TWI484205B - 壓力感測器、聲音麥克風、血壓感測器及觸控面板 - Google Patents

壓力感測器、聲音麥克風、血壓感測器及觸控面板 Download PDF

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TWI484205B
TWI484205B TW103107512A TW103107512A TWI484205B TW I484205 B TWI484205 B TW I484205B TW 103107512 A TW103107512 A TW 103107512A TW 103107512 A TW103107512 A TW 103107512A TW I484205 B TWI484205 B TW I484205B
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Yoshihiko Fuji
Kei Masunishi
Hideaki Fukuzawa
Yoshihiro Higashi
Michiko Hara
Akio Hori
Tomohiko Nagata
Shiori Kaji
Akiko Yuzawa
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Toshiba Kk
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Publication date
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    • G01L5/1627—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of strain gauges
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    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
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Description

壓力感測器、聲音麥克風、血壓感測器及觸控面板 [相關申請案之交叉參考]
本申請案係基於並主張2013年6月12日申請之日本專利申請案第2013-124111號之優先權利；該案之全部內容係以引用方式併入本文。
本文描述之實施例大體上係關於一種壓力感測器、一種聲音麥克風、一種血壓感測器及一種觸控面板。
使用微機電系統(MEMS)技術之壓力感測器包含(例如)一壓電電阻變化類型及一靜電電容類型。另一方面，提出使用自旋技術之一壓力感測器。在使用自旋技術之壓力感測器中，感測對應於應變力之一電阻變化。對於使用自旋技術之壓力感測器，期望一極靈敏壓力感測器。
10‧‧‧第一磁性層
10m‧‧‧磁化
20‧‧‧第二磁性層
20m‧‧‧磁化
30‧‧‧間隔層
30a‧‧‧間隔層
50‧‧‧感測元件
50a‧‧‧第一感測元件
50b‧‧‧第二感測元件
50c‧‧‧第三感測元件
50d‧‧‧第四感測元件
50e‧‧‧第五感測元件
50u‧‧‧感測單元
51‧‧‧第一磁化固定層
51a‧‧‧第一磁化固定層
52‧‧‧第二磁化固定層
52a‧‧‧第二磁化固定層
55c‧‧‧罩蓋層
55f‧‧‧磁化自由層
55fa‧‧‧第一磁化自由層
55fb‧‧‧第二磁化自由層
55p‧‧‧釘紮層
55pa‧‧‧釘紮層
55x‧‧‧磁性耦合層
55xa‧‧‧磁性耦合層
57‧‧‧堆疊體
58h‧‧‧硬偏壓層
58i‧‧‧絕緣層
58l‧‧‧下部電極
58u‧‧‧上部電極
59‧‧‧基礎層
60a‧‧‧上部電極
60b‧‧‧下部電極
61‧‧‧第一互連件
62‧‧‧第二互連件
63‧‧‧層間絕緣膜
65‧‧‧通孔接觸件
70a‧‧‧各向異性應變力發生區域
70c‧‧‧中心部分
70d‧‧‧膜部件
70h‧‧‧中空部分
70p‧‧‧周邊部分
70r‧‧‧外緣
70s‧‧‧支撐單元
70x‧‧‧第一軸
70y‧‧‧第二軸
70cc‧‧‧質心
70cr‧‧‧外接矩形
70crd‧‧‧質心
70dc‧‧‧質心
70fs‧‧‧膜表面
70sc‧‧‧角隅部分
70s1‧‧‧第一側
70s2‧‧‧第二側
70s3‧‧‧第三側
70s4‧‧‧第四側
70s11‧‧‧端
70s12‧‧‧端
70s21‧‧‧端
70s22‧‧‧端
75‧‧‧元件安置區域
75a‧‧‧端部各向異性應變力發生區域
75b‧‧‧弧線
76‧‧‧第一元件安置區域
76a‧‧‧第一端部各向異性應變力發生區域
76b‧‧‧第一弧線
77‧‧‧第二元件安置區域
77a‧‧‧第二端部各向異性應變力發生區域
77b‧‧‧第二弧線
78a‧‧‧第一區域
78b‧‧‧第二區域
78c‧‧‧第三區域
78d‧‧‧第四區域
90d‧‧‧薄膜
90s‧‧‧基板
110‧‧‧壓力感測器
111‧‧‧壓力感測器
112‧‧‧壓力感測器
113‧‧‧壓力感測器
114‧‧‧壓力感測器
119‧‧‧壓力感測器
119a‧‧‧壓力感測器
119b‧‧‧壓力感測器
120‧‧‧壓力感測器
120a‧‧‧壓力感測器
120b‧‧‧壓力感測器
120c‧‧‧壓力感測器
120d‧‧‧壓力感測器
120e‧‧‧壓力感測器
120f‧‧‧壓力感測器
120g‧‧‧壓力感測器
120h‧‧‧壓力感測器
121‧‧‧壓力感測器
122‧‧‧壓力感測器
123‧‧‧壓力感測器
124‧‧‧壓力感測器
130‧‧‧壓力感測器
131‧‧‧壓力感測器
132‧‧‧壓力感測器
133‧‧‧壓力感測器
134‧‧‧壓力感測器
201‧‧‧感測元件
202‧‧‧感測元件
203‧‧‧感測元件
204‧‧‧感測元件
205‧‧‧感測元件
206‧‧‧感測元件
207‧‧‧感測元件
310‧‧‧壓力感測器
310a‧‧‧端
310b‧‧‧端
310e‧‧‧感測組件
320‧‧‧聲音麥克風
321‧‧‧印刷電路板
323‧‧‧罩蓋
325‧‧‧聲音孔
329‧‧‧聲音
330‧‧‧血壓感測器
331‧‧‧動脈血管
333‧‧‧皮膚
340‧‧‧觸控面板
341‧‧‧控制器
345‧‧‧控制電路
346‧‧‧第一互連件
346d‧‧‧第一互連件電路
347‧‧‧第二互連件
347d‧‧‧第二互連件電路
415‧‧‧天線
416‧‧‧電互連件
417‧‧‧傳輸電路
417a‧‧‧類比轉數位(AD)轉換器
417b‧‧‧曼徹斯特編碼單元
417c‧‧‧切換單元
417d‧‧‧時序控制器
417e‧‧‧資料校正單元
417f‧‧‧同步單元
417g‧‧‧判定單元
417h‧‧‧壓控振盪器
417r‧‧‧接收電路
418‧‧‧接收單元
418a‧‧‧記憶體單元
418b‧‧‧中央處理單元
418d‧‧‧電子裝置
430‧‧‧半導體電路單元
440‧‧‧壓力感測器
450‧‧‧感測元件
441‧‧‧壓力感測器
464‧‧‧膜部件
467‧‧‧固定單元
471‧‧‧基座單元
512G‧‧‧閘極
512D‧‧‧汲極
512l‧‧‧元件隔離絕緣層
512M‧‧‧半導體層
512S‧‧‧源極
514a‧‧‧層間絕緣層
514b‧‧‧層間絕緣層
514c‧‧‧連接支柱
514d‧‧‧連接支柱
514e‧‧‧連接支柱
514f‧‧‧互連件單元
514g‧‧‧互連件單元
514h‧‧‧層間絕緣層
514i‧‧‧層間絕緣層
514j‧‧‧連接支柱
514k‧‧‧連接支柱
514l‧‧‧犧牲層
531‧‧‧半導體基板
532‧‧‧電晶體
550‧‧‧感測元件
550f‧‧‧堆疊膜
557‧‧‧互連件
558‧‧‧互連件
561bf‧‧‧絕緣膜
561f‧‧‧導電層
561fa‧‧‧連接支柱
562f‧‧‧導電層
562fa‧‧‧連接支柱
562fb‧‧‧連接支柱
564‧‧‧膜部件
565‧‧‧絕緣層
565f‧‧‧絕緣膜
566‧‧‧絕緣層
566f‧‧‧絕緣膜
566o‧‧‧開口
566p‧‧‧開口
567‧‧‧固定單元
570‧‧‧中空部分
571‧‧‧基座單元
610‧‧‧麥克風
620‧‧‧顯示單元
710‧‧‧個人數位助理
L1‧‧‧第一長度
L2‧‧‧第二長度
L3‧‧‧第三長度
L4‧‧‧第四長度
L5‧‧‧第五長度
L6‧‧‧第六長度
L7‧‧‧第七長度
L8‧‧‧第八長度
L3a‧‧‧長度
L4a‧‧‧長度
L5a‧‧‧長度
L6a‧‧‧長度
cs‧‧‧壓縮應變力
dx‧‧‧位置
dy‧‧‧位置
Fz‧‧‧壓力
Lt‧‧‧厚度
PX‧‧‧點
PXa‧‧‧點
PXa1‧‧‧點
PY‧‧‧點
PYa‧‧‧點
PYa1‧‧‧點
R1‧‧‧第一陰影區域
R2‧‧‧第二陰影區域
R3‧‧‧第三陰影區域
R4‧‧‧第四陰影區域
R5‧‧‧第五陰影區域
R6‧‧‧第六陰影區域
R7‧‧‧第七陰影區域
S110‧‧‧步驟
S120‧‧‧步驟
S121‧‧‧步驟
S130‧‧‧步驟
S140‧‧‧步驟
S150‧‧‧步驟
S160‧‧‧步驟
S170‧‧‧步驟
ts‧‧‧拉伸應變力
uz‧‧‧偏轉量
εx‧‧‧第一應變力
εy‧‧‧第二應變力
△ε‧‧‧各向異性應變力
圖1A至圖1D係繪示根據第一實施例之一壓力感測器之示意圖；圖2A至圖2I係繪示壓力感測器之操作之示意透視圖；圖3A至圖3C係繪示根據第一實施例之壓力感測器之操作之示意圖；圖4A至圖4C係繪示一參考實例之一壓力感測器之操作之示意 圖；圖5A至圖5F係繪示根據第一實施例之壓力感測器之組態及特性之示意圖；圖6A至圖6D係繪示根據一參考實例之一壓力感測器之組態及特性之示意圖；圖7係繪示壓力感測器之一示意平面圖；圖8A至圖8D係繪示壓力感測器之特性之圖表；圖9A及圖9B係繪示壓力感測器之特性之圖表；圖10A至圖10D係繪示根據第一實施例之另一壓力感測器之組態及特性之示意圖；圖11A至圖11C係繪示根據一參考實例之一壓力感測器之組態及特性之示意圖；圖12係繪示壓力感測器之一示意平面圖；圖13A至圖13C係繪示根據第一實施例之其他壓力感測器之示意平面圖；圖14A至圖14C係繪示根據第一實施例之壓力感測器之示意圖；圖15A至圖15C係繪示根據第一實施例之壓力感測器之示意透視圖；圖16A至圖16D係繪示根據一第二實施例之一壓力感測器之示意圖；圖17A及圖17B係繪示根據第二實施例之壓力感測器之組態及特性之示意圖；圖18A及圖18B係繪示根據一參考實例之一壓力感測器之組態及特性之示意圖；圖19係繪示一壓力感測器之一示意平面圖；圖20A至圖20D係繪示壓力感測器之特性之圖表； 圖21A及圖21B係繪示根據第二實施例之另一壓力感測器之組態及特性之示意圖；圖22係繪示根據第二實施例之另一壓力感測器之一示意圖；圖23A及圖23B係繪示根據第二實施例之其他壓力感測器之示意平面圖；圖24A至圖24F係繪示根據第二實施例之其他壓力感測器之示意平面圖；圖25A及圖25B係繪示根據第二實施例之其他壓力感測器之示意平面圖；圖26係繪示根據第二實施例之另一壓力感測器之一示意透視圖；圖27A及圖27B係繪示根據第二實施例之另一壓力感測器之組態及特性之示意圖；圖28係繪示根據一第三實施例之一壓力感測器之一示意透視圖；圖29係繪示根據第三實施例之另一壓力感測器之一示意透視圖；圖30係繪示根據第三實施例之另一壓力感測器之一示意透視圖；圖31係繪示根據第三實施例之另一壓力感測器之一示意透視圖；圖32係繪示根據第三實施例之另一壓力感測器之一示意透視圖；圖33係繪示於實施例中使用之感測元件之一示意透視圖；圖34係繪示於實施例中使用之另一感測元件之一示意透視圖；圖35係繪示於實施例中使用之另一感測元件之一示意透視圖； 圖36係繪示於實施例中使用之另一感測元件之一示意透視圖；圖37係繪示於實施例中使用之另一感測元件之一示意透視圖；圖38係繪示於實施例中使用之另一感測元件之一示意透視圖；圖39係繪示於實施例中使用之另一感測元件之一示意透視圖；圖40A至圖40E係以製程之順序繪示用於製造根據實施例之壓力感測器之方法之示意截面圖；圖41A至圖41C係繪示根據一第四實施例之一壓力感測器440之組態之示意圖；圖42A、圖42B、圖43A、圖43B、圖44A、圖44B、圖45A、圖45B、圖46A、圖46B、圖47A、圖47B、圖48A、圖48B、圖49A、圖49B、圖50A、圖50B、圖51A、圖51B、圖52A、圖52B、圖53A及圖53B係繪示用於製造根據第五實施例之壓力感測器441之方法之示意圖；圖54係繪示用於製造根據第五實施例之壓力感測器441之方法之一流程圖；圖55係繪示根據一第六實施例之一麥克風610之一示意圖；圖56係繪示根據第七實施例之聲音麥克風之一示意截面圖；圖57A及圖57B係繪示根據第八實施例之血壓感測器之示意圖；及圖58係繪示根據第九實施例之觸控面板之一示意圖。
根據一實施例，一種壓力感測器包含一膜部件及一感測單元。膜部件係由一支撐單元支撐且為可撓。膜部件在膜部件之一膜表面中之一第一方向上之一第一長度長於膜部件在垂直於膜表面中之第一方向之一第二方向上之一第二長度。一外接矩形經組態以外接膜表面之一組態。外接矩形具有：一第一側，其在第一方向上延伸以具有第一長度；一第二側，其在第一方向上延伸且與第一側分離；一第三側， 其在第二方向上延伸且連接至第一側之一端及第二側之一端，第三側具有短於第一長度之第二長度；一第四側，其在第二方向上延伸且與第三側分離且連接至第一側之另一端及第二側之另一端，第四側具有第二長度；及外接矩形之一質心。外接矩形包含由第一側、一第一線段及一第二線段圍封之一第一區域。第一線段將質心連接至第一側之該一端。第二線段將質心連接至第一側之該另一端。感測單元包含提供在與第一區域重疊之膜表面之一部分上之複數個感測元件。該複數個感測元件之各者包含：一第一磁性層；提供在第一磁性層與膜部件之間之一第二磁性層；及提供在第一磁性層與第二磁性層之間之一間隔層，間隔層係非磁性的。該複數個感測元件之至少兩者沿該第一方向之位置彼此不同。
根據一實施例，一種壓力感測器包含一膜部件及一感測單元。膜部件係由一支撐單元支撐且為可撓。膜部件在膜部件之一膜表面中之一第一方向上之一第一長度長於膜部件在垂直於膜表面中之第一方向之一第二方向上之一第二長度。膜表面之一組態具有：第一側，其在第一方向上延伸；一第二側，其在第一方向上延伸且與第一側分離，第一側與第二側之間之一距離係第二長度；一第三側，其在第二方向上延伸側；及一第四側，其在第二方向上延伸且與第三側分離，第三側與第四側之間之一距離係第一長度。膜表面具有一中心部分及提供在中心部分周圍之一周邊部分，周邊部分具有沿第一側提供之一第一元件安置區域。該感測單元包含提供在膜表面之第一元件安置區域上之複數個感測元件。該複數個感測元件之各者包含：一第一磁性層；提供在第一磁性層與膜部件之間之一第二磁性層；及提供在第一磁性層與第二磁性層之間之一間隔層，間隔層係非磁性的。該複數個感測元件之至少兩者沿第一方向之位置彼此不同。
根據一實施例，一種壓力感測器包含一膜部件及一感測單元。 膜部件係由一支撐單元支撐且為可撓。膜部件在膜部件之一膜表面中之一第一方向上之一第一長度長於膜部件在垂直於膜表面中之第一方向之一第二方向上之一第二長度。膜表面之一組態係具有第一方向作為一長軸且具有第二方向作為一短軸之一扁圓。膜表面具有一中心部分及提供在中心部分周圍之一周邊部分。周邊部分具有沿著沿長軸之一弧線提供之一第一元件安置區域。感測單元包含提供在膜表面之第一元件安置區域上之複數個感測元件。該複數個感測元件之各者包含一第一磁性層；提供在第一磁性層與膜部件之間之一第二磁性層；及提供在第一磁性層與第二磁性層之間之一間隔層，間隔層係非磁性的。該複數個感測元件之至少兩者沿第一方向之位置彼此不同。
根據一實施例，一種壓力感測器包含一膜部件及一感測單元。膜部件係由一支撐單元支撐且為可撓。膜部件在膜部件之一膜表面中之一第一方向上之一第一長度長於膜部件在垂直於膜表面中之第一方向之一第二方向上之一第二長度。膜表面具有一中心部分及提供在中心部分周圍之一周邊部分。感測單元包含提供在中心部分上之一感測元件。感測元件包含：一第一磁性層；提供在第一磁性層與膜部件之間之一第二磁性層；及提供在第一磁性層與第二磁性層之間之一間隔層。
根據一實施例，提供一種包含壓力感測器之聲音麥克風。
根據一實施例，提供一種包含壓力感測器1之血壓感測器。
根據一實施例，提供一種包含壓力感測器之觸控面板。
下文將參考隨附圖式描述各種實施例。
圖式係示意圖或概念圖；且諸部分之厚度與寬度之間的關係、諸部分之間的大小比例等等非必然與其等實際值相同。進一步言之，即使諸部分相似，該等圖式之間亦可不同地繪示尺寸及/或比例。
在本申請案之圖式及說明書中，使用相同參考數字標記類似於 關於上文之一圖式描述之組件之組件且酌情省略詳細描述。
第一實施例
圖1A至圖1D係繪示根據第一實施例之一壓力感測器之示意圖。
圖1A係一示意透視圖。圖1B係沿圖1A及圖1C之線A1-A2取得之一截面圖。圖1C係一示意平面圖。圖1D係包含在壓力感測器中之一膜部件之一示意平面圖。
如圖1A至圖1C中所示，根據實施例之壓力感測器110包含膜部件70d及一感測單元50u。在實例中，提供一支撐單元70s。
