JPS61107125A - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
- Publication number
- JPS61107125A JPS61107125A JP22857384A JP22857384A JPS61107125A JP S61107125 A JPS61107125 A JP S61107125A JP 22857384 A JP22857384 A JP 22857384A JP 22857384 A JP22857384 A JP 22857384A JP S61107125 A JPS61107125 A JP S61107125A
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- JP
- Japan
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- substrate
- diaphragm
- sio2
- thick wall
- measuring diaphragm
- Prior art date
- 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.)
- Granted
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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
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
- G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (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】
〈産業上の利用分野〉
本発明は測定すべき圧力を受ける測定ダイアフラムを有
する圧力センサに関し、測定ダイアフラムを過大圧から
保護する条溝を有する圧力センサに関するものである。
する圧力センサに関し、測定ダイアフラムを過大圧から
保護する条溝を有する圧力センサに関するものである。
〈従来の技術〉
第５図は従来例を示す構成断面図、第６図は第５図にお
けるＡ−Ａ断面図である。これらの図において、１８は
測定ダイアフラムで、中心の円板状の厚内部１８ａを囲
むように、同心円上に複数の環状の厚肉部１８１）、１
８Ｃが片面に設けられている。測定ダイアフラム１８に
は、単結晶シリコン若しくはＮｉ −８ＰＡＮＣ等の導
電性弾性材料又はサフアイヤの如き絶縁性弾性材料が用
いられ、後者の場合には中央肉厚部１８ａに電極用とし
て導電膜を形成する。
けるＡ−Ａ断面図である。これらの図において、１８は
測定ダイアフラムで、中心の円板状の厚内部１８ａを囲
むように、同心円上に複数の環状の厚肉部１８１）、１
８Ｃが片面に設けられている。測定ダイアフラム１８に
は、単結晶シリコン若しくはＮｉ −８ＰＡＮＣ等の導
電性弾性材料又はサフアイヤの如き絶縁性弾性材料が用
いられ、後者の場合には中央肉厚部１８ａに電極用とし
て導電膜を形成する。
１９．２０は、測定ダイアフラム１８の両面に対向して
設けられたパイレックスガラス、セラミックス等の絶縁
性のボディで、測定ダイアフラム１８の周縁厚肉部１８
ｄにおいて陽極接合等によって固着されている。そして
、片側のボディ２０べき圧力Ｐが導びかれ、他方の側の
ボディ１９には大気解放用の孔３０が設けられている。
設けられたパイレックスガラス、セラミックス等の絶縁
性のボディで、測定ダイアフラム１８の周縁厚肉部１８
ｄにおいて陽極接合等によって固着されている。そして
、片側のボディ２０べき圧力Ｐが導びかれ、他方の側の
ボディ１９には大気解放用の孔３０が設けられている。
２３．２４は夫々ボディ１９．２０の中央部に、測定ダ
イアフラム１８の厚肉部１８ａに対向して設けられた電
極で、金又はアルミニウムが用いられる。
イアフラム１８の厚肉部１８ａに対向して設けられた電
極で、金又はアルミニウムが用いられる。
２５．２６は測定ダイアフラム１８の厚肉部１８ｂ、Ｉ
８ｃに対向してボディ１９上に設けられた環状のストッ
パーである。
