JPS6294988A - Field effect pressure sensor - Google Patents

Field effect pressure sensor

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JPS6294988A
JPS6294988A JP23594585A JP23594585A JPS6294988A JP S6294988 A JPS6294988 A JP S6294988A JP 23594585 A JP23594585 A JP 23594585A JP 23594585 A JP23594585 A JP 23594585A JP S6294988 A JPS6294988 A JP S6294988A
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JP
Japan
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gate electrode
pressure
pressure sensor
insulating film
field effect
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Hideji Saneyoshi
実吉 秀治
Masaya Hijikigawa
正也 枅川
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Abstract

PURPOSE:To obtain the high-accuracy pressure sensor by detecting the variation of the field intensity applied to a channel by flexibly deforming an upper gate electrode arranged on a gate insulating film through a cavity chamber or an strechable insulating film. CONSTITUTION:The variation of the electrostatic capacity of a capacitor composed of a lower gate electrode 7 and an upper gate electrode 6 through a cavity chamber 8 above a gate region of a field effect transistor due to a pressure is recognized as the variation of the drain current of the FET and the pressure is detected. In the field effect pressure sensor comprising a lower gate electrode, the lower gate electrode 7 is formed on a gate insulating film 5 directly so that it becomes possible to apply a D.C. voltage for operating a transistor through the lower gate electrode 7 without producing the variation of the transistor characteristics, drift of the drain current, etc. Accordingly, the transistor can be operated steadily and the pressure can be detected with high accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は大気中及び液体中の圧力変化を電気信号出力と
して取り出すことのできる圧力センサに関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a pressure sensor capable of extracting pressure changes in the atmosphere and liquid as electrical signal output.

く従姿す術ン・ 従来より大気中又は液体中のHニカ」11定Vこはブル
ドン管、ベローズ、ダイヤフラム等の機械豹変1′ヒを
用いた圧力測定が行なわれτおり、安価で一1′=軽で
あることから一般的に広く利用されている。1、  ′
かしながら、エレクトロニクス技術の発達によりこれに
即応させる!こめ圧力変化を電気信号出力として測定す
る圧力センサの開発が要望されている。
Pressure measurement in the atmosphere or in liquids has traditionally been carried out using mechanical devices such as Bourdon tubes, bellows, and diaphragms, which are inexpensive and easy to use. 1' = It is generally widely used because it is light. 1, ′
However, with the development of electronics technology, we can quickly respond to this! There is a need for the development of a pressure sensor that measures pressure changes as an electrical signal output.

圧力変化を電気信号出力として測定する圧力センサは、
データ処理システムと容易に接続することができ、自動
計測及び自動制菌が容易でまた直接電気信号として測定
値を出力することは圧力を高精度で測定可能にするばか
りでなく、応答速度も速くなり小型軽量化し易いという
利点も得られる。
A pressure sensor that measures pressure changes as an electrical signal output is
It can be easily connected to a data processing system, automatic measurement and automatic sterilization are easy, and direct output of measured values as electrical signals not only makes it possible to measure pressure with high precision, but also has a fast response speed. It also has the advantage of being easy to reduce in size and weight.

従って従来より次の様な種々のタイプの圧力センサが研
究開発されている。
Therefore, various types of pressure sensors have been researched and developed as follows.

(1)金属箔の歪ゲージを金属ダイヤフラムに取り付け
Tこ圧力センサ (2)Siダイヤフラム型圧カセンサ t3)  PVDF、 ZnO等の圧電材料を用い1こ
圧力センナ (4)水晶式圧力センサ (5)  容量変化を利用し1こ圧力センサ上記の如き
従来の圧力センサにおいて、(1)の金属箔の歪ゲージ
を金属ダイヤフラムに取り付けた圧力センサはダイヤフ
ラムが圧力によって変形することにより金属箔が歪み、
この歪みによって金属箔の電気的抵抗が変化することを
利用し1こ圧力センサで、高圧測定を可能とし、また温
度特性や長期安定性に浸れているという利点を有する反
面、感度が小さく小型軽量化が困難であるという欠点を
有している。
(1) A pressure sensor with a metal foil strain gauge attached to a metal diaphragm (2) A Si diaphragm type pressure sensor (t3) A pressure sensor using a piezoelectric material such as PVDF or ZnO (4) A crystal pressure sensor (5) 1 Pressure sensor using capacitance change In the conventional pressure sensor as described above, the pressure sensor (1) in which a metal foil strain gauge is attached to a metal diaphragm has a pressure sensor that distorts the metal foil as the diaphragm deforms due to pressure.
Utilizing the fact that the electrical resistance of the metal foil changes due to this distortion, it is possible to measure high pressures with a single pressure sensor, and while it has the advantage of being steeped in temperature characteristics and long-term stability, it has low sensitivity, small size, and light weight. The disadvantage is that it is difficult to convert.

