JPS63245962A - 歪センサ− - Google Patents
歪センサ−Info
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- JPS63245962A JPS63245962A JP8054787A JP8054787A JPS63245962A JP S63245962 A JPS63245962 A JP S63245962A JP 8054787 A JP8054787 A JP 8054787A JP 8054787 A JP8054787 A JP 8054787A JP S63245962 A JPS63245962 A JP S63245962A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
- G01L1/2293—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges of the semi-conductor type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は歪センサーに関する。さらに詳しくは、Ｓｉを
含む非単結晶系半導体の電気抵抗値と歪との相関関係を
利用して歪を検出する歪センサーに関する。
含む非単結晶系半導体の電気抵抗値と歪との相関関係を
利用して歪を検出する歪センサーに関する。
従来の歪センサーとして、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ −Ｎ
ｉ−／Ｖ金合金どの箔や細線を用いたもの、結晶半導体
を用いたもの、非晶質Ｓｉを用いたものなどがある。
ｉ−／Ｖ金合金どの箔や細線を用いたもの、結晶半導体
を用いたもの、非晶質Ｓｉを用いたものなどがある。
しかし、前記Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−＃合金など
の箔や細線を用いた歪センサーにおいては、歪に対する
抵抗変化率、すなわちゲージ率Ｇが２〜４と小さく、増
幅のためにアンプを必要と（ること、さらにある程度大
きな磁場下、たとえば１〜１０テズラ一程度の磁場下で
使用したばあいにノイズが大きくなることなどの欠点が
ある。
の箔や細線を用いた歪センサーにおいては、歪に対する
抵抗変化率、すなわちゲージ率Ｇが２〜４と小さく、増
幅のためにアンプを必要と（ること、さらにある程度大
きな磁場下、たとえば１〜１０テズラ一程度の磁場下で
使用したばあいにノイズが大きくなることなどの欠点が
ある。
一方、前記結晶半導体を用いた歪センサーにおいては、
ゲージ率Ｇは１００程度と大きいという利点がある反面
、温度変化による抵抗値の変化が大きく、しかもその変
化が非直線性であるために複雑な温度補償回路を必要と
するうえ、ある程度大きな磁場下、たとえば１〜１０テ
ズラ一程度の磁場下では使用できないなどの欠点がある
。
ゲージ率Ｇは１００程度と大きいという利点がある反面
、温度変化による抵抗値の変化が大きく、しかもその変
化が非直線性であるために複雑な温度補償回路を必要と
するうえ、ある程度大きな磁場下、たとえば１〜１０テ
ズラ一程度の磁場下では使用できないなどの欠点がある
。
また、非晶質Ｓｉを用いた歪センサーは、ゲージ率Ｇの
絶対値が２０〜４０と比較的大きいという利点がある反
面、活性化エネルギーが２０ｍｅＶ程度あるいはそれ以
上と大きいため、温度変化により抵抗値が変化しやすく
、そのうえ磁場による影響が大きく、ある程度大きな磁
場下、たとえば１〜１０テズラ一程度の磁場下では使用
できないなどの欠点がある。
絶対値が２０〜４０と比較的大きいという利点がある反
面、活性化エネルギーが２０ｍｅＶ程度あるいはそれ以
上と大きいため、温度変化により抵抗値が変化しやすく
、そのうえ磁場による影響が大きく、ある程度大きな磁
場下、たとえば１〜１０テズラ一程度の磁場下では使用
できないなどの欠点がある。
本発明は、前記のごとき従来の歪センサーの欠点を解消
づるためになされたものであり、ゲージ率Ｇが大きく、
温度変化による抵抗値の変化が小さく、さらに、ある程
