルスを印加すると、圧電
体５が励振され、第２電極４と第３電極６との間に同じ
周波数でレベルの異なる電圧が発生する。この発生した
電圧は、素子Ｅに接触物があるため圧電体５の動きが抗
束されているときと接触物がなく抗束されていないとき
とでは出力レベルに差ができるので、この電圧を検出す
ることにより、素子への接触物の有無および接触の程度
の検出すなわち感圧を行うことができる。
次に、このような感圧素子ｍｎ個（Ｅｌ、１〜Ｅｍｒｎ
）を第４図のようにｍ ｘ ｎの行列状に配列して感圧
センサを構成する。このものにあっては第１行目の素子
Ｅ１・１．Ｅｌ・ｎの第１電極３１・１・３１．２〜３
１．ｎはリード電極Ｙ１に共通接続されている。同様に
して、第２行目ではリード電極Ｙ２に、第３行目ではリ
ード電極Ｙ３に、以下同様に接続される。第１列目の素
子Ｅ １．１ ＋ Ｅ ２１〜Ｅｎ弓の第２電極４１１
＋ ４２１−４ｎ’ｌはリード電極Ｘ１に共通接続さ
れる。同様にして、第２列目ではリード電極Ｘ２に、第
３列目ではリード電極Ｘ３に、以下同様に接続される。
）を第４図のようにｍ ｘ ｎの行列状に配列して感圧
センサを構成する。このものにあっては第１行目の素子
Ｅ１・１．Ｅｌ・ｎの第１電極３１・１・３１．２〜３
１．ｎはリード電極Ｙ１に共通接続されている。同様に
して、第２行目ではリード電極Ｙ２に、第３行目ではリ
ード電極Ｙ３に、以下同様に接続される。第１列目の素
子Ｅ １．１ ＋ Ｅ ２１〜Ｅｎ弓の第２電極４１１
＋ ４２１−４ｎ’ｌはリード電極Ｘ１に共通接続さ
れる。同様にして、第２列目ではリード電極Ｘ２に、第
３列目ではリード電極Ｘ３に、以下同様に接続される。
また、図示しないが、各素子の第３電極６はすべて共通
に接続される。さらに第５図の断面図に示すように、第
３電極６の上には各素子にまたがってゴムシート７を被
せ、全体を保護している。
に接続される。さらに第５図の断面図に示すように、第
３電極６の上には各素子にまたがってゴムシート７を被
せ、全体を保護している。
そして、公知の手段によりリード電極Ｙｌ ＋ Ｙ２
＋・・の順に適宜時間、ＡＣ電圧又はパルスを印加して
行くと共に、それぞれ一つの電極の電圧印加時間中にリ
ード電極Ｘ１１Ｘ２１・・・の順にＸ ｎ ｉでそれぞ
れ一定時間、発生した信号の検出をして行き、これを繰
り返すことにより、素子Ｅ １．１ ＋ Ｅ ］、２＋
・・Ｅ ２１ ＋ Ｅ ２２・・・・Ｅ’、ｍ、ｎの順
にそれらに文」する接触物の有無またはその程度すなわ
ち感圧状態を繰返走査することができる。このようにし
てｍｎ個の感圧素子をｍ＋ｎ本のリード電極を使用して
、その感圧状態を検出できるので、感圧センサのリード
電極およびリード線の構成を非常に簡素にでき、感圧素
子の利用が容易になると言う効果がちる。
＋・・の順に適宜時間、ＡＣ電圧又はパルスを印加して
行くと共に、それぞれ一つの電極の電圧印加時間中にリ
ード電極Ｘ１１Ｘ２１・・・の順にＸ ｎ ｉでそれぞ
れ一定時間、発生した信号の検出をして行き、これを繰
り返すことにより、素子Ｅ １．１ ＋ Ｅ ］、２＋
・・Ｅ ２１ ＋ Ｅ ２２・・・・Ｅ’、ｍ、ｎの順
にそれらに文」する接触物の有無またはその程度すなわ
ち感圧状態を繰返走査することができる。このようにし
てｍｎ個の感圧素子をｍ＋ｎ本のリード電極を使用して
、その感圧状態を検出できるので、感圧センサのリード
電極およびリード線の構成を非常に簡素にでき、感圧素
子の利用が容易になると言う効果がちる。
他の実施例として、酸化シリコン膜２、第１電極３、第
２電極４、圧電体５、第３電極６が積層されてなる可動
部を第６図のように片持梁状の可動片に形成することが
でき、また第７図のようにダイアフラム状に形成するこ
ともできる。また、このような可動部を適宜な寸法で構
成すれば超音波素子とすることができる。また、更に多
くの感圧センサを構成することができ、単に接触物の検
出ないしは感圧だけでなく、接触物の形状認識に使用す
ることもできる。そして、これらの他の実施例の効果も
また前述実施例の効果と同様である。
２電極４、圧電体５、第３電極６が積層されてなる可動
部を第６図のように片持梁状の可動片に形成することが
でき、また第７図のようにダイアフラム状に形成するこ
ともできる。また、このような可動部を適宜な寸法で構
成すれば超音波素子とすることができる。また、更に多
くの感圧センサを構成することができ、単に接触物の検
出ないしは感圧だけでなく、接触物の形状認識に使用す
ることもできる。そして、これらの他の実施例の効果も
また前述実施例の効果と同様である。
以上の通り、この発明は、感圧素子の小型化と共に、こ
れらを行列状に配列して感圧センサを構成せしめた場合
、感圧素子数に比べ非常に少ないリード電極またはリー
ド線を使用できるのでリード電極やリード線の構成が簡
素化され、小さい機器や狭い所などでの使用が可能であ
り、感圧素子の使用を容易にできると言う顕著な効果を
有するものである。
れらを行列状に配列して感圧センサを構成せしめた場合
、感圧素子数に比べ非常に少ないリード電極またはリー
ド線を使用できるのでリード電極やリード線の構成が簡
素化され、小さい機器や狭い所などでの使用が可能であ
り、感圧素子の使用を容易にできると言う顕著な効果を
有するものである。
図面はこの発明の実施例を示すものであり、第１図は縦
断側面図、第２図はその特性曲線図、第３図は製作工程
を示す斜視図、第４図はリード電極接続を示す平面図、
第５図、第６図および第７図は縦断側面図である。 第１図、第３図〜第７図において １・・シリコン基板、２・酸化シリコン膜、３第１電極
、４・・第２電極、５・・・圧電体、６・・第３電極。 出願人 新明和工業株式会社 第５図 第 ６ 図 第 ７図
断側面図、第２図はその特性曲線図、第３図は製作工程
を示す斜視図、第４図はリード電極接続を示す平面図、
第５図、第６図および第７図は縦断側面図である。 第１図、第３図〜第７図において １・・シリコン基板、２・酸化シリコン膜、３第１電極
、４・・第２電極、５・・・圧電体、６・・第３電極。 出願人 新明和工業株式会社 第５図 第 ６ 図 第 ７図
Claims (2)
- （１） シリコン基板上にエツチングによシ掘込部を設