(2)のSiダイヤフラム型圧力センサはSi結晶に圧
力を加えることによりSiの比抵抗が変化するピエゾ抵
抗効果を利用しており、Slを材料として用いているの
で半導体技術の利用により大量生産が可能で周辺回路と
一体化し易い特長を有する反面、温度依存性が大きく温
度補償回路が必要となる。温度補償回路と81圧力セン
ナを同−Si基板に一体化し1こ圧力センサも作製され
ているが、価格が高く、さらにS1ダイヤフラムの機械
的強度が弱いため素子が破損し易いという欠点を有して
いる。
(2) The Si diaphragm pressure sensor utilizes the piezoresistance effect in which the specific resistance of Si changes when pressure is applied to the Si crystal, and since it uses Sl as a material, it can be mass-produced using semiconductor technology. Although it has the advantage of being easy to integrate with peripheral circuits, it is highly temperature dependent and requires a temperature compensation circuit. A single pressure sensor has been manufactured by integrating a temperature compensation circuit and an 81 pressure sensor on the same Si substrate, but it is expensive and has the disadvantage that the element is easily damaged due to the weak mechanical strength of the S1 diaphragm. ing.

(3)のPVDF、ZnO等の圧電材料を用いた圧力セ
ンサは、これら圧電材料が圧力を受けて歪むことにより
起電力を生じる圧電効果を利用した圧力センサで、小型
軽量、出力が太きいなどの長所を持っている反面、精度
が低く、振動等によるノイズを拾い易い欠点を有してい
る。
(3) Pressure sensors using piezoelectric materials such as PVDF and ZnO are pressure sensors that utilize the piezoelectric effect that generates electromotive force when these piezoelectric materials are distorted under pressure, and are small, lightweight, and have a large output. However, it has the disadvantage of low accuracy and the tendency to pick up noise due to vibrations, etc.

(4)の水晶式圧力センサは水晶の発振周波数が圧力に
対して直線的に変化することを利用したものであるが、
高価で小型軽量化が困難であるという欠点を有している
The crystal pressure sensor (4) utilizes the fact that the oscillation frequency of the crystal changes linearly with pressure.
It has the drawbacks of being expensive and difficult to reduce in size and weight.

(5)はダイヤフラムの移動を静電容量変化として把ら
える圧力センサであり、最近S1ダイヤフラムを用いた
超小型な静電容量変化型圧力センサが開発され、ピエゾ
抵抗効果を利用したSi圧力センサより高感度で安定性
が良いことが指摘されている。しかしながら、超小形な
静電容量変化型圧カセンザは静電容量の値が非常に小さ
く、すなわち、インピーダンスが非常に高く、外部ノイ
ズによる影響を受けやすい欠点を有している。
(5) is a pressure sensor that detects the movement of a diaphragm as a change in capacitance.Recently, an ultra-compact capacitance variable pressure sensor using an S1 diaphragm has been developed, and a Si pressure sensor that uses the piezoresistive effect It has been pointed out that it has higher sensitivity and better stability. However, the ultra-small capacitance variable pressure sensor has a drawback that the capacitance value is very small, that is, the impedance is very high, and it is easily affected by external noise.

以上の如く、従来開発されている圧力センサは性能また
は価格的に充分なものでなく、実用化にあfこって種々
の問題点を有していた。
As described above, the pressure sensors that have been developed so far have not been satisfactory in terms of performance or cost, and have had various problems that have hindered their practical use.

本発明者等はこのような点に鑑みて先に電界効果型トラ
ンジスタを利用することにより、半導体技術で超小形に
安価に製作することを可能にし1こ新規有用な圧力セン
サを特願昭60−52602号として提案している。
In view of these points, the inventors of the present invention first applied a patent application in 1983 to create a new and useful pressure sensor that can be manufactured in an ultra-small size and at low cost using semiconductor technology by using field-effect transistors. It is proposed as No.-52602.