支撐單元70s係(例如)一基板。膜部件70d係由支撐單元70s支撐。膜部件70d為可撓。膜部件70d係(例如)一隔膜。膜部件70d可與支撐單元70s成一體或可為一單獨實體。膜部件70d可包含與支撐元件70s相同之材料或不同於支撐單元70s之一材料。可移除基板中用以形成支撐單元70s之一部分；且膜部件70d可為基板之薄部分。
膜部件70d之厚度薄於支撐單元70s之厚度。膜部件70d及支撐單元70s可包含相同材料；且在其中膜部件70d及支撐單元70s成一體之情況下，使用薄部分以形成膜部件70d；且使用厚部分以形成支撐單元70s。
支撐單元70s可在厚度方向上具有刺穿支撐單元70s之一穿孔；且可提供膜部件70d以遮蓋穿孔。在此一情況下，例如用以形成膜部件70d之材料膜可延伸至支撐單元70s中惟穿孔以外之一部分上。在此一情況下，使用用以形成膜部件70d之材料膜中之與穿孔重疊之部分以形成膜部件70d。
膜部件70d具有一外緣70r。在其中膜部件70d及支撐單元70s包含相同材料且成一體之情況下，使用薄部分之外緣以形成膜部件70d之外緣70r。在其中支撐單元70s在厚度方向上具有刺穿支撐單元70s之一穿孔且提供膜部件70d以遮蓋穿孔之情況下，使用用以形成膜部件 70d之材料膜中之與穿孔重疊之部分之外緣以形成膜部件70d之外緣70r。
支撐單元70s可持續支撐膜部件70d之外緣70r或可支撐膜部件70d之外緣70r之一部分。
垂直於包含外緣70r之一平面之一方向被視為一Z軸方向。垂直於Z軸方向之一方向被視為一X軸方向。垂直於Z軸方向及X軸方向之一方向被視為一Y軸方向。
膜部件70d之一膜表面70fs中之一方向被視為一第一方向。第一方向係(例如)X軸方向。垂直於膜表面70fs中之第一方向之一方向被視為一第二方向。第二方向係(例如)Y軸方向。
在該實施例中，膜部件70d之平面組態係一各向異性組態。
例如，如圖1D中繪示，膜部件70d在第一方向上(X軸方向上)具有一第一長度L1且在第二方向上(Y軸方向上)具有一第二長度L2。第一長度L1長於第二長度L2。第一長度L1係膜部件70d在第一方向上之最大長度。第二長度L2係膜部件70d在第二方向上之最大長度。
在該實例中，膜部件70d之平面組態實質上係矩形。換言之，膜表面70fs具有第一側70s1至第四側70s4。第一側70s1係沿第一方向提供。第二側70s2係沿第二方向提供且與第一側70s1分離。第一側70s1與第二側70s2之間的距離係(例如)第二長度L2。第三側70s3係沿第二方向提供且連接至第一側70s1之一端70s11及第二側70s2之一端70s21。第四側70s4係沿第二方向提供且與第三側70s3分離並連接至第一側70s1之另一端70s12及第二側70s2之另一端70s22。第三側70s3與第四側70s4之間的距離係(例如)第一長度。如下文描述，此等側可由具有線形組態或彎曲組態之角隅部分而彼此連接。
如圖1D中所示，膜部件70d之膜表面70fs具有一中心部分70c及一周邊部分70p。在中心部分70c周圍提供周邊部分70p。當膜部件70d突 出至平行於膜表面70fs之一平面(例如，X-Y平面)上時，提供在中心部分70c周圍提供周邊部分70p。
在膜部件70d之中心部分70c上提供感測單元50u。
在本申請案之說明書中，被「提供在……上」之狀態不僅包含經提供直接接觸之狀態，而且包含經提供使得另一組件插入其等之間之狀態。
感測單元50u包含一感測元件50。在該實例中，感測單元50u包含多個感測元件50(例如，第一感測元件50a至第五感測元件50e等等)。提供在感測單元50u中之感測元件50之數目可為1。
如圖1B中所示，感測元件50包含一第一磁性層10、一第二磁性層20及一間隔層30。第二磁性層20係提供在第一磁性層10與膜部件70d之間。間隔層30係提供在第一磁性層10與第二磁性層20之間。間隔層30可包含(例如)一非磁性材料。
在壓力感測器110中提供一第一互連件61及一第二互連件62。第一互連件61連接至選自感測元件50之一者。第二互連件62連接至選自感測元件50之一者。例如，在第一互連件61與第二互連件62之間提供一層間絕緣膜63以使第一互連件61與第二互連件62電絕緣。在第一互連件61與第二互連件62之間施加一電壓；且經由第一互連件61及第二互連件62施加該電壓至感測元件50。當施加壓力至壓力感測器110時，膜部件70d變形。感測元件50之電阻隨著膜部件70d變形而改變。可藉由經由第一互連件61及第二互連件62感測電阻變化來感測壓力。
例如，如圖1D中所示，膜表面70fs之一質心70dc實質上與中心部分70c之質心重疊。當膜部件70d突出至X-Y平面上時，膜部件70d之質心實質上與中心部分70c之質心重疊。例如，中心部分70c之一質心70cc對準或靠近膜表面70fs之質心70dc。中心部分70c之質心70cc與膜表面70fs之質心70dc之間的距離(例如)不大於第二長度L2之1/10。
其中提供感測單元50u之中心部分70c安置在膜表面70fs之中心部分處。如圖1D中所示，例如，中心部分70c在第一方向上之一第三長度L3不大於0.3倍於第一長度L1。中心部分70c在第二方向上之一第四長度L4不大於0.3倍於第二長度L2。惟中心部分70c以外之區域用作周邊部分70p。
在根據實施例之壓力感測器110中，膜部件70d之平面組態(膜表面70fs之組態)係一各向異性組態；且在此一膜部件70d之中心部分70c上提供感測單元50u。藉此，可提供一極靈敏壓力感測器。
現在將描述壓力感測器110之一實例。
支撐單元70s可包含(例如)具有一平板組態之一基板。例如，在基板內部提供一中空部分70h。
支撐單元70s可包含(例如)一半導體材料(諸如矽等等)、一導電材料(諸如一金屬等等)或一絕緣材料。支撐單元70s可包含(例如)氧化矽、氮化矽等等。例如，中空部分70h內部處於一減壓狀態(一真空狀態)。可將一氣體(諸如空氣等等)或一液體填充至中空部分70h內部。中空部分70h內部經設計使得膜部件可偏轉。中空部分70h內部可與外部周圍空氣連通。
在中空部分70h上提供膜部件70d。例如，用以形成支撐單元70s之基板中經圖案化成變薄之一部分可用作膜部件70d。膜部件70d之厚度(Z方向上之長度)薄於基板之厚度(Z方向上之長度)。
當施加壓力至膜部件70d時，膜部件70d偏轉。該壓力對應於由壓力感測器110感測之壓力。所施加之壓力亦包含歸因於聲波、超音波等等產生之壓力。在其中感測歸因於聲波、超音波等等產生之壓力之情況下，壓力感測器110用作一麥克風。
膜部件70d包含(例如)一絕緣材料。膜部件70d包含(例如)選自氧化矽、氮化矽及氮氧化矽之至少一者。膜部件70d可包含(例如)一半 導體材料，諸如矽等等。膜部件70d可包含(例如)一金屬材料。
膜部件70d之厚度(例如)不小於0.1微米(μm)且不大於3μm。有利的是，厚度不小於0.2μm且不大於1.5μm。膜部件70d可包含(例如)具有0.2μm之一厚度之氧化矽膜及具有0.4μm之一厚度之一矽膜之一堆疊體。
第一磁性層10及第二磁性層20包含(例如)鐵磁層。第一磁性層10係(例如)一磁化自由層。第二磁性層20係(例如)一參考層。一磁化固定層或一磁化自由層用作參考層。例如，第一磁性層10之磁化變化可經設定易於第二磁性層20之磁化變化。因此，例如，如下文描述，當施加壓力時容易造成改變第一磁性層10之磁化與第二磁性層20之磁化之間的相對角度。
現在將描述感測元件50之操作之一實例。在以下實例中，第二磁性層20係一磁化固定層。
在實施例之壓力感測器110中，當膜部件70d歸因於外部壓力而偏轉時感測元件50中發生應變力。感測元件50起作用以將應變力的變化轉換為電阻之一變化。
用作一應變力感測器之感測元件50之操作係基於(例如)一「逆磁伸縮效應」及一「磁阻效應」之施加。於包含在磁化自由層中之鐵磁層中獲得「逆磁伸縮效應」。「磁阻效應」發生在參考層、間隔層及磁化自由層之堆疊膜中。
「逆磁伸縮效應」係其中由施加於一鐵磁體之應變力改變該鐵磁體之磁化之一現象。換言之，當施加一外部應變力至感測元件50之堆疊膜時改變磁化自由層之磁化方向。因此，改變參考層之磁化與磁化自由層之磁化之間的相對角度。在此一情況下，由一「磁阻效應(MR效應)」導致改變電阻。MR效應包含(例如)一巨磁阻(GMR)效應、一穿隧磁阻(TMR)效應等等。藉由導致一電流在堆疊膜中流動且 藉由讀取磁化定向之相對角度隨著電阻變化而變化，使MR效應發生。例如，藉由施加應變力至堆疊膜而施加應變力至感測元件50。歸因於應變力，改變磁化自由層之磁化定向；且改變磁化自由層之磁化定向與參考層之磁化定向之間的相對角度。換言之，歸因於逆磁伸縮效應而發生MR效應。
在其中磁化自由層之鐵磁材料具有一正磁伸縮常數之情況下，改變磁化方向使得磁化方向與拉伸應變力之方向之間的角度變小且磁化方向與壓縮應變力之方向之間的角度變大。在其中磁化自由層之鐵磁材料具有一負磁伸縮常數之情況下，改變磁化方向使得磁化方向與拉伸應變力之方向之間的角度變大且磁化方向與壓縮應變力之方向之間的角度變小。
現在將針對其中磁化自由層之鐵磁材料具有一正磁伸縮常數之情況描述磁化變化之一實例。
圖2A至圖2I係繪示壓力感測器之操作之示意透視圖。
圖2A至圖2C繪示其中施加一「垂直方向上的應變力」至感測元件50之狀態。「垂直方向上的應變力」係在垂直於堆疊方向(例如，自第二磁性層20朝向第一磁性層10之方向)且垂直於磁化固定層之磁化方向之一方向上呈各向異性之一應變力(在下文中稱為各向異性應變力)。
圖2D至圖2F繪示其中施加一「平行方向上的應變力」至感測元件50之狀態。「平行方向上的應變力」係在垂直於堆疊方向且平行於磁化固定層之磁化方向之一方向上呈各向異性之一應變力(各向異性應變力)。
圖2G至圖2I繪示其中施加一「等向性應變力」至感測元件50之狀態。「等向性應變力」係垂直於堆疊方向之一平面中之一等向性應變力。
圖2B、圖2E及圖2H對應於其中未施加應變力之狀態。圖2A、圖2D及圖2G對應於其中施加一拉伸應變力ts之狀態。圖2C、圖2F及圖2I對應於其中施加一壓縮應變力cs之狀態。
在其中如圖2A中繪示般施加拉伸應變力ts作為「垂直方向上的應變力」之情況下，磁化自由層(第一磁化層10)之一磁化10m之方向與磁化固定層(第二磁性層20)之一磁化20m之方向之間的角度(磁化之相對角度)變得小於其中未施加應變力之狀態(圖2B之狀態)。因此，感測元件50之電阻降低。
在其中如圖2C中繪示般施加壓縮應變力cs作為「垂直方向上的應變力」之情況下，磁化之相對角度變得大於其中未施加應變力之狀態(圖2B之狀態)。因此，電阻增加。
在其中如圖2D中繪示般施加拉伸應變力ts作為「平行方向上的應變力」之情況下，磁化之相對角度變得大於其中未施加應變力之狀態(圖2E之狀態)。因此，感測元件50之電阻增加。
在其中如圖2F中繪示般施加壓縮應變力cs作為「平行方向上的應變力」之情況下，磁化之相對角度變得小於其中未施加應變力之狀態(圖2E之狀態)。因此，感測元件50之電阻降低。
因此，磁化之相對角度之增加或降低相對於針對「平行方向上的應變力」之應變力之關係與針對垂直方向上的應變力之關係相反。電阻相對於應變力之極性的變化在「平行方向上的應變力」與「垂直方向上的應變力」之間具有相反極性。
在其中如圖2G至圖2I中繪示般施加「等向性應變力」之情況下，磁化自由層之磁化10m之方向不改變。因此，對於拉伸應變力ts及壓縮應變力cs之兩個極性之應變力，電阻不會改變。
因此，在感測元件50中，根據所施加之應變力之定向，所獲得之電阻變化不同。
在根據實施例之壓力感測器110中，膜部件70d之平面組態係一各向異性組態。例如，膜部件70d沿行進穿過膜表面70fs之質心70dc之一第一軸70x(膜表面70fs中之一軸)之長度(第一長度L1)長於膜部件70d沿正交於第一軸70x且行進穿過膜表面70fs之質心70dc之一第二軸70y之長度(第二長度L2)。感測單元50u安置在中心部分70c中(靠近質心70dc)。例如，多個感測元件50經提供一起靠近膜表面70fs之質心70dc。
圖3A至圖3C係繪示根據第一實施例之壓力感測器之操作之示意圖。
圖3A係根據實施例之壓力感測器110之膜部件70d之一示意透視圖。圖3B係沿圖3A之線A1-A2取得之一截面圖。圖3C係沿圖3A之線B1-B2取得之一截面圖。圖3B及圖3C繪示其中施加壓力至膜部件70d且膜部件70d變形並偏轉之狀態。
如圖3A中所示，膜部件70d之平面組態係(例如)一各向異性組態，諸如一矩形等等。圖3B及圖3C中之虛線示意地繪示當未施加壓力時膜部件70d之狀態。例如，當未施加壓力時。膜部件70d平行於X-Y平面。圖3B及圖3C中之實線示意地繪示當施加壓力Fz至膜部件70d時膜部件70d之狀態。如此等圖式中繪示，當施加壓力Fz至膜部件70d之一表面時，膜部件70d偏轉。此時，膜部件70d之表面中發生之應變力在長軸方向與短軸方向之間不同。發生在短軸方向上之應變力大於發生在長軸方向上之應變力。這係因為對於變形之膜部件70d之表面，短軸方向上之曲率半徑小於長軸方向上之曲率半徑。
因此，在其中膜部件70d之平面組態係各向異性組態之情況下，發生在膜部件70d中之應變力在長軸方向(第一方向)與短軸方向(第二方向)之間不同。因此，在壓力感測器110中，膜表面70fs之中心部分70c中(質心70dc附近)亦獲得一各向異性應變力。在該實施例中，在膜 部件70d上之一寬闊區域中獲得各向異性應變力。
圖4A至圖4C係繪示一參考實例之一壓力感測器之操作之示意圖。
圖4A係參考實例之壓力感測器119之膜部件70d之一示意透視圖。圖4B係沿圖4A之線A1-A2取得之一截面圖。圖4C係沿圖4A之線B1-B2取得之一截面圖。圖4B及圖4C繪示其中施加壓力至膜部件70d且膜部件70d變形並偏轉之狀態。
在如圖4A中所示之參考實例之壓力感測器119中，膜部件70d之平面組態係等向性的(例如在該實例中係一圓形)。在此一情況下，如圖4B及圖4C中繪示，當施加壓力Fz且膜部件70d變形時，發生在膜部件70d之表面中之應變力係等向性的。因此，在參考實例之壓力感測器119中，在膜表面70fs之質心70dc附近發生在表面中之應變力係等向性的。
換言之，對於具有各向異性組態之膜部件70d(壓力感測器110)發生在膜部件70d上各向異性應變力之區域寬於對於具有等向性組態之膜部件70d(壓力感測器119)發生在膜部件70d上各向異性應變力之區域。
感測元件50安置在膜部件70d上。當膜部件70d歸因於外部壓力而偏轉時，施加應變力至感測元件50；且因此在感測元件50中，隨著電阻變化而感測外部壓力。如上文描述，在感測元件50中，根據施加於感測元件50之應變力之方向，電阻相對於應變力之變化不同。藉由在具有各向異性組態之膜部件70d上提供感測元件50，可增加其中施加各向異性應變力至感測元件50之區域之表面面積。例如，可藉由使用具有各向異性組態之膜部件70d使各向異性應變力變大。進一步言之，感測元件50之安置之自由度增加，這係因為其中施加各向異性應變力之膜部件70d之區域之表面面積可增加。進一步言之，因為可增 加表面面積，所以可增加可安置在該區域中之感測元件50的數目。例如，可增加具有歸因於壓力產生之電阻之一類似變化(例如，具有相同極性)之感測元件的數目。根據實施例，可增加壓力之感測靈敏度。
圖5A至圖5F係繪示根據第一實施例之壓力感測器之組態及特性之示意圖。
此等圖式繪示壓力感測器110之特性之模擬結果。圖5A係膜部件70d之一示意透視圖。圖5B及圖5C繪示當施加壓力至膜部件70d時膜部件70d之偏轉量uz。在圖5B及圖5C中，垂直軸係偏轉量uz(μm)。圖5B之水平軸係X軸方向上之一位置dx(μm)。圖5C之水平軸係Y方向上之一位置dy(μm)。位置dx及位置dy之參考係膜表面70fs之質心70dc。
圖5D及圖5E繪示發生在被施加壓力之膜部件70d中之應變力ε。在圖5D及圖5E中，垂直軸係應變力ε(無單位)。圖5D之水平軸係位置dx；且圖5E之水平軸係位置dy。在此等圖式中，對於拉伸應變力，應變力ε為正；且對於壓縮應變力，應變力ε為負。此等圖式展示一第一應變力εx(其係X軸方向上之應變力)及一第二應變力εy(其係Y軸方向上之應變力)及第一應變力εx與第二應變力應變力εy之間的差(一各向異性應變力△ε)。各向異性應變力△ε係第一應變力εx與第二應變力應變力εy之間的差(即，εx-εy)。各向異性應變力△ε促成感測元件50之磁化自由層之磁化方向之變化。
圖5F繪示發生在膜部件70d中之各向異性應變力△ε之X-Y平面中之分佈。
在如圖5A中所示之實例中，膜部件70d之平面組態係一矩形。感測元件50(圖式中未展示)安置在膜表面70fs之質心70dc附近。在該實例中，膜部件70d之長側之長度(第一長度L1)係625μm。短側之長度(第二長度L2)係400μm。膜部件70d之一厚度Lt係2μm。
在該實例中，膜部件70d之外緣70r被設定為完全約束之一固定端。在該實例中，藉由有限元素分析法對發生在膜部件70d之正面中之應變力執行分析。藉由對由有限元素方法細分之組件之各者應用胡可定律(Hooke's law)執行分析。
在模擬中，假定膜部件70d之材料為矽。膜部件70d之楊氏模量(Young's modulus)係165GPa；且膜部件70d之泊松比係0.22。模擬判定當自膜部件70d之後表面施加13.33kPa之一均勻壓力時膜部件70d之正面之應變力ε。在有限元素方法中，X-Y平面中之平面篩孔大小係5μm；且厚度方向上之篩孔大小係2μm。
