KR100894660B1

KR100894660B1 - 용량형 센서

Info

Publication number: KR100894660B1
Application number: KR1020067004060A
Authority: KR
Inventors: 토모히사 호시노
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2009-04-24
Also published as: KR20060061364A; JP3930862B2; EP1719994A1; CN1820191A; EP1719994A4; US20070194395A1; TW200538712A; JP2005227182A; WO2005078404A1; CN100422707C

Abstract

제1 전극(1)과 제2 전극(2) 사이에 가드 전극(4)을 배치하고, 검출 회로(64)에 의해 제1 전극(1)과 가드 전극(4)의 교류의 전위차를 거의 0에 가깝게 하여 동전위로 하며, 또한 제1 전극(1) 및 제2 전극(2) 사이의 임피던스 변화를 검출하도록 하였기 때문에, 제1 전극(1)과 가드 전극(4) 사이에 생기는 기생 용량의 양단의 전위차를 외관상 작게 하거나 또는 거의 0으로 함으로써 기생 용량은 콘덴서로서 기능하지 않기 때문에, 검출 용량에 대한 영향을 외관상 없앨 수 있다. 이에 따라, 검출 회로(64)에 의해 용량형 센서(10)의 용량 변화량만을 검출할 수 있다.

Description

용량형 센서{CAPACITIVE SENSOR}

본 발명은 용량형 센서에 관한 것으로서, 예컨대, 압력 센서와 같이 정전 용량의 변화를 검출하는 용량형 센서에 관한 것이다.

용량형 센서는 일반적으로 지지 기판상에 제1 전극과 제2 전극이 대향하도록 배치되어 있고, 지지 기판과 제1 및 제2 전극은 스페이서나 고정 부재 등의 절연체로 고정 지지되어 있다. 그리고, 제1 전극을 검출 회로의 입력단에 접속하고, 제2 전극을 바이어스 전압원에 접속하기 위해서 제1 및 제2 전극에는 외부 접속용 패드가 형성되어 있다.

이러한 용량형 압력 센서는 제1 전극과 제2 전극 사이의 정전 용량의 변화를 검출 회로에 의해 검출함으로써 압력의 변화를 검출하고 있다.

상기 용량형 센서에 있어서, 제1 및 제2 전극은 검출하는 물리량에 따라 검출 동작하는 동작부로서 작용하지만, 스페이서나 고정 부재는 고정부로서 작용하며, 이 고정부의 용량은 기생 용량이 되어 센서 기준 용량의 일부가 되지만, 물리량의 검출에 관계없을 뿐만 아니라, 감도의 저하나 입력 환산 노이즈 레벨의 악화를 야기하고 있다.

한편, 용량형 센서의 일례가 일본 특허 공개 제2000-028462호 공보에 기재되 어 있다. 이 문헌에 기재된 용량형 센서는 반도체 기판상에 가드 전극을 설치하고, 그 위에 절연층을 통해 고정 전극을 형성하며, 그 위에 다이어프램으로 공동을 형성하고, 다이어프램의 층간에 가동 전극을 형성하여 가동 전극과 고정 전극 사이의 정전 용량을 검출하고 있다. 또한, 연산 증폭기로 가드 전극의 전위를 고정 전극과 동일하게 함으로써 외부 잡음의 혼입을 방지하고 있다.

상기 일본 특허 공개 제2000-028462호 공보에 기재된 용량형 센서는 외부 잡음의 영향을 받지 않도록 가드 전극을 설치하고 있지만, 이 가드 전극에 의해서도 입력 환산 노이즈 레벨의 악화를 방지할 수 없다.

본 발명의 목적은 감도를 향상시킬 수 있는 동시에 입력 환산 노이즈 레벨을 저감할 수 있는 용량형 센서를 제공하는 것이다.

본 발명은 제1 전극과, 제1 전극에 대향하여 배치되는 제2 전극과, 제1 전극에 대향하여 배치되는 가드 전극과, 제1 전극과 가드 전극의 전위차를 0에 가깝게 하는 동전위 수단과, 제1 전극 및 제2 전극 사이의 임피던스 변화를 검출하기 위한 검출 수단을 포함한다.

바람직하게는, 가드 전극은 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된다.

바람직하게는, 가드 전극과 제1 전극을 고정시키는 제1 지지 부재를 포함한다.

바람직하게는, 제2 전극상과 가드 전극을 고정시키는 제2 지지 부재를 포함한다.

바람직하게는, 지지 기판을 포함하며, 지지 기판상에 제1 전극 또는 제2 전극과, 제1 전극 또는 제2 전극과는 다른 도전 형식의 반도체층에 의해 가드 전극이 형성된다.