本発明者等が先に提案した電界効果型圧力センサは、電
界効果型トランジスタのゲート絶縁膜上部に空洞室また
は圧力によって伸縮する絶縁層を設け、圧力により可動
変形可能なゲート電極を上記の空洞室または絶縁層を介
して上記のゲート絶縁膜」二に形成するように構成して
、ゲート絶縁膜上に空洞室ま1こは伸縮可能な絶縁膜を
介して設けられたゲート電極が圧力によって可動変形す
ることによりゲート電極とゲート絶縁膜の間隔が変化し
てチャネルに印加される電界強度が変化し、その結果、
圧力を電界効果型トランジスタのドレイン電流変化とし
て検知するようにし1こものである。
The field-effect pressure sensor previously proposed by the present inventors has a cavity or an insulating layer that expands and contracts under pressure on top of the gate insulating film of a field-effect transistor, and a gate electrode that can be moved and deformed under pressure is placed in the cavity. The above-mentioned gate insulating film is formed on the gate insulating film through a cavity or an insulating layer, and a gate electrode is formed on the gate insulating film through a stretchable insulating film. Due to the movable deformation, the distance between the gate electrode and the gate insulating film changes, which changes the electric field strength applied to the channel, and as a result,
The pressure is detected as a change in the drain current of a field effect transistor.

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明者等が先に提案した電界効果型圧力センサは、上
述のように、ゲート絶縁膜上に空洞室または伸縮可能な
絶縁膜を介して設けられたゲート電極が圧力によって可
動変形することによりゲート電極とゲート絶縁膜の間隔
が変化してチャネルに印加される電界強度が変化し、そ
の結果、圧力カミ界効果型トランジスタのドレイン電流
変化として検知されるものであるが、その後種々検討し
た結果、電界効果トランジスタの特性変化、ドレイン電
流のドリフトが生じる問題点が見出され1こ。
<Problems to be Solved by the Invention> As described above, the field-effect pressure sensor proposed by the present inventors is a pressure sensor that is provided on a gate insulating film via a cavity or a stretchable insulating film. When the gate electrode is movably deformed by pressure, the distance between the gate electrode and the gate insulating film changes, and the electric field strength applied to the channel changes, which is detected as a change in the drain current of the pressure field effect transistor. However, as a result of various subsequent studies, problems were discovered, including changes in the characteristics of the field effect transistor and drifting of the drain current.

即ち、本発明者等が先に提案しfコミ界効果型圧カセン
サにおいては、電界効果トランジスタを動作させるため
、金属ダイヤフラムとして構成されfこゲート電極に直
流電圧を印加する必要があり、その1こめ、金属ダイヤ
フラムの下部にあるスペーサ、ソース、ドレインにも直
流電圧が印加されて、電界効果トランジスタの特性変化
、ドレイン電流のドリフトが生じる問題点かあっ1こ。
That is, in the field-effect pressure sensor previously proposed by the present inventors, in order to operate the field-effect transistor, it is necessary to apply a DC voltage to the gate electrode configured as a metal diaphragm. In addition, DC voltage is also applied to the spacer, source, and drain at the bottom of the metal diaphragm, causing a problem in which the characteristics of the field effect transistor change and the drain current drifts.

本発明はこのような点に鑑みて創案されたもので、本発
明者等が先に提案し1こ電界効果型圧力センサに改良を
加えることにより、トランジスタを安定に動作させるこ
とが可能な高精度の圧力センサを提供することを目的と
している。
The present invention was devised in view of the above points, and by improving the field-effect pressure sensor previously proposed by the present inventors, it is possible to achieve a highly efficient transistor that can operate stably. Aims to provide precision pressure sensor.

く問題点を解決する1こめの手段〉 本発明の電界効果型圧力センナは、電界効果型トランジ
スタのゲート絶縁膜上部に空洞室ま1こは圧力によって
伸縮する絶縁層を設け、圧力により可動変形可能な(上
部)ゲート電極を上記の空洞室ま1こは絶縁層を介して
上記のゲート絶縁膜上に形成し、上記のゲート絶縁膜と
空洞室または、上記のゲート絶縁膜と圧力によって伸縮
する絶縁膜の界面に補助(下部)ゲート電極を付設する
ように構成している。
First Means to Solve the Problems〉 The field effect pressure sensor of the present invention has an insulating layer that expands and contracts under pressure in a cavity above the gate insulating film of a field effect transistor. A possible (upper) gate electrode is formed on the gate insulating film through the insulating layer in the cavity, and expands and contracts with the gate insulating film and the cavity or with the gate insulating film by pressure. The structure is such that an auxiliary (lower) gate electrode is attached to the interface of the insulating film.