８ｃに対向してボディ１９上に設けられた環状のストッ
パーである。
このような装置において、測定至２１に測定すべき圧力
Ｐが導入されると、測定ダイアフラムＬ旦−は圧力を受
は厚肉部１８ａ １８ｂ 、１８ｃ及び周縁厚肉部１８
ｄの闇の薄肉部において歪み、測定ダイアフラム１８は
圧力Ｐに応じて変位する。
Ｐが導入されると、測定ダイアフラムＬ旦−は圧力を受
は厚肉部１８ａ １８ｂ 、１８ｃ及び周縁厚肉部１８
ｄの闇の薄肉部において歪み、測定ダイアフラム１８は
圧力Ｐに応じて変位する。
これにより、中央肉厚部１８ａと電極２３．２４間の間
隙が変化し、この間の静電容量の変化から圧力に応じた
電気信号を得ることができる。
隙が変化し、この間の静電容量の変化から圧力に応じた
電気信号を得ることができる。
一方、操作ミス等により過大圧が加わると測定ダイアフ
ラム１８は、厚肉部１８ａ 、１８ｂ １８Ｃがボディ
１９に当るまで撓み、これに当って止まる。その後は測
定ダイアフラム１８の前記薄肉部が過大圧を受けること
になる。従って、この薄肉部の厚さ１幅とが実際に加わ
ることのある最大の過大圧に充分耐え得る寸法にする必
要がある。
ラム１８は、厚肉部１８ａ 、１８ｂ １８Ｃがボディ
１９に当るまで撓み、これに当って止まる。その後は測
定ダイアフラム１８の前記薄肉部が過大圧を受けること
になる。従って、この薄肉部の厚さ１幅とが実際に加わ
ることのある最大の過大圧に充分耐え得る寸法にする必
要がある。
〈発明が解決しようとする問題点
ところで、こうような構成の圧力センサにおいて、測定
すべき圧力が工業プロセス用である場合、過大圧の最大
値は３００ ｋ（１／Ｃ＋ｎ２に達するので、このよう
な過大圧に耐えられる寸法にしておく必要がある。一方
、測定ダイアフラム１８の厚肉部１８ａと電極２３．２
４間の間隙は、５ミクロン程度と微小でそれ故に、厚肉
部１８ａ、１８ｂ。
すべき圧力が工業プロセス用である場合、過大圧の最大
値は３００ ｋ（１／Ｃ＋ｎ２に達するので、このよう
な過大圧に耐えられる寸法にしておく必要がある。一方
、測定ダイアフラム１８の厚肉部１８ａと電極２３．２
４間の間隙は、５ミクロン程度と微小でそれ故に、厚肉
部１８ａ、１８ｂ。
１８０を精度よく、また簡単に製作するのは難しいとい
う問題点があった。
う問題点があった。
〈問題点を解決するための手段〉
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので
、片面に複数箇所厚内部が形成された測定ダイアフラム
と、このダイアフラムの両側に対向配置され、このダイ
アフラムと共に室を形成するボディと、前記測定ダイア
フラムの片側に測定圧力を導びく手段と、圧力による前
記測定ダイアフラムの変位を電気信号に変換する手段と
からなる圧力センサにおいて、前記測定ダイアプラムは
弾性を有する単結晶基板からなり、少なくとも前記厚肉
部以外の面に、この基板を構成する原子とは結合半径の
異なる原子を有する単結晶膜を形成したものである。
、片面に複数箇所厚内部が形成された測定ダイアフラム
と、このダイアフラムの両側に対向配置され、このダイ
アフラムと共に室を形成するボディと、前記測定ダイア
フラムの片側に測定圧力を導びく手段と、圧力による前
記測定ダイアフラムの変位を電気信号に変換する手段と
からなる圧力センサにおいて、前記測定ダイアプラムは
弾性を有する単結晶基板からなり、少なくとも前記厚肉
部以外の面に、この基板を構成する原子とは結合半径の
異なる原子を有する単結晶膜を形成したものである。
〈実施例〉
はじめに本発明の基礎となる、単結晶基板に反りを発生
させる実験結果について説明する。
させる実験結果について説明する。
第２図は実験に用いた試料（イ）の外観を示す斜視図で
ある。図において、１は不純物としてアンチモン、リン
等を１０Ｉｓｃ１１″３程度混入したｎ形の矩形状シリ
コン単結晶基板で、Ｌ−３０１１１１゜１＝ １０１１
１１Ｒ，ｔ ＋ ＝２５０μｍ１程度に形成サレテいる
。２は単結晶基板１の片側表面に形成したエピタキシャ
ル膜で、エピタキシャル成長過程で不純物としてボロン
を１９１！１〜１０２００Ｉｌｌ−３程度混入して成長
させたシリコン単結晶膜で、厚さ【２−３０μｍ程度に
加工されている。
ある。図において、１は不純物としてアンチモン、リン