바람직하게는, 제1 전극 또는 제2 전극은 그 하면 중앙부에 오목부가 형성된 박막부를 포함하며, 박막부가 진동 전극이 된다.

바람직하게는, 박막부로서 형성된 제1 전극 또는 제2 전극이 진동 전극이 된다.

바람직하게는, 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 어느 한쪽은 진동 전극이다.

바람직하게는, 제1 전극 및 제2 전극은 모두 고정 전극이다.

본 발명의 다른 국면은, 각각이 대향하여 배치되고, 어느 한쪽 면적이 다른 쪽에 비하여 좁게 형성된 제1 및 제2 전극과, 제1 및 제2 전극 중 면적이 좁은 전극의 외주보다 외측에 배치되어 면적이 넓은 전극을 지지하는 지지 부재를 포함한다.

바람직하게는, 지지 기판을 포함하며, 지지 부재는 지지 기판상에서 면적이 넓은 전극을 지지한다.

바람직하게는, 제1 및 제2 전극 중 어느 한쪽은 지지 기판상에 배치되고, 지지 기판과 그 위에 형성되는 전극 사이에 배치되는 제3 지지 부재를 포함한다.

바람직하게는, 지지 기판의 중앙부에는 개구부가 형성되어 있고, 제3 지지 부재상에 형성된 전극이 진동 전극이 된다.

바람직하게는, 제1 및 제2 전극 중 어느 한쪽 전극상에 다른 쪽 전극이 배치되고, 한쪽 전극상에서 다른 쪽 전극을 지지하는 제4 지지 부재를 포함한다.

바람직하게는, 넓은 면적의 전극상에 면적이 좁은 전극이 배치되고, 넓은 면적의 전극상에 형성되는 제5 지지 부재와, 제5 지지 부재에 의해 지지되는 절연 부재를 포함하며, 면적이 좁은 전극은 절연 부재상에 형성된다.

바람직하게는, 제6 지지 부재와 절연 부재 사이에 배치되는 가드 전극과, 제1 전극과 가드 전극의 전위차를 0에 가깝게 하는 동전위 수단과, 제1 전극 및 제2 전극 사이의 임피던스 변화를 검출하기 위한 검출 수단을 포함한다.

본 발명은 제1 전극과 제2 전극 사이에 가드 전극을 배치하고, 동전위 수단에 의해 제1 전극과 가드 전극 전위차를 0에 가깝게 하여, 검출 수단에 의해 제1 전극 및 제2 전극 사이의 임피던스 변화를 검출하도록 하였기 때문에, 제1 전극과 가드 전극 사이에 생기는 기생 용량의 양단의 전위차를 제1 전극과 제2 전극 사이의 전위차보다 외관상 작게 하거나 또는 거의 0으로 함으로써 기생 용량은 콘덴서로서 기능하지 않기 때문에, 검출 용량에 대한 영향을 외관상 없앨 수 있다. 이에 따라, 검출 수단에 의해 용량형 센서의 용량 변화량만을 검출할 수 있기 때문에, 감도를 향상시킬 수 있는 동시에 입력 환산 노이즈 레벨을 저감할 수 있다.

또한, 어느 한쪽 면적이 다른 쪽에 비하여 좁게 형성된 제1 및 제2 전극을 대향하여 배치하고, 제1 및 제2 전극 중 면적이 좁은 전극의 외주보다 외측에 지지 부재를 배치하여 면적이 넓은 전극을 지지함으로써, 지지 부재에 의한 기생 용량이 제1 및 제2 전극 중 어느 하나의 검출 용량에 영향을 주는 일이 없다. 이와 같이 기생 용량을 저감할 수 있기 때문에, 감도를 향상시킬 수 있는 동시에 입력 환산 노이즈 레벨을 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 용량형 센서를 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 용량형 센서의 각 부분의 평면도.

도 3은 도 1에 도시된 용량형 센서에 있어서의 접속도의 일례를 도시한 도면.

도 4는 기생 용량의 영향을 외관상으로 없애는 동작을 설명하기 위한 도면.

도 5는 도 1에 도시된 용량형 센서에 있어서의 접속도의 다른 예를 도시한 도면.

도 6은 도 1에 도시된 용량형 센서에 있어서의 접속도의 또 다른 예를 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 용량형 센서를 도시한 도면.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 용량형 센서를 도시한 도면.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 용량형 센서의 단면도.

도 10은 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 용량형 센서의 단면도.

도 11은 본 발명의 제6 실시예에 있어서의 용량형 센서를 구성하는 각 부분의 평면도 및 용량형 센서의 단면도.