く作用〉 上記のような構成により、ゲート絶縁膜上に空洞室また
は伸縮可能な絶縁膜を介して設けられ1こ上部ゲート電
極が圧力によって可動変形することにより、上部ゲート
電極と下部ゲート電極の間隔が変化してチャネルに印加
される電界強度が変化し、その結果、圧力が電界効果型
トランジスタのドレイン電流変イニて検出されることに
なる。
Effect> With the above structure, the upper gate electrode is provided on the gate insulating film via a cavity or an expandable insulating film, and is movably deformed by pressure, so that the upper gate electrode and the lower gate electrode are As the spacing changes, the electric field strength applied to the channel changes, and as a result, the pressure is sensed by changing the drain current of the field effect transistor.

また、電界効果トランジスタを動作させるための直流電
圧を下部ゲート電極を介して印加することにより、トラ
ンジスタの特性の変化、ドレイン電流のドリフト等が生
じなくなる。
Further, by applying a DC voltage for operating the field effect transistor through the lower gate electrode, changes in characteristics of the transistor, drift of drain current, etc. do not occur.

〈実施例〉 実施例の説明に先立って本発明の電界効果型圧力センサ
の動作原理を今少し説明すると、本発明の電界効果型圧
力センナは、電界効果型トランジスタのドレイン電流が
チャネルに印加される電界によって変化する事及び、チ
ャネル上部のゲート電極をゲート絶縁膜上に直接下部(
補助〕ゲート電極として設けると共に、ゲート絶縁膜上
に空洞室または伸縮可能な絶縁膜を介して上部ゲート電
極として設けることにより、上部ゲート電極が圧力によ
って可動変形し、上部ゲート電極と下部ゲート電極で構
成されるコンデンサの静電容量が変化して、チャネルに
印加される電界強度が変わることを利用したものである
<Example> Before explaining the examples, the operating principle of the field effect pressure sensor of the present invention will be briefly explained. In addition, the gate electrode on the top of the channel is placed directly on the gate insulating film (
[Auxiliary] In addition to being provided as a gate electrode, by providing it as an upper gate electrode on the gate insulating film through a cavity or a stretchable insulating film, the upper gate electrode is movably deformed by pressure, and the upper gate electrode and lower gate electrode are connected to each other. This method takes advantage of the fact that the electric field strength applied to the channel changes as the capacitance of the capacitors is changed.

次に本発明の一実施例としての電界効果型圧力センサを
構造模式図を用いて更に詳細に説明する。
Next, a field effect pressure sensor as an embodiment of the present invention will be described in more detail using a schematic structural diagram.

第1図は、本発明の一実施例としての電界効果型圧力セ
ンサの構造を模式的に示す図であり、第1図において、
1はシリコン基板、2はソース、3はドレイン、4はチ
ャネル、5はゲート絶縁膜、6は上部ゲート電極、7は
補助(下部)ゲート電極、8は空洞室であり、また9は
圧力を示しているO 本発明に係る電界効果型圧力センサの構造は第1図に示
すように、電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜5上
に補助電極(下部ゲート電極)7を形成し、さらに、そ
の上にスペーサ10をコーティングする。次にゲート領
域上のスペーサをエツチングにより取り除いた後、残在
したスペーサ10の上に金属膜からなる上部ゲート電極
6を形成する。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a field-effect pressure sensor as an embodiment of the present invention.
1 is a silicon substrate, 2 is a source, 3 is a drain, 4 is a channel, 5 is a gate insulating film, 6 is an upper gate electrode, 7 is an auxiliary (lower) gate electrode, 8 is a cavity, and 9 is a pressure As shown in FIG. 1, the structure of the field-effect pressure sensor according to the present invention is as shown in FIG. Coat spacer 10 on top. Next, after removing the spacer on the gate region by etching, an upper gate electrode 6 made of a metal film is formed on the remaining spacer 10.

