KR840001795B1 - Semiconductor diaframe type sensor - Google Patents

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KR840001795B1
KR840001795B1 KR1019810000846A KR810000846A KR840001795B1 KR 840001795 B1 KR840001795 B1 KR 840001795B1 KR 1019810000846 A KR1019810000846 A KR 1019810000846A KR 810000846 A KR810000846 A KR 810000846A KR 840001795 B1 KR840001795 B1 KR 840001795B1
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마사노리 다나메
사또시 시마다
모도히사 니시하라
가즈지 야마다
요시다까 마쓰오까
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가부시기 가이샤 히다찌세이사꾸쇼
요시야마 히로요시
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

Abstract

The pressure sensor includes a monocrystalline silicon chip defining recesses on a borosilicate glass substrate in a housing with a hollow extension for connection to a point where pressure is to be determined. Holes in the substrate provide communication between the extension and some of the recesses. Above all the recesses are provided pressure-sensitive diaphragms associated with strain gauges in electrical bridges connected by electrodes and leads to terminals. The chip and substrate are materials with similar coefficients of thermal expansion and are bonded by anoic bonding.

Description

반도체다이어프램형센서Semiconductor Diaphragm Type Sensor

제1도는 본원 발명의 반도체다이어프램형센서의 원리를 설명하기 위한 응력분포도.1 is a stress distribution diagram for explaining the principle of the semiconductor diaphragm sensor of the present invention.

제2도는 본원 발명의 반도체다이어프램형센서의 일실시예를 나타낸 구조도.2 is a structural diagram showing an embodiment of a semiconductor diaphragm sensor of the present invention.

제3도는 제2도의 제도의피에조저항소자에 의한 휘이트스톤브리지(Wheatstone brrdge)회로도.FIG. 3 is a Wheatstone brrdge circuit diagram of the piezoresistive element of the drawing of FIG. 2. FIG.

제4도, 제5도는 제2도의 피에조저항소자의 확대설명도.4 and 5 are enlarged explanatory diagrams of the piezoresistive element of FIG.

제6도, 제7도는 다이어프램의 형상을 변형시켰을 경우의 구조도.6 and 7 are structural diagrams in the case where the shape of the diaphragm is deformed.

제8도(a)는 πl의 비직선성도.8 (a) is a nonlinearity diagram of pi.

제8도(b)는 πt의 비직선성도.8 (b) is a nonlinearity diagram of πt.

본원 발명의 반도체 다이어프램센서에 관한 것이며, 특히 압력 또는 힘등을 변형량으로 변환하여, 이것을 전기저항을 변화로서 검출하는 반도체 다이어프램형센서의 개량에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor diaphragm sensor, and more particularly, to an improvement of a semiconductor diaphragm type sensor that converts a pressure or a force into a deformation amount and detects this as a change in electrical resistance.

종래, 일본국 특개소 51(서기 1976)-69678호 공보에 볼 수 있듯이 실리콘 단결정기판(單結晶基板)을 중앙부와 외주부가 두꺼운데(肉厚部)로, 그 사이가 도우넛모양의 엷은데(簿肉部)로 되도록 형성하고, 엷은데에 피에조저항소자를 형성한 반도체 다이어프램형센서가 제안되어 있다.Conventionally, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 51 (West 1976) -69678, a silicon single crystal substrate has a thick center portion and an outer circumference portion, and a donut-shaped thin portion between them. BACKGROUND ART A semiconductor diaphragm type sensor is formed which is formed so as to form a thin film and has a piezoresistive element formed in a thin film.

이 센서는 압력인가시 엷은데에 생기는 막응력(膜應力)이 작기 때문에, 저압에 있어서도 입력압력과의 직선성이 양호하며 더구나 엷은데의 폭이 좁을수록 감도가 양호하다. 한편 피에조저항소자는 어느정도의 길이가 필요하지만 좁은 엷은데에 형성시킬 경우, 필연적으로 복수개의 피에조 저항소자를 직렬접속하게 된다.Since the sensor has a small film stress generated when the pressure is applied, the linearity with the input pressure is good even at low pressure, and the thinner the width, the better the sensitivity. On the other hand, the piezoresistive element needs a certain length, but when it is formed in a narrow thin film, a plurality of piezoresistive elements are necessarily connected in series.