度大きな磁場下での使用が可能な歪センサーを提供する
ことを目的としてなされたものである。
づるためになされたものであり、ゲージ率Ｇが大きく、
温度変化による抵抗値の変化が小さく、さらに、ある程
度大きな磁場下での使用が可能な歪センサーを提供する
ことを目的としてなされたものである。
本発明は、Ｓｉを含み、暗導電率の活性化エネルギーが
１５ｍｅＶ以下である非単結晶系半導体を用いた歪セン
サーに関する。
１５ｍｅＶ以下である非単結晶系半導体を用いた歪セン
サーに関する。
本明細書において、Ｓｉを含む半導体とは、Ｓｉを９９
．５〜１ ａｔ１１％、好ましくは９５〜５０ａｔ１１
％程度含む半導体である。
．５〜１ ａｔ１１％、好ましくは９５〜５０ａｔ１１
％程度含む半導体である。
前記Ｓ１含ωが１ａｔ１％未満になるとホッピング伝導
しやすく、また９９．５ａｔｍ％をこえると温度変化が
大きくなりやすくなり、いずれも好ましくない。
しやすく、また９９．５ａｔｍ％をこえると温度変化が
大きくなりやすくなり、いずれも好ましくない。
前記半導体を構成するＳｉ以外の成分としては、たとえ
ばＧｅ％Ｓｎなどがあげられ、これらは単独で含有され
ていてもよく、２種以上含有されていてもよい。これら
のうちではＧｅおよびｓｎの少なくとも１種を含む半導
体が、温度補償回路が不要になる程度に温度変化による
抵抗値の変化が少なくなり、かつ、ゲージ率が大きくな
るため好ましい。
ばＧｅ％Ｓｎなどがあげられ、これらは単独で含有され
ていてもよく、２種以上含有されていてもよい。これら
のうちではＧｅおよびｓｎの少なくとも１種を含む半導
体が、温度補償回路が不要になる程度に温度変化による
抵抗値の変化が少なくなり、かつ、ゲージ率が大きくな
るため好ましい。
前記ＧｅやＳｎなどの含有率は、半導体中に好ましくは
０．５〜９９ａｔｍ％、さらに好ましくは５〜ｓｏ ａ
ｔｍ％であり、このような範囲のばあいには一１００〜
＋１００℃のように広い温度域において温度補正なしに
歪を測定することかできるとともに、ゲージ率が大きく
なるため好ましい。
０．５〜９９ａｔｍ％、さらに好ましくは５〜ｓｏ ａ
ｔｍ％であり、このような範囲のばあいには一１００〜
＋１００℃のように広い温度域において温度補正なしに
歪を測定することかできるとともに、ゲージ率が大きく
なるため好ましい。
本発明に用いる半導体には、前記成分以外に通常のＳｉ
系半導体に含有されているＨ、ＦＳＣＩ。
系半導体に含有されているＨ、ＦＳＣＩ。
Ｂｒ、 １などの１種以上が構成成分として含有されて
いてもよい。これらＨやＦなどのうちではＨやＦが含有
されていることが低抵抗になりやすいなどの点から好ま
しい。
いてもよい。これらＨやＦなどのうちではＨやＦが含有
されていることが低抵抗になりやすいなどの点から好ま
しい。
前記ＨやＦなどの含量としては半導体中に好ましくは３
〜２０ａｔｍ％含有されているのが、■族あるいはＶ族
のドーパントでドーピングしたときに活性化エネルギー
が小さくなりやすく、好ましい。
〜２０ａｔｍ％含有されているのが、■族あるいはＶ族
のドーパントでドーピングしたときに活性化エネルギー
が小さくなりやすく、好ましい。
本発明に用いるＳｉを含む半導体は暗導電率の活性化エ
ネルギーが１５ｍｅＶ以下、好ましくは８ｍｅＶ以下の
非単結晶系半導体である。
ネルギーが１５ｍｅＶ以下、好ましくは８ｍｅＶ以下の
非単結晶系半導体である。
前記半導体の暗導電率の活性化エネルギーが１５ｍｅＶ
をこえるとゲージ率Ｇの温度補正が必要となり好ましく
ない。とくに８１ｅＶ以下のばあいには、温度補正が全
く不要となるため好ましい。
をこえるとゲージ率Ｇの温度補正が必要となり好ましく
ない。とくに８１ｅＶ以下のばあいには、温度補正が全
く不要となるため好ましい。
前記暗導電率の活性化エネルギーとは、半導体の暗導電
率σ−σｏｅＸＤ（ΔＥ／ｋＴ）から求められるΔＥで
、温度と１３１２率との関係から求められる。ここでは
室温から１００℃の測定で求めている。
率σ−σｏｅＸＤ（ΔＥ／ｋＴ）から求められるΔＥで
、温度と１３１２率との関係から求められる。ここでは
室温から１００℃の測定で求めている。
本則細組における非単結晶系半導体とは、非晶質半導体