この様に構成し1こ電界効果型圧力センサにおいて、電
界効果型トランジスタのゲート領域上部が空洞室8にな
っており金属膜から成る上部ゲート電極6が下部ゲート
電極7とコンデンサを形成している。上部ゲート電極6
である金属膜は空洞室8と外界囲気との圧力差によって
可動変形するダイヤフラムとして作用し、このダイヤフ
ラムが圧力差によって変位すると、金属膜である上部ゲ
ート電極6と下部ゲート電極で構成される静電容量が圧
力差に対応して変化し、ドレイン電流IDが次式にした
がって変化することになる。
In the field-effect pressure sensor constructed in this way, the upper part of the gate region of the field-effect transistor is a cavity 8, and the upper gate electrode 6 made of a metal film forms a capacitor with the lower gate electrode 7. . Upper gate electrode 6
The metal film acts as a diaphragm that is movably deformed by the pressure difference between the cavity chamber 8 and the surrounding air, and when this diaphragm is displaced by the pressure difference, the static metal film consisting of the upper gate electrode 6 and the lower gate electrode The capacitance changes in response to the pressure difference, and the drain current ID changes according to the following equation.

それ電界効果型トランジスタ素子のチャネル長、チャネ
ル幅及び閾値電圧を示し、Voはゲート電圧であり、C
m1xはゲート絶縁膜5の静電容量Ciと空洞室8の静
電容量C1すなわち下av 部ゲート電極7と上部ゲート電極6の中空間隔で形成さ
れる静電容量とを直列結合し1こ場合の混成静電容量で
あり、次式で与えられる。
It shows the channel length, channel width and threshold voltage of a field effect transistor element, Vo is the gate voltage, and C
m1x is a series combination of the capacitance Ci of the gate insulating film 5 and the capacitance C1 of the cavity 8, that is, the capacitance formed by the hollow interval between the lower AV part gate electrode 7 and the upper gate electrode 6. is the hybrid capacitance of , which is given by the following equation:

ここで空洞室容量C3avは上述のように下部ゲート電
@7と上部ゲート電極6との間隔によって変わり、この
間隔は雰囲気圧力に依存して変化する0 今、空洞室8を円筒状となし、その直径を1間、スペー
サIOの厚さを3μm1円形状下部ゲート電1槙7の直
径を07問、上部ゲート電極6を構成する金属膜ダイヤ
フラムの材料が銅で、厚さを10μm とすると、金属
膜6と下部ゲート電極7で構成されるコンデンサの静電
容量は、空洞室8と外雰囲気との圧力差により、第2図
に示すように変化し、圧力差が無いときの静電容量は+
、+3.Fであるが、外雰囲気の圧力が空洞室より0.
2atrn高くなると、上部ゲート電極6を構成してい
るダイヤフラムが空洞室8側にたわみ、静電容量は1.
72 p Fと1.51  倍に増加する。
Here, the cavity capacitance C3av changes depending on the distance between the lower gate electrode @7 and the upper gate electrode 6 as described above, and this distance changes depending on the atmospheric pressure. Now, assume that the cavity 8 is cylindrical, Assuming that its diameter is 1, the thickness of the spacer IO is 3 μm, the diameter of the circular lower gate electrode 1 is 07, the material of the metal film diaphragm constituting the upper gate electrode 6 is copper, and the thickness is 10 μm. The capacitance of the capacitor composed of the metal film 6 and the lower gate electrode 7 changes as shown in Figure 2 due to the pressure difference between the cavity 8 and the outside atmosphere, and the capacitance when there is no pressure difference changes. Ha+
, +3. F, but the pressure of the outside atmosphere is 0.
When 2atrn increases, the diaphragm forming the upper gate electrode 6 bends toward the cavity 8, and the capacitance decreases to 1.
72 pF, which increases 1.51 times.