그런데 피에조저항소자는 특정의 결정축(結晶軸)에 평행으로 설치되지만, 피에조저항소자를 복수개직렬접속했을 경우, 각 피에조저항소자에의 용력인가방향이 다르며, 입력 압력과 출력전압과의 직선성에 영향을 미치게 된다.However, the piezoresistive elements are provided in parallel to a specific crystal axis. However, when a plurality of piezoresistive elements are connected in series, the direction in which the force applied to the piezo resistors is different is different and the linearity between the input pressure and the output voltage is affected. Get mad.

본원 발명의 목적은 상시한 종래 기술의 결점을 없애고, 힘 또는 압력을 저(低)렌지까지 고감도로, 더구나 뛰어난 직선성으로 측정할 수 있는 반도체다이어프램센서를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor diaphragm sensor capable of measuring the force or pressure to a low range with high sensitivity and further excellent linearity, eliminating the drawbacks of the conventional prior art.

본원 발명의 특징은 다이어프램 재료로서 반도체단결성을 사용하여, 이들의 주변부에 두께가 두꺼운 고정부에 두께가 두꺼운 강체부(剛體部)를 형성하고, 그 사이의 엷은데를 확산에 의해서 피에조저항소자를 형성시키는 기왜부(起歪部)로 하여, 상기 고정부와 기왜부 및 강체부와 기왜부와의 경계선이 각기 상기반도체단결정의 어느 하나의 결정축(結晶軸)과 직각으로 교차하는 부분이 직선이 되도록 구성한 점에 있다.A feature of the present invention is to use a semiconductor unity as a diaphragm material, to form a thick rigid portion in a thick fixed portion at the periphery thereof, and to spread the thin film therebetween to spread the piezo resistor. A portion where the boundary line between the fixed portion, the distortion portion, and the rigid portion and the distortion portion crosses at right angles with one of the crystal axes of the semiconductor single crystal is a straight line. The point is that it is configured to be.

다음에 본원 발명의 일실시예를 도면에 의거하여 설명한다.Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

반도체 다이어프램상에 확산에 의해서 형성되는 피에조저항소자의 저항치변 ΔR/R화은 주지하는 바와같이, 상기 소자의 전류방향과 응력방향이 평행일 경우의 계수 πl(정)과 직각으로 교차할 경우의 계수 πt(부)에 의해, 1차근사(一次近似)로서 다음과 같이 표시된다.As is well known, the variation in resistance value ΔR / R of a piezoresistive element formed by diffusion on a semiconductor diaphragm is a coefficient when it crosses at a right angle with the coefficient πl (positive) when the current direction and the stress direction of the element are parallel. By pi (part), it is expressed as a first order approximation as follows.

Figure kpo00001
Figure kpo00001

여기서 σl,σt 각기 페에조저항소자에 작용하는 길이방향의 응력 및 직각방향의 응력이다.Where? 1 and? T are the stresses in the longitudinal direction and the stresses in the perpendicular direction respectively acting on the piezoresistor.

그런데, 기왜부(엷은데)상면의 응력분포는 제1도에 나타낸 바와같이 된다. 이러한 응력분포에 있어서는 상기 소자의 출력감도상 가장 효과적인 위치는 πt가 부(負)의 값일지라도 엷은데의 단부 근방에 있는 것은 제1도에 의해 명백하다. 또한 후술하는 실시예(1)에서 설명하는 바와같이, 입력압력에 대한 브리지출력감도를 최대로 하기 위해서는 상기 엷은데 상면의 증강강체부 근방과 주변의 고정부 근방에 각기 두개씩 피에조저항소자를 형성하고, 이것들로 브리지회로를 구성토록 하는 것이 바람직하다.By the way, the stress distribution on the top of the distortion part (thin) top surface is as shown in FIG. In this stress distribution, it is evident from FIG. 1 that the most effective position in the output sensitivity of the device is near the thin end, even though? T is a negative value. In addition, as described in Example (1) to be described later, in order to maximize the bridge output sensitivity with respect to the input pressure, two piezoresistive elements are formed in the vicinity of the reinforcement rigid part of the thin surface and in the vicinity of the fixed part of the periphery. It is desirable to form a bridge circuit with these.