도 12는 본 발명의 제7 실시예에 있어서의 용량형 센서를 구성하는 각 부분의 평면도 및 용량형 센서의 단면도.

도 13은 본 발명의 제8 실시예의 있어서의 용량형 센서를 구성하는 각 부분의 평면도 및 용량형 센서의 단면도.

도 14는 본 발명의 제9 실시예에 있어서의 용량형 센서를 구성하는 각 부분의 평면도 및 용량형 센서의 단면도.

도 15는 본 발명의 제10 실시예에 있어서의 용량형 센서를 구성하는 각 부분의 평면도 및 용량형 센서의 단면도.

도 16은 본 발명의 제11 실시예에 있어서의 용량형 센서를 구성하는 각 부분의 평면도 및 용량형 센서의 단면도.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 용량형 센서를 도시한 도면으로서, 특히 도 1의 (a)는 평면도를 나타내고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 선 Ib-Ib를 따라 취한 단면도를 나타내며, 도 2는 도 1에 도시된 용량형 센서를 구성하는 각 부분의 평면도이다.

도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 용량형 센서(10)에는 제1 전극(1)과, 제2 전극(2)이 대향하여 배치되어 있다. 지지 기판이 되는 제2 전극(2)은 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 예컨대 거의 정방형의 단결정 실리콘 기판으로 형성되어 있고, 제2 전극(2)상에는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 예컨대 실리콘 산화막으로 이루어진 제1 지지 부재로서의 링형 절연물(3)이 형성되어 있다. 절연물(3)은 제2 전극(2)상에서 가드 전극(4)을 지지하는 스페이서 또는 고정 부재로서 기능한다.

가드 전극(4)은 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 절연물(3)상에 예컨대 다결 정 실리콘막에 의해 링형으로 형성되어 있다. 가드 전극(4)은 제1 전극(1)과 거의 동전위로 함으로써 감도 저하나 입력 환산 노이즈 레벨을 악화시키는 원인인 기생 용량에 따른 검출 용량에 대한 영향을 외관상으로 없애고, 감도를 향상시키는 동시에 입력 환산 노이즈 레벨을 저감하기 위해서 설치되어 있다.

가드 전극(4)상에는 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이 단면이 직사각형인 제2 지지 부재로서의 절연물(5)이 제2 전극(2)의 각 변에 대향하도록 예컨대 실리콘 산화막에 의해 형성되어 있다. 절연물(5)은 제1 전극(1)을 지지하는 스페이서 또는 앵커로서 기능한다. 절연물(5)상에는 도 2의 (e)에 도시된 바와 같은 제1 전극(1)이 예컨대 다결정 실리콘막에 의해 형성되어 있다. 제1 전극(1)은 진동판으로서 기능하는 것으로서 마름모꼴 형상으로 형성되어 있고, 각 모서리에는 그 위에 제1 전극 패드(11)를 형성하기 위해서 제2 전극(2)의 각 변에 대향하도록 직사각형의 돌기(12)가 형성되어 있다. 또한, 제2 전극(2)은 고정 전극으로서 기능한다.

도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 전극(1)의 돌기(12)상에는 4개의 제1 전극 패드(11)가 형성되고, 제2 전극(2)의 각 모서리에는 4개의 제2 전극 패드(21)가 형성되며, 가드 전극(4)의 삼각 돌기(42)상에는 4개의 가드 전극 패드(41)가 형성되어 있다.

도 3은 도 1에 도시된 용량형 센서(10)에 있어서의 접속도의 일례를 도시한 도면이고, 도 4는 기생 용량의 영향을 외관상으로 없애는 동작을 설명하기 위한 도이다.

도 1에 도시된 용량형 센서(10)의 제2 전극 패드(21)는 단자(61)에 접속되어 있고, 이 단자(61)에는 도시하지 않은 바이어스 전압원으로부터 바이어스 전압 ＋V가 공급되어 있다. 제1 전극 패드(11)에는 검출 회로(62)의 입력이 접속되고, 검출 회로(62)의 출력은 출력 단자(71)에 접속되는 동시에 게인 회로(63)의 입력에 접속되어 있다. 게인 회로(63)의 출력은 가드 전극 패드(41)에 접속되어 있다.

검출 회로(62)는 용량형 센서(10)의 제1 전극(1)과 제2 전극(2) 사이의 임피던스 변화를 검출하는 것으로서, 예컨대 게인이 A인 연산 증폭기에 의해 구성되어 있다. 한편, 게인 회로(63)는 예컨대 ＋1/A의 게인을 갖고 있다. 따라서, 검출 회로(62)의 출력을 게인 회로(63)에 부여함으로써 A×(＋1/A)＝1이 되기 때문에, 제1 전극(1)과 가드 전극(4)은 등가적으로 거의 동일한 교류 전위로 되어 기생 용량의 양단의 전위차를 제1 전극과 제2 전극 사이의 전위차보다 외관상 작게 하거나 또는 거의 0에 가깝게 할 수 있다.