電界効果型圧力センサは、電界効果トランジスタのゲー
ト領域上部の空洞室8を隔てて下部ゲート電極7と上部
ゲート電極(金属膜ダイヤフラム)6で構成されるコン
デンサの静電容量が圧力によって変化する状態を、電界
効果型トランジスタの出力変化(ドレイン電流の変化)
として圧力を検知する。圧力によって変化するコンデン
サの静電容量を直接測定して圧力変化を検知することは
、静電容量が数、Fと非常に小さいので測定が困難であ
るが、電界効果型トランジスタとこのコンデンサを一体
化し、圧力変化を電界効果型トランジスタのドレイン電
流変化として検知することより、素子の出力インピーダ
ンスを低下させることができ、ノイズ等の影響を受けに
くく、圧力測定が容易になる。さらに、電界効果型圧力
センサはコンデンサの圧力による静電容量変化を増幅し
て、電界効果型トランジスタのドレイン電流変化として
検知するので、高感度で圧力を測定することができる。
A field-effect pressure sensor is a state in which the capacitance of a capacitor composed of a lower gate electrode 7 and an upper gate electrode (metal film diaphragm) 6 across a cavity 8 above the gate region of a field-effect transistor changes depending on pressure. is the output change (drain current change) of the field effect transistor.
Detects pressure as Detecting pressure changes by directly measuring the capacitance of a capacitor, which changes with pressure, is difficult because the capacitance is very small, only a few F. By detecting pressure changes as changes in the drain current of a field-effect transistor, the output impedance of the element can be lowered, making it less susceptible to noise and the like, making pressure measurement easier. Furthermore, the field effect pressure sensor amplifies the change in capacitance due to the pressure of the capacitor and detects it as a change in the drain current of the field effect transistor, so it is possible to measure pressure with high sensitivity.

また圧力測定範囲、感度は主に金属膜ダイヤフラムの材
質および厚さ、空洞室の大きさによって決定されるため
、金属膜材料素子構造を適当に選択することにより、微
小圧力から大圧力まで測定圧力範囲を自由に設定するこ
とができる。
In addition, the pressure measurement range and sensitivity are mainly determined by the material and thickness of the metal membrane diaphragm and the size of the cavity, so by appropriately selecting the metal membrane material element structure, the measurement pressure can be adjusted from minute pressure to large pressure. The range can be set freely.

本発明による電界効果型圧力センサは第1図に示すよう
に電界効果トランジスタのゲート領域上部の空洞室8を
隔てて下部ゲート電極7と上部ゲート電極(金属膜ダイ
ヤフラム)6で構成されるコンデンサの静電容量が圧力
によって変化するのを電界効果トランジスタのドレイン
電流変化として圧力を検知するものである。これに対し
て本発明者等が先に提案しfこものは下部ゲート電極(
補助電極)を有しない構造の電界効果型圧力センサであ
り、この場合、前述のように電界効果トランジスタを動
作させるために金属膜ダイヤスラムに直流電圧を印加す
る必要があり、そのため、金属膜ダイヤフラムの下部に
あるスペーサ10、ソース2、ドレイン3にも直流電圧
が印加され、電界効果トランジスタの特性変化、ドレイ
ン電流のドリフトを生じる問題点があったが、本発明に
係る下部ゲート電極を有した電界効果型圧力センサにお
いては、下部ゲート電極7が直接ゲート絶縁膜5上に形
成されていることにより、トランジスタ特性の変化、ド
レイン電流のドリフト等を生じることなく、トランジス
タを動作させるための直流電圧を、下部ゲート電極7を
介して印加することが可能となる。
The field effect pressure sensor according to the present invention is a capacitor composed of a lower gate electrode 7 and an upper gate electrode (metal film diaphragm) 6, separated by a cavity 8 above the gate region of a field effect transistor, as shown in FIG. Pressure is detected by using changes in capacitance due to pressure as changes in the drain current of a field effect transistor. In response to this, the present inventors first proposed that the lower gate electrode (
This is a field-effect pressure sensor with a structure that does not have an auxiliary electrode (auxiliary electrode). There was a problem in that a DC voltage was also applied to the spacer 10, source 2, and drain 3 at the bottom of the field effect transistor, causing changes in the characteristics of the field effect transistor and drift of the drain current. In the field-effect pressure sensor, since the lower gate electrode 7 is formed directly on the gate insulating film 5, the DC voltage required to operate the transistor can be maintained without causing changes in transistor characteristics, drift of drain current, etc. can be applied through the lower gate electrode 7.