한편, 이러한 반도체이어프램형센서의 직선성을 검토하고자, 본 발명자들은 (1)식을 발전시켜서 각 계수의 고차항까지 포함해서 해석하는 동시에, 실험을 한 결과, πt의 비직선성이 πl에 비해 현저하게 나쁘다는 것을 발견했다. 즉, 제8a도에 나타낸 것처럼 πl의 비선형성은 인장응력에서는 대충 0이며, 230MPa의 압력응력에서 1%이다. 한편, 의 비선형성은 제8b도에 나타낸 것처럼 230MPa의 인장응력에서 4.5%, 230MPa의 압축응력에서-3%이며, 양자에 현저한 차이가 있다. 이러한 검토 결과를 고려하면, 상기 다이어프램중심을 지나는 축에 평행으로 피에조저항소자를 배열함으로써, 직선성이 원리적으로 개선될 것이다.On the other hand, in order to examine the linearity of such a semiconductor earpiece-type sensor, the present inventors have developed (1) to include the higher order terms of the coefficients and analyze the same. Found significantly worse than that. That is, as shown in FIG. 8A, the nonlinearity of pi is approximately 0 in tensile stress, and 1% in pressure stress of 230 MPa. On the other hand, the non-linearity of is 4.5% in the tensile stress of 230MPa, -3% in the compressive stress of 230MPa, as shown in Figure 8b, there is a significant difference in both. Considering these findings, the linearity will be improved in principle by arranging the piezoresistor in parallel to the axis passing through the diaphragm center.

또한 본원 발명자들은 다이어프램의 엷은데의 형상과 직선상과의 관계에 대해서 해석 민 실험을 한 결과, 다이어프램 중심에서 엷은데시단(如端) 민 종단까지의 치수비를 0.5이상으로 하고, 이 엷은데의 두께에 대해, 강체부의 두께를 2배이상으로 함으로써, 막응력이 저감되며, 양호한 직선성을 나타낸다는 것을 발견했다.In addition, the inventors of the present invention conducted an analysis of the relationship between the thin shape of the diaphragm and the straight line, and as a result, the dimension ratio from the center of the diaphragm to the thin end of the minor end was 0.5 or more. It was found that the film stress was reduced and exhibited good linearity by making the thickness of the rigid body portion more than twice the thickness of.

제2도는 본원 발명의 반도체 다이어프램센서의 실시예를 나타낸다는 것으로, (a)는 평면도, (b)는 단면도이며, 압력계에 응용한 예를 나타내고 있다. 제2도에 있어서, (11)은 n형 실리콘의 단도체단결정으로 이루어진 다이어프램이며, 예를들면 {100}면의 기판을 사용하여, 고정부(31)로 되는 외주 두꺼운데와 중앙부의 강체부(32)로 되는 중앙 두꺼운데를 제외하고 홈결상부(溝狀欠部)(33)를 알칼리에칭에 의한 이방성가공(異方性加工)에 의해서 형성하고, 그것에 의해 구성된 엷은데를 기왜부(41)로 하고, 이 기왜부(41)의 상면에 피에조저항소자(5)를 P형불순물의 확산에 의해서 형성해 놓았다. 단, 피에조저항소자(5)는 {100}면에 있어서 πl이 최대로 되는 <100>축에 연해서 복수 배열하도록 형성시켰으며, 중앙강체부(32)근방에 피에조저항소자(51),(53)가, 또 의주고정부(31)근방에 피에조저항소자(52), (54)가 각기 형성되어 있다. 그리고 도시한 바와같이 고정부(31), 강체부(32)는 각기동심(同心)의 각변이 평행인 정방형이되도록 구성되어 있고, 또한 고정부(31)와 기왜부(41)및 강체부(32)와 기왜부(41)와의 경계선이 각기 반도체단결정의 결정축<110>과 직각으로 교차하는 직선으로 되도록 구성되어 있다. 그리고 피에조저항소자(51)∼(54)는 상기 경계선이 결정축<110>과 직각으로 교차하는 부분에 결정축과 평행으로 형성시켰으며, 피에조저항소자중, 특성이 좋은 쌍으로 되는 4개의 피에조저항소자(51)∼(54)를 선택하여, 제3도에 나타낸 바와같이 휘이트스톤 브리지회로를 짜고, 차동적(差動的)으로 출력을 얻도록 하는 동시에, 온도영향을 적게하도록 해 놓았다. 제3도에 있어서 (13)은 직류전원, (14)는 출력계기이다.2 shows an embodiment of the semiconductor diaphragm sensor of the present invention, (a) is a plan view, (b) is a sectional view, and shows an example applied to a pressure gauge. In Fig. 2, reference numeral 11 denotes a diaphragm made of a single-crystal single crystal of n-type silicon. For example, a {100} plane substrate is used to make the outer periphery thick and the rigid part of the center part. Except for the center thick portion, which is (32), the groove-shaped portion 33 is formed by anisotropic processing by alkali etching, and the thin portion formed therefrom is formed by the anisotropic processing. The piezoresistive element 5 is formed on the upper surface of the base distortion portion 41 by diffusion of P-type impurities. However, the piezoresistive elements 5 were formed so as to be arranged in plural on the {100} plane with respect to the <100> axis at which πl is the maximum. The piezoresistive elements 51, 53 are located near the central rigid portion 32. In addition, piezo resistors 52 and 54 are formed in the vicinity of the Uijugo government part 31, respectively. As shown in the drawing, the fixing part 31 and the rigid part 32 are configured to have a square in which the angular concentric sides are parallel, and the fixing part 31 and the distortion part 41 and the rigid part ( The boundary line 32) and the distortion part 41 are each configured to be a straight line crossing at right angles to the crystal axis <110> of the semiconductor single crystal. The piezoresistive elements 51 to 54 are formed parallel to the crystal axis at a portion where the boundary line intersects the crystal axis at a right angle, and the four piezoresistive elements are paired with good characteristics among the piezo resistors. By selecting (51) to (54), as shown in Fig. 3, the Wheatstone bridge circuit was fabricated so as to obtain an output differentially and to reduce the temperature influence. In Fig. 3, reference numeral 13 denotes a DC power supply, and 14 denotes an output meter.