、微細結晶（たとえば５０人〜１０００人の結晶）の集
合からなる非単結晶のものと非晶質のものとを含む半導
体、非単結晶半導体を包括する概念である。
、微細結晶（たとえば５０人〜１０００人の結晶）の集
合からなる非単結晶のものと非晶質のものとを含む半導
体、非単結晶半導体を包括する概念である。
本発明に用いる半導体が非単結晶のものと非晶質のもの
とを含む半導体のばあいには半導体に含まれる結晶相の
割合が５〜９０ｖｏ １％であるのが、ゲージ率Ｇが磁
場から受ける影響を使用にさしつかえない程度に小さく
するために好ましく、とくに５〜２５ｖｏｌ％の範囲で
あるばあいには、２〜１２テズラ一程度の磁場下でもそ
の彩りによる測定値の変動１】が１０％以下と小さくな
るため好ましい。前記結晶相の割合はＸ線回折分析から
求めることができる。
とを含む半導体のばあいには半導体に含まれる結晶相の
割合が５〜９０ｖｏ １％であるのが、ゲージ率Ｇが磁
場から受ける影響を使用にさしつかえない程度に小さく
するために好ましく、とくに５〜２５ｖｏｌ％の範囲で
あるばあいには、２〜１２テズラ一程度の磁場下でもそ
の彩りによる測定値の変動１】が１０％以下と小さくな
るため好ましい。前記結晶相の割合はＸ線回折分析から
求めることができる。
前記のごとき結晶相を形成する結晶の大きさとしては、
好ましくは５０〜１０００人であり、さらに好ましくは
１５０〜４００人である。
好ましくは５０〜１０００人であり、さらに好ましくは
１５０〜４００人である。
前記結晶部分の大ぎさが５０人未渦になると活性化エネ
ルギーが大ぎくなりやすくなり、１０００人を超えると
、磁場の影響を受けやすくなる傾向にある。
ルギーが大ぎくなりやすくなり、１０００人を超えると
、磁場の影響を受けやすくなる傾向にある。
前記半導体のタイプとしては、周期表第■族またはＶ族
の化合物でドーピングしてｐ型またはｎ型半導体にした
ものが活性化エネルギーを小さくするのに好ましい。
の化合物でドーピングしてｐ型またはｎ型半導体にした
ものが活性化エネルギーを小さくするのに好ましい。
なお、本発明に用いる半導体層の厚さは通常０．３〜５
遍であり、０．５〜２繍であるのがピンホールが少なく
均一な膜質なりゃすいために好ましい。
遍であり、０．５〜２繍であるのがピンホールが少なく
均一な膜質なりゃすいために好ましい。
本発明に用いる半導体を形成する基板材料としては、作
製時および熱処理時の基板温度に耐えろる程度の耐熱性
を有するもので、非測定物の歪に応じて変形するもので
あればとくに限定はな（、たとえばポリイミド製のフィ
ルム、ポリパラバン耐裂のフィルム、Ｑフィルムなどの
耐熱性高分子フィルムや、表面を絶縁化した金Ｂ箔など
があげられるが、これらに限定されるものではない。こ
れら基板材料のうちではポリイミドなどの耐熱性高分子
製のフィルムが、表面性がすぐれ、曲げ弾性が小さいた
めに好ましく、さらにポリイミドフィルムが好ましい。
製時および熱処理時の基板温度に耐えろる程度の耐熱性
を有するもので、非測定物の歪に応じて変形するもので
あればとくに限定はな（、たとえばポリイミド製のフィ
ルム、ポリパラバン耐裂のフィルム、Ｑフィルムなどの
耐熱性高分子フィルムや、表面を絶縁化した金Ｂ箔など
があげられるが、これらに限定されるものではない。こ
れら基板材料のうちではポリイミドなどの耐熱性高分子
製のフィルムが、表面性がすぐれ、曲げ弾性が小さいた
めに好ましく、さらにポリイミドフィルムが好ましい。
前記基板の厚さについては、被測定物の歪を半導体につ
たえつるかぎりとくに限定はないが、可撓性などの点か
ら２００−以下が好ましく、７５〜５麺がさらに好まし
い。
たえつるかぎりとくに限定はないが、可撓性などの点か
ら２００−以下が好ましく、７５〜５麺がさらに好まし
い。
また、基板の表面粗さＲについてもとくに限定はないが
、Ｒｎａｘが好ましくは２００Å以下、さらに好ましく
は１５０Å以下であるのが均質な半導体をえやすいとい
う点から好ましい。
、Ｒｎａｘが好ましくは２００Å以下、さらに好ましく
は１５０Å以下であるのが均質な半導体をえやすいとい
う点から好ましい。
なお、基板の粗さを小さくし、基板の平滑性を高めると
