JPS61107774A - 圧力感知装置及びその製作方法 - Google Patents
圧力感知装置及びその製作方法Info
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- JPS61107774A JPS61107774A JP60159289A JP15928985A JPS61107774A JP S61107774 A JPS61107774 A JP S61107774A JP 60159289 A JP60159289 A JP 60159289A JP 15928985 A JP15928985 A JP 15928985A JP S61107774 A JPS61107774 A JP S61107774A
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- 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
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- 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
- G01L9/02—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
- G01L9/06—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices
- G01L9/065—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices with temperature compensating means
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、一般に圧力感知装置に関し、更に詳細には、
単結晶上に形成された受動集積回路素子を有する圧力感
知装置に関する。
単結晶上に形成された受動集積回路素子を有する圧力感
知装置に関する。
従来の技術、発明が解決しようとする問題点この技術分
野においては、集積回路型式の抵抗素子が変形すると抵
抗値の変化が生じ得ることが知られており、これは一般
に圧電抵抗効果と呼ばれている。一般に、抵抗素子を成
る材料の変形可能領域上に形成し、そして、その抵抗値
の変化を用いて、上記材料に加えられた力を測定できる
。
野においては、集積回路型式の抵抗素子が変形すると抵
抗値の変化が生じ得ることが知られており、これは一般
に圧電抵抗効果と呼ばれている。一般に、抵抗素子を成
る材料の変形可能領域上に形成し、そして、その抵抗値
の変化を用いて、上記材料に加えられた力を測定できる
。
従来からあるかかる装置には、その有用性を制限するい
くつかの欠点がある。特に、圧電抵抗素子は、変形可能
な材料上に形成されるが、付属の素子は、一般に個別的
素子であり、別個の回路領! 城に配置されてい
る。感度及び精度を高めるために、圧電抵抗素子は、一
般にプリフジ回路の構成素子となっておシ、いくつかの
付属の回路素子を必要とする。個別的素子を使用するこ
とは、空間の効果的な使用とならない。また、上記抵抗
素子は温度依存性であシ、正確な圧力測定のためには、
温度補償が必要となる。
くつかの欠点がある。特に、圧電抵抗素子は、変形可能
な材料上に形成されるが、付属の素子は、一般に個別的
素子であり、別個の回路領! 城に配置されてい
る。感度及び精度を高めるために、圧電抵抗素子は、一
般にプリフジ回路の構成素子となっておシ、いくつかの
付属の回路素子を必要とする。個別的素子を使用するこ
とは、空間の効果的な使用とならない。また、上記抵抗
素子は温度依存性であシ、正確な圧力測定のためには、
温度補償が必要となる。
そのために、圧11.抵抗素子だけではなく付属の回路
素子をも含む構成部材が要望されている。また、この構
成部材に対しては、受動回路素子の使用、及び該構成部
材内に温度補償を包含するということが要望されている
。
素子をも含む構成部材が要望されている。また、この構
成部材に対しては、受動回路素子の使用、及び該構成部
材内に温度補償を包含するということが要望されている
。
従って、本発明の目的は、改良された圧力感知装置を栖
供することにある。
供することにある。