제2도에 있어서, (6)은 피에조저항소자(5)의 출력(저항치 변화)을 외부에 꺼내서 상기한 브리지 회로를 짜기 위한 증착전극(蒸着電極)이며, 예를들어 알루미늄을 진공증착한 것이다. (7)은 다이어프램(1)상의 증착전극(6)을 단자전극(8)에 접속하는 리이드선이고, 단자전극(8)은 케이스(10)상에 고착되어 있는 단자판(9)상에 금-파라듐 등의 후막페이스트(厚膜 Paste) 또는 도금법으로 형성되어 있다. 그리고 다이어프램(1)의 고정부(31)는 지지대(12)에 견고하게 접착되어 있다.In Fig. 2, reference numeral 6 denotes a vapor deposition electrode for squeezing the output (change in resistance value) of the piezoresistive element 5 to the outside to form the bridge circuit described above, for example, vacuum deposition of aluminum. . (7) is a lead wire which connects the deposition electrode 6 on the diaphragm 1 to the terminal electrode 8, and the terminal electrode 8 is formed on the terminal plate 9 which is fixed on the case 10. It is formed by thick film paste such as palladium or plating. The fixing portion 31 of the diaphragm 1 is firmly adhered to the support 12.

지금, 제2b도의 화살표 방향에서 압력 P을 가하면, 다이어프램(11)은 아래쪽으로 휘며, 기왜부(41)의 면상에는 제1도에 나타낸 바와같은 반응이력 발생한다. 이때 피에조저항소자(51), (53)는 압축응력에 대응해서 저항치가 감소하며, 피에조저항소자(52), (54)는 인장응력에 대응해서 저항치가 증가한다. 따라서, 제3도에 나타낸 브리지회로에서 압력에 대응한 출력전력을 자동적으로 꺼낼수 있다.Now, when the pressure P is applied in the direction of the arrow in FIG. 2B, the diaphragm 11 bends downward, and the reaction history as shown in FIG. 1 occurs on the plane of the distortion part 41. As shown in FIG. At this time, the piezo resistors 51 and 53 decrease in resistance in response to the compressive stress, and the piezo resistors 52 and 54 increase in resistance in response to the tensile stress. Therefore, the output power corresponding to the pressure can be automatically taken out in the bridge circuit shown in FIG.