、本発明の歪センサーの特性のばらつきが小さくなるた
め好ましい。
、本発明の歪センサーの特性のばらつきが小さくなるた
め好ましい。
前記のごとき本発明に用いる半導体は、たとえばＳｉの
Ｈ化合物やＦ化合物とＧｅのＨ化合物やＦ化合物および
ＳｎのＨ化合物やアルギル化合物の少なくとも１種と■
族または■族のドーパントを用い、通常５Ｔｏｒｒ以下
の真空下でグロー放電、マイクロ波放電、Ｄ（Ｊ電など
の方法によって１５０〜３００℃程度の基板上に形成さ
れる。えられる半導体はＨ−ＦＦが通常３〜２０ａｔ１
％程度含有されたＳｌを含む非単結晶系半導体であり、
Ｂ８導電率の活性化エネルギーが１５ｍｅＶ以下のもの
である。
Ｈ化合物やＦ化合物とＧｅのＨ化合物やＦ化合物および
ＳｎのＨ化合物やアルギル化合物の少なくとも１種と■
族または■族のドーパントを用い、通常５Ｔｏｒｒ以下
の真空下でグロー放電、マイクロ波放電、Ｄ（Ｊ電など
の方法によって１５０〜３００℃程度の基板上に形成さ
れる。えられる半導体はＨ−ＦＦが通常３〜２０ａｔ１
％程度含有されたＳｌを含む非単結晶系半導体であり、
Ｂ８導電率の活性化エネルギーが１５ｍｅＶ以下のもの
である。
つぎに、本発明の歪センサーを一実施例に基づいて説明
する。
する。
前記半導体上に少なくとも２個の電極を形成して作製し
た歪センサーを測定点に取り付ける。
た歪センサーを測定点に取り付ける。
歪の測定は抵抗変化または定電流を流したばあいの電圧
変化を測定することによって行なわれる。
変化を測定することによって行なわれる。
第１図は本発明の歪センサーの一例を示す説明図である
。
。
第１図において、厚さ２５μのベースフィルムからなる
基板（１）上に非単結晶系半導体（２）が形成されてお
り、さらにその上に１対の電極（３）および（４）と、
もう１対の電極（５）および（６）とが互いに直交する
ように配置されている。ｍ ｆｆｉ ＋３１および（４
）により、矢印Ｙで示した方向の歪を測定でき、同様に
電極（５）および（６）により、矢印でＸで示した方向
の歪を測定することができる。したがって、第１図に示
した歪センサーを用いるとＸおよびＹ両方向の歪を同時
に測定することもできる。
基板（１）上に非単結晶系半導体（２）が形成されてお
り、さらにその上に１対の電極（３）および（４）と、
もう１対の電極（５）および（６）とが互いに直交する
ように配置されている。ｍ ｆｆｉ ＋３１および（４
）により、矢印Ｙで示した方向の歪を測定でき、同様に
電極（５）および（６）により、矢印でＸで示した方向
の歪を測定することができる。したがって、第１図に示
した歪センサーを用いるとＸおよびＹ両方向の歪を同時
に測定することもできる。
本発明の歪センサーは、ゲージ率Ｇの絶対値が大きいた
めに増幅用のアンプが不要であり、温度変化による抵抗
値への影響が小さいために温度補正が不要であり、磁場
による影響をうけにくいためにある程度大きな磁場下で
の歪測定にも使用可能であるという利点を有する。
めに増幅用のアンプが不要であり、温度変化による抵抗
値への影響が小さいために温度補正が不要であり、磁場
による影響をうけにくいためにある程度大きな磁場下で
の歪測定にも使用可能であるという利点を有する。
第１図は本発明の歪センサーの一実施態様を示す説明図
である。 （図面の主要符号） （１）二基板 （２）：非単結晶系半導体
である。 （図面の主要符号） （１）二基板 （２）：非単結晶系半導体
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ｓｉを含み、暗導電率の活性化エネルギーが１５ｍ
ｅＶ以下である非単結晶系半導体を用いた歪センサー。 ２ 前記半導体がＳｉのほかにＧｅおよびＳｎの少なく
とも１種を含む特許請求の範囲第１項記載の歪センサー
。 ３ 前記半導体の暗導電率の活性化エネルギーが８ｍｅ
Ｖ以下である特許請求の範囲第１項または第２項記載の
歪センサー。 ４ 前記半導体がＨおよびＦの少なくとも一種を含む特
許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の歪セン
サー。 ５ 前記半導体がｐ型またはｎ型である特許請求の範囲
