JPS62221164A - 半導体加速度センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体のカンチレバービームを用いたひず
みケージ式による、半導体加速度センサに関する。

〔従来の技術〕

第７図及び第８図は従来試作されている半導体加速度セ
ンサを示す平面図及び正面断面図である。

図にお＾て、１はシリコンからなるカンチレバービーム
で、重り２が寸けられている。３はカンチレバービーム
１上に拡散された抵抗、４は不純物濃度の高い拡散領域
、５は電極、６は重り２が付けられたカンチレバービー
ム１を収容する容器であり、透明ガラスからなる。

カンチレバービーム１の拡散抵抗部を第９図に拡大平面
図で示すつ 上記従来の加速度センサの動作は、次のようになる。カ
ンチレバービーム１が第８図に示す直交座標軸の２軸方
向の加速［ａ、により誘起される力Ｆにより、Ｚ軸方向
にたわむっこのたわみによって生じるＳ力により、カン
チレバービーム１表面上に拡散された二つの抵抗Ｒ１，
Ｒ２に同一の抵抗変化が生じる。

この二つの抵抗Ｒ１，Ｒ２に隣接して、Ｓ力を受けない
領域に拡散された２箇所のダミー抵抗Ｒ３１Ｒ４を設け
、ハーフブリッジ回路を１１成するように、高濃度拡散
領域４を通じて接続している。ｔた、入出力電源用に電
極５を設けている。これに直流を源入力電圧を加えるこ
とによって、２方向加速Ｅ　ａ、を、これに比例した抵
抗変化を通じて出力電圧として取出す。

なお、第９図に示すように、拡散抵抗３はｎ型シリコン
単結晶１００面上に結晶軸＜１１０＞方向にｐ型シリコ
ンとして配置されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来の半導体加速度センサでは、カンチレ
バービームｌ上に二つの抵抗Ｒ１，Ｒ２が拡散され、他
の二つの抵抗Ｒ３，Ｒ４はダミー抵抗として＠度補償の
みに利用されていた。そのため、ハーフブリッジ構成と
なっており、フルブリッジ構成の場合の約１／２の感１
１［Ｋなってしまうという問題点があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、高感変の半導体加速度センナを得ることを目
的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかる半導体加速度センサは、加速度検出部
である半導体のカンチレバービームの半導体単結晶面に
４箇所の抵抗を特定結晶方向にそれぞれ配列し、これら
の抵抗をフルブリッジ回路に構成したものである。

さらに、必要により、カンチレバービームの厚さを拡散
抵抗部類域で薄くしたものである。

〔作用〕

この発明においては、拡散抵抗は半導体単結晶面上だ結
晶方向及び結晶と直角方向にそれぞれ２箇所宛配置され
てあり、感度軸方向加速度により発生する８カにより、
各結晶軸方向の抵抗がそれぞれ＋ＪＲ１−ＪＨの抵抗値
変化を受ける。このように変化する抵抗がフルブリッジ
に組まれており、出力感度が向上する。

また、カンチレバービーム厚さを拡散抵抗部類域におい
て薄くすることにより、この部分に応力集中が生じ、い
っそう出力感度が向上する。

〔天施例〕

＠１図及び第２図は、この発明による半導体加速度セン
サの一天施例を示すカバーを除いた平面図及び正面断面
図である。図におｈて、１１はシリコンからなるカンチ
レバービームで、後端側寄すに溝１１ａが設けられ局所
的に厚さが薄くされており、センサ感度を高めるように
している。１２はカンチレバービーム１１の先端側に固
着された重り、１３はカンチレバービーム１１の後端側
寄りにシリコン単結晶面（特定結晶方向にそれぞれ配列
された４箇所の拡散による抵抗、１４は不純物製電の高
い拡散領域、１５は電極で、先端は拡散領域１４を介し
抵抗１３を接続している。１６はカンチレバービーム１
１を収容する容器で、例えばセラミックからなる。１７
はこの容器のカバーで、例えばセラミックからなるっ１
８は容器１６に設けられカンチレバービーム１１をその
後端部で片持ちに支持する台座、１９け複数のリードで
、各電極１５に金属細線２０によりワイヤボンディング
されている。