本発明の他の目的は、精密モノリシック形圧力感知装置
を提供することにある。
を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、受動素子を具備するモノリシ
ック形圧力感知装置を提供する仁とにある。
ック形圧力感知装置を提供する仁とにある。
本発明の更に他の目的は、単結晶材料で製作した薄いダ
イヤフラム式の圧力変換装置を提供する1′ ことにある。
イヤフラム式の圧力変換装置を提供する1′ ことにある。
本発明の更に他の目的は、薄いダイヤフラム式圧力変換
装置上に温度補償をなすようにイオン注入された圧電抵
抗素子を提供することにある。
装置上に温度補償をなすようにイオン注入された圧電抵
抗素子を提供することにある。
本発明の町に他の目的は、圧力感知素子としてFE圧電
抵抗素子具備する薄いダイヤフラム式の圧力変換装置を
提供することにある。
抵抗素子具備する薄いダイヤフラム式の圧力変換装置を
提供することにある。
本発明の更に他の目゛的は、圧力変換装置上に作られた
温度補償素子を含む薄いダイヤフラム式の圧力変換@置
を提供することにある。
温度補償素子を含む薄いダイヤフラム式の圧力変換@置
を提供することにある。
問題点を解決するための手段、作用
本発明の上記及び他の目的を達成するために、本発明に
かかる薄いダイヤフラム式の圧力変換装置においては、
諸構成素子がシリコンの単結晶内に形成され、圧電抵抗
素子、抵抗素子及び温度補償素子となっている。上記シ
リコンの単結晶上の素子の回路網は、ブリッジ回路であ
り、そして、この回路の素子は全て受動素子であり、交
流信号または直流信号のいずれをも適用することができ
る。この装置を用いて流体の圧力を測定することができ
、特に、この装置を静脈管内に配置して患者の血圧を監
視することができる。
かかる薄いダイヤフラム式の圧力変換装置においては、
諸構成素子がシリコンの単結晶内に形成され、圧電抵抗
素子、抵抗素子及び温度補償素子となっている。上記シ
リコンの単結晶上の素子の回路網は、ブリッジ回路であ
り、そして、この回路の素子は全て受動素子であり、交
流信号または直流信号のいずれをも適用することができ
る。この装置を用いて流体の圧力を測定することができ
、特に、この装置を静脈管内に配置して患者の血圧を監
視することができる。
本発明の上記及び他の特徴は、以下に図面を参照して行
なう本発明の実施例についての詳細な説明から明らかに
なるであろう。
なう本発明の実施例についての詳細な説明から明らかに
なるであろう。
実施例
本発明にかかる圧力変換器10tm/a図に示す。この
圧力変換器は、フレーム領域11及び薄いダイヤフラム
領域1zを有するシリコンの単結偶から成っている。一
般に、上記フレーム領域とダイヤフラム領域との交差部
には、上記単結晶シ 。
圧力変換器は、フレーム領域11及び薄いダイヤフラム
領域1zを有するシリコンの単結偶から成っている。一
般に、上記フレーム領域とダイヤフラム領域との交差部
には、上記単結晶シ 。
リコンの適当な材料の拡散で作られた圧電抵抗素子があ
る。
る。
圧力感知変換器10のほぼ中央部の縦断面を第1b図に
示す。ダイヤフラム領域12及び圧電抵抗効果を示すド
ーピング領域18を図示しである。
示す。ダイヤフラム領域12及び圧電抵抗効果を示すド
ーピング領域18を図示しである。
上記圧力感知変換器の電気回路構造を第2図に示す。λ
つの入力端子vIn及びV’、、df設けられている。
つの入力端子vIn及びV’、、df設けられている。
端子vInは、抵抗R2の第7の端子及び抵抗R1の第
1の端子に接続されている。端子”inは、抵抗R1の
第2の端子及び抵抗R3の第1の端子に接続されている
。抵抗R2の第コの端子は、抵抗R4の第1の端子及び
抵抗R11の第1の端子に接続されており、抵抗R3の
第一端子は、抵抗R7の第1の端子及び抵抗R14の第
1の端子に接敏されている。抵抗R4の第2の端子は、
抵抗R5の第7の端子に接続されており、抵抗R11の
第2の端子は、抵抗R12の第1の端子に接続されてお
り、抵抗R7の第2の端子は、抵抗R6の第1の端子に
接続されており、抵抗R14の第2の端子は、抵抗R4
3の第1の端子に接続されている。vou を端子は、
抵抗Rの第2の端子、抵抗R6の第コの端子、抵抗R8
の第1の端子、及び抵抗R9の第1の端子に接続されて
いる。v′out 端子は、抵抗Rの第2の端子、及