제4도는 제2도에 나타낸 피에조저항소자(51)∼(54)를 확대해서 나타낸 것으로, (a)는 평면도, (b)는 단면도이며, 제5도는 그중의 피에조저항소자(51)를 더욱 확대해서 나타낸 것이다. 이 종류의 센서는 일반적으로 외부에 증폭기를 설치해서 출력신호를 처리하는 것이 보통이다. 이경우, 증폭기로서 사용하고 있는 여러가지 회로소자 등에의 구동용전력을 고려해서, 센서에 소비되는 전력을 적게 억제할 필요가 있다. 그 때문에 증폭기의 사양(仕樣)에 의해서 피에조저항소자의 초기 저항치의 하한이 결정된다. 한편, 확산형피에조저항소자를 제작할 경우, 그것의 초기 저항치는 확산불순물 농도와 피에조저항소자의 형상치수로 결정된다. 그중 불순물 농도는 피에조저항소자의 온도계수를 결정하는 중요한 홱터이며, 그 가장 적절한 값은 센서의 온도특성의 관점에서 결정하는 것이 좋다. 따라서 소정의 저항치를 얻기 위해서는 피에조저항소자의 형상치수를 바꾸도록 하지 않으면 안된다. 그런데 주지하는 바와같이, 저항치는 피에조저항소자의 길이에 비례하며, 폭에 반비례한다. 상기한 바와같이, 증폭기축에서 초기 저항치의 하한이 되어버릴 경우에는, 피에조저항소자의 길이를 길게하고, 폭을 극력작게 할 필요가 생기는 경우가 많다. 그러나, 단순히 피에조저항소자를 길게하면, 제1도에 나타낸 응력분포에서 명백한 것처럼 유효한 응력-저항치 변화의 변환이 얻어지지 않게된다. 또 피에조저항소자의 폭을 작게하는 것은 기술적으로 한계가 있다. 따라서 저항치가 큰 피에조저항소자로 하기 위해서는 서로 평행인 복수의 피에조저항세조(細條)를 형성시켜, 그들을 전기적으로 직렬접속한 구성의 것으로 하는 것이 가장 유효하다. 더구나 제2도에 나타낸 실시예에 의하면, 피에조저항소자(51)∼(54)를 형성시키는 부분의 각각의 경계선이 직선으로 되어 있으므로, 중앙강체부 민 외주고정부가 원형으로 되어있는 것과 비교하며 상기 방법을 채용하는데 적합한 구조로 되어 있다. 그래서 본원 발명에 있어서는 제5도에 나타낸 바와같이, 피에조저항소자(51)를 4개의 서로 평행인 피에조저항(511)∼(514)를 접속도체(15)로 직렬접속함으로써 구성했다. 피에조저항소자(52)∼(54)에 대해서도 마찬가지이다. 그리고 제2도에 나타낸 바와같이, 쌍으로 되는 피에조저항소자(51)∼(54)는 다이어포램(1)상에 완전히 등가적으로 4조(組)를 형성시킬 수 있고, 이러한 4조중에서 센서로서 가장 특성이 좋은 것을 선택해서 사용토록 할수 있으며, 이것에 의해 양산성을 대폭 향상시킬 수 있다.4 is an enlarged view of the piezoresistors 51 to 54 shown in FIG. 2, (a) is a plan view, (b) is a sectional view, and FIG. 5 is a view of the piezoresistors 51 therein. It is shown enlarged. This type of sensor usually processes an output signal by installing an external amplifier. In this case, it is necessary to reduce the power consumed by the sensor in consideration of the driving power to various circuit elements and the like used as the amplifier. Therefore, the lower limit of the initial resistance value of a piezoresistive element is determined by the specification of an amplifier. On the other hand, when fabricating a diffusion type piezoresistive element, its initial resistance value is determined by the diffusion impurity concentration and the shape dimension of the piezoresistive element. Among them, the impurity concentration is an important filter for determining the temperature coefficient of the piezoresistive element, and the most appropriate value is preferably determined in view of the temperature characteristic of the sensor. Therefore, in order to obtain a predetermined resistance value, the shape dimension of the piezoresistive element must be changed. However, as is well known, the resistance value is proportional to the length of the piezoresistive element and inversely proportional to the width. As described above, when the lower limit of the initial resistance is achieved in the amplifier shaft, it is often necessary to increase the length of the piezoresistive element and to make the width extremely small. However, simply lengthening the piezoresistive element prevents the conversion of the effective stress-resistance value change as apparent from the stress distribution shown in FIG. In addition, there is a technical limitation to reducing the width of the piezoresistive element. Therefore, in order to make a piezoresistive element having a large resistance value, it is most effective to form a plurality of piezoresistors parallel to each other and to electrically connect them in series. In addition, according to the embodiment shown in FIG. 2, since the boundary lines of the portions forming the piezoresistive elements 51 to 54 are straight lines, the outer rigid part of the central rigid part is compared with the circular one. The structure is suitable for employing the above method. Therefore, in the present invention, as shown in Fig. 5, the piezoresistive elements 51 are constituted by connecting four piezo resistors 511 to 514 in parallel with each other by the connecting conductor 15. The same applies to the piezo resistors 52 to 54. As shown in FIG. 2, the paired piezoresistors 51 to 54 can form four pairs on the diaphragm 1 completely equivalently, and among these four pairs, the sensor As a result, it is possible to select and use the one with the best characteristics, thereby greatly improving mass productivity.