在如圖5B及圖5C中所示之長軸方向及短軸方向上，在膜表面70fs之質心70dc附近，膜部件70d具有一凸面組態(一向上突部)。在膜部件70d之外緣70r附近，膜部件70d具有一凹面組態(一向下突部)。外緣70r附近之凹面組態係歸因於固定端附近之翹曲而產生。在其中膜部件70d翹曲成凸面組態之區域中，拉伸應變力發生膜部件70d(隔膜)之正面中。相反地，在其中膜部件70d翹曲成凹面組態之區域中，壓縮應變力發生膜部件70d之正面中。
如圖5D及圖5E中所示，在其中翹曲呈凸面組態之質心70dc處，第一應變力εx及第二應變力εy係拉伸應變力。在其中翹曲呈凹面組態之外緣70r處，第一應變力εx及第二應變力εy係壓縮應變力。質心70dc處之各向異性應變力△ε係壓縮應變力；且長軸方向上(X軸方向上)存在壓縮應變力。換言之，短軸方向上(Y軸方向上)存在拉伸各向異性應變力。自膜表面70fs之質心70dc至外緣70r之一寬闊區域中存在類似於質心70dc處獲得之各向異性應變力之各向異性應變力。
圖5F繪示圖5D及圖5E中所示之膜部件70d之整個表面之各向異性應變力△ε之分析結果。在圖5F中所示之等高線圖中，使用字元「10%」至「90%」標記之線分別繪示其中各向異性應變力△ε係質心 70dc處之各向異性應變力△ε之值(絕對值)的10%至90%之位置。自圖5F可知，藉由使用具有各向異性組態之膜部件70d可在質心70dc附近之一寬闊區域中獲得等於質心70dc之一各向異性應變力△ε(不小於質心70dc處之值的70%)。在該實施例中，感測元件50(多個感測元件50)可安置在其中獲得等效各向異性應變力△ε之區域中。藉此，獲得一極靈敏壓力感測器。
一各向異性應變力發生區域70a係其中各向異性應變力實質上為0.7倍(70%)於膜部件70d中獲得之最大各向異性應變力△ε之值之區域。在圖5D中所示之實例中，質心70dc處獲得最大各向異性應變力△ε。各向異性應變力發生區域70a係使用圖5F中繪示之字元「70%」標記之線的內側上之區域。
在其中膜部件70d之平面組態係如圖5F中所示之一矩形之情況下，各向異性應變力發生區域70a之組態亦實質上係一矩形。導致各向異性應變力發生區域70a對應於該實施例之中心部分70c。
自圖5F可知，膜表面70fs之質心70dc實質上與各向異性應變力發生區域70a之質心重疊。例如，膜表面70fs之質心70dc與各向異性應變力發生區域70a之質心之間的距離(例如)不大於第二長度L2的1/10。
接著，例如，各向異性應變力發生區域70a在X軸方向上之長度(對應於中心部分70c在第一方向上之第三長度L3)不大於0.3倍於第一長度L1。各向異性應變力發生區域70a在Y軸方向上之長度(對應於中心部分70c在第二方向上之第四長度L4)不大於0.3倍於第二長度L2。
在該實施例中，感測元件50安置在此一各向異性應變力發生區域70a中。例如，當感測元件50突出至X-Y平面上時，感測元件50之質心與各向異性應變力發生區域70a重疊。在其中提供多個感測元件50之情況下，當多個感測元件50突出至X-Y平面上時，多個感測元件50之質心與各向異性應變力發生區域70a重疊。藉此，可提供一極靈 敏壓力感測器。
圖6A至圖6D係繪示一參考實例之一壓力感測器之組態及特性之示意圖。
此等圖式繪示參考實例之壓力感測器119a之特性之模擬結果。在壓力感測器119a中，膜部件70d之第一長度L1係500μm；且第二長度L2亦係500μm。換言之，膜部件70d之平面組態係一正方形。在其他方面，壓力感測器119a類似於壓力感測器110。模擬之條件亦類似於壓力感測器110之條件。
圖6A係膜部件70d之一示意透視圖。在圖6B中，垂直軸係偏轉量uz；且水平軸係位置dx(μm)。在圖6C中，垂直軸係應變力ε(無單位)；且水平軸係位置dx。在該實例中，膜部件70d之平面組態係一正方形；且Y軸方向上之特性與X軸方向上之特性相同。圖6D展示各向異性應變力△ε。在該實例中，圖6D之等高線圖中未繪示等高線，這係因為質心70dc附近未獲得各向異性應變力。
如圖6B中所示，膜部件70d在膜表面70fs之質心70dc附近具有一凸面組態；且膜部件70d在外緣70r附近具有一凹面組態。
如圖6C中所示，在其中翹曲呈凸面組態之質心70dc處第一應變力εx及第二應變力εy係拉伸應變力，且在其中翹曲呈凹面組態之外緣70r附近第一應變力εx及第二應變力εy係壓縮應變力。質心70dc處之各向異性應變力△ε係零。這係因為正方形膜部件70d在X-Y平面中係等向性的。
因此，如圖6D中所示，質心70dc附近不存在其中獲得各向異性應變力之區域。因此，在壓力感測器119a中，即使在其中感測元件50安置在膜表面70fs之質心70dc附近之情況下，亦不能獲得電阻變化。
如上文描述，在X-Y平面中係等向性的之正方形膜部件70d(壓力感測器119a)中之質心70dc附近不能獲得各向異性應變力。相反地， 在X-Y平面中具有各向異性組態之矩形膜部件70d(壓力感測器110)中之質心70dc附近之一寬闊區域中可獲得各向異性應變力△ε。因此，發現在包含質心70dc之中心部分70c之一大表面面積中獲得各向異性應變力之組態。在該實施例中，使用具有各向異性組態之膜部件70d。接著，可藉由在膜部件70d之中心部分70c中安置感測元件50而極靈敏地感測應變力。
例如，藉由在具有各向異性組態之矩形膜部件70d之質心70dc附近安置多個感測元件50而施加類似各向異性應變力至多個感測元件50。因此，可獲得具有歸因於壓力而產生之電阻之一類似變化(例如，具有相同極性)之多個感測元件50。例如，可藉由串聯連接感測元件50增加S/N比。進一步言之，可藉由將偏壓電壓設定為一適當值而提供一極靈敏壓力感測器。
現在將更詳細描述壓力感測器之特性之一實例。
圖7係繪示壓力感測器之一示意平面圖。
圖7繪示壓力感測器110之膜部件70d之一座標系統。在該實例中，膜部件70d之平面組態係一矩形。換言之，第一長度L1(X軸方向上之長度)長於第二長度L2(Y軸方向上之長度)。膜表面70fs之質心之座標(x,y)被視為(0,0)。膜部件70d之外緣70r之一點在X軸方向上之座標係(L1/2,0)。膜部件70d之外緣70r之一點在Y軸方向上之座標係(0,L2/2)。
在其中膜部件70d之平面組態係一矩形之情況下，各向異性應變力發生區域70a之平面組態亦係一矩形。各向異性應變力發生區域70a之第一方向上之長度(X軸方向上之長度)係一長度L3a；且各向異性應變力發生區域70a之第二方向上之長度(Y軸方向上之長度)係一長度L4a。各向異性應變力發生區域70a之外緣之X軸方向上之一點PXa之座標係(L3a/2,0)。各向異性應變力發生區域70a之外緣之Y軸方向上 之一點PYa之座標係(0,L4a/2)。
現在將描述在其中膜部件70d之平面組態係此一矩形之情況下膜部件70d之不同縱橫比AR之特性之一實例。縱橫比AR係第二長度L2對第一長度L1之比率(即，AR=L2/L1)。
圖8A至圖8D係繪示壓力感測器之特性之圖表。
此等圖式展示具有下文敘述之第一組態至第六組態之壓力感測器之特性。
在第一組態中，第一長度L1係2500μm；第二長度L2係100μm；且縱橫比AR係0.04。
在第二組態中，第一長度L1係1580μm；第二長度L2係158μm；且縱橫比AR係0.1。
在第三組態中，第一長度L1係1000μm；第二長度L2係250μm；且縱橫比AR係0.25。
在第四組態中，第一長度L1係625μm；第二長度L2係400μm；且縱橫比AR係0.64。第四組態對應於關於圖5A至圖5F描述之組態。
在第五組態中，第一長度L1係560μm；第二長度L2係448μm；且縱橫比AR係0.8。
在第六組態中，第一長度L1係500μm；第二長度L2係500μm；且縱橫比AR係1。第六組態對應於關於圖6A至圖6D描述之組態。
對於此等組態之各者，膜部件70d之表面面積恆定在250,000μm2 。
對於此等組態，藉由有限元素分析法對發生在膜部件70d之正面中之應變力執行分析。有限元素方法之條件與關於圖5A至圖5F描述之條件相同。
圖8A之垂直軸係膜表面70fs之質心70dc處之一各向異性應變力△ε0(各向異性應變力之絕對值)。水平軸係膜部件70d之平面組態(膜 表面70fs之組態)之縱橫比AR。圖8A展示第一組態至第六組態之特性。
如圖8A中所示，對於縱橫比AR係1之第六組態，質心70dc處之各向異性應變力△ε0係零；且不發生各向異性應變力。
相反地，對於縱橫比AR小於1之第一組態至第五組態，各向異性應變力△ε0之絕對值大於0。換言之，質心70dc處獲得各向異性應變力。由此結果可知，在其中縱橫比AR小於1且膜部件70d具有一各向異性組態之情況下，藉由在質心70dc附近提供感測元件50而獲得一極靈敏壓力感測器。
自圖8A可知，當縱橫比AR不小於0.1且不大於0.8時獲得具有一大絕對值之各向異性應變力△ε0。當縱橫比AR不小於0.25且不大於0.64時獲得具有一更大絕對值之各向異性應變力△ε0。自在質心70dc處獲得具有一大絕對值之各向異性應變力△ε0之態樣可知，有利的是，縱橫比AR不小於0.1且不大於0.8且更有利的是不小於0.25且不大於0.64。
同樣在第一組態至第五組態中，發現其中各向異性應變力等於質心70dc之區域(各向異性應變力發生區域70a)之組態係類似於關於圖5D之描述之一矩形。
各向異性應變力發生區域70a之表面面積對膜部件70d之表面面積之比率係一表面面積比Ra。在該實例中，各向異性應變力發生區域70a之表面面積係長度L3a與長度L4a之乘積。膜部件70d之表面面積係第一長度L1與第二長度L2之乘積。
在圖8B中，垂直軸係表面面積比Ra；且水平軸係縱橫比AR。
自圖8B可知，對於縱橫比係1之正方形膜部件70d(第六組態)，表面面積比Ra係零；且質心70dc附近不存在其中獲得各向異性應變力之區域。相反地，對於縱橫比AR小於1之矩形膜部件70d，表面面積 比Ra大於零。換言之，質心70dc附近存在其中獲得各向異性應變力之一區域。表面面積比Ra隨著縱橫比AR降低(第一長度L1與第二長度L2之間的差增加)而增加。由加寬膜部件70d上獲得各向異性應變力之區域之態樣可知，有利的是縱橫比AR不大於0.64且更有利的是不大於0.25。
現在將描述各向異性應變力發生區域70a之外緣之位置(參考圖7之座標)。
圖8C之垂直軸係各向異性應變力發生區域70a之外緣之一點PXa在X軸方向上之正規化座標(一距離Xa)。距離Xa對應於(L3a)/(L1)。
圖8D之垂直軸係各向異性應變力發生區域70a之外緣之一點PYa在Y軸方向上之正規化座標(一距離Ya)。距離Ya對應於(L4a)/(L2)。
在此等圖式中，水平軸係縱橫比AR。
當縱橫比AR係1(第六組態)時，不存在各向異性應變力發生區域70a。對於此情況，在圖8C及圖8D中為方便起見，距離Xa及距離Ya係零。
在其中如圖8C及圖8D中所示縱橫比AR小於1之情況下，距離Xa及距離Ya大於零；且獲得各向異性應變力發生區域70a。
由此等圖式可知，在其中縱橫比AR不小於0.8但小於1之情況下，有利地具有以下範圍
另一方面，在其中縱橫比AR小於0.8之情況下，有利地具有以下範圍
即，圖8C中之淡陰影繪示之一第一陰影區域R1對應於各向異性 應變力發生區域70a之條件。第一陰影區域R1係由下文敘述之第一公式表示。
因為距離Xa係L3a/L1且AR係L2/L1，所以獲得下文敘述之第二公式。
另一方面，在圖8D中，由淡陰影繪示之一第二陰影區域R2或由暗陰影繪示之一第三陰影區域R3對應於各向異性應變力發生區域70a之條件。第二陰影區域R2係由下文敘述之第三公式表示。
因為距離Ya係L4a/L2且AR係L2/L1，所以獲得下文敘述之第四公式。
第三陰影區域R3係由下文敘述之第五公式表示。
因此，獲得下文敘述之第六公式。
換言之，在其中縱橫比AR不小於0.8但小於1之情況下，第一公式、第二公式、第五公式及第六公式之條件係有利的。
另一方面，在其中縱橫比AR小於0.8之情況下，第一公式、第二公式、第三公式及第四公式之條件係有利的。
在該實施例中，例如，中心部分70c經設定為對應於各向異性應變力發生區域70a。換言之，中心部分70c之第三長度L3經設定為對應於各向異性應變力發生區域70a之長度L3a；且中心部分70c之第四長度L4經設定以對應於各向異性應變力發生區域70a之長度L4a。中心部分70c之外緣70r被設定為各向異性應變力發生區域70a之外緣。
因此，在其中縱橫比AR(L2/L1)不小於0.8但小於1之情況下，中心部分70c經設定以滿足下文敘述之第七公式。
L3=L1×{-0.8×(L2/L1)+0.8} (7)
在此一情況下，第三長度L3可經設定為實質上等於第七公式之右側。換言之，第三長度L3經設定不小於0.8倍且不大於1.2倍於第七公式之右側。
換言之，在其中縱橫比AR(L2/L1)不小於0.8但小於1之情況下，有利的是，第三長度L3不小於0.8倍且不大於1.2倍於L1×{-0.8×(L2/L1)+0.8}。
類似地，在其中縱橫比AR(L2/L1)不小於0.8但小於1之情況下，中心部分70c經設定以滿足下文敘述之第八公式。
L4=L2×{-2.5×(L2/L1)+2.5} (8)
同樣在此一情況下，第四長度L4可經設定為實質上等於第八公式之右側。換言之，第四長度L4經設定不小於0.8倍且不大於1.2倍於第八公式之右側。
換言之，在其中縱橫比AR(L2/L1)不小於0.8但小於1之情況下，有利的是，第四長度L4不小於0.8倍且不大於1.2倍於L2×{-2.5×(L2/L1)+2.5}。
另一方面，在其中縱橫比AR(L2/L1)小於0.8之情況下，獲得下文敘述之第九公式及第十公式。
L3=L1×{-0.8×(L2/L1)+0.8} (9)
L4=L2×{0.375×(L2/L1)+0.2} (10)
因此，在其中縱橫比AR(L2/L1)小於0.8之情況下，有利的是，第三長度不小於0.8倍且不大於1.2倍於L1×{-0.8×(L2/L1)+0.8}。又，有利的是，第四長度L4不小於0.8倍且不大於1.2倍於L2×{0.375×(L2/L1)+0.2}。
藉由滿足此等條件，獲得一較大的各向異性應變力；且更加可靠地獲得一極靈敏壓力感測器。
即使在其中膜部件70d之平面組態係一矩形之情況下改變膜部件70d之厚度Lt，各向異性應變力發生區域70a之特性亦類似於關於圖8A至圖8D描述之特性。例如，至少在其中膜部件70d之厚度Lt不小於0.01μm且不大於20μm之情況下，有利的是該等設定實質上滿足第七公式至第十公式。同樣在下文描述之實施例中，在其中改變膜部件70d之厚度Lt之情況下獲得類似結果。
現在將描述其中膜部件70d之平面組態係一矩形之情況下膜部件70d之不同材料之特性之一實例。對於不同材料，楊氏模量不同。在該實例中，藉由改變膜部件70d之楊氏模量來模擬特性。
圖9A及圖9B係繪示壓力感測器之特性之圖表。在圖9A及圖9B之等高線圖中，使用字元「10%」至「90%」標記之線分別繪示其中各向異性應變力△ε係質心70dc處之各向異性應變力△ε之值(絕對值)的10%至90%之位置。對於下文描述之等高線圖，此等繪示亦係類似的。
圖9A繪示在其中膜部件70d之楊氏模量係0.01GPa之情況下針對各向異性應變力發生區域70a計算之結果。楊氏模量之值對應於其中膜部件70d之材料係橡膠之情況。圖9B繪示在其中膜部件70d之楊氏模量係1200GPa之情況下針對各向異性應變力發生區域70a計算之結果。該值對應於其中膜部件70d之材料係金剛石之情況。惟楊氏模量除外，計算條件類似於圖5A至圖5F之結果之條件。
即使在如圖9A及圖9B中所示般使用0.01GPa或1200GPa之楊氏模量之計算之情況下，亦可知膜部件70d之各向異性應變力發生區域70a之計算結果等於圖5F中所示之165GPa之計算結果。
因此，即使在其中改變膜部件70d之材料之情況下，各向異性應 變力發生區域70a之特性亦類似於關於圖8A至圖8D描述之特性。因此，至少在膜部件70d之楊氏模量不小於0.01GPa且不大於1200GPa之情況下，有利的是該等設定實質上滿足第七公式至第十公式。
如上文描述，圖9A及圖9B展示其中膜部件70d具有不同楊氏模量之實例。在其中膜部件70d同樣具有不同泊松比之情況下，可獲得類似各向異性應變力發生區域70a。同樣在下文描述之實施例中，即使在其中改變選自膜部件70d之楊氏模量及泊松比之至少一者之情況下亦可獲得一類似各向異性應變力發生區域70a。
在該實施例中，若膜部件70d之平面組態係一各向異性組態，則膜部件70d之平面組態不限於一矩形；且各種修改係可行的。現在將描述其中膜部件70d之平面組態係一扁圓(例如，橢圓)之情況之一實例。
圖10A至圖10D係繪示根據第一實施例之另一壓力感測器之組態及特性之示意圖。
此等圖式繪示根據實施例之壓力感測器111之特性之模擬結果。圖10A係膜部件70d之一示意透視圖。圖10B及圖10C繪示發生在被施加壓力之膜部件70d中之應變力ε。在圖10B及圖10C中，垂直軸係應變力ε。圖10B的水平軸係位置dx；且圖10C之水平軸係位置dy。圖10D繪示發生在膜部件70d中之各向異性應變力△ε之X-Y平面中之分佈。
如圖10A中所示，膜部件70d之平面組態(膜表面70fs之組態)係一扁圓(亦包含一橢圓)。換言之，突出至X-Y平面上之膜部件70d之組態係具有作為長軸之第一方向(在該實例中，X軸方向)及作為短軸之第二方向(在該實例中，Y軸方向)之一扁圓。膜表面70fs之組態係具有作為長軸之第一方向及作為短軸之第二方向之一扁圓。