또한, 보충적으로 설명하면, 용량형 센서(10)이기 때문에, 제1 전극(1)과 가드 전극(4) 사이에 직류의 전위차가 생겨도 되는 것은 명확하다. 도 3에서는, 검출 회로(62)와 게인 회로(63)에 의해 동전위 수단과 검출 수단을 구성하고 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 검출 회로(62)의 한쪽 입력은 제1 전극(1)과 가드 전극(4) 사이에 생기는 기생 용량(Ci)과, 제1 전극(1)과 제2 전극(2) 사이에 생기는 용량(C) 및 용량 변화(ΔC)의 합이 병렬로 접속된 것으로서 표시된다. 만약에 기생 용량(Ci)의 양단에 전위차가 있으면, 기생 용량(Ci)은 콘덴서로서 작용하며, 이 기생 용량(Ci)에 의해 감도를 저하시키는 동시에 입력 환산 레벨을 악화시키는 요인이 된다.

이것에 대하여, 이 실시예에서는, 기생 용량(Ci)의 양단의 전위차를 제1 전극과 제2 전극 사이의 전위차보다 외관상 작게 하거나 또는 거의 0으로 함으로써 기생 용량(Ci)은 콘덴서로서 기능하지 않기 때문에, 검출 용량에 대한 영향을 외관상 없앨 수 있다. 이에 따라, 검출 회로(62)에 의해 용량형 센서(10)의 용량 변화량(ΔC)만을 검출할 수 있기 때문에, 감도를 향상시킬 수 있는 동시에 입력 환산 노이즈 레벨을 저감할 수 있다.

도 5는 도 1에 도시된 용량형 센서에 있어서의 접속도의 다른 예를 도시한 도면이다. 이 도 5에 도시된 예는 동전위 수단 및 검출 수단을 구성하는 검출 회로(64)로서, 연산 증폭기의 한쪽 입력과 출력을 접속한 전압 폴로어(follower) 회로로 구성한 것이다. 전압 폴로어 회로는 게인이 1이기 때문에, 제1 전극(1)과 가드 전극(4)은 등가적으로 거의 동일한 교류 전위로 할 수 있다. 그 결과, 기생 용량(Ci)에 따른 검출 용량에 대한 영향을 외관상 없앨 수 있고, 용량형 센서(10)에 의해 용량 변화량(ΔC)만을 검출할 수 있기 때문에, 감도를 향상시킬 수 있는 동시에 입력 환산 노이즈 레벨을 저감할 수 있다.

도 6은 도 1에 도시된 용량형 센서에 있어서의 접속도의 또 다른 예를 도시한 도면이다. 이 도 6에 도시된 예는 도 3과 마찬가지로 하여 검출 회로(62)를 제1 전극 패드(11)와 출력 단자(71) 사이에 접속하는 동시에 제1 전극 패드(11)와 가드 전극 패드(41) 사이에 아날로그 버퍼(65)를 접속한 것이다.

아날로그 버퍼(65)는 게인이 1이기 때문에, 도 3과 마찬가지로 하여 제1 전극(1)과 가드 전극(4)을 거의 동일한 교류 전위로 유지하는 동전위 수단을 구성한다. 그 결과, 기생 용량(Ci)에 따른 검출 용량에 대한 영향을 외관상 없앨 수 있고, 감도를 향상시킬 수 있는 동시에 입력 환산 노이즈 레벨을 저감할 수 있다. 검출 회로(62)는 제1 전극(1)과 제2 전극(2) 사이의 임피던스 변화를 검출한다.

또한, 제1 전극(1)과 가드 전극(4)의 전위차는 제1 전극(1)과 제2 전극(2) 사이의 교류 전압의 전위차보다 작으면 된다. 또한, 제1 전극(1)과 가드 전극에 생기는 교류 전압의 레벨이 다소 다르더라도 각각의 위상이 거의 동일하면 된다. 따라서, 거의 동일한 전위에는 위상이 거의 동일한 개념도 포함하는 것으로 한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 용량형 센서를 도시한 도면으로서, 도 7의 (a)는 평면도이고, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 선 Ⅶb-Ⅶb를 따라 취한 단면도이다.