び抵抗R+ sの第2の端子に接続され、かつ、抵抗R
を介して抵抗R8の第2の端子及び抵抗R9の第一の端
子に接続されている。破線で示すように、抵抗R?5は
、抵抗R2の第一端子と抵抗R3の第一の端子との間に
接続されている。
1の端子に接続されている。端子”inは、抵抗R1の
第2の端子及び抵抗R3の第1の端子に接続されている
。抵抗R2の第コの端子は、抵抗R4の第1の端子及び
抵抗R11の第1の端子に接続されており、抵抗R3の
第一端子は、抵抗R7の第1の端子及び抵抗R14の第
1の端子に接敏されている。抵抗R4の第2の端子は、
抵抗R5の第7の端子に接続されており、抵抗R11の
第2の端子は、抵抗R12の第1の端子に接続されてお
り、抵抗R7の第2の端子は、抵抗R6の第1の端子に
接続されており、抵抗R14の第2の端子は、抵抗R4
3の第1の端子に接続されている。vou を端子は、
抵抗Rの第2の端子、抵抗R6の第コの端子、抵抗R8
の第1の端子、及び抵抗R9の第1の端子に接続されて
いる。v′out 端子は、抵抗Rの第2の端子、及
び抵抗R+ sの第2の端子に接続され、かつ、抵抗R
を介して抵抗R8の第2の端子及び抵抗R9の第一の端
子に接続されている。破線で示すように、抵抗R?5は
、抵抗R2の第一端子と抵抗R3の第一の端子との間に
接続されている。
彦
次に第3図について説明すると、流体40を内蔵する管
41が示されている。接縁機1fs42は、上記流体内
蔵の管41の壁に、及び圧力感知器10に接続されてい
る。流体40は、圧力感知変換器lOと接触している。
41が示されている。接縁機1fs42は、上記流体内
蔵の管41の壁に、及び圧力感知器10に接続されてい
る。流体40は、圧力感知変換器lOと接触している。
端子vIn 、v′In ”out及び■out に
接続しており、図に信号伝導体と表示しである7本のリ
ード線は、圧力感知素子に直接接続しているように示さ
れている。この図は略図であり、圧力感知変換器lOと
上記信号伝導体とを電気的に接続するために、接続素子
が必要になり得ることは明らかであろう。
接続しており、図に信号伝導体と表示しである7本のリ
ード線は、圧力感知素子に直接接続しているように示さ
れている。この図は略図であり、圧力感知変換器lOと
上記信号伝導体とを電気的に接続するために、接続素子
が必要になり得ることは明らかであろう。
次に、作用について説明する。
再びmla図及び第1bについて説明すると、薄いダイ
ヤフラム領域12及びフレーム領域11は、シリコンの
単結晶で作られている。ダイヤフラム領域12とフレー
ム領域11との交差領域において、選定された材料によ
る拡散が上官eシリコン内に行なわれ、その結果、上記
ダイヤスラム領域とフレーム領域との各交差部に抵抗体
が作られる。これら抵抗体即ちドーピング領域18は、
ホ 1.。
ヤフラム領域12及びフレーム領域11は、シリコンの
単結晶で作られている。ダイヤフラム領域12とフレー
ム領域11との交差領域において、選定された材料によ
る拡散が上官eシリコン内に行なわれ、その結果、上記
ダイヤスラム領域とフレーム領域との各交差部に抵抗体
が作られる。これら抵抗体即ちドーピング領域18は、
ホ 1.。
イードストンブリッジの素子を形成し、圧力が上記ダイ
ヤフラム領域に加えられると、上記ドーピング領域の抵
抗体のひずみは、測定可能な圧電抵抗効果を生ずる。
ヤフラム領域に加えられると、上記ドーピング領域の抵
抗体のひずみは、測定可能な圧電抵抗効果を生ずる。
次に第一図について説明すると、抵抗Rs = R,s
−R及びR43#−i、圧力感知装置即ち変換器10に
対してqつの拡散領域18によって構成されたホイート
ストンブリッジの抵抗を表わすものである。
−R及びR43#−i、圧力感知装置即ち変換器10に
対してqつの拡散領域18によって構成されたホイート
ストンブリッジの抵抗を表わすものである。
他の抵抗R、R、R、R及びR4゜並びに導電路は、全
て、上記シリコン単結晶上に適切な材料を沈着させるこ
とによって、該シリコン結晶上に 。
て、上記シリコン単結晶上に適切な材料を沈着させるこ
とによって、該シリコン結晶上に 。
形成される。抵抗R9は、上記シリコン単結晶の7つの
領域にドーピングを行なうことによって形成される。抵
抗R,R,R及びR7は、各分岐路の抵抗値を調節可能
とするために、回路内に形成されたものである。従って