＠３図は第１図のカンチレバービーム１の抵抗１３部側
の拡大図でカンチレバービーム１１上に拡散だよる４箇
所の抵抗１３が、シリコンの結晶軸＜１１０＞方向にＲ
２，Ｒ３が、これと直交軸（ｘｒｏ）方向にＲ，、Ｒ４
が配列されている。さらに、カンチレバービームｌｌ上
には、高濃度拡散領域１４及び電極１５が設けられてｈ
る。

上記−寮施例の加速度センナの動作は、次のようになる
。感度軸２方向加速度により発生する、応力σ、による
拡散抵抗の抵抗値変化°を利用することは、上記従来技
術と同様である。しかし、この発明では、カンチレバー
ビーム１１　表面上（シリコン単結晶１００面上）に拡
散抵抗Ｒ２，Ｒ３を結晶軸＜１１０〉方向に配置し、拡
散抵抗Ｒ１，Ｒ４を＜１］″０〉方向に配置してｂる。

ここで、すべての抵抗値が等しくＲであるとき、加速Ｉ
ｆ　＆、により生じた応力σ工により、抵抗Ｒ１゜Ｒ４
は次式で示す抵抗値変化を受ける。

ＪＲ／Ｒ＝ＪＲ／Ｒ（＝）Ｒ４／Ｒ４）】　　　　Ｉ Ｊ＝９１７２・π４４σ、 ここに、ｌＲ：抵抗変化計、π４４：結晶座標系だ独立
な一つのピエゾ抵抗係数 また、抵抗Ｒ２，Ｒ３は次式で示す抵抗値変化を受ける
。

ＪＲ／Ｒ＝ＪＲ２／Ｒ２（＝ＪＲ３／Ｒ３）舛１／２・
π４４σ工 この理由により、抵抗Ｒ２，Ｒ３とＲ１，Ｒ４とは符号
が異なり絶対値の等しい抵抗変化を受けることにより、
第４図に示すフルブリッジ回路を構成することで、従来
のハーフブリッジ方式に比べ約２倍の出力感度が得られ
る。

上記二つの式でも示されるように、拡散抵抗領域の応力
を高めることで、抵抗変化、ひいてはセンナ出力感度を
高めることができる。

一方、カンチレバービーム１１表面上の曲ケ６力σ工は
、カンチレバービーム厚さをｈとすると、次式の関係で
示される。

σ、＝Ｃ・ｘ／ｈ　　こ＼で、Ｃ：比例定数この理由か
ら、拡散抵抗領域のカンチレバービーム厚さを局所的に
薄くし、Ｓ力集中を計ることで、センナ出力感度をいっ
そう向上させることができる。

なお、上記実施例では、カンチレバービーム１１上に第
３図に示すように、拡散抵抗Ｒ１〜Ｒ４を配置したが、
これに限らず、抵抗Ｒ１〜Ｒ４配置の組合せは、例えば
第５図、第６図だ示すように、種々選択することができ
る。

また、半導体のカンチレバービームとして上記！ｌ！施
例では、シリコンを用いたが、これに限らず他の種の半
導体を用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、半導体のカンチレバ
ービーム面上に四つの拡散抵抗を特定結晶方向にそれぞ
れ配列し、フルブリッジ回路に構成したので、感度が向
上される。

サラに、必要によりカンチレバービームの厚すを拡散抵
抗配置図で局所的に薄くすることにより、いっそう高感
度のものが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明による半導体加速センサを
示すカバーを除いた平面図及び正面断面図、第３図は第
１図のカンチレバービームの拡散抵抗部の拡大図、第４
図は第３図の拡散抵抗のブリッジ回路図、第５図及びＷ
ｃ６図はこの発明の他のそれぞれ異なる実施例を示す拡
散抵抗配置図、第７図及び第８図は従来の半導体加速質
センナの平面図及び正面断面図、第９図は第７図のカン
チレバービームの拡散抵抗部の拡大図である。 １１・・・カンチレバービーム、ｌｌａ・・・溝、１２
・・・重り、１３・・・抵抗、１４・・・拡散領域なお
、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体からなり、先端側に重りを固着したカンチ
   レバービーム、及びこのカンチレバービームの他端寄り
   の面上に特定結晶方向にそれぞれ配列され、フルブリッ
   ジ回路に構成された４箇所の拡散抵抗を備えた半導体加
   速度センサ。
2. （２）カンチレバービームの厚さを、拡散抵抗部領域で
   薄くした特許請求の範囲第１項記載の半導体加速度セン
   サ。
3. （３）カンチレバービームはシリコンからなる特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の半導体加速度センサ。