이 제2 실시예는 도 1에 도시된 용량형 센서(10)의 지지 기판인 제2 전극(2)의 하면에 사다리꼴 형상의 오목부(23)를 형성하고, 제1 전극(1)에 대향하는 부분이 얇아지도록 박막 부분(25)을 형성한 것이다. 도 1에 도시한 제1 실시예에서는 제1 전극(1)이 진동판으로서 기능하고 있었던 데 대하여, 이 도 7에 도시된 제2 실시예에서는, 제2 전극(2)의 박막 부분(25)이 진동판으로서 기능하고, 제1 전극(1)이 고정 전극으로서 기능한다. 그 이외의 구성은 도 1과 동일하며, 전기적인 접속도 도 3 내지 도 6을 적용함으로써, 감도를 향상시킬 수 있는 동시에 입력 환산 노 이즈 레벨을 저감할 수 있다. 또한, 오목부(23)는 직사각 형상이어도 좋다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 용량형 센서를 도시한 도면으로서, 특히 도 8의 (a)는 평면도이고, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 선 Ⅷb-Ⅷb를 따라 취한 단면도이다.

도 1에 도시된 제1 실시예에서는 지지 기판인 제2 전극(2)상에 절연물(3)을 통해 가드 전극(4)을 형성한 데 대하여, 이 제3 실시예는 이온 주입 또는 확산 등에 의해 p형/n형과 같이 다른 도전 형식의 반도체 확산층으로서, 비교적 두께가 있는 지지 기판(9)상에 제2 전극(2a)을 형성하고, 그 주위에 제1 전극(1)에 대향하여 가드 전극(4a)을 형성한 것이다. 제2 전극(2a)은 제1 전극(1)보다 직경이 작은 원판형으로 형성되어 있고, 또한 도시하지 않지만 원판의 일부로 띠 형상의 인출부가 형성되어 있으며, 그 선단부에 제2 전극 패드(21)가 형성되어 있다. 가드 전극(4a)에 대해서도 가드 전극 패드(41)가 형성되어 있다. 지지 기판(9)의 하부에는 제2 전극(2a)의 하면이 노출되도록 사다리꼴 형상의 오목부(43)가 형성되어 있다. 또한, 가드 전극(4a)은 반도체 도전 형식에 의해 역바이어스가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

이 제3 실시예에서는, 제2 전극(2a)이 진동 전극으로서 기능하고, 제1 전극(1)이 고정 전극으로서 기능한다. 그 밖의 제1 전극(1)이나 절연물(5) 등의 구성은 도 1과 동일하다. 이 제3 실시예에서는, 제2 전극(2a)과 가드 전극(4a)을 다른 도전 형식의 반도체 확산층으로 형성하였기 때문에, 양자간의 절연물을 불필요하게 할 수 있어, 이 부분에서 기생 용량이 생기지 않는다고 하는 이점이 있다.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 용량형 센서의 단면도이다. 이 제4의 실시예는 지지 기판(9)에 오목부(43)를 형성하고, 제1 전극(1)에 대향하는 부분에 박막 부분(44)을 형성한 것이다. 그 이외의 구성은 도 8과 동일하다.

도 10은 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 용량형 센서를 도시한 단면도이다. 이 실시예는 도 8과 마찬가지로 하여 지지 기판(9)에 제2 전극(2a)과 가드 전극(4a)을 이온 주입 또는 확산 등에 의해 형성한 것이지만, 도 8과 같이 지지 기판(9)에는 오목부(43)가 형성되어 있지 않고, 그 이외의 구성은 도 1과 동일하다. 따라서, 이 제5 실시예에서는, 제1 전극(1)이 진동 전극으로서 기능하고, 제2 전극(2a)이 고정 전극으로서 기능한다.

지금까지 설명한 도 1 내지 도 10의 각 실시예는 가드 전극(4, 4a∼4c)을 설치하고, 제1 전극(1, 1a)과 가드 전극(4, 4a∼4c)을 거의 동일한 전위로 함으로써 기생 용량을 저감시키도록 하였지만, 이하의 도 11 내지 도 16에 도시된 각 실시예는 가드 전극(4, 4a∼4c)을 설치하는 일없이 기생 용량을 저감한다. 즉, 각각이 대향하여 배치되는 제1 및 제2 전극 중 어느 한쪽 면적을 다른 쪽에 비하여 좁게 형성하고, 면적이 좁은 전극의 외주보다 외측에 절연 부재를 설치함으로써, 절연 부재에 의한 기생 용량의 영향을 경감시키는 것이다.

도 11은 본 발명의 제6 실시예에 있어서의 용량형 센서를 구성하는 각 부분의 평면도 및 도 11의 (e)의 선 XIf-XIf를 따라 취한 용량형 센서의 단면도이다.