、これらの抵抗体は、調整可能型の抵抗体であシ、例え
ば、レーザを用いて抵抗素子の一部を焼除することによ
ってその抵抗値を変化させることができる。これらの抵
抗体は、°■ 端子と”Out端子との間がゼロ電u
t 圧となるように調節される。抵抗R8及びR1゜も調整
可能抵抗体であり、この回路網の出力抵抗を設定するの
に用いられる。抵抗R2及びR3は、この回路の感度を
設定するようにその値を選定することのできる調整可能
抵抗体である。抵抗R1は、この回路の入力抵抗を設定
するようにその値を選定することのできる調整可能抵抗
体である。
領域にドーピングを行なうことによって形成される。抵
抗R,R,R及びR7は、各分岐路の抵抗値を調節可能
とするために、回路内に形成されたものである。従って
、これらの抵抗体は、調整可能型の抵抗体であシ、例え
ば、レーザを用いて抵抗素子の一部を焼除することによ
ってその抵抗値を変化させることができる。これらの抵
抗体は、°■ 端子と”Out端子との間がゼロ電u
t 圧となるように調節される。抵抗R8及びR1゜も調整
可能抵抗体であり、この回路網の出力抵抗を設定するの
に用いられる。抵抗R2及びR3は、この回路の感度を
設定するようにその値を選定することのできる調整可能
抵抗体である。抵抗R1は、この回路の入力抵抗を設定
するようにその値を選定することのできる調整可能抵抗
体である。
この装置に対する特に重要な抵抗は、抵抗R9である。
温度が高くなると、抵抗R5、R,s 、 R12゜及
びR1,Sの圧電抵抗効果が低下する。抵抗R9を正の
温度係数を持つように選定し、温度に伴う圧電抵抗効果
の低下を補償するようにする。抵抗R9の温度係数は、
ドーピング剤の1度(level)によって制御するこ
とができる。多くのドーピング原子に対するシリコンの
抵抗の温度係数は、文献においてよく知られている。同
様に、抵抗15は、正の温度係数を有しているドーピン
グされた領域の抵抗体であってもよく、補1Xfロセス
の際に抵抗R9に置き換わるか、または抵抗R9の補助
となる。
びR1,Sの圧電抵抗効果が低下する。抵抗R9を正の
温度係数を持つように選定し、温度に伴う圧電抵抗効果
の低下を補償するようにする。抵抗R9の温度係数は、
ドーピング剤の1度(level)によって制御するこ
とができる。多くのドーピング原子に対するシリコンの
抵抗の温度係数は、文献においてよく知られている。同
様に、抵抗15は、正の温度係数を有しているドーピン
グされた領域の抵抗体であってもよく、補1Xfロセス
の際に抵抗R9に置き換わるか、または抵抗R9の補助
となる。
このブリッジ構造の圧力偏りがゼロとなることは、上記
の諸ブリッジ抵抗体の抵抗の温度係数の整合に依任する
。上記諸抵抗体の抵抗の2=係数の整合は、上記ブリッ
ジ抵抗体相互間のドーピング剤昂度を如何によく均等化
させるかに依存する。
の諸ブリッジ抵抗体の抵抗の温度係数の整合に依任する
。上記諸抵抗体の抵抗の2=係数の整合は、上記ブリッ
ジ抵抗体相互間のドーピング剤昂度を如何によく均等化
させるかに依存する。
抵抗の湯度係数の低い薄膜抵抗体とともにイオン注入法
を用いて抵抗値を枦整することにより、瀉度釦伴うゼロ
の圧力偏シに対して依存性を少なくすることができる。
を用いて抵抗値を枦整することにより、瀉度釦伴うゼロ
の圧力偏シに対して依存性を少なくすることができる。
上記のブリッジ回路、及び補償回路に受動素子を用いる
ことにより、入力端子に交流(圧または直流重圧のどち
らをも加えることができる。
ことにより、入力端子に交流(圧または直流重圧のどち
らをも加えることができる。
再びlj、 3図を参照して、本発明の一つの適用例を
示す。圧力感知変換器ioを、流体40と接触するよう
に取付ける。信号伝導体によシ、上記変換器に入力重圧
■In及び”inを加え、そして、上記変換器から出力
電圧V 及びvoutを受取る。
示す。圧力感知変換器ioを、流体40と接触するよう
に取付ける。信号伝導体によシ、上記変換器に入力重圧
■In及び”inを加え、そして、上記変換器から出力
電圧V 及びvoutを受取る。
ut
上記流体の柱を静脈装置と調達させると、血圧を監視す
ることができる。
ることができる。
以上において本発明の実施例を図示及び説明したが、こ
の実施例は本発明の範囲を限定するものではない。本発
明の範囲は、特許請求の範囲に記載の如くである。以上