在該實例中，感測元件50(圖式中未展示)安置在係橢圓之膜表面 70fs之質心70dc附近。在該實例中，膜部件70d之長軸之長度(第一長度L1)係704μm；且短軸之長度(第二長度L2)係452μm。膜部件70d之厚度Lt係2μm。模擬之條件與上文描述之條件相同。
同樣在壓力感測器111中，膜部件70d在長軸方向及短軸方向上在膜表面70fs之質心70dc附近具有一凸面組態。歸因於固定端附近之翹曲，外緣70r附近具有一凹面組態。拉伸應變力發生在呈凸面組態翹曲之區域中之膜部件70d之正面中；且壓縮應變力發生在呈凹面組態翹曲之區域中之膜部件70d之正面中。
同樣在此一情況下，自圖10B及圖10C可知，在其中翹曲呈凸面組態之質心70dc處第一應變力εx及第二應變力εy係拉伸應變力。在質心70dc處各向異性應變力△ε係一壓縮應變力。質心70dc處存在長軸方向(X軸方向)上之一壓縮應變力。換言之，短軸方向(Y軸方向)上存在一拉伸各向異性應變力。同樣在此一情況下，自質心70dc至外緣70r之一寬闊區域中存在類似於質心70dc處獲得之各向異性應變力之一各向異性應變力。
圖10D展示各向異性應變力發生區域70a。如上文描述，各向異性應變力發生區域70a係其中各向異性應變力係0.7倍於膜部件70d中獲得之最大各向異性應變力△ε(質心70dc處之各向異性應變力△ε0)之值(絕對值)之區域。如圖10D中所示，可藉由使用具有各向異性組態之膜部件70d在質心70dc附近之一寬闊區域(各向異性應變力發生區域70a)中獲得等於質心70dc處之各向異性應變力之一各向異性應變力△ε。感測元件50(多個感測元件50)安置在各向異性應變力發生區域70a中。藉此，獲得一極靈敏壓力感測器。
圖10A中繪示之壓力感測器111之縱橫比AR與圖5A中繪示之壓力感測器110之縱橫比AR相同。比較此等壓力感測器，對於壓力感測器111(橢圓形膜部件70d)的各向異性應變力發生區域70a之表面面積大 於對於壓力感測器110(矩形膜部件70d)的各向異性應變力發生區域70a之表面面積。
在其中膜部件70d之平面組態係如圖10D中所示之一扁圓(包含一橢圓)之情況下，各向異性應變力發生區域70a之組態亦係一扁圓(或實質上一圓形)。同樣在此一情況下，各向異性應變力發生區域70a經設定以對應於該實施例之中心部分70c。
同樣在此一情況下，膜表面70fs之質心70dc實質上與各向異性應變力發生區域70a之質心重疊。例如，膜表面70fs之質心70dc與各向異性應變力發生區域70a之質心之間的距離(例如)不大於第二長度L2之1/10。
同樣在此一情況下，例如，各向異性應變力發生區域70a在X軸方向上之長度(對應於中心部分70c在第一方向上之第三長度L3)不大於0.3倍於第一長度L1。各向異性應變力發生區域70a在Y軸方向上之長度(對應於中心部分70c在第二方向上之第四長度L4)不大於0.3倍於第二長度L2。
即使在其中膜部件70d之平面組態係一扁圓之情況下，亦可藉由在此一各向異性應變力發生區域70a中安置感測元件50而極靈敏地感測壓力。
圖11A至圖11C係繪示一參考實例之一壓力感測器之組態及特性之示意圖。
此等圖式繪示參考實例之壓力感測器119b之特性之模擬結果。在壓力感測器119b中，膜部件70d之平面組態係一圓；且第一長度L1及第二長度L2係564μm。在其他方面，參考實例之壓力感測器119b類似於壓力感測器111。模擬之條件亦類似於壓力感測器111之條件。壓力感測器119b之膜部件70d之表面面積與壓力感測器111之膜部件70d之表面面積相同。在該實例中，判定徑向方向上之應變力εr及膜部件 之周向方向上之一應變力εθ。各向異性應變力△ε係εr-εθ。
自圖11B可知，質心70dc處之各向異性應變力△ε係零。這係因為圓形膜部件70d在X-Y平面中係等向性的。
圖11C之等高線圖中未繪示等高線，這係因為質心70dc附近未獲得各向異性應變力△ε。換言之，不存在獲得各向異性應變力之圓形膜表面70fs之質心70dc附近之區域。因此，即使在其中感測元件50安置在質心70dc附近之情況下亦不能獲得電阻變化。
因此，藉由使用係一扁圓(例如，一橢圓)之膜部件70d，可藉由在包含質心70dc之膜表面70fs之一區域(中心部分70c)中安置感測元件50而施加各向異性應變力至感測元件50。接著，藉由在此區域中提供多個感測元件50，發生歸因於壓力而產生之電阻之一類似變化(例如，具有相同極性)。例如，可藉由電串聯連接多個感測元件50增加S/N比。進一步言之，藉由將偏壓電壓設定為一適當值而獲得一極靈敏壓力感測器。
現在將針對其中膜部件70d之平面組態係一扁圓之情況更詳細描述壓力感測器之特性之一實例。
圖12係繪示壓力感測器之一示意平面圖。
圖12係繪示壓力感測器111之膜部件70d之座標系統。在該實例中，膜部件70d之平面組態係一橢圓。同樣在此一情況下，可類似於關於圖7之描述定義膜部件70d之外緣及各向異性應變力發生區域70a之外緣之座標。亦可類似地獲得膜部件70d之縱橫比AR。
現在將針對其中膜部件70d之平面組態係一橢圓之情況描述具有諸如下文敘述之第七組態至第十二組態之壓力感測器之特性之一實例。
在第七組態中，第一長度L1(長軸之長度)係2820μm；第二長度L2(短軸之長度)係112μm且縱橫比AR係0.04。
在第八組態中，第一長度L1係1784μm；第二長度L2係178μm；且縱橫比AR係0.1。
在第九組態中，第一長度L1係1000μm；第二長度L2係250μm；且縱橫比AR係0.25。
在第十組態中，第一長度L1係704μm；第二長度L2係452μm；且縱橫比AR係0.64。第十組態對應於關於圖10A至圖10D描述之組態。
在第十一組態中，第一長度L1係630μm；第二長度L2係504μm；且縱橫比AR係0.8。
在第十二組態中，第一長度L1係564μm；第二長度L2亦係564μm；且縱橫比AR係1。第十二組態對應於關於圖11A至圖11C描述之組態。
對於此等組態之各者，膜部件70d之表面面積恆定在250,000μm2 。
如下係使用類似於上文敘述之條件(諸如膜部件70d之厚度、材料參數、篩孔細分等等之條件)模擬具有不同縱橫比AR之第七組態至第十二組態之特性之結果。
對於縱橫比AR係1之第十二組態，質心70dc處不發生各向異性應變力。相反地，對於縱橫比AR小於1之第七組態至第十一組態，質心70dc處獲得各向異性應變力。藉由在具有各向異性組態之膜部件70d之質心70dc附近提供感測元件50而獲得一極靈敏壓力感測器。
對於其中膜部件70d之平面組態係一扁圓之情況，應變力之縱橫比AR相依性類似於其中平面組態係一矩形之情況。藉此，由增加質心70dc處之各向異性應變力之值(絕對值)之態樣可知，有利的是，膜部件70d之縱橫比AR不小於0.1且不大於0.8且更有利的是不小於0.25且不大於0.64。
藉由對具有不同縱橫比AR之一橢圓形組態之膜部件70d檢查各向異性應變力發生區域70a，發現該等特性類似於具有一矩形組態之膜部件70d之特性。
例如，各向異性應變力發生區域70a之表面面積對膜部件70d之表面面積之比率(表面面積比Ra)隨著縱橫比降低(第一長度L1與第二長度L2之間的差增加)而增加。藉此，由增加各向異性應變力發生區域70a之表面面積之態樣可知，有利的是縱橫比AR不大於0.64且更有利的是不大於0.25。
即使在其中膜部件70d之平面組態係一扁圓、其中縱橫比AR(L2/L1)不小於0.8但小於1之情況下，亦有利於的是設定滿足上文敘述之第七公式及第八公式。因此，即使在其中膜部件70d之平面組態係一扁圓、其中縱橫比AR(L2/L1)不小於0.8但小於1之情況下，有利的是，第三長度L3不小於0.8倍且不大於1.2倍於L1×{-0.8×(L2/L1)+0.8}。又，有利的是，第四長度L4不小於0.8倍且不大於1.2倍於L2×{-2.5×(L2/L1)+2.5}。
即使在其中膜部件70d之平面組態係一扁圓之情況下，亦有利於的是設定滿足上文敘述之第九公式及第十公式。換言之，在其中縱橫比AR(L2/L1)小於0.8之情況下，有利的是，第三長度不小於0.8倍且不大於1.2倍於L1×{-0.8×(L2/L1)+0.8}。有利的是，第四長度L4不小於0.8倍且不大於1.2倍於L2×{0.375×(L2/L1)+0.2}。
藉由滿足此等條件，獲得具有一較大絕對值之一各向異性應變力；且更可靠地獲得一極靈敏壓力感測器。
圖13A至圖13C係繪示根據第一實施例之其他壓力感測器之示意平面圖。
此等圖式繪示膜部件70d之平面組態。
在根據如圖13A中所示之實施例之一壓力感測器112中，膜部件 70d之平面組態係實質上矩形(矩形)；且膜部件70d之角隅部分70sc具有彎曲組態。換言之，膜部件70d具有第一側70s1至第四側70s4；且該等側係由具有彎曲組態之角隅部分70sc連接。
在根據如圖13B中所示之實施例之一壓力感測器113中，膜部件70d具有第一側70s1至第四側70s4；且該等側係由具有線形組態之角隅部分70sc連接。
因此，在該實施例中，可由角隅部分70sc連接兩側。此狀態亦包含在其中連接兩側之狀態中。
在根據如圖13C中所示之實施例之一壓力感測器114中，膜部件70d之平面組態係一平行四邊形(例如在該實例中，一菱形)。換言之，膜部件70d包含第一側70s1至第四側70s4。第一側70s1及第二側70s2係沿第一方向(例如，X軸方向)；且第三側70s3及第四側70s4係沿相對於第一方向傾斜之一第三方向。第三方向與第一方向不平行且與第一方向不正交。同樣在該實例中，可由具有彎曲組態或線形組態之角隅部分70sc連接該等側。
同樣在壓力感測器112至114中，膜部件70d之平面組態係一各向異性組態。換言之，例如，膜部件70d沿行進穿過膜表面70fs之質心70dc之第一軸70x之長度長於膜部件70d沿與第一軸70x交叉(或正交)且行進穿過膜表面70fs之質心70dc之第二軸70y之長度。感測元件50安置在膜部件70d之此一中心部分70c中。同樣根據壓力感測器112至114，獲得極靈敏壓力感測器。
在該實施例中，各向異性應變力發生區域70a之組態對應於膜部件70d之平面組態。在其中膜部件70d之平面組態係一矩形之情況下，在膜表面70fs之質心70dc附近，各向異性應變力發生區域70a係一矩形區域。在其中膜部件70d之平面組態係一扁圓之情況下，在膜表面70fs之質心70dc附近，各向異性應變力發生區域70a係一扁圓區域。 在其中膜部件70d之平面組態係一菱形之情況下，在膜表面70fs之質心70dc附近，各向異性應變力發生區域70a係一菱狀區域。各向異性應變力發生區域70a用作膜部件70d之中心部分70c。
在該實施例中，可在感測單元50u中提供多個感測元件。
圖14A至圖14C係繪示根據第一實施例之壓力感測器之示意圖。
此等圖式展示多個感測元件之連接狀態之實例。
如圖14A中所示，串聯連接多個感測元件50。在其中串聯連接多個感測元件50中之N個感測元件之情況下，所獲得之電信號係N倍於其中感測元件50之數目係1之情況。另一方面，熱雜訊及肖特基雜訊增加N1/2 倍。換言之，SN比率(雜訊比率(SNR))增加N1/2 倍。藉由增加串聯連接之感測元件50之數目N，可增加SN比率且不導致膜部件70d之大小變大。
在該實施例中藉由使用具有各向異性組態之膜部件70d，歸因於壓力產生之電阻變化(例如，極性)在一起安置在膜部件70d之質心70dc附近之多個感測元件50之間係類似的。因此，可相加多個感測元件50之信號。
施加於一感測元件50之偏壓電壓(例如)不小於50毫伏(mv)且不大於150mV。在其中串聯連接N個感測元件50之情況下，偏壓電壓不小於50mV×N且不大於150mV×N。例如，在其中串聯連接之感測元件50之數目N係25之情況下，偏壓電壓不小於1V且不大於3.75V。
在其中偏壓電壓之值係1V或更大之情況下，處理獲自感測元件50之電信號之電路設計係容易且實務上有利的。在該實施例中，可成倍地安置感測元件50以在施加壓力時獲得具有相同極性之電信號。因此，可如上文敘述般藉由串聯連接感測元件50而增加SN比率。
在處理獲自感測元件50之電信號之電路中，偏壓電壓(跨端子之電壓)非所要地超過10V。在該實施例中，將串聯連接之感測元件50 之偏壓電壓及數目N設定在適當電壓範圍中。
例如，在其中電串聯連接多個感測元件50之情況下，有利的是，電壓不小於1V且不大於10V。例如，施加於電串聯連接之多個感測元件50之端子之間(一端之端子與另一端之端子之間)之電壓不小於1V且不大於10V。
為產生該電壓，在其中施加於一感測元件50之偏壓電壓係50mv之情況下，有利的是，串聯連接之感測元件50之數目N不小於20且不大於200。在其中施加於該一感測元件50之偏壓電壓係150mV之情況下，有利的是，串聯連接之感測元件50之數目N不小於7且不大於66。
如圖14B中所示，可電並聯連接多個感測元件50之至少一部分。
如圖14C中所示，多個感測元件50可經連接使得多個感測元件50形成惠斯通電橋(Wheatstone bridge)電路。藉此，例如可對感測特性執行溫度補償。
圖15A至圖15C係繪示根據第一實施例之壓力感測器之示意透視圖。
此等圖式展示多個感測元件50之連接之實例。
如圖15A中所示，在其中電串聯連接多個感測元件50之情況下，在一下部電極60b(例如，第二互連件62)與一上部電極60a(例如，第一互連件61)之間提供感測元件50及通孔接觸件65。藉此，傳導方向係在一方向上。電流向下或向上傳導通過多個感測元件50。在此連接中，多個感測元件50之信雜特性可彼此類似。
如圖15B中所示，在下部電極60b與上部電極60a之間安置感測元件50但不提供通孔接觸件65。在該實例中，傳導通過感測元件50之電流的方向在兩個相互相鄰感測元件50之間係相反的。對於此連接，多個感測元件50之安置密度為高。
如圖15C中所示，在一下部電極60b與一上部電極60a之間提供多個感測元件50。並聯連接多個感測元件50。
第二實施例
圖16A至圖16D係繪示根據一第二實施例之一壓力感測器之示意圖。
圖16A係一示意透視圖。圖16B係沿圖16A及圖16C之線A1-A2取得之一截面圖。圖16C係一示意平面圖。圖16D係包含在壓力感測器中之膜部件之一示意平面圖。
如圖16A至圖16C中所示，根據實施例之壓力感測器120亦包含膜部件70d及感測單元50u。在該實例中提供支撐單元70s。膜部件70d係由支撐單元70s支撐且為可撓。感測單元50u包含多個感測元件50(例如，第一感測元件50a至第五感測元件50e等等)。在膜部件70d上提供多個感測元件50。同樣在該實例中，多個感測元件50之各者包含第一磁性層10、提供在第一磁性層10與膜部件70d的之間之第二磁性層20及提供在第一磁性層10與第二磁性層20之間之間隔層30。間隔層30可包含(例如)一磁性材料。壓力感測器120之感測單元50u之安置不同於壓力感測器110。
多個感測元件50之至少兩者沿第一方向(例如，X軸方向)之位置彼此不同。在該實例中，沿膜部件70d之外緣70r配置多個感測元件50。在其他方面，壓力感測器120類似於壓力感測器110；且因此省略一描述。
如圖16C中所示，在壓力感測器120之膜部件70d中提供一元件安置區域75(例如，一第一元件安置區域76及一第二元件安置區域77)。元件安置區域75沿膜部件70d之外緣延伸。在元件安置區域75上提供多個感測元件50。
在膜部件70d之周邊部分70p上提供元件安置區域75。換言之， 膜部件70d包含中心部分70c及周邊部分70p。在中心部分70c周圍提供周邊部分70p。在膜部件70d之周邊部分70p之元件安置區域75上提供多個感測元件50。
換言之，可沿周邊部分70p之外緣70r配置多個感測元件50，取代配置在自中心部分70c朝向周邊部分70p之一徑向組態中。
在該實例中，膜部件70d之平面組態係一各向異性組態。換言之，膜部件70d在膜表面70fs中之第一方向上(例如，X軸方向上)之第一長度L1長於膜部件70d在第二方向上(例如，Y軸方向，其係垂直於膜表面70fs中之第一方向之一方向)之第二長度L2。
在此一情況下，提供在元件安置區域75內部之多個感測元件50之至少兩者沿第一方向(例如，X軸方向)之位置彼此不同。在該實例中，多個感測元件50係沿第一方向(在該實例中，X軸方向)配置在元件安置區域75內部。
在該實施例中，例如沿外緣70r配置多個感測元件中兩個最靠近的感測元件50。
在該實例中，膜部件70d之平面組態係實質上矩形。
換言之，如圖16D中所示，膜部件70d具有第一側70s1至第四側70s4。第一側70s1係沿第一方向(例如，X軸方向)提供。第二側70s2係沿第一方向提供且與第一側70s1隔離。第三側70s3係沿第二方向(例如，Y軸方向)提供且連接至第一側70s1之一端70s11及第二側70s2之一端70s21。第四側70s4係沿第二方向提供且與第三側70s3分離並連接至第一側70s1之另一端70s12及第二側70s2之另一端70s22。如下文描述，該等側可由具有線形組態或彎曲組態之角隅部分而彼此連接。
因此，在其中膜部件70d之平面組態係實質上矩形之情況下，元件安置區域75經提供以沿矩形之一側延伸。在該實例中，膜部件70d之周邊部分70p包含沿第一側70s1提供之第一元件安置區域76。在第 一元件安置區域76上提供多個感測元件50；且多個感測元件50(多個感測元件50之至少兩者)之沿第一方向(例如，X軸方向)之位置彼此不同。在該實例中，沿第一側70s1配置提供在第一元件安置區域76上之多個感測元件50。