도 11의 (a)에 도시된 기판(8)은 예컨대 거의 정방형으로 비교적 두께를 갖는 단결정 실리콘 기판에 의해 형성되어 있고, 중앙부에는 직사각형의 개구 부분 (81)이 형성되어 있다. 이 기판(8)상에는 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이 개구 부분(81)을 제외하고 예컨대 실리콘 산화막에 의해 절연물(3a)이 형성되어 있다. 도 11의 (c)에 도시된 바와 같이, 개구 부분(81)보다 직경이 작아지도록 원판형의 제2 전극(2b)이 예컨대 단결정 실리콘에 의해 형성되어 있고, 그 일부로부터 절연물(3a)상으로 연장되도록 인출부(24)가 형성되어 있으며, 그 선단부에는 도시하지 않지만 제2 전극 패드가 형성된다. 제1 전극(1a)은 고정 전극으로서 기능하고, 제2 전극(2b)은 진동 전극으로서 기능한다.

또한, 도 11의 (d)에 도시된 바와 같이 절연물(3a)상에는 제2 전극(2b)의 외주보다 외측에 기판(8)의 각 변에 대향하도록 4개의 비교적 두께가 있는 지지 부재로서의 절연물(5a)이 실리콘 산화막에 의해 형성되어 있다. 이 절연물(5a)은 제1 전극(1a)을 고정하기 위한 고정 부재로서 기능한다. 그리고, 도 11의 (e)에 도시된 바와 같이, 절연물(5a)에 의해 고정되도록 제1 전극(1a)이 다결정 실리콘막에 의해 형성되어 있다. 제1 전극(1a)은 4개의 절연물(5a)을 덮도록 제2 전극(2b)보다 큰 직경을 갖고 있다.

이 실시예에서는, 도 11의 (f)에 도시된 단면도로부터 밝혀지는 바와 같이, 진동 전극이 되는 제2 전극(2b)의 면적을 제1 전극(1a)의 면적보다 좁게 하고, 제2 전극(2b)의 외주보다 외측에 고정 부재가 되는 절연물(5a)을 형성하였기 때문에, 절연물(5a)에 의한 기생 용량이 제2 전극(2b)의 검출 용량에 영향을 주는 일이 없다. 또한, 절연물(5a)의 두께를 두껍게 함으로써, 기판(8)과 제1 전극(1a) 사이의 거리를 넓힐 수 있기 때문에, 이 사이에서의 기생 용량을 저감할 수 있다. 이와 같이 기생 용량을 저감할 수 있기 때문에, 감도를 향상시킬 수 있는 동시에 입력 환산 노이즈 레벨을 저감할 수 있다.

또한, 도 11에 있어서, 제1 전극(1a) 및 제2 전극(2b)에는 각각 패드가 설치되지만 도시를 생략하고 있다. 또한, 각 패드를 하나씩 설치하면 좋고, 패드 면적의 저감에 의해 기생 용량을 줄일 수 있다.

도 12는 본 발명의 제7 실시예에 있어서의 용량형 센서를 구성하는 각 부분의 평면도 및 도 12의 (e)의 선 XⅡf-XⅡf를 따라 취한 용량형 센서의 단면도이다.

이 제7 실시예는 도 12의 (a)에 도시된 기판(8)의 개구 부분(81)을 덮도록 도 12의 (b)에 도시된 절연물(3b)을 형성하고, 이 절연물(3b)상에 도 12의 (c)에 도시된 제2 전극(2b)을 형성한 것으로서, 그 이외의 구성은 도 11의 제6 실시예와 동일하다. 이 제7 실시예에 있어서도, 도 12의 (f)에 도시된 단면도로부터 밝혀지는 바와 같이, 제2 전극(2b)의 외측에 절연물(5a)이 형성되어 있고, 기판(8)과 제1 전극(1a) 사이의 거리를 넓힐 수 있기 때문에 기생 용량을 저감할 수 있다. 이에 따라, 감도를 향상시킬 수 있는 동시에 입력 환산 노이즈 레벨을 저감할 수 있다.

도 13은 본 발명의 제8 실시예에 있어서의 용량형 센서를 구성하는 각 부분의 평면도 및 도 13의 (e)의 선 XⅢf-XⅢf를 따라 취한 용량형 센서의 단면도이다.

이 제8 실시예는 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 기판(8a)에 도 12의 (a)에 도시된 개구 부분(81)을 형성하지 않는 것 이외에는 도 12의 실시예와 동일하다. 이 실시예에서는, 제2 전극(2b)이 고정 전극이 되고, 제1 전극(1a)이 진동 전극이 된다.