の説明から、当業者は、本発明の精神及び範囲内で種々
の変形を行なうことができるのは明らかである。
の実施例は本発明の範囲を限定するものではない。本発
明の範囲は、特許請求の範囲に記載の如くである。以上
の説明から、当業者は、本発明の精神及び範囲内で種々
の変形を行なうことができるのは明らかである。
竿la図は、圧電抵抗素子の一般的配置を示す薄膜ダイ
ヤフラム形装置の平面図、 第1b図は、第1a図の薄膜ダイヤフラム形装置の縦断
面図、 第一図は、薄膜ダイヤフラム形40置に形成された本発
明にかかる諸素子の回路図、 第3図は、流体充濃答器内の圧力を感知する際の本発明
装置の使用例を示す縦断面図である。 11・・・・・・フレーム領域、 12−・・・・・ダイヤフラム領域、 1B・・・・・・圧電抵抗素子、 R1e R2e R5s R4e R
7# RB * Rg * R10
a”11 t R14・・−抵抗素子、
ヤフラム形装置の平面図、 第1b図は、第1a図の薄膜ダイヤフラム形装置の縦断
面図、 第一図は、薄膜ダイヤフラム形40置に形成された本発
明にかかる諸素子の回路図、 第3図は、流体充濃答器内の圧力を感知する際の本発明
装置の使用例を示す縦断面図である。 11・・・・・・フレーム領域、 12−・・・・・ダイヤフラム領域、 1B・・・・・・圧電抵抗素子、 R1e R2e R5s R4e R
7# RB * Rg * R10
a”11 t R14・・−抵抗素子、
Claims (2)
- (1)関連するモノリシック素子を有する圧力感知装置
において、ダイヤフラム領域及びフレーム領域を有する
シリコンの単結晶と、上記ダイヤフラム領域と上記フレ
ーム領域との境界付近に配置された圧電抵抗素子と、上
記圧電抵抗素子を接続してブリッジ回路となす伝導素子
と、を備えたことを特徴とする圧力感知装置。 - (2)圧力感知変換装置を製作する方法において、シリ
コンの単結晶の変形可能領域の境界上に圧電抵抗素子を
形成する工程と、上記シリコン結晶上に伝導路を形成す
る工程と、を有し、上記伝導路は、上記圧電抵抗素子を
ブリッジ回路に形成しており、上記シリコン結晶上に上
記ブリッジ回路の出力端子を横切る抵抗素子を形成する
工程を有し、上記抵抗素子は、上記ブリッジ回路の温度
係数を補償する温度係数を有することを特徴とする圧力
感知変換装置の製作方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US666372 | 1984-10-30 | ||
US06/666,372 US4672853A (en) | 1984-10-30 | 1984-10-30 | Apparatus and method for a pressure-sensitive device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61107774A true JPS61107774A (ja) | 1986-05-26 |
JPH0350424B2 JPH0350424B2 (ja) | 1991-08-01 |
Family
ID=24673910
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60159289A Granted JPS61107774A (ja) | 1984-10-30 | 1985-07-18 | 圧力感知装置及びその製作方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4672853A (ja) |
JP (1) | JPS61107774A (ja) |
DE (1) | DE3538453A1 (ja) |
FR (1) | FR2572525A1 (ja) |
GB (1) | GB2166287B (ja) |
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US5178016A (en) * | 1989-11-15 | 1993-01-12 | Sensym, Incorporated | Silicon pressure sensor chip with a shear element on a sculptured diaphragm |
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