第１項、第２項、第３項または第４項記載の歪センサー
。 ６ 前記半導体の基板が、表面粗さＲｍａｘが２００Å
以下の平滑なポリイミドフィルムである特許請求の範囲
第１項、第２項、第３項、第４項または第５項記載の歪
センサー。７ 前記半導体の５〜９０ｖｏｌ％が結晶相
である特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項
、第５項または第６項記載の歪センサー。 ８ 前記半導体の５〜２５ｖｏｌ％が結晶相である特許
請求の範囲第７項記載の歪センサー。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62080547A JP2516964B2 (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 歪センサ− |
| US07/295,969 US4937550A (en) | 1987-03-31 | 1988-03-30 | Strain sensor |
| PCT/JP1988/000320 WO1992005585A1 (en) | 1987-03-31 | 1988-03-30 | Distortion sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62080547A JP2516964B2 (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 歪センサ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63245962A true JPS63245962A (ja) | 1988-10-13 |
| JP2516964B2 JP2516964B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=13721371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62080547A Expired - Lifetime JP2516964B2 (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 歪センサ− |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2516964B2 (ja) |
| WO (1) | WO1992005585A1 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019065840A1 (ja) * | 2017-09-29 | 2019-04-04 | ミネベアミツミ株式会社 | ひずみゲージ |
| WO2019065752A1 (ja) * | 2017-09-29 | 2019-04-04 | ミネベアミツミ株式会社 | ひずみゲージ、センサモジュール |
| JP2019066454A (ja) * | 2017-09-29 | 2019-04-25 | ミネベアミツミ株式会社 | ひずみゲージ、センサモジュール |
| WO2019124458A1 (ja) * | 2017-12-22 | 2019-06-27 | ミネベアミツミ株式会社 | ひずみゲージ、センサモジュール |
| US11454488B2 (en) | 2017-09-29 | 2022-09-27 | Minebea Mitsumi Inc. | Strain gauge with improved stability |
| US11543308B2 (en) | 2017-09-29 | 2023-01-03 | Minebea Mitsumi Inc. | Strain gauge |
| US11542590B2 (en) | 2017-09-29 | 2023-01-03 | Minebea Mitsumi Inc. | Strain gauge |
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