도 14는 본 발명의 제9 실시예에 있어서의 용량형 센서를 구성하는 각 부분의 평면도 및 도 14의 (d)의 선 XⅣe-XⅣe를 따라 취한 용량형 센서의 단면도이다.

이 제9 실시예는 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이 제2 전극(2c)이 비교적 두께가 있고 하면에 오목부(43)가 형성된 기판에 의해 구성되며, 이 제2 전극(2c)상에 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 주위 및 중앙의 원형 부분을 제외하고 절연물(3c)이 형성된다. 절연물(3c)상에 도 14의 (c)에 도시된 바와 같이 절연물(5b)이 형성되고, 절연물(5b)상에 도 11 내지 도 13과 마찬가지로 하여 제1 전극(1b)이 형성된다. 제1 전극(1b)에는 도시하지 않은 제1 전극 패드에 접속되는 인출부(13)가 형성되어 있다. 절연물(3c, 5b)은 제4 지지 부재를 구성하고 있다.

이 실시예에 있어서는 도 14의 (e)에 도시된 단면도로부터 밝혀지는 바와 같이, 절연물(3c)이 제1 전극(1b)의 외측을 둘러싸도록 형성되어 있어, 이 절연물(3c)의 기생 용량이 제1 전극(1b)의 검출 용량에 영향을 주는 일이 없다. 이 실시예에 있어서, 도 14의 (f)에 도시된 바와 같이 제2 전극(2c)의 하면에 오목부(43)를 형성하여 제2 전극(2c)을 진동 전극으로서 기능시키고, 제1 전극(1b)을 고정 전극으로서 기능시켜도 좋다.

또한, 도 14의 (e), (f)는 도 14의 (d)에 도시된 선 XⅣe-XⅣe를 따라 취한 단면도를 나타내고 있다.

도 15는 본 발명의 제10 실시예에 있어서의 용량형 센서를 구성하는 각 부분의 평면도 및 도 15의 (d)의 선 XVe-XVe를 따라 취한 용량형 센서의 단면도이다.

이 제10 실시예는 도 14의 (a)와 동일한 제2 전극(2c)상에 도 15의 (b)에 도 시된 4개의 절연물(3d)이 제2 전극(2c)의 각 변에 대향하도록 형성된다. 이들 절연물(3d)을 덮도록 도 15의 (c)에 도시된 원형상의 절연물(5c)이 형성된다. 그리고, 도 15의 (d)에 도시된 제1 전극(1c)이 절연물(5c)상에 형성된다. 이 실시예에 있어서도 도 15의 (e)에 도시된 단면도로부터 밝혀지는 바와 같이, 도 15의 (b)에 도시된 절연물(3d)이 제1 전극(1c)의 외주보다 외측에 배치되어 있기 때문에, 절연물(3d)에 의한 기생 용량이 제1 전극(1c)의 검출 용량에 대하여 영향을 주는 일이 없다.

또한, 제2 전극(2c)의 하면에는 도 15의 (f)에 도시된 바와 같이 오목부(43)를 형성하여 제1 전극(1c)이 고정 전극이 되고, 제2 전극(2c)이 진동 전극이 되도록 하여도 좋다.

도 16은 본 발명의 제11 실시예에 있어서의 용량형 센서를 구성하는 각 부분의 평면도 및 도 16의 (e)의 선 XⅥf-XⅥf를 따라 취한 용량형 센서의 단면도이다.

이 제11 실시예는 도 16의 (b)에 도시된 제5 지지 부재로서의 절연물(3d)과, 도 16의 (d)에 도시된 절연 부재로서의 절연물(5e) 사이에 도 16의 (c)에 도시된 가드 전극(4c)을 형성한 것이다. 이 가드 전극(4c)은 도 1 내지 도 10에서 설명한 가드 전극을 설치하여 기생 용량을 저감시키는 실시예와 동일한 기능을 갖는 것이다. 그리고, 전기적인 접속도 도 3 내지 도 6을 적용함으로써, 감도를 향상시킬 수 있는 동시에 입력 환산 노이즈 레벨을 저감할 수 있다.

따라서, 이 제11 실시예는 가드 전극(4c)과 제1 전극(1c)의 전위차를 거의 0으로 하고, 제1 전극(1c)의 면적을 제2 전극(2c)의 면적보다 좁게 형성하며, 제1 전극(1c)의 외주보다 외측에 절연물(3d)을 설치함으로써, 절연물(3d)에 의한 기생 용량의 영향을 경감할 수 있다.