等を１０Ｉｓｃ１１″３程度混入したｎ形の矩形状シリ
コン単結晶基板で、Ｌ−３０１１１１゜１＝ １０１１
１１Ｒ，ｔ ＋ ＝２５０μｍ１程度に形成サレテいる
。２は単結晶基板１の片側表面に形成したエピタキシャ
ル膜で、エピタキシャル成長過程で不純物としてボロン
を１９１！１〜１０２００Ｉｌｌ−３程度混入して成長
させたシリコン単結晶膜で、厚さ【２−３０μｍ程度に
加工されている。
上記構成の試料において、シリコンの共有結合半径は、
１．１７人（オングストローム）であるのに対しボロン
の場合は０．８８Ａと小さく、従ってボロンを含有する
単結晶膜はボロンを含有しないものに比べ格子定数が小
さい、従ってエピタキシャル膜はシリコン基板１に対し
て縮もうとする力が働く、その結果試社（イ）全体がエ
ピタキシャル膜側に凹面となる。
１．１７人（オングストローム）であるのに対しボロン
の場合は０．８８Ａと小さく、従ってボロンを含有する
単結晶膜はボロンを含有しないものに比べ格子定数が小
さい、従ってエピタキシャル膜はシリコン基板１に対し
て縮もうとする力が働く、その結果試社（イ）全体がエ
ピタキシャル膜側に凹面となる。
第３図は他の実験に用いた試料（ロ）の外観を示す斜視
図である。図において、１は試料（イ）と同様不純物と
してアンチモン、リン等を１０’５ＣＩ１１″３程度混
入したｎ形の矩形状シリコン単結晶基板で、ｌ−３Ｑ１
−３Ｑ、 ｌ−１Ｑｍｍ、 ｔ ＋ ＝２５０μｌ程度
に形成されている。３は単結晶基板１の片側表面に、エ
ピタキシャル成長過程で不純物としてゲルマニウムを１
９１９〜１０２°ａｍ−”程度混入して成長させたシリ
コン単結晶膜で、厚さでコー３０μ−程度に加工されて
いる。
図である。図において、１は試料（イ）と同様不純物と
してアンチモン、リン等を１０’５ＣＩ１１″３程度混
入したｎ形の矩形状シリコン単結晶基板で、ｌ−３Ｑ１
−３Ｑ、 ｌ−１Ｑｍｍ、 ｔ ＋ ＝２５０μｌ程度
に形成されている。３は単結晶基板１の片側表面に、エ
ピタキシャル成長過程で不純物としてゲルマニウムを１
９１９〜１０２°ａｍ−”程度混入して成長させたシリ
コン単結晶膜で、厚さでコー３０μ−程度に加工されて
いる。
上記（ロ）の試料においてはゲルマニウムの共有結合半
径が１．２２Ａと大きいので、ゲルマニウムを含有する
エピタキシャル族はシリコン基板１に対し膨張しようと
する結果、試料（イ）の−場合と逆方向に曲りエピタキ
シャル膜側が凸面となる。なお、このような現象はエピ
タキシャル膜側に混入する不純物がボロンやゲルマニウ
ムに限らず共有結合半径がシリコンと異なれば他の原子
でも同様の結果となる。
径が１．２２Ａと大きいので、ゲルマニウムを含有する
エピタキシャル族はシリコン基板１に対し膨張しようと
する結果、試料（イ）の−場合と逆方向に曲りエピタキ
シャル膜側が凸面となる。なお、このような現象はエピ
タキシャル膜側に混入する不純物がボロンやゲルマニウ
ムに限らず共有結合半径がシリコンと異なれば他の原子
でも同様の結果となる。
第４図（ａ）は試料（イ）の、第４図（ｂ）は試料〈口
）のエピタキシャル膜に混入する不純物の濃度を各種（
図では３種類）変化させ、そのときのデータを元に最小
自乗法により求めた放物線回帰線をグラフ化したもので
、縦軸は反りの量を横軸は中心部からの距離を示してい
る。これらの図によれば、エピタキシャル膜に混入する
不純物の濃度やエピタキシャル膜の厚さにより試料の反
りの程度が変化することがわかる。
）のエピタキシャル膜に混入する不純物の濃度を各種（
図では３種類）変化させ、そのときのデータを元に最小
自乗法により求めた放物線回帰線をグラフ化したもので
、縦軸は反りの量を横軸は中心部からの距離を示してい
る。これらの図によれば、エピタキシャル膜に混入する
不純物の濃度やエピタキシャル膜の厚さにより試料の反
りの程度が変化することがわかる。
第１図（ａ ）〜（ｄ ）は本発明による測定ダイアフ
ラムの製造工程の一実施例を示す説明図である。
ラムの製造工程の一実施例を示す説明図である。
はじめに、（ａ）に断面図にて示すように、片面に複数
箇所厚肉部１１．１２．１３．１４が形成された測定ダ
イアフラムとなるｎ型シリコン基板４０を用意する。な
お、この基板４ｏの厚肉部は精密に加工された平行度を