상기한 본 발명의 실시예에 의하면According to the embodiment of the present invention described above

(가) 중앙강체부에 부착된 각형(角形) 다이어프램(11)을 사용하고 있으므로, 저압력렌지까지 직선성이 양호하며, 또한 고감도의 측정이 가능해진다.(A) Since the square diaphragm 11 attached to the center rigid body part is used, the linearity to a low pressure range is good and high sensitivity can be measured.

(나) 이상적인 탄성특성을 갖는 반도체단결정을 사용하여, 확산에 의해서 피에조저항소자(5)를 형성한 구성의 다이어프램(11)으로 하였으므로, 전체가 일체로 되어 있고, 히스테리시스나 크리이프가 적으며, 또한 안정성이 뛰어난 것으로 할 수 있다.(B) Since the diaphragm 11 having the structure in which the piezoresistive element 5 is formed by diffusion using a semiconductor single crystal having an ideal elastic property, the whole is integral, there are few hysteresis and creep. It can be made excellent in stability.

(다) 브리지회로를 구성하는 4개의 피에조저항소자(51)∼(54)는 IC기술에 의해 한번에 형성할 수 있으며, 특히 기판으로서 실리콘의 {100}면의 기판을 사용하면, 알칼리에칭에 의한 이방성가공이 가능해지기 때문에, 양산성이 향상되며, 또한 온도영향이나 특성의 불균일성을 작은 것으로 할 수 있다.(C) The four piezoresistive elements 51 to 54 constituting the bridge circuit can be formed at one time by IC technology, and in particular, when a substrate of {100} plane of silicon is used as the substrate, Since anisotropic processing becomes possible, mass productivity improves, and it can make small the influence of a temperature and the nonuniformity of a characteristic.

그리고 제6도, 제7도는 다이어프램의 형상을 변화시켰을 경우의 구조도이며, 각기(a)는 단면도, (b)는 평면도이다. 제6도에 있어서는 외주의 고정부(31)의 내외주 민 중앙강체부(32)의 외주가 모두 원형으로 되어 있지만, 고정부(31)와, 기왜부와의 사이의 경계선 민 기왜부(41)와 중앙강체부(32)와의 사이의 경계선중, 반도체결정의 어느 하나의 결정축<110>직각으로 교차하는 부분이 있는 폭만이 직선으로 되도록 직선부(311), (321)가 설치되어 있다. 이와같은 구성의 다이어프램(11)으로 하더라도, 기왜부(41)의 직선부(311),(321) 근방에 각기 제6도에 나타낸 피에조저항소자(51)(54)를 형성시키는 것이 용이하며, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또 이 경우는 내진성(而震性)이 향상되고, 다이어프램(11)의 수명이 길어진다고 하는 새로운 효과가 있다.6 and 7 are structural diagrams in the case where the shape of the diaphragm is changed, respectively (a) is a sectional view, and (b) is a plan view. In FIG. 6, although the outer periphery of the inner and outer periphery center rigid body part 32 of the outer periphery fixing part 31 is all circular, the boundary line min anamorphic part 41 between the fixing part 31 and the anaerobic part 41 is circular. ) And the straight portions 311 and 321 are provided so that only the width of the boundary line between the center rigid portion 32 and the center rigid portion 32 is a straight line with a portion intersecting at any one of the crystal axes of the semiconductor crystal at right angles. Even in the diaphragm 11 having such a configuration, it is easy to form the piezoresistive elements 51 and 54 shown in FIG. 6 near the straight portions 311 and 321 of the distortion part 41, respectively. The same effect can be obtained. In this case, the seismic resistance is improved and the diaphragm 11 has a long life.