在該實例中，膜部件70d之周邊部分70p包含沿第二側70s2提供之第二元件安置區域77。在第二元件安置區域77上進一步提供多個感測元件50。多個感測元件50(多個感測元件50之至少兩者)之沿第一方向(例如，X軸方向)之位置彼此不同。在該實例中，沿第二側70s2配置提供在第二元件安置區域77上之多個感測元件50。
因此，在根據實施例之壓力感測器120中，多個感測元件50之至少兩者之沿第一方向(例如，X軸方向)之位置彼此不同且(例如)沿第一方向配置。藉此，在多個感測元件50中，由於所施加之壓力而發生一類似電阻變化。根據實施例，可提供一極靈敏壓力感測器。
例如，在壓力感測器120中，多個感測元件50安置在選自第一元件安置區域76及第二元件安置區域77之至少一者中。換言之，可提供第一元件安置區域76；且可不提供第二元件安置區域77。或者，可提供第二元件安置區域77；且可不提供第一元件安置區域76。
例如，關於圖14A至圖14C及圖15A至圖15C描述之組態之任一者可適用於實施例中之多個感測元件50之連接。
在壓力感測器120中，膜部件70d之平面組態係一各向異性組態。又，在膜部件70d之元件安置區域75上一起提供多個感測元件50。元件安置區域75係膜部件70d之短軸端部附近之一區域。
如關於第一實施例描述，在其中膜部件70d之平面組態係一各向異性組態之情況下，當膜部件70d歸因於所施加之壓力而自膜部件70d之一表面偏轉時，在膜部件70d之表面中發生在膜部件70d之長軸方向與短軸方向之間不同之應變力。發生在短軸方向上之應變力大於發生 在長軸方向上之應變力。膜部件70d上之其中發生各向異性應變力之區域(對於具有各向異性組態之膜部件70d)寬於具有各向異性組態之膜部件70d。短軸側上之膜部件70d之端部附近亦確認此趨勢。
具有大的絕對值之各向異性應變力發生在具有各向異性組態之膜部件70d之短軸側上之端部處之一區域中，該區域寬於具有等向性組態之膜部件70d之端部處之區域。因此，可增加歸因於壓力發生電阻之一類似變化(例如，具有相同極性)之感測元件50之數目。藉此，可提供一極靈敏壓力感測器。
可藉由串聯連接多個感測元件50來增加SN比。同樣在該實施例中，感測元件50可經安置以在施加壓力時獲得具有相同極性之電信號。藉此，可增加SN比。在該實施例中，例如，將串聯連接之感測元件50之偏壓電壓及數目N設定在適當電壓範圍中。例如，有利的是，電串聯連接多個感測元件50時的電壓不小於1V且不大於10V。例如，在其中施加於一感測元件50之偏壓電壓係50mV之情況下，有利的是，串聯連接之感測元件50之數目N不小於20且不大於200。在其中施加於一感測元件50之偏壓電壓係150mV之情況下，有利的是，串聯連接之感測元件50之數目N不小於7且不大於66。
可電並聯連接多個感測元件50之至少一部分。多個感測元件50可經連接使得多個感測元件50形成惠斯通電橋(Wheatstone bridge)電路。藉此，例如可執行感測特性之溫度補償。
在該實例中，元件安置區域75之平面組態(第一元件安置區域76及第二元件安置區域77之平面組態)係實質上矩形。
例如，第一元件安置區域76在第一方向上(例如，X軸方向上)之長度(一第五長度L5)不大於0.5倍於第一長度L1。第一元件安置區域76在第二方向上(例如，Y軸方向上)之寬度(一第六長度L6)不大於0.1倍於第二長度L2。
第一元件安置區域76之X軸方向中心實質上對準膜部件70d之X軸方向中心。例如，第一方向上介於第一元件安置區域76在第一方向上(例如，X軸方向)之中心與膜部件70d之第一方向中心之間的距離不大於第二長度L2之1/10。
類似地，例如，第二元件安置區域77在第一方向上(例如，X軸方向)之長度(一第七長度L7)不大於0.5倍於第一長度L1。第二元件安置區域77在第二方向上(例如，Y軸方向)之寬度(一第八長度L8)不大於0.1倍於第二長度L2。
第二元件安置區域77之X軸方向中心實質上對準膜部件70d之X軸方向中心。例如，第一方向上介於第二元件安置區域77在第一方向上(例如，X軸方向)之中心與膜部件70d之第一方向中心之間的距離不大於第二長度L2之1/10。
現在將描述其中膜部件70d之平面組態係一矩形且多個感測元件50一起安置在短軸側上之膜部件70d之端部附近之情況下的特性之一實例。
圖17A及圖17B係繪示根據第二實施例之壓力感測器之組態及特性之示意圖。
此等圖式繪示壓力感測器120之特性之模擬結果。圖17A係膜部件70d之一示意透視圖。圖17B繪示發生在膜部件70d中之各向異性應變力△ε之X-Y平面中之分佈。
在如圖17A中所示之實例中，膜部件70d之平面組態係一矩形。在該實例中，膜部件70d在長軸方向上之長度(第一長度L1)係625μm；且短軸方向上之長度(第二長度L2)係400μm；且厚度Lt係2μm。
分析對此一膜部件70d發生在膜部件70d之正面中之應變力。分析之有限元素方法之條件類似於關於第一實施例描述之條件。膜部件 70d之移位對相距質心70dc之距離之相依性與關於第一實施例描述之結果(圖5D及圖5E)相同。一端部各向異性應變力發生區域75a係其中各向異性應變力不小於0.4倍(即，40%)於膜部件70d在短軸側上之端部處獲得之各向異性應變力之最大值(絕對值)之區域。因為存在兩個端部，所以端部各向異性應變力發生區域75a包含一第一端部各向異性應變力發生區域76a及一第二端部各向異性應變力發生區域77a。
圖17B係繪示第一端部各向異性應變力發生區域76a及第二端部各向異性應變力發生區域77a之一等高線圖。
自圖17B可知，藉由使用具有各向異性組態之膜部件70d而使第一端部各向異性應變力發生區域76a及第二端部各向異性應變力發生區域77a發生在該兩個短軸方向端部附近。此等區域之表面面積較大。端部各向異性應變力發生區域75a之表面面積(第一端部各向異性應變力發生區域76a之表面面積與第二端部各向異性應變力發生區域77a之表面面積與之和)係約8500μm2 。
因此，在端部附近之一寬闊區域中可獲得等於短軸方向端部之各向異性應變力之各向異性應變力。在該實施例中，多個感測元件50安置在其中獲得等效各向異性應變力之區域中。換言之，例如，第一端部各向異性應變力發生區域76a被設定為第一元件安置區域76；且第二端部各向異性應變力發生區域77a被設定為第二元件安置區域77。藉由在此等區域中安置多個感測元件50獲得一極靈敏壓力感測器。
自圖17B可知，在其中膜部件70d具有一矩形組態之情況下，端部各向異性應變力發生區域75a之組態(第一端部各向異性應變力發生區域76a及第二端部各向異性應變力發生區域77a之組態)亦係實質上矩形。
第一端部各向異性應變力發生區域76a在X軸方向上之長度(對應 於第五長度L5)不大於0.5倍於第一長度L1。第一端部各向異性應變力發生區域76a在Y軸方向上之寬度(對應於第六長度L6)不大於0.1倍於第二長度L2。第一端部各向異性應變力發生區域76a在行進穿過膜表面70fs之質心70dc且平行於第二方向之一軸周圍具有實質上線對稱。例如，X軸方向上介於第一端部各向異性應變力發生區域76a之X軸方向中心與膜部件70d之X軸方向中心之間的距離不大於第二長度L2之1/10。
類似地，第二端部各向異性應變力發生區域77a在X軸方向上之長度(對應於第七長度L7)不大於0.5倍於第一長度L1。第二端部各向異性應變力發生區域77a在Y軸方向上之寬度(對應於第八長度L8)不大於0.1倍於第二長度L2。例如，X軸方向上介於第二端部各向異性應變力發生區域77a之X軸方向中心與膜部件70d之X軸方向中心之間的距離不大於第二長度L2之1/10。
第一元件安置區域76經設定為對應於此一第一端部各向異性應變力發生區域76a；且第二元件安置區域77經設定為對應於此一第二端部各向異性應變力發生區域77a。在該實施例中，沿膜部件70d之外緣70r在此等區域上安置多個感測元件50。例如，當多個感測元件50突出至X-Y平面上時，多個感測元件50之質心與此等區域重疊。藉此，獲得一極靈敏壓力感測器。
在該實施例中，在選自第一端部各向異性應變力發生區域76a及第二端部各向異性應變力發生區域77a之至少一者中提供多個感測元件50。
圖18A及圖18B係繪示一參考實例之一壓力感測器之組態及特性之示意圖。
此等圖式繪示參考實例之壓力感測器119b之特性之模擬結果。圖18A係膜部件70d之一示意透視圖。圖18B繪示發生在膜部件70d中之 各向異性應變力△ε之X-Y平面中之分佈。
在如圖18A中所示之參考實例之壓力感測器119b中，膜部件70d之平面組態係一圓。膜部件70d之平面組態之直徑(第一長度L1及第二長度L2)係564μm；且膜部件70d之厚度Lt係2μm。壓力感測器119b之應變力與關於圖11B描述一樣。自應變力之分析結果判定端部各向異性應變力發生區域75a(其中各向異性應變力不小於0.4倍(即，40%)於膜部件70d在短軸側上之端部處獲得之各向異性應變力之絕對值之最大值之區域)。
圖18B係端部各向異性應變力發生區域75a之一等高線圖。在參考實例中，第一端部各向異性應變力發生區域76a及第二端部各向異性應變力發生區域77a之表面面積較小。端部各向異性應變力發生區域75a之表面面積(第一端部各向異性應變力發生區域76a之表面面積與第二端部各向異性應變力發生區域77a之表面面積與之和)係約5000μm2 。
對於壓力感測器120及壓力感測器119b，膜部件70d之表面面積相同。對於壓力感測器120的端部各向異性應變力發生區域75a之表面面積對膜部件70d之表面面積之比率高於對於壓力感測器119b的端部各向異性應變力發生區域75a之表面面積對膜部件70d之表面面積之比率。
因此，藉由使用具有各向異性組態(例如，矩形)之膜部件70d，其中獲得大的各向異性應變力之區域(端部各向異性應變力發生區域75a)可大於其中使用等向性圓形膜部件70d之情況。在該實施例中，多個感測元件50安置在此區域中。
在壓力感測器120中，沿具有各向異性組態之矩形膜部件70d之短軸方向外緣70r一起安置多個感測元件50。藉此，施加一類似各向異性應變力(例如，具有相同極性)至多個感測元件50。在該實施例 中，可在此區域中安置具有歸因於壓力產生之電阻之類似變化(例如，具有相同極性)之多個感測元件50。可藉由(例如)電串聯連接感測元件增加S/N比。進一步言之，可藉由將偏壓電壓設定為一適當值而提供一極靈敏壓力感測器。
現在將針對在其中膜部件70d係一矩形且多個感測元件50一起安置在膜部件之短軸方向端部附近之情況下膜部件70d之不同縱橫比描述特性之一實例。現在將描述端部各向異性應變力發生區域75a之第一端部各向異性應變力發生區域76a。
圖19係繪示一壓力感測器之一示意平面圖。
圖19繪示壓力感測器120之膜部件70d之座標系統。膜表面70fs之質心之座標(x,y)係(0,0)。膜部件70d之外緣70r之一點在X軸方向上之座標係(L1/2,0)。膜部件70d之外緣70r之一點在Y軸方向上之座標係(0,L2/2)。
第一端部各向異性應變力發生區域76a在第一方向上之長度(X軸方向上之長度)係一長度L5a；且第一端部各向異性應變力發生區域76a在第二方向上之長度(Y軸方向上之長度)係一長度L6a。第二長度L2與長度L6a之間的差係△L6a(即，△L6a=L2-2×L6a)。第一端部各向異性應變力發生區域76a之外緣之一點PXa1在X軸方向上之座標係(L5a/2,L2/2)。第一端部各向異性應變力發生區域76a之質心70dc側上之外緣之Y軸方向上之一點PYa1之座標係(0,△L6a/2)。
現在將針對其中膜部件70d之平面組態係此一矩形之情況下膜部件70d之不同縱橫比AR描述特性之一實例。
圖20A至圖20D係繪示壓力感測器之特性之圖表。
此等圖式展示具有上文描述之第一組態至第六組態之壓力感測器之特性。此等圖式亦展示一第十三組態之一壓力感測器之特性。
在第十三組態中，膜部件70d之平面組態係一圓。即，第一長度 L1係564μm；第二長度L2係564μm；且縱橫比AR係1。第十三組態對應於關於圖18A及圖18B描述之組態。
在第一組態至第五組態中，膜部件70d之平面組態係一矩形且具有一各向異性組態。在第六組態中，膜部件70d之平面組態係一正方形。在第十三組態中，膜部件70d之平面組態係一圓。在圖20A至圖20D中，由實心符號繪示第一組態至第六組態之值。在圖20A及圖20B中，由空心圓形符號繪示第十三組態之值。
對此等組態藉由有限元素分析法執行發生在膜部件70d之正面中之應變力之分析。有限元素方法之條件與關於圖5A至圖5F描述之條件相同。
在圖20A中，垂直軸係膜部件70d之端部處之一各向異性應變力△εe(各向異性應變力之絕對值)。水平軸係膜部件70d之平面組態之縱橫比AR。對於第十三組態(空心圓形符號)，該端部處之各向異性應變力△εe之絕對值較小。相反地，對於第一組態至第六組態(實心符號)，該端部處之各向異性應變力△εe之絕對值較大。因此，與其中膜部件70d之平面組態係一圓之情況相比，針對具有係矩形或正方形之平面組態之第一組態至第六組態獲得具有一大絕對值之一各向異性應變力△εe。
自圖20A(增加膜部件70d之端部處之各向異性應變力△εe之絕對值之態樣)可知，有利的是，膜部件70d之縱橫比AR不小於0.25但小於1.0，且更有利的是不小於0.64但小於1.0。
針對第一組態至第六組態分析第一端部各向異性應變力發生區域76a(其中各向異性應變力不小於0.4倍(即，40%)於膜部件70d在短軸側上之端部處獲得之各向異性應變力之最大值之區域)。因此，發現第一端部各向異性應變力發生區域76a之平面組態係一矩形。
在圖20B中，垂直軸係第一端部各向異性應變力發生區域76a之 表面面積對膜部件70d之表面面積之比率(表面面積比Ra)。水平軸係縱橫比AR。自圖20B可知，對於第一組態至第六組態之表面面積比Ra高於(大於)對於第十三組態之表面面積比Ra。表面面積比Ra隨著縱橫比AR降低(隨著第一長度L1與第二長度L2之間的差增加)而增加。自加寬膜部件70d上獲得各向異性應變力之區域之態樣，有利的是縱橫比AR不大於0.8且更有利的是不大於0.25。
現在將描述第一端部各向異性應變力發生區域76a之外緣之位置(參考圖19之座標)。
圖20C之垂直軸係第一端部各向異性應變力發生區域76a之外緣上之點PXa1在X軸方向上之正規化座標(一距離Xa1)。距離Xa1對應於(L5a)/(L1)。
圖20D之垂直軸係第一端部各向異性應變力發生區域76a之外緣上之質心70dc側上之點PYa1在Y軸方向上之正規化座標(一距離Ya1)。距離Ya1對應於(△L6a)/(L2)。
在此等圖式中，水平軸係縱橫比AR。圖20C及圖20D展示第一組態至第六組態之結果。
由此等圖式可知，對於第一組態至第六組態，距離Xa1及距離Ya1大於零。換言之，針對此等組態獲得第一端部各向異性應變力發生區域76a。
由此等圖式可知，在其中縱橫比AR不小於0.8但小於1之情況下，有利的是
另一方面，在其中縱橫比AR小於0.8之情況下，有利的是
在圖20C中，係淡陰影之一第四陰影區域R4及係暗陰影之一第五陰影區域R5對應於第一端部各向異性應變力發生區域76a之條件。在圖20D中，係淡陰影之一第六陰影區域R6及係暗陰影之一第七陰影區域R7對應於第一端部各向異性應變力發生區域76a之條件。
第四陰影區域R4係由下文敘述之第十一公式(即，下文敘述之第十二公式)表示。
第五陰影區域R5係由下文敘述之第十三公式(即，下文敘述之第十四公式)表示。
第六陰影區域R6係由下文敘述之第十五公式(即，下文敘述之第十六公式)表示。
第七陰影區域R7係由下文敘述之第十七公式(即，下文敘述之第十八公式)表示。
換言之，在其中縱橫比AR小於0.8之情況下，第十一公式、第十二公式、第十五公式及第十六公式之條件係有利的。
另一方面，在其中縱橫比AR不小於0.8但小於1之情況下，第十三公式、第十四公式、第十七公式及第十八公式之條件係有利的。
換言之，在其中縱橫比AR小於0.8之情況下，有利的是第一元件安置區域76在第一方向上之長度(長度L5a)不大於L1×{-0.375×(L2/L1) +0.8}。有利的是第一元件安置區域76在第二方向上之寬度(長度L6a)不大於(L2/2)×{1-0.125×(L2/L1)+0.8}。有利的是第一元件安置區域76之第一方向中心實質上與膜部件70d之第一方向中心重疊，且第一方向上介於第一元件安置區域76之第一方向中心與膜部件70d之第一方向中心之間的距離係(例如)第二長度L2之1/10。
另一方面，在其中縱橫比AR不小於0.8但小於1之情況下，有利的是，第一元件安置區域76在第一方向上之寬度(長度L5a)不大於0.5倍於第二長度L2。有利的是，第一元件安置區域76在第二方向上之寬度(長度L6a)不大於0.05倍於第二長度L2。
第二元件安置區域77之特性類似於上文敘述之第一元件安置區域76之特性。
現在將描述其中膜部件70d之平面組態係一橢圓且多個感測元件50一起安置在膜部件70d之短軸方向端部附近之情況中之特性實例。
圖21A及圖21B係繪示根據第二實施例之另一壓力感測器之組態及特性之示意圖。