なお、第1図において、ゲート電極として可動変形が安
易な金属薄膜を用いて形成しfコが、本発明はこれに限
定されるものではなく、例えば金属薄膜の代わりに、弾
性の優れ1こ高分子化合物を用いて空洞室を密閉して圧
力によって伸縮する絶縁層を形成し、その上にゲート電
極を形成しても、電界効果型圧力センサとして動作可能
であることは言うまでもない。
Note that in FIG. 1, the gate electrode is formed using a metal thin film that is easy to move and deform, but the present invention is not limited to this. It goes without saying that even if the cavity is sealed using a polymer compound to form an insulating layer that expands and contracts with pressure, and a gate electrode is formed thereon, the device can operate as a field-effect pressure sensor.

〈発明の効果〉 以上に述べた様に、電界効果トランジスタを利用した本
発明に係る電界効果型圧力センサは従来の圧力センサと
比較して次の様な特長を有する。
<Effects of the Invention> As described above, the field effect pressure sensor according to the present invention using a field effect transistor has the following features compared to conventional pressure sensors.

fl)  半導体技術を用いて作製することが可能であ
るため、素子を超小形でしかも大量に作製することが出
来る。
fl) Since it can be manufactured using semiconductor technology, it is possible to manufacture ultra-small devices in large quantities.

(2)素子形状が超小型であるにもかかわらず、出力イ
ンピーダンスが低く、ノイズ等の影響を受けにくい。
(2) Although the element shape is ultra-small, the output impedance is low and it is less susceptible to noise and the like.

(3)ダイヤフラム材料、素子形状を幅広く選定するこ
とができるため、圧力の測定精度、測定範囲を自由に設
計することができる。
(3) Since diaphragm materials and element shapes can be selected from a wide range, pressure measurement accuracy and measurement range can be freely designed.

(4)下部ゲート電極に直流電圧を印加することにより
、トランジスタを安定に動作させることが出来、高精度
で圧力を検知することが出来る。
(4) By applying a DC voltage to the lower gate electrode, the transistor can be operated stably and pressure can be detected with high accuracy.

(5)零圧カセンサはSi基板を用いて作製した場合に
は、センナと信号処理回路等の周辺回路を一体化した、
−チップデバイスの実現が可能となり、雰囲気圧力を安
価に測定できる。
(5) When the zero-pressure sensor is manufactured using a Si substrate, the sensor and peripheral circuits such as a signal processing circuit are integrated.
- It becomes possible to realize a chip device, and atmospheric pressure can be measured at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例としての電界効果型圧力セン
サの構造を模式的に示す図、第2図は電界効果型トラン
ジスタのゲート領域上部に構成した圧力に感知するコン
デンサの圧力−静電容量特性を示す図である。 1・・・レリコンM板、2・・・ソース、3・・・ドレ
イン。 4・・・チャネル、5・・・ゲート絶縁膜、6・・・上
部ゲート電極(ダイヤフラム)、7・・・下部ゲート電
極。 8・・・空洞室、9・・・圧力、10・・・スペーサ。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a field effect pressure sensor as an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing capacitance characteristics. 1... Relicon M board, 2... Source, 3... Drain. 4... Channel, 5... Gate insulating film, 6... Upper gate electrode (diaphragm), 7... Lower gate electrode. 8... Cavity chamber, 9... Pressure, 10... Spacer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜上部に空洞
室または圧力によって伸縮する絶縁層を設け、 圧力により可動変形可能なゲート電極を上記空洞室また
は絶縁層を介して上記ゲート絶縁膜上に形成し、 上記ゲート絶縁膜と空洞室または、上記ゲート絶縁膜と
圧力によって伸縮する絶縁膜の界面に補助ゲート電極を
付設して成り、 圧力を電界効果型トランジスタのドレイン電流変化とし
て検知するようにしたことを特徴とする電界効果型圧力
センサ。
[Claims] 1. A cavity or an insulating layer that expands and contracts with pressure is provided above the gate insulating film of a field effect transistor, and a gate electrode that can be moved and deformed by pressure is connected to the gate through the cavity or the insulating layer. An auxiliary gate electrode is formed on an insulating film, and an auxiliary gate electrode is provided at the interface between the gate insulating film and a cavity, or between the gate insulating film and an insulating film that expands and contracts with pressure, and the pressure is used as a change in the drain current of the field effect transistor. A field-effect pressure sensor characterized by detecting.
JP23594585A 1985-10-21 1985-10-21 Field effect pressure sensor Granted JPS6294988A (en)

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