け、この掘込部上に形成される梁状部に、両面に電極を
設けてなる圧電体を形成して可動部を構成してなる感圧
素子において、 前記圧電体の片面には、第１電極および第２電極を設け
、他の片面には第３の電極を設けてなる前記感圧素子。 - （２） シリコン基板上にエツチングにより掘込部を設
け、この掘込部上に形成される梁状部に、片面に第１電
極および第２電極を設け、他の片面に第３の電極を設け
てなる圧電体を形成してなる感圧素子を行列状に配列し
、前記行列の各行を構成する前記感圧素子または前記行
列の各列を構成する前記感圧素子の前記第１電極を前記
各行または前記各列ごとに共通接続し、それぞれ前記各
列を構成する前記感圧素子または前記各行を構成する前
記感圧素子の前記第２電極を前記各列または前記各行ご
とに共通接続してなる感圧センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58181570A JPS6072277A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | 感圧素子および感圧センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58181570A JPS6072277A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | 感圧素子および感圧センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6072277A true JPS6072277A (ja) | 1985-04-24 |
Family
ID=16103110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58181570A Pending JPS6072277A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | 感圧素子および感圧センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6072277A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4737676A (en) * | 1985-12-20 | 1988-04-12 | Avl Gesellschaft Fur Verbrennungskraftmaschinen Und Messtechnik M.B.H. | Transducer with a flexible piezoelectric layer as a sensor element |
| US5049775A (en) * | 1988-09-30 | 1991-09-17 | Boston University | Integrated micromechanical piezoelectric motor |
| US5194836A (en) * | 1990-03-26 | 1993-03-16 | Westinghouse Electric Corp. | Thin film, microwave frequency manifolded filter bank |
| US5281888A (en) * | 1992-03-17 | 1994-01-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive element having auxiliary electrode disposed between piezoelectric/electrostrictive layer and substrate |
| US5552655A (en) * | 1994-05-04 | 1996-09-03 | Trw Inc. | Low frequency mechanical resonator |
| US5596239A (en) * | 1995-06-29 | 1997-01-21 | Motorola, Inc. | Enhanced quality factor resonator |
| US5617065A (en) * | 1995-06-29 | 1997-04-01 | Motorola, Inc. | Filter using enhanced quality factor resonator and method |
| US5692279A (en) * | 1995-08-17 | 1997-12-02 | Motorola | Method of making a monolithic thin film resonator lattice filter |
| US5698931A (en) * | 1994-04-01 | 1997-12-16 | Ngk Insulators, Ltd. | Sensor element and particle sensor |
| US5925972A (en) * | 1996-09-27 | 1999-07-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Multiple element particle sensor and signal processing electronics |
-
1983
- 1983-09-28 JP JP58181570A patent/JPS6072277A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4737676A (en) * | 1985-12-20 | 1988-04-12 | Avl Gesellschaft Fur Verbrennungskraftmaschinen Und Messtechnik M.B.H. | Transducer with a flexible piezoelectric layer as a sensor element |
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