此等圖式繪示根據實施例之壓力感測器121之特性之模擬結果。圖21A係膜部件70d之一示意平面圖。圖21B繪示發生在膜部件70d中之各向異性應變力△ε之X-Y平面中之分佈。
如圖21A中所示，膜部件70d之平面組態係一扁圓(亦包含一橢圓)。感測元件50(圖式中未展示)安置在膜部件70d之短軸(第二方向)端部處。在該實例中，膜部件70d之長軸之長度(第一長度L1)係704μm；且短軸之長度(第二長度L2)係452μm。膜部件70d之厚度Lt係2μm。模擬之條件與上文描述之條件相同。
膜部件70d之正面之應變力對相距質心之距離之相依性與上文在圖10B及圖10C中繪示之相依性一樣。
圖21B係繪示端部各向異性應變力發生區域75a(第一端部各向異 性應變力發生區域76a及第二端部各向異性應變力發生區域77a)之一等高線圖。如上文描述，端部各向異性應變力發生區域75a中獲得不小於0.4倍(即，40%)於發生在膜部件70d之端部處之各向異性應變力△εe(對應於最大值)之一各向異性應變力。如圖21B中所示，藉由使用具有各向異性組態之膜部件70d，可在短軸方向端部附近之一寬闊區域中獲得等於端部之各向異性應變力之一各向異性應變力。端部各向異性應變力發生區域75a之表面面積(第一端部各向異性應變力發生區域76a之表面面積與第二端部各向異性應變力發生區域77a之表面面積與之和)係約6600μm2 。
另一方面，如上文描述，在其中膜部件70d之平面組態係一圓之壓力感測器119b中，端部各向異性應變力發生區域75a之表面面積係約5000μm2 。膜部件70d之表面面積在壓力感測器121與壓力感測器119b之間係相同的。對於壓力感測器121的端部各向異性應變力發生區域75a之表面面積對膜部件70d之表面面積之比率高於對於壓力感測器119b的端部各向異性應變力發生區域75a之表面面積對膜部件70d之表面面積之比率。
因此，在該實施例中，膜表面70fs之組態可為一扁圓(包含一橢圓)。例如，突出至平行於膜部件70d之膜表面70fs之一平面(例如，X-Y平面)上之膜部件70d之組態可為一扁圓(包含一橢圓)。在扁圓中，將第一方向(例如，X軸方向)視為長軸；且將第二方向(例如，Y軸方向)視為短軸。
如圖21A及圖21B中繪示，膜部件70d之周邊部分70p具有沿長軸之一弧線75b(一長軸弧線)。沿長軸之弧線75b包含(例如)一第一弧線76b及一第二弧線77b。沿第一弧線76b提供第一元件安置區域76。沿第二弧線77b提供第二元件安置區域77。
沿第一元件安置區域76中之長軸弧線(第一弧線76b)配置多個感 測元件50之至少兩者。沿第二元件安置區域77中之長軸弧線(第二弧線77b)配置多個感測元件50中之至少兩個其他元件。
根據此一壓力感測器120，可提供一極靈敏壓力感測器。
在該實施例中，多個感測元件50可提供在選自第一端部各向異性應變力發生區域76a及第二端部各向異性應變力發生區域77a之至少一者中。
現在將描述其中膜部件70d之平面組態係一橢圓且多個感測元件50一起安置在膜部件70d之短軸方向端部附近之情況中之特性實例。
當對上文描述之第七組態至第十一組態分析各向異性應變力之縱橫比AR相依性時獲得類似於矩形膜部件70d之趨勢之一趨勢。自增加各向異性應變力之絕對值之態樣可知，有利的是，縱橫比AR不小於0.25但小於1.0，且更有利的是不小於0.64但小於1.0。
在第七組態至第十一組態中，端部各向異性應變力發生區域75a之表面面積對膜部件70d之表面面積之比率(表面面積比)大於第十三組態中之端部各向異性應變力發生區域75a之表面面積對膜部件70d之表面面積之比率(表面面積比)。表面面積比隨著縱橫比AR降低(第一長度L1與第二長度L2之間的差增加)而增加。由加寬膜部件70d上獲得各向異性應變力之區域之態樣可知，有利的是，縱橫比AR不大於0.8且更有利的是不大於0.25。
圖22係繪示根據第二實施例之另一壓力感測器之一示意圖。
圖22繪示壓力感測器121之膜部件70d之座標系統。在其中膜部件70d之平面組態係一橢圓之情況下，第一端部各向異性應變力發生區域76a之座標可實質上類似於圖19中繪示之壓力感測器120。
使用此等座標，針對其中膜部件70d之平面組態係一橢圓之情況下檢查第一端部各向異性應變力發生區域76a之座標之特性。因此，發現其中膜部件70d係一橢圓之情況下的特性類似於其中平面組態係 一矩形之情況下的特性。
因此，同樣在此一情況下，若縱橫比AR小於0.8，則有利的是第一元件安置區域76在第一方向上之長度(長度L5a)不大於L1×{-0.375×(L2/L1)+0.8}。有利的是，第一元件安置區域76在第二方向上之寬度(長度L6a)不大於(L2/2)×{1-0.125×(L2/L1)+0.8}。有利的是，第一元件安置區域76之第一方向中心實質上與膜部件70d之第一方向中心重疊，且第一方向上介於第一元件安置區域76之第一方向中心與膜部件70d之第一方向中心之間的距離係(例如)第二長度L2之1/10。
另一方面，同樣在此一情況下，若縱橫比AR不小於0.8但小於1，則有利的是第一元件安置區域76在第一方向上之寬度(長度L5a)不大於0.5倍於第二長度L2。有利的是，第一元件安置區域76在第二方向上之寬度(長度L6a)不大於0.05倍於第二長度L2。
第二元件安置區域77之特性類似於上文敘述之第一元件安置區域76之特性。
圖23A及圖23B係繪示根據第二實施例之其他壓力感測器之示意平面圖。
此等圖式繪示膜部件70d之平面組態。
在根據如圖23A中所示之實施例之一壓力感測器122中，角隅部分70sc具有彎曲組態。在根據如圖23B中所示之實施例之一壓力感測器123中，角隅部分70sc具有線形組態。同樣根據壓力感測器122及123，獲得一極靈敏壓力感測器。
圖24A至圖24F係繪示根據第二實施例之其他壓力感測器之示意平面圖。
此等圖式繪示元件安置區域75中之多個感測元件50之安置。在該實例中，第一元件安置區域76被繪示為元件安置區域75。第二元件安置區域77中之多個感測元件50之安置可(例如)類似於第一元件安置 區域76中之多個感測元件50之安置。
在如圖24A中所示之一壓力感測器120a中，沿X軸方向(沿膜部件70d之長側之方向)配置多個感測元件50。在該實例中，感測元件50之平面組態(當感測元件50突出至X-Y平面上時之感測元件50之組態)係一矩形。例如，感測元件50之組態係一正方形。
如圖24B中所示，同樣在一壓力感測器120b中，沿X軸方向(沿膜部件70d之長側之方向)配置多個感測元件50。在該實例中，感測元件50之平面組態係一圓。感測元件50之平面組態可為一扁圓。感測元件50之平面組態可為一矩形。
在如圖24C中所示之一壓力感測器120c中，多個感測元件50係配置成多行。在該等行之各者中，沿X軸方向(沿膜部件70d之長側之方向)配置多個感測元件50。多個感測元件50之安置係(例如)一交錯安置。在該實例中，感測元件50之平面組態係一圓。感測元件50之平面組態可為一扁圓。感測元件50之平面組態可為一矩形。
在如圖24D及圖24E中所示之壓力感測器120d及120e中，膜部件70d之外緣70r與多個感測元件50之各者之間的距離在多個感測元件50之間係不同的。沿一弧線配置多個感測元件50。在此等實例中，感測元件50之平面組態係一圓。感測元件50之平面組態可為一扁圓。感測元件50之平面組態可為一矩形。
在圖24D中繪示之壓力感測器120d中，外緣70r與安置在第一元件安置區域76之X軸方向中心部分之區域中之感測元件50之間的距離長於外緣70r與安置在第一元件安置區域76之X軸方向端部之區域中之感測元件50之間的距離。
在圖24E中繪示之壓力感測器120e中，外緣70r與安置在第一元件安置區域76之X軸方向中心部分之區域中之感測元件50之間的距離短於外緣70r與安置在第一元件安置區域76之X軸方向端部之區域中之感 測元件50之間的距離。
在如圖24F中所示之一壓力感測器120f中，在元件安置區域75內部任意安置多個感測元件50。在該實例中，感測元件50之平面組態係一圓。感測元件50之平面組態可為一扁圓。感測元件50之平面組態可為一矩形。
因此，在該實施例中，多個感測元件50經安置使得提供在元件安置區域75(選自第一元件安置區域76及第二元件安置區域77之至少一者)中之多個感測元件50之至少兩者沿第一方向(X軸方向)之位置彼此不同。
圖25A及圖25B係繪示根據第二實施例之其他壓力感測器之示意平面圖。
此等圖式繪示元件安置區域75(第一元件安置區域76及第二元件安置區域77)及多個感測元件50之安置。
在根據如圖25A及圖25B中所示之實施例之壓力感測器120g及120h中提供第一元件安置區域76及第二元件安置區域77。在此等區域之各者中提供多個感測元件50。
在如圖25A中所示之壓力感測器120g中，多個感測元件50係沿此等區域之各者中之X軸方向(沿膜部件70d之長度L1之方向)。
在如圖25B中所示之壓力感測器120h中，多個感測元件50係安置成沿此等區域之各者中之X軸方向(沿膜部件70d之長度L1之方向)之多行。包含在多行中之感測元件50之數目在該多行之間係不同的。多個感測元件50安置在此等區域之各者中之三角形組態中。沿X軸方向提供三角形之一側。
如圖25A及圖25B中所示，當膜部件70d突出至平行於膜表面70fs之一平面(例如，X-Y平面)上時可形成一外接矩形70cr。外接矩形70cr外接膜表面70fs之組態。膜表面70fs之組態具有(例如)突出至平行於 膜表面70fs之一平面上之膜部件70d之外緣70r之組態。在該實例中，膜部件70d之平面組態係一各向異性組態且係一矩形。外接矩形70cr亦係一矩形。
外接矩形70cr具有第一側70s1、第二側70s2、第三側70s3及第四側70s4。第二側70s2與第一側70s1分離。第三側70s3連接至第一側70s1之一端70s11及第二側70s2之一端70s21。第四側70s4與第三側70s3分離並連接至第一側70s1之另一端70s12及第二側70s2之另一端70s22。
在該實例中，膜部件70d在膜部件70d之膜表面70fs中之第一方向上(X軸方向上)之第一長度長於膜部件70d在垂直於膜表面70fs中之第一方向之第二方向上(Y軸方向上)之第二長度。因此，外接矩形70cr係一矩形。第一側70s1及第二側70s2在第一方向上(X軸方向上)延伸。第三側70s3及第四側70s4在第二方向上(Y軸方向上)延伸。第一側70s1之長度與第二側70s2之長度相同。第三側70s3之長度短於第一側70s1之長度且短於第二側70s2之長度。第四側70s4之長度短於第一側70s1之長度且短於第二側70s2之長度。
外接矩形70cr具有一質心70crd。例如，質心70crd與膜表面70fs之質心70dc重疊。
外接矩形70cr包含一第一區域78a、一第二區域78b、一第三區域78c及一第四區域78d。
第一區域78a係由第一側70s1、將質心70crd連接至第一側70s1之一端70s11之線段及將質心70crd連接至第一側70s1之另一端70s12之線段圍封之區域。
第二區域78b係由第二側70s2、將質心70crd連接至第二側70s2之一端70s21之線段及將質心70crd連接至第二側70s2之另一端70s22之線段圍封之區域。
第三區域78c係由第三側70s3、將質心70crd連接至第一側70s1之一端70s11之線段及將質心70crd連接至第二側70s2之該一端70s21之線段圍封之區域。
第四區域78d係由第四側70s4、將質心70crd連接至第一側70s1之該另一端70s12之線段及將質心70crd連接至第二側70s2之該另一端70s22之線段圍封之區域。
如圖25A及圖25B中所示，在膜表面70fs與第一區域78a重疊之部分上提供多個感測元件50。提供在膜表面70fs與第一區域78a重疊之區域中之多個感測元件50之至少兩者沿第一方向(X軸方向)之位置彼此不同。
又，在該實例中，在膜表面70fs與第二區域78b重疊之部分上進一步提供多個感測元件50。換言之，不同於提供在膜表面70fs與第一區域78a重疊之部分上之上文敘述之該至少兩者之多個感測元件50安置在膜表面70fs與第二區域78b重疊之部分上。安置在膜表面70fs與第二區域78b重疊之部分上之該至少兩個其他感測元件50之沿第一方向(X軸方向)之位置彼此不同。
如在上文描述之壓力感測器121中，即使在其中膜部件70d之平面組態(膜表面70fs之組態)係一扁圓之情況下亦可界定外接矩形70cr。如在壓力感測器122及123中，即使在其中具有彎曲組態或線形組態之角隅部分70sc提供在膜部件70d之平面組態(膜表面70fs之組態)中之情況下亦可界定外接矩形70cr。又，可界定第一區域78a至第四區域78d。同樣在壓力感測器121至123中，多個感測元件50提供在膜表面70fs與第一區域78a重疊之部分上。提供在膜表面70fs與第一區域78a重疊之區域中之多個感測元件50中之至少兩者沿第一方向(X軸方向)之位置彼此不同。進一步言之，多個感測元件50提供在膜表面70fs與第二區域78b重疊之部分上。安置在膜表面70fs與第二區域78b重疊 之部分上之該至少兩個其他感測元件50之沿第一方向(X軸方向)之位置彼此不同。
圖26係繪示根據第二實施例之另一壓力感測器之一示意透視圖。
在根據如圖26中所示之實施例之壓力感測器124中，膜部件70d之平面組態係一正方形。在其他方面，壓力感測器124類似於壓力感測器120。
在該實例中，膜部件70d包含沿第一方向(例如，X軸方向)提供之第一側70s1、沿第一方向提供且與第一側70s1分離之第二側70s2、沿第二方向(例如，Y軸方向)提供且連接至第一側70s1之一端70s11及第二側70s2之一端70s21之第三側70s3及沿第二方向提供且與第三側70s3分離並連接至第一側70s1之另一端70s12及第二側70s2之另一端70s22之第四側70s4。
膜部件70d之周邊部分70p包含沿第一側70s1提供之第一元件安置區域76。多個感測元件50係沿第一側70s1配置在第一元件安置區域76中。同樣根據壓力感測器124，獲得一極靈敏壓力感測器。
圖27A及圖27B係繪示根據第二實施例之另一壓力感測器之組態及特性之示意圖。
圖27A係繪示壓力感測器124之膜部件70d之一示意透視圖。在壓力感測器124中，第一長度L1係500μm；且第二長度L2亦係500μm；且厚度Lt係2μm。
圖27B繪示發生在膜部件70d中之各向異性應變力△ε之X-Y平面中之分佈。
如圖27A中所示，同樣在壓力感測器124中，獲得具有一大表面面積之端部各向異性發生區域75a。
同樣在壓力感測器124中，在膜表面70fs與第一區域78a及第二區 域78b重疊之部分上提供多個感測元件50。又，提供在膜表面70fs與第一區域78a與第二區域78b重疊之區域中之多個感測元件50中之至少兩者沿第一方向(X軸方向)之位置彼此不同。
第三實施例
圖28係繪示根據一第三實施例之一壓力感測器之一示意透視圖。
如圖28中所示，多個感測單元50u提供在根據實施例之壓力感測器130中。一感測單元50u提供在膜部件70d之中心部分70c上。另一感測單元50u提供在第一元件安置區域76上。另一感測單元50u提供在第二元件安置區域77上。在該實例中，沿第一側70s1(長側)提供第一元件安置區域76；且沿第二側70s2(長側)提供第二元件安置區域77。多個感測元件50之至少兩者之沿第一方向之位置彼此不同。
圖29係繪示根據第三實施例之另一壓力感測器之一示意透視圖。
在根據如圖29中所示之實施例之壓力感測器131中，多個感測單元50u提供在中心部分70c、第一元件安置區域76及第二元件安置區域77上。在該實例中，沿第三側70s3(短側)提供第一元件安置區域76；且沿第四側70s4(短側)提供第二元件安置區域77。
圖30係繪示根據第三實施例之另一壓力感測器之一示意透視圖。
在根據如圖30中所示之實施例之壓力感測器132中，感測單元50u提供在中心部分70c上。進一步言之，沿第一側70s1至第四側70s4提供元件安置區域；且在元件安置區域上提供感測單元50u。
圖31係繪示根據第三實施例之另一壓力感測器之一示意透視圖。
在根據如圖31中所示之實施例之壓力感測器133中，沿第一側 70s1至第四側70s4提供元件安置區域；且在元件安置區域上提供感測單元50u。
在壓力感測器130至133中，膜部件70d之平面組態係一矩形。膜部件70d之平面組態可為一橢圓。或者，膜部件70d之平面組態可為一正方形。
圖32係繪示根據第三實施例之另一壓力感測器之一示意透視圖。
在根據如圖32中所示之實施例之壓力感測器134中，膜部件70d之平面組態係一正方形。沿第一側70s1至第四側70s4提供元件安置區域；且在元件安置區域上提供感測單元50u。
在壓力感測器130至134中，沿膜部件70d之諸側(第一側70s1至第四側70s4等等)配置包含在感測單元50u中之多個感測元件50。
現在將描述用於根據第一實施例至第三實施例之壓力感測器之感測元件之一實例。
在本文中，「材料A/材料B」指示其中一層材料B提供在一層材料A上之狀態。
圖33係繪示於實施例中使用之感測元件之一示意透視圖。
如圖33中所示，於實施例中使用之感測元件201包含按順序配置之一下部電極58l、一基礎層59、一釘紮層55p、一第二磁化固定層52、一磁性耦合層55x、一第一磁化固定層51、間隔層30、磁化自由層55f、一罩蓋層55c及一上部電極58u。