有するシリコン板をエツチングや超音波加工により形成
したもので、厚肉部１１の部分は対向する電極（図示せ
ず）との間で静電容母を発生させる部分、１２および１
３はダイアフラムに過大圧が加わったときに破損を防止
する支持体、１４はダイアフラムを支える支持部である
。この基板４０の厚肉部のない側に５ｉ０２等の保護膜
５ｏを形成し、厚肉部１１と１２の間（へ部）の５ｉＯ
ｚを除去する。次にこの部分に（１））に示す如く、シ
リコンに比較して示す如く皿状に変形する。
箇所厚肉部１１．１２．１３．１４が形成された測定ダ
イアフラムとなるｎ型シリコン基板４０を用意する。な
お、この基板４ｏの厚肉部は精密に加工された平行度を
有するシリコン板をエツチングや超音波加工により形成
したもので、厚肉部１１の部分は対向する電極（図示せ
ず）との間で静電容母を発生させる部分、１２および１
３はダイアフラムに過大圧が加わったときに破損を防止
する支持体、１４はダイアフラムを支える支持部である
。この基板４０の厚肉部のない側に５ｉ０２等の保護膜
５ｏを形成し、厚肉部１１と１２の間（へ部）の５ｉＯ
ｚを除去する。次にこの部分に（１））に示す如く、シ
リコンに比較して示す如く皿状に変形する。
次に全体の５ｉ０２を除去し、再度（ａ ）で示した方
法と同様の方法で厚肉部のない側に５ｉ０２等の保護膜
を形成後、厚肉部１３と１４の間（ニ）部のＳｉＯ２を
除去し、この部分にシリコンに比較して共有結合半径の
小さな原子（例えばボロン）を拡散させる。その結果、
シリコン基板４０は（ｄ ’）に示す如く支持部１４が
逆方向に変形し、厚肉部１４の面が電極と対向する厚肉
部１１の面と平行になるように変形させ、その１ｓｉｏ
２を除去する。その結果、ダイアフラムを第５図に示す
ボディ１９，２０で挾んだ状態でも厚内部１１と１２．
１３の間１ｈ Ｉ ＞ｈ ２ ＞ｈ ３が形成され、こ
の間隙の差が過大圧防止機能を果す。
法と同様の方法で厚肉部のない側に５ｉ０２等の保護膜
を形成後、厚肉部１３と１４の間（ニ）部のＳｉＯ２を
除去し、この部分にシリコンに比較して共有結合半径の
小さな原子（例えばボロン）を拡散させる。その結果、
シリコン基板４０は（ｄ ’）に示す如く支持部１４が
逆方向に変形し、厚肉部１４の面が電極と対向する厚肉
部１１の面と平行になるように変形させ、その１ｓｉｏ
２を除去する。その結果、ダイアフラムを第５図に示す
ボディ１９，２０で挾んだ状態でも厚内部１１と１２．
１３の間１ｈ Ｉ ＞ｈ ２ ＞ｈ ３が形成され、こ
の間隙の差が過大圧防止機能を果す。
この間隙は共有結合半径の異なる原子の濃度およびエピ
タキシャル成長時間を正確に制御することにより任意に
制御することが可能である。
タキシャル成長時間を正確に制御することにより任意に
制御することが可能である。
なお、本実施例においては基板１を ｎ形シリコンとし
、共有結合半径の異なる原子をボロンおよびゲルマニウ
ムとして拡散したが、本実施例に限ることなく要は共有
結合半径の異なる関係の原子であればよい。また、共有
結合半径の異なる原子は拡散法に限ることなく、エピタ
キシャル成長法等地の方法で形成してもよい。
、共有結合半径の異なる原子をボロンおよびゲルマニウ
ムとして拡散したが、本実施例に限ることなく要は共有
結合半径の異なる関係の原子であればよい。また、共有
結合半径の異なる原子は拡散法に限ることなく、エピタ
キシャル成長法等地の方法で形成してもよい。
〈発明の効果〉
以上、実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば、シリコン基板に共有結合半径の異なる原子を形
成し、このシリコン基板を撓ませることにより対向する
電極と僅かな間隙を形成するようにしたので、精度が高
くしかも製作が簡単な圧力センサを実現することができ
る。
よれば、シリコン基板に共有結合半径の異なる原子を形
成し、このシリコン基板を撓ませることにより対向する
電極と僅かな間隙を形成するようにしたので、精度が高
くしかも製作が簡単な圧力センサを実現することができ
る。
第１図＜ａ ＞〜（ｄ ）は本発明に係る圧力センサの
ダイアフラムの製作工程を示す説明図、第２図〜第４図
（ａ）、（ｂ）は単結晶基板に反りを発生させる実験結
果を示す説明図、第５図は従来例を示す構成断面図、第