제7도에 있어서는 고정부(31)와 중앙강체부(32)를 함께 정방형으로 되도록 다이어프램(11)을 구성해 놓았으며, 이 경우는 기왜부(41)의 길이방향으로 밖에 피에조저항소자(5)를 형성할 수 없지만, 결정축<110>에 직각으로 교차하는 각 경계선의 직선부분이 길게 되어 있으므로, 이 부분의 기왜부(41)의 폭을 좁게 하더라도 다수의 피에조저항세조를 서로 평행으로 형성하여 이들을 직렬접속해서 소정의 저항치의 피에조저항소자로 하는 것이 가능하며, 기왜부(41)의 강체부(32)와 고정부(31)와의 사이의 폭을 좁게하여, 비직선오차를 더욱 작게할 수 있다고 하는 효과가 있다.In FIG. 7, the diaphragm 11 is formed so that the fixing part 31 and the center rigid part 32 may be square together, and in this case, the piezoresistive element 5 only extends in the longitudinal direction of the distortion part 41. ), But the straight portion of each boundary line that crosses the crystal axis <110> at right angles is long, so that even when the width of the anaerobic portion 41 is narrowed, a plurality of piezoresistive vessels are formed in parallel with each other. These can be connected in series to form a piezoresistive element having a predetermined resistance value, and the nonlinear error can be further reduced by narrowing the width between the rigid portion 32 and the fixed portion 31 of the distortion portion 41. It is said to have an effect.

또, 실시예에서는 실리콘반도체단결정의{100}면의 기판을 사용하고 있지만, 본원 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 다른 결정면의 것을 사용해도 좋다. 또, 반도체 결정으로서는 실리콘에 한정되는 것은 아니며, 게르마늄 등의 다른 피에조저항 효과를 갖는 반도체 재료를 사용하도록 해도 좋다. 또, 실시예에서는 압력측정의 경우에 대해서 설명했지만, 중앙강체부(32)에 힘을 가하도록 하면 힘의 측정을 할 수도 있어서 동일한 효과가 있다.In addition, although the board | substrate of the {100} surface of a silicon semiconductor single crystal is used in the Example, this invention is not limited to this, You may use another crystal surface. In addition, the semiconductor crystal is not limited to silicon, and a semiconductor material having another piezoresistive effect such as germanium may be used. Moreover, although the case of pressure measurement was demonstrated in the Example, when a force is applied to the central rigid body part 32, a force measurement can also be performed and it has the same effect.

이상 설명한 바와같이 본원 발명에 의하면 힘 또는 압력을 저렌지까지 감도이고 또한 양호한 직선성을 갖게하여 측정할 수 있다고 하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, there is an effect that the force or the pressure can be measured up to a low range with sensitivity and good linearity.

Claims (1)

반도체단결정으로 이루어지며, 그 중앙에 두꺼운 강체부(32)와, 이 강체부(32)의 주위에 형성된 엷은데의 기왜부(起歪部)(41)와, 이 기왜부(41)의 주위에 형성된 링상의 두께가 두꺼운 고정부(31)를 가지며, 상기 기왜부(41)에 상기 반도체결정의 어느 하나가 결정축(結晶軸)에 평행으로 피에조저항소자를 형성시킨 반도체다이어프램센서에 있어서, 상기 피에조저항소자가 형성되는 부분의 기왜부(41)를 상기 하나의 결정축과 직각으로 교차하도록 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 다이어프램센서.It is made of a semiconductor single crystal and has a thick rigid body portion 32 in the center thereof, a thin distortion portion 41 formed around the rigid body portion 32, and a circumference of the distortion portion 41. A semiconductor diaphragm sensor having a ring-shaped fixed portion 31 formed in the upper portion of the semiconductor diaphragm in which one of the semiconductor crystals is formed in the distortion portion 41 in parallel with a crystal axis. A semiconductor diaphragm sensor, characterized in that the distorted portion (41) of the portion where the piezoresistive element is formed is crossed at right angles to the one crystal axis.
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