在該實例中，磁化自由層55f對應於第一磁性層10；且第一磁化固定層51對應於第二磁性層20。感測元件201係一底部自旋閥類型元件。
基礎層59包含(例如)Ta/Ru。Ta層之厚度(Z軸方向上之長度)係(例如)3nm。Ru層之厚度係(例如)2nm。
釘紮層55p包含(例如)具有7nm之一厚度之一IrMn層。第二磁化固定層52包含(例如)具有2.5nm之一厚度之Co75 Fe25 層。磁性耦合層55x包含(例如)具有0.9nm之一厚度之一Ru層。
第一磁化固定層51包含(例如)具有3nm之一厚度之一Co40 Fe40 B20 層。間隔層30包含(例如)具有1.5nm之一厚度之一MgO層。磁化自由層55f包含(例如)Co40 Fe40 B20 /Fe80 Ga20 。Co40 Fe40 B20 層之厚度係約2nm。Fe80 Ga20 層之厚度係4nm。
罩蓋層55c包含(例如)Ta/Ru。Ta層之厚度係(例如)1nm。Ru層之厚度係(例如)5nm。
下部電極58l及上部電極58u包含(例如)選自鋁(Al)、鋁銅合金(Al-Cu)、銅(Cu)、銀(Ag)及金(Au)之至少一者。可藉由使用具有一相對較小電阻之此一材料作為下部電極58l及上部電極58u導致一電流在感測元件50中有效流動。
下部電極58l可具有其中在用於下部電極58l之一罩蓋層(未展示)與一基礎層(未展示)之間提供選自Al、Al-Cu、Cu、Ag及Au之至少一層之一結構。例如，下部電極58l包含鉭(Ta)/銅(Cu)/鉭(Ta)等等。例如，可藉由使用Ta作為下部電極58l之基礎層而改良膜部件與下部電極58l之間之黏附。鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)等等可用作下部電極58l之基礎層。
可藉由使用Ta作為罩蓋層防止下部電極58l之罩蓋層下方的銅(Cu)等等之氧化。鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)等等可用作下部電極58l之罩蓋層。
基礎層59可包含一緩衝層(未展示)及一晶種層(未展示)之一堆疊結構。例如，緩衝層緩和下部電極58l之表面及膜部件之不規則性並改良堆疊在緩衝層上之諸層之結晶度。例如，選自由鉭(Ta)、鈦(Ti)、釩(V)、鎢(W)、鋯(Zr)、鉿(Hf)及鉻(Cr)組成之群組之至少一者 用作緩衝層。包含選自此等材料之至少一材料之一合金可用作緩衝層。
有利的是，緩衝層之厚度不小於1nm且不大於10nm。更有利的是，緩衝層之厚度不小於1nm且不大於5nm。當緩衝層之厚度太薄時，損失緩衝效果。當緩衝層之厚度太厚時，感測元件50之厚度變得過厚。一晶種層可形成於緩衝層上；且晶種層可具有一緩衝效果。可省略緩衝層。緩衝層包含(例如)具有3nm之一厚度之一Ta層。
一未展示之晶種層控制在晶種層上堆疊之諸層之晶體定向。晶種層控制在晶種層上堆疊之諸層之晶粒(crystal grain)大小。一金屬或具有一面心立方結構(fcc結構)、六角柱形密集結構(hcp結構)或體心立方結構(bcc結構)之類似物用作晶種層。
藉由使用具有一hcp結構之釕(Ru)、具有一fcc結構之NiFe或具有一fcc結構之Cu作為晶種層，例如自旋閥膜在晶種層上之晶體定向可具有一fcc(111)定向。晶種層包含(例如)具有2nm之一厚度之一Cu層或具有2nm之一厚度之一Ru層。為改良形成於晶種層上之諸層之晶體定向，有利的是，晶種層之厚度不小於1nm且不大於5nm。更有利的是，晶種層之厚度不小於1nm且不大於3nm。藉此，足以實現作為改良晶體定向之晶種層之功能。另一方面，例如，在其中無須導致形成於晶種層上之諸層具有一晶體定向之情況下(例如，在其中形成一非晶磁化自由層55f之情況下等等)，可省略晶種層。例如，具有2nm之一厚度之一Cu層用作晶種層。
例如，釘紮層55p提供單向各向異性至形成於釘紮層55p上之第二磁化固定層52之鐵磁層以磁化固定。釘紮層55p包含(例如)一反鐵磁性層。釘紮層55p包含(例如)選自由IrMn、PtMn、PdPtMn及RuRhMn組成之群組之至少一者。釘紮層55p之厚度經適當設定以提供足夠強度之單向各向異性。
在其中PtMn或PdPtMn用作釘紮層55p之情況下，有利的是，釘紮層55p之厚度不小於8nm且不大於20nm。更有利的是，釘紮層55p之厚度不小於10nm且不大於15nm。提供單向各向異性之釘紮層55p在其中IrMn用作釘紮層55p之情況下可薄於在其中PtMn用作釘紮層55p之情況。在此一情況下，有利的是，釘紮層55p之厚度不小於4nm且不大於18nm。更有利的是，釘紮層55p之厚度不小於5nm且不大於15nm。釘紮層55p包含(例如)具有7nm之一厚度之一Ir22 Mn78 層。
一硬磁性層可用作釘紮層55p。例如，CoPt(具有不小於50原子百分比且不大於85原子百分比之Co之一比例)、(Cox Pt100-x )100-y Cry (x不小於50原子百分比且不大於85原子百分比且y不小於0原子百分比且不大於40原子百分比)、FePt(具有不小於40原子百分比且不大於60原子百分比之Pt之一比例)等等可用作硬磁性層。
第二磁化固定層52包含(例如)Cox Fe100-x 合金(x不小於0原子百分比且不大於100原子百分比)、一Nix Fe100-x 合金(x不小於0原子百分比且不大於100原子百分比)或其中加入一非磁性元素至此等合金之一材料。例如，選自由Co、Fe及Ni之組成之群組之至少一者用作第二磁化固定層52。包含選自此等材料之至少一材料之一合金可用作第二磁化固定層52。一(Cox Fe100-x )100-y By 合金(x不小於0原子百分比且不大於100原子百分比且y不小於0原子百分比且不大於30原子百分比)可用作第二磁化固定層52。藉由使用(Cox Fe100-x )100-y By 之一非晶合金作為第二磁化固定層52，即使在其中感測元件50較小之情況下亦可抑制感測元件50之間之波動。
有利的是，第二磁化固定層52之厚度(例如)不小於1.5nm且不大於5nm。藉此，例如，歸因於釘紮層55p產生之單向各向異性磁場之強度可較強。例如，第二磁化固定層52與第一磁化固定層51之間經由形成於第二磁化固定層52上之磁性耦合層55x產生之反鐵磁性耦合磁 場之強度可較強。有利的是，第二磁化固定層52之磁性厚度(一飽和磁化強度Bs與一厚度t之乘積(Bs．t))實質上等於第一磁化固定層51之磁性厚度。
對於一薄膜，Co40 Fe40 B20 之飽和磁化強度係約1.9特斯拉(T)。例如，在其中具有3nm之一厚度之一Co40 Fe40 B20 層用作第一磁化固定層51之情況下，第一磁化固定層51之磁性厚度係1.9T×3nm(係5.7nm)。另一方面，Co75 Fe25 之飽和磁化強度係約2.1T。獲得等於上文敘述之一磁性厚度之第二磁化固定層52之厚度係約5.7Tnm/2.1T(係2.7nm)。在此一情況下，有利的是，第二磁化固定層52包含具有約2.7nm之一厚度之Co75 Fe25 。例如，具有2.5nm之一厚度之一Co75 Fe25 層用作第二磁化固定層52。
在感測元件201中，使用第二磁化固定層52、磁性耦合層55x及第一磁化固定層51之一合成釘紮結構。替代地，可使用由一磁化固定層製成之一單個釘紮結構。在其中使用單個釘紮結構之情況下，例如具有3nm之一厚度之一Co40 Fe40 B20 層用作磁化固定層。與上文描述之第一磁化固定層51相同之材料可用作用於單個釘紮結構之磁化固定層之鐵磁層。
磁性耦合層55x導致第二磁化固定層52與第一磁化固定層51之間發生反鐵磁性耦合。磁性耦合層55x形成一合成釘紮結構。例如，Ru用作磁性耦合層55x。有利的是，磁性耦合層55x之厚度不小於0.8nm且不大於1nm。若惟Ru以外之一材料可導致在第二磁化固定層52與第一磁化固定層51之間發生充分的反鐵磁性耦合，則該材料可用作磁性耦合層。磁性耦合層55x之厚度可設定為不小於0.8nm且不大於1nm之一厚度，其對應於Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida(RKKY)耦合之第二峰(2nd峰)。進一步言之，磁性耦合層55x之厚度可設定為不小於0.3nm且不大於0.6nm之一厚度，其對應於RKKY耦合之第一峰(1st 峰)。例如，具有0.9nm之一厚度之Ru用作磁性耦合層55x。藉此，更穩定地獲得極可靠耦合。
用於第一磁化固定層51之磁性層直接促成MR效應。例如，一Co-Fe-B合金用作第一磁化固定層51。具體言之，一(Cox Fe100-x )100-y By 合金(x不小於0原子百分比且不大於100原子百分比且y不小於0原子百分比且不大於30原子百分比)可用作第一磁化固定層51。在其中(Cox Fe100-x )100-y By 之一非晶合金用作第一磁化固定層51之情況下，例如即使在其中感測元件較小之情況下亦可抑制該等元件之間由晶粒導致之波動。
可平坦化形成於第一磁化固定層51上之層(例如，一穿隧絕緣層(未展示))。藉由平坦化穿隧絕緣層，可減小穿隧絕緣層之缺陷密度。藉此，獲得每單位面積具有一較低電阻之一較高MR比。例如，在其中MgO用作穿隧絕緣層之材料之情況下，可藉由使用(Cox Fe100-x )100-y By 之一非晶合金改良形成於穿隧絕緣層上之MgO層之(100)定向。藉由改良MgO層之(100)定向獲得一較高MR比。使用MgO層之(100)平面作為退火時之一模板而使(Cox Fe100-x )100-y By 合金結晶。因此，MgO與(Cox Fe100-x )100-y By 合金之間獲得良好的晶體構形。藉由獲得良好的晶體構形獲得一較高MR比。
惟Co-Fe-B合金以外，例如Fe-Co合金可用作第一磁化固定層51。
MR比隨著第一磁化固定層51之厚度增加而增加。一較薄的第一磁化固定層51有利於獲得一較大的磁化固定場。對於第一磁化固定層51之厚度，MR比與磁化固定場之間存在一權衡關係。在其中Co-Fe-B合金用作第一磁化固定層51之情況下，有利的是，第一磁化固定層51之厚度不小於1.5nm且不大於5nm。更有利的是，第一磁化固定層51之厚度不小於2.0nm且不大於4nm。
惟上文描述之材料以外，第一磁化固定層51可包含具有一fcc結構之一Co90 Fe10 合金、具有一hcp結構之Co或具有一hcp結構之一Co合金。選自由Co、Fe及Ni組成之群組之至少一者用作第一磁化固定層51。包含選自此等材料之至少一材料之一合金用作第一磁化固定層51。例如，藉由使用具有一bcc結構之一FeCo合金、包含不小於50原子百分比之一鈷組合物之一Co合金或具有不小於50原子百分比之一Ni組合物之一材料作為第一磁化固定層51而獲得一較高MR比。諸如Co2 MnGe、Co2 FeGe、Co2 MnSi、Co2 FeSi、Co2 MnAl、Co2 FeAl、Co2 MnGa0.5 Ge0.5 、Co2 FeGa0.5 Ge0.5 等等之一霍伊斯勒(Heusler)磁性合金層可作為第一磁化固定層51。例如，具有3nm之一厚度之一Co40 Fe40 B20 層用作第一磁化固定層51。
間隔層30分開第一磁化固定層51與磁化自由層55f之間之磁性耦合。間隔層30包含一金屬、一絕緣體或一半導體。例如，Cu、Au、Ag等等可用作金屬。在其中金屬用作間隔層30之情況下，間隔層30之厚度(例如)不小於約1nm且不大於約7nm。例如，氧化鎂(MgO等等)、氧化鋁(Al2 O3 等等)、氧化鈦(TiO等等)、氧化鋅(ZnO等等)、氧化鎵(Ga-O)等等可用作絕緣體或半導體。在其中絕緣體或半導體用作間隔層30之情況下，間隔層30之厚度(例如)不小於約0.6nm且不大於約2.5nm。例如，一電流受限路徑(CCP)間隔層可用作間隔層30。在其中CCP間隔層用作間隔層之情況下，例如使用其中在氧化鋁(Al2 O3 )之一絕緣層中形成銅(Cu)金屬路徑之一結構。例如，具有1.5nm之一厚度之一MgO層用作間隔層30。
磁化自由層55f包含一鐵磁體材料。例如，一FeCo合金、一NiFe合金等等可用作磁化自由層55f之材料。進一步言之，磁化自由層55f可包含一Co-Fe-B合金、一Fe-Co-Si-B合金、具有一大的λs(磁伸縮常數)之一Fe-Ga合金、一Fe-Co-Ga合金、一Tb-M-Fe合金(M係選自由 Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及Er組成之群組之至少一者)、一Tb-M1-Fe-M2合金(M1係選自由Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及Er組成之群組之至少一者且M2係選自由Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及Ta組成之群組之至少一者)、一Fe-M3-M4-B合金(M3選自由Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及Ta組成之群組之至少一者且M4係選自由Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy及Er組成之群組之至少一者)、Ni、Fe-Al、鐵氧體(Fe3 O4 ,(FeCo)3 O4 等)及類似物。磁化自由層55f之厚度(例如)不小於2nm。
磁化自由層55f可具有一多層結構。磁化自由層55f可具有(例如)一雙層結構。在其中MgO之一穿隧絕緣層用作間隔層30之情況下，有利地，在接觸間隔層30之界面處提供一Co-Fe-B合金之一層。藉此，獲得一高磁阻效應。在此一情況下，Co-Fe-B合金之層可提供在間隔層30上；且一Fe-Co-Si-B合金、具有一大的λs之一Fe-Ga合金、一Fe-Co-Ga合金、一Tb-M-Fe合金(M係選自由Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及Er組成之群組之至少一者)、一Tb-M1-Fe-M2合金(M1係選自由Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及Er組成之群組之至少一者且M2係選自由Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及Ta組成之群組之至少一者)、一Fe-M3-M4-B合金(M3選自由Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及Ta組成之群組之至少一者且M4係選自由Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy及Er組成之群組之至少一者)、Ni、Fe-Al、鐵氧體(Fe3 O4 、(FeCo)3 O4 等等)及類似物可形成於Co-Fe-B合金之層上。例如，磁化自由層55f包含Co40 Fe40 B20 /Fe80 Ga20 。Co40 Fe40 B20 之厚度係(例如)2nm。Fe80 Ga20 之厚度係(例如)4nm。例如，λs大於100ppm。
罩蓋層55c保護提供在罩蓋層55c下方之諸層。罩蓋層55c包含(例如)多個金屬層。罩蓋層55c包含(例如)一Ta層及一Ru層之一雙層結構(Ta/Ru)。Ta層之厚度係(例如)1nm；且Ru層之厚度係(例如)5nm。 可提供其他金屬層作為罩蓋層55c，來取代Ta層及/或Ru層。罩蓋層55c之組態係任意的。罩蓋層55c可包含(例如)一非磁性材料。若可保護提供在罩蓋層55c下方之諸層，則可使用其他材料作為罩蓋層55c。
圖34係繪示於實施例中使用之另一感測元件之一示意透視圖。
如圖34中所示，於根據實施例之壓力感測器中使用之感測元件202包含按順序配置之下部電極58l、基礎層59、磁化自由層55f、間隔層30、第一磁化固定層51、磁性耦合層55x、第二磁化固定層52、釘紮層55p、罩蓋層55c及上部電極58u。
在該實例中，磁化自由層55f對應於第一磁性層10；且第一磁化固定層51對應於第二磁性層20。感測元件202係一頂部自旋閥類型元件。
基礎層59包含(例如)Ta/Ru。Ta層之厚度係(例如)3nm。Ru層之厚度係(例如)2nm。
磁化自由層55f包含(例如)Fe80 Ga20 /Co40 Fe40 B20 。Fe80 Ga20 層之厚度係(例如)4nm。Co40 Fe40 B20 層之厚度係(例如)2nm。
間隔層30包含(例如)具有1.5nm之一厚度之一MgO層。第一磁化固定層51包含(例如)Co40 Fe40 B20 /Fe50 Co50 。Co40 Fe40 B20 層之厚度係(例如)2nm。Fe50 Co50 層之厚度係(例如)1nm。磁性耦合層55x包含(例如)具有0.9nm之一厚度之一Ru層。第二磁化固定層52包含(例如)具有2.5nm之一厚度之一Co75 Fe25 層。釘紮層55p包含(例如)具有7nm之一厚度之一IrMn層。
罩蓋層55c包含Ta/Ru。Ta層之厚度係(例如)1nm。Ru層之厚度係(例如)5nm。
例如，關於感測元件201描述之材料可分別用於包含在感測元件202中之諸層中。
圖35係繪示於實施例中使用之另一感測元件之一示意透視圖。