６図は第５図のＡ−Ａ断面図である。 １１．１２．１３．１４・・・厚肉部、１９．２０・・
・ボディ、４０・・・ダイアフラム、５２．５３・・・
単結晶膜。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 ρ 第６図
ダイアフラムの製作工程を示す説明図、第２図〜第４図
（ａ）、（ｂ）は単結晶基板に反りを発生させる実験結
果を示す説明図、第５図は従来例を示す構成断面図、第
６図は第５図のＡ−Ａ断面図である。 １１．１２．１３．１４・・・厚肉部、１９．２０・・
・ボディ、４０・・・ダイアフラム、５２．５３・・・
単結晶膜。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 ρ 第６図
Claims (1)
- 片面に複数箇所厚肉部が形成された測定ダイアフラムと
、このダイアフラムの両側に対向配置され、このダイア
フラムと共に室を形成するボディと、前記測定ダイアフ
ラムの片側に測定圧力を導びく手段と、圧力による前記
測定ダイアフラムの変位を電気信号に変換する手段とか
らなる圧力センサにおいて、前記測定ダイアフラムは弾
性を有する単結晶基板からなり、少なくとも前記厚肉部
以外の面に、この基板を構成する原子とは結合半径の異
なる原子を有する単結晶膜を形成したことを特徴とする
圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22857384A JPS61107125A (ja) | 1984-10-30 | 1984-10-30 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22857384A JPS61107125A (ja) | 1984-10-30 | 1984-10-30 | 圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61107125A true JPS61107125A (ja) | 1986-05-26 |
| JPH0365848B2 JPH0365848B2 (ja) | 1991-10-15 |
Family
ID=16878478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22857384A Granted JPS61107125A (ja) | 1984-10-30 | 1984-10-30 | 圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61107125A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6410140A (en) * | 1987-07-02 | 1989-01-13 | Yokogawa Electric Corp | Vibration type strain sensor |
| JP2016075562A (ja) * | 2014-10-06 | 2016-05-12 | 大日本印刷株式会社 | 力学量センサおよび力学量測定装置 |
-
1984
- 1984-10-30 JP JP22857384A patent/JPS61107125A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6410140A (en) * | 1987-07-02 | 1989-01-13 | Yokogawa Electric Corp | Vibration type strain sensor |
| JPH0468575B2 (ja) * | 1987-07-02 | 1992-11-02 | Yokogawa Electric Corp | |
| JP2016075562A (ja) * | 2014-10-06 | 2016-05-12 | 大日本印刷株式会社 | 力学量センサおよび力学量測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0365848B2 (ja) | 1991-10-15 |
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