또한, 도 11 내지 도 14의 실시예에 있어서도, 도 16의 (c)에 도시된 가드 전극(4c)을 설치하도록 하여도 좋다.

또한, 전술한 실시예는 제1 전극(1)과 제2 전극(2) 중 어느 한쪽을 진동 전극으로 하고, 다른 쪽을 고정 전극으로 하였지만, 이것에 한정되지 않고 양쪽 모두 고정 전극으로 하여도 좋으며, 또는 양쪽 모두 진동 전극이어도 좋다. 양쪽 모두 고정 전극으로 한 경우, 예컨대 습도 센서나 가스 센서나 유량 센서에 적용할 수 있다.

이상, 도면을 참조하여 이 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 도시한 실시예에 한정되지 않는다. 도시된 실시예에 대하여 본 발명과 동일한 범위 내에서, 또는 균등한 범위 내에서 여러 가지 수정이나 변형을 가할 수 있다.

본 발명의 용량형 센서는 감도를 향상시킬 수 있는 동시에 입력 환산 노이즈 레벨을 저감할 수 있어 압력 등을 검출하기 위해서 이용된다.

Claims

제1 전극과;

상기 제1 전극에 대향하여 배치되는 제2 전극과;

상기 제1 전극에 대향하여 배치되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 가드 전극과;

상기 제1 전극과 상기 가드 전극의 전위차를 0에 가깝게 하는 동전위 수단과;

상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 임피던스를 검출하기 위한 검출 수단을 포함하며,

상기 동전위 수단은, 상기 제1 전극과 상기 가드 전극과의 사이에 연결되어 있는 연산증폭기와 게인회로를 포함하거나, 상기 연산증폭기의 한쪽 입력과 출력을 접속하여 전압 폴로어 회로를 구성하거나, 또는 상기 연산증폭기와 상기 가드 전극 사이에 접속된 아날로그 버퍼를 포함하는 것인 용량형 센서.
삭제
제1항에 있어서, 상기 가드 전극과 상기 제1 전극을 고정시키며, 상기 제2 전극 상에 형성되는 제1 지지 부재를 더 포함하는 것인 용량형 센서.
제1항에 있어서, 상기 제2 전극과 상기 가드 전극을 고정시키고, 상기 가드 전극 상에 형성되며, 상기 제2 전극의 각 변에 대향하도록 형성되는 제2 지지 부재를 더 포함하는 것인 용량형 센서.
제1항에 있어서, 지지 기판을 더 포함하며,

상기 지지 기판상에 상기 제2 전극이 형성되며, 상기 제2 전극의 주위에 상기 제1 전극에 대향하여 상기 가드 전극이 형성되며, 상기 가드 전극과 상기 제2 전극은 서로 다른 도전 형식의 반도체층에 의해 형성되는 것인 용량형 센서.
제1항에 있어서, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극은 그 하면 중앙부에 오목부가 형성된 박막부를 포함하는 것인 용량형 센서.
삭제
제6항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 한쪽은 진동 전극인 것인 용량형 센서.
제1항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 모두 고정 전극인 것인 용량형 센서.
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기생용량을 경감시키기 위한 용량형 센서에 있어서,

각각이 대향하여 배치되고, 어느 한쪽의 면적이 다른 쪽에 비하여 좁게 형성된 제1 및 제2 전극과;

상기 제1 및 제2 전극 중 면적이 좁은 전극의 외주보다 외측에 배치되어 면적이 넓은 전극을 지지하는 지지 부재와;

상기 제1 및 제2 전극 중 어느 한쪽 전극상에 다른 쪽 전극을 지지하는 제4 지지 부재와;

상기 넓은 면적의 전극상에 형성되는 제5 지지 부재와;

상기 제5 지지 부재에 의해 지지되는 절연 부재와;

상기 제5 지지 부재와 절연 부재 사이에 배치되는 가드 전극과;

상기 제1 전극과 상기 가드 전극의 전위차를 0에 가깝게 하는 동전위 수단과;

상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 임피던스를 검출하기 위한 검출 수단

을 포함하며,

상기 넓은 면적의 전극상에 상기 면적이 좁은 전극이 배치되고, 상기 면적이 좁은 전극은 상기 절연 부재상에 형성되며,

상기 동전위 수단은, 상기 제1 전극과 상기 가드 전극과의 사이에 연결되어 있는 연산증폭기와 게인회로를 포함하거나, 상기 연산증폭기의 한쪽 입력과 출력을 접속하여 전압 폴로어 회로를 구성하거나, 또는 상기 연산증폭기와 상기 가드 전극 사이에 접속된 아날로그 버퍼를 포함하는 것인 용량형 센서.