如圖35中所示，於根據實施例之壓力感測器中使用之感測元件203包含按順序配置之下部電極58l、基礎層59、釘紮層55p、第二磁化固定層52、磁性耦合層55x、第一磁化固定層51、間隔層30、磁化自由層55f、間隔層30a、一第一磁化固定層51a、一磁性耦合層55xa、一第二磁化固定層52a、一釘紮層55pa、罩蓋層55c及上部電極58u。
磁化自由層55f對應於第一磁性層10；且第一磁化固定層51對應於第二磁性層20。在上文描述之感測元件201及202中，磁化固定層安置在磁化自由層55f之一表面處，在感測元件203中，磁化自由層55f安置在兩個磁化固定層之間。感測元件203係一雙自旋閥類型元件。
基礎層59包含(例如)Ta/Ru。Ta層之厚度係(例如)3nm。Ru層之厚度係(例如)2nm。釘紮層55p包含(例如)具有7nm之一厚度之一IrMn層。第二磁化固定層52包含(例如)具有2.5nm之一厚度之一Co75 Fe25 層。磁性耦合層55x包含(例如)具有0.9nm之一厚度之一Ru層。第一磁化固定層51包含(例如)具有3nm之一厚度之Co40 Fe40 B20 層。間隔層30包含(例如)具有1.5nm之一厚度之一MgO層。
磁化自由層55f包含(例如)Co40 Fe40 B20 /Fe80 Ga20 /Co40 Fe40 B20 。Fe80 Ga20 層之厚度係(例如)4nm。Co40 Fe40 B20 層之厚度係(例如)2nm。
間隔層30a包含(例如)具有1.5nm之一厚度之一MgO層。第一磁化固定層51a包含(例如)Co40 Fe40 B20 /Fe50 Co50 。Co40 Fe40 B20 層之厚度係(例如)2nm。Fe50 Co50 層之厚度係(例如)1nm。磁性耦合層55xa包含(例如)具有0.9nm之一厚度之一Ru層。第二磁化固定層52a包含(例如)具有2.5nm之一厚度之一Co75 Fe25 層。釘紮層55pa包含(例如)具有7nm之一厚度之一IrMn層。
罩蓋層55c包含Ta/Ru。Ta層之厚度係(例如)1nm。Ru層之厚度 係(例如)5nm。
例如，關於感測元件201描述之材料可用於包含在感測元件203中之諸層中。
圖36係繪示於實施例中使用之另一感測元件之一示意透視圖。
如圖36中所示，於根據實施例之壓力感測器中使用之感測元件204包含按順序配置之下部電極58l、基礎層59、釘紮層55p、第一磁化固定層51、間隔層30、磁化自由層55f、罩蓋層55c及上部電極58u。
磁化自由層55f對應於第一磁性層10；且第一磁化固定層51對應於第二磁性層20。在上文描述之感測元件201及202中，使用一結構，該結構使用第二磁化固定層52、磁性耦合層55x及第一磁化固定層51。在感測元件204中，使用一單個釘紮結構，該結構使用一單個磁化固定層。
基礎層包含(例如)Ta/Ru。Ta層之厚度係(例如)3nm。Ru層之厚度係(例如)2nm。釘紮層55p包含(例如)具有7nm之一厚度之一IrMn層。第一磁化固定層51包含(例如)具有3nm之一厚度之Co40 Fe40 B20 層。間隔層30包含(例如)具有1.5nm之一厚度之一MgO層。
磁化自由層55f包含(例如)Co40 Fe40 B20 /Fe80 Ga20 。Fe80 Ga20 層之厚度係(例如)4nm。Co40 Fe40 B20 層之厚度係(例如)2nm。
罩蓋層55c包含Ta/Ru。Ta層之厚度係(例如)1nm。Ru層之厚度係(例如)5nm。
例如，關於感測元件201描述之材料可用於包含在感測元件204中之諸層中。
圖37係繪示於實施例中使用之另一感測元件之一示意透視圖。
如圖37中所示，於根據實施例之壓力感測器中使用之感測元件205包含按順序配置之下部電極58l、基礎層59、一第二磁化自由層 55fb、間隔層30、一第一磁化自由層55fa、罩蓋層55c及上部電極58u。
第二磁化自由層55fb對應於第二磁性層20；且第一磁化自由層55fa對應於第一磁性層10。在上文描述之感測元件201至204中，於第二磁性層20中使用之參考層係一磁化固定層。在感測元件205中，於第二磁性層20中使用之參考層係一磁化自由層。
基礎層59包含(例如)Ta/Ru。Ta層之厚度係(例如)3nm。Ru層之厚度係(例如)2nm。
第二磁化自由層55fb包含(例如)具有4nm之一厚度之一Co40 Fe40 B20 層。間隔層30包含(例如)具有1.5nm之一厚度之一MgO層。
第一磁化自由層55fa包含(例如)Co40 Fe40 B20 。Co40 Fe40 B20 層之厚度係(例如)4nm。
罩蓋層55c包含Ta/Ru。Ta層之厚度係(例如)1nm。Ru層之厚度係(例如)5nm。
例如，關於感測元件201描述之材料可用於包含在感測元件205中之諸層中。
如在感測元件205中，即使在其中使用第二磁化自由層55fb、間隔層30及第一磁化自由層55fa之堆疊結構之情況下，第二磁化自由層之磁化與第一磁化自由層之磁化之間的相對角度亦歸因於應變力而改變。藉此，其可用作一應變力感測器。在此一情況下，第二磁化自由層55fb之磁伸縮之值及第一磁化自由層55fa之磁伸縮之值經設計而彼此不同。藉此，第二磁化自由層之磁化與第一磁化自由層之磁化之間的相對角度歸因於應變力而改變。
圖38係繪示於實施例中使用之另一感測元件之一示意透視圖。
如圖38中繪示，在感測元件206中提供一絕緣層58i。即，在下部 電極58l與上部電極58u之間提供彼此分離之兩個絕緣層58i(絕緣部分)；且在該兩個絕緣層58i之間安置一堆疊體57。堆疊體57安置在下部電極58l與上部電極58u之間。在感測元件201之情況下，堆疊體57包含基礎層59、釘紮層55p、第二磁化固定層52、磁性耦合層55x、第一磁化固定層51、間隔層30、磁化自由層55f及罩蓋層55c。換言之，絕緣層58i經提供與堆疊體57之側壁相對。
絕緣層58i可包含(例如)氧化鋁(例如，Al2 O3 )、氧化矽(例如，SiO2 )等等。可由絕緣層58i抑制堆疊體57周圍之洩漏電流。
上文敘述之絕緣層58i亦可適用於感測元件201至205之任一者。
圖39係繪示於實施例中使用之另一感測元件之一示意透視圖。
如圖39中繪示，進一步在感測元件207中提供一硬偏壓層58h。即，在下部電極58l與上部電極58u之間提供彼此分離之兩個硬偏壓層58h(硬偏壓部分)；且在該兩個硬偏壓層58h之間安置堆疊體57。絕緣層58i安置在硬偏壓層58h與堆疊體57之間。又，在該實例中，絕緣層58i在硬偏壓層58h與下部電極58l之間延伸。
藉由硬偏壓層58h之磁化，硬偏壓層58h導致選自第一磁性層10之磁化及第二磁性層20之磁化之至少一者在所要方向上。藉由硬偏壓層58h，選自第一磁性層10之磁化及第二磁性層之磁化之至少一者可被設定在其中未施加壓力至膜部件70d之狀態中之所要方向上。
硬偏壓層58h包含(例如)具有一相對較高磁性各向異性之一硬鐵磁材料，諸如CoPt、CoCrPt、FePt等等。硬偏壓層58h可包含其中諸如FeCo、Fe等等之一軟磁性材料之一層與反鐵磁層堆疊之一結構。在此一情況下，歸因於交換耦合，磁化係沿規定方向。硬偏壓層58h之厚度(沿自下部電極58l朝向上部電極58u之方向之長度)(例如)不小於5nm且不大於50nm。
上文敘述之硬偏壓層58h及絕緣層58i亦可適用於感測元件201至 205之任一者。
上文敘述之感測元件201至207可用作根據實施例之感測元件50。
在該實施例中，即使在其中感測元件較小之情況下，感測元件亦足夠用作壓力感測器。例如，感測元件50之表面面積(當突出至X-Y平面上時之表面面積)可為膜部件70d之表面面積之1/100或更小。例如，在其中膜部件70d之寬度(第一長度L1及第二長度L2)係約100μm之情況下，感測元件50當突出至X-Y平面上時在第一方向上之長度可為10μm或更小。例如，在一圓之情況下，直徑可為10μm或更小。例如，在其中膜部件70d之寬度係約500μm之情況下，當突出至X-Y平面上時感測元件50在第一方向上之長度可為50μm或更小。例如，在一圓之情況下，直徑可為50μm或更小。例如，當突出至X-Y平面上時感測元件50在第一方向上之長度不小於0.1μm且不大於50μm。藉由使用一小的感測元件50，所提供之感測元件50之數目之自由度增加。
感測元件50之平面組態可為一正方形、一矩形、一扁圓(包含一橢圓)或一圓。感測元件50之平面組態係任意的。
現在將描述用於製造根據實施例之一壓力感測器之一方法之一實例。下文描述用於製造壓力感測器110之一方法之一實例。
圖40A至圖40E係以製程之順序繪示用於製造根據實施例之壓力感測器之方法之示意截面圖。
如圖40A中所示，在一基板90s(例如，一Si基板)上形成一薄膜90d。基板90s用以形成支撐單元70s。薄膜90d用以形成膜部件70d。
例如，藉由濺鍍在Si基板上形成SiOX /Si之一薄膜90d。諸如一SiOX 單層、一SiN單層、Al等等之一金屬層可用作薄膜90d。或者，諸如聚醯亞胺、對二甲苯聚合物等等之一可撓塑膠材料可用作薄膜 90d。絕緣體上覆矽(SOI)基板可用作基板90s及薄膜90d。例如，在SOI中，藉由接合基板而在Si基板上形成SiO2 /Si之一堆疊膜。
如圖40B中所示般形成第二互連件62。在此製程中，形成用以形成第二互連件62之一導電膜；且藉由光微影術及蝕刻來圖案化導電膜。剝除可適用於其中在第二互連件62周圍填充一絕緣膜之情況。例如，在剝除中，在蝕刻第二互連件62之圖案之後且在剝離光阻之前在整個表面上形成絕緣膜；且隨後移除光阻。
如圖40C中所示般形成感測元件50。在此製程中，形成用以形成感測元件50之一堆疊膜；且藉由光微影術及蝕刻來圖案化堆疊膜。剝除可適用於其中感測元件50之堆疊體57之側壁埋藏在絕緣層58i中之情況。例如，在剝除中，在圖案化堆疊體57之後且在剝離光阻之前在整個表面上形成絕緣膜58i；且隨後移除光阻。
如圖40D中所示般形成第一互連件61。在此製程中，形成用以形成第一互連件61之一導電膜；且藉由光微影術及蝕刻來圖案化導電膜。剝除可適用於其中在第一互連件61周圍填充一絕緣膜之情況。例如，在剝除中，在圖案化第一互連件61之圖案之後且在剝離光阻之前在整個表面上形成絕緣膜；且隨後移除光阻。
如圖40E中所示，藉由自基板90s之後表面執行蝕刻來製成中空部分70h。藉此，形成膜部件70d及支撐單元70s。例如，在其中SiOX /Si之堆疊膜用作用以形成膜部件70d之薄膜90d之情況下，自薄膜90d之後表面(下表面)朝向薄膜90d之正面(上表面)對基板90s執行深圖案化。藉此，製成中空部分70h。例如，一雙側對準器曝露設備可用以製成中空部分70h。藉此，可在後表面中圖案化光阻之孔圖案以匹配正面之感測元件50之位置。
使用(例如)RIE之一波希製程(Bosch process)可用以蝕刻Si基板。在波希製程中，例如，重複使用SF6 氣體之一蝕刻製程及使用C4 F8 之 一沈積製程。藉此，在深度方向上(Z軸方向上)對基板90s執行選擇性蝕刻並同時抑制對基板90s之側壁之蝕刻。例如，SiOX 層用作蝕刻之終點。換言之，使用蝕刻之選擇性以藉由使用不同於Si之SiOX 層來停止蝕刻。用作蝕刻停止層之SiOX 層可用作膜部件70d之一部分。在蝕刻之後，可藉由處理(諸如(例如))無水氟化氫、醇等等而移除SiOX 層。
因此，形成根據實施例之壓力感測器110。亦可由類似方法製造根據實施例之其他壓力感測器。
第四實施例
圖41A至圖41C係繪示根據一第四實施例之一壓力感測器440之組態之示意圖。
圖41A係一示意透視圖；且圖41B及圖41C係繪示壓力感測器440之組態之方塊圖。
如圖41A及圖41B中所示，在壓力感測器440中提供一基座單元471、一感測元件450、一半導體電路單元430、一天線415、一電互連件416、一傳輸電路417及一接收電路417r。
天線415經由電互連件416電連接至半導體電路單元430。
傳輸電路417基於在感測元件450(50a)中流動之一電信號執行資料之一無線傳輸。傳輸電路417之至少一部分可提供在半導體電路單元430中。
接收電路417r自一電子裝置418d接收一控制信號。接收電路417r之至少一部分可提供在半導體電路430中。藉由提供接收電路417r，可藉由(例如)操作電子裝置418d來控制壓力感測器440之操作。
又，如圖41B中所示，例如，連接至感測單元450(50a)之一曼徹斯特編碼單元417b及一類比轉數位(AD)轉換器417a可提供在傳輸電路417中。進一步言之，可提供一切換單元417c以在傳輸與接收之間切 換。在此一情況下，可提供一時序控制器417d；且可由時序控制器417d控制切換單元417c之切換。可進一步提供一資料校正單元417e、一同步單元417f、一判定單元417g及一壓控振盪器417h(VCO)。
如圖41C中所示，在結合壓力感測器440使用之電子裝置418d中提供一接收單元418。電子裝置(諸如(例如)攜帶型終端機等等)可用作電子裝置418d。
在此一情況下，包含接收單元418之電子裝置418d可結合包含傳輸電路417之壓力感測器440使用。
可在電子裝置418d中提供曼徹斯特編碼單元417b、切換單元417c、時序控制器417d、資料校正單元417e、同步單元417f、判定單元417g、壓控振盪器417h、一記憶體單元418a及一中央處理單元(CPU)418b。
在該實例中，壓力感測器440進一步包含一固定單元467。固定單元467將膜部件464(70d)固定至基座單元471。固定單元467之厚度尺寸可厚於膜部件464使得即使施加外部壓力時固定單元467亦不偏轉。
例如，可在膜部件464之周向邊緣處依均勻間隔提供固定單元467。
或者，可在膜部件464(70d)之整個周邊周圍連續地提供固定單元467。
固定單元467可由(例如)與基座單元471相同之材料形成。在此一情況下，固定單元467可由(例如)矽等等形成。
亦可由(例如)與膜部件464(70d)相同之材料形成固定單元467。
第五實施例
現在將描述用於製造一壓力感測器441之一方法。
圖42A、圖42B、圖43A、圖43B、圖44A、圖44B、圖45A、圖 45B、圖46A、圖46B、圖47A、圖47B、圖48A、圖48B、圖49A、圖49B、圖50A、圖50B、圖51A、圖51B、圖52A、圖52B、圖53A及圖53B係繪示用於製造根據第五實施例之壓力感測器441之方法之示意圖。
圖42A至圖53A係示意平面圖；且圖42B至圖53B係示意截面圖。
箭頭X、Y及Z繪示圖式中之相互正交方向。
首先，如圖42A及圖42B中所示，在一半導體基板531之正面部分處形成一半導體層512M。繼續在半導體層512M之上表面上形成一元件隔離絕緣層512I。接著，使用所插置之一未展示絕緣層在半導體層512M上形成一閘極512G。繼續藉由在閘極512G之兩側上形成一源極512S及一汲極512D而形成一電晶體532。接著，在電晶體532上形成一層間絕緣層514a；且在層間絕緣層514a上形成一層間絕緣層514b。
繼續在層間絕緣層514a及514b之在其中待形成非中空部分之區域中之一部分中製成溝渠及孔。接著，藉由將一導電材料填充至孔中而形成連接支柱514c至514e。在此一情況下，例如，連接支柱514c電連接至一電晶體532之源極512S；且連接支柱514d電連接至該一電晶體532之汲極512D。又，例如，連接支柱514e電連接至另一電晶體532之源極512S。繼續藉由將一導電材料填充至溝渠形成互連件單元514f及514g。互連件單元514f電連接至連接支柱514c及連接支柱514d。互連件單元514g電連接至連接支柱514e。繼續在層間絕緣膜514b上形成一層間絕緣膜514h。
接著，如圖43A及圖43B中所示，藉由(例如)化學氣相沈積(CVD)在層間絕緣膜514h上形成由氧化矽(SiO2 )製成之一層間絕緣膜514i。繼續在層間絕緣膜514i之規定位置處製成孔；填充一導電材料(例如，一金屬材料)；且藉由化學機械拋光(CMP)平坦化上表面。藉此，形成連接至互連件單元514f之一連接支柱514j及連接至互連件單元 514g之一連接支柱514k。
繼續如圖44A及圖44B中所示，在其中製成一中空部分570之層間絕緣膜514i之區域中製成一凹陷；且將一犧牲層514l填充至凹陷。犧牲層514l可由(例如)可形成於一低溫下之一材料形成。可形成於低溫下之材料係(例如)鍺化矽(SiGe)等等。
接著如圖45A及圖45B中所示，在層間絕緣膜514i及犧牲層514l上形成用以形成一膜部件564(70d)之一絕緣膜561bf。絕緣膜516bf可由(例如)氧化矽(SiO2 )等等形成。藉由在絕緣膜516bf中提供多個孔且藉由將一導電材料(例如，一金屬材料)填充至多個孔中而形成一連接支柱561fa及一連接支柱562fa。連接支柱561fa電連接至連接支柱514k；且連接支柱562fa電連接至連接支柱514j。
繼續如圖46A及圖46B中所示，在絕緣膜561bf、連接支柱561fa及連接支柱562fa上形成用以形成一互連件557之一導電層561f。
接著如圖47A及圖47B中所示，在導電層561f上形成用以形成感測元件50之一堆疊膜550f。
繼續如圖48A及圖48B中所示，將堆疊膜550f圖案化為一規定組態；且在堆疊膜550f上形成用以形成一絕緣層565之一絕緣膜565f。可由(例如)氧化矽(SiO2 )等等形成絕緣膜565f。
接著如圖49A及圖49B中所示，移除絕緣膜565f之一部分；且將導電層561f圖案化為一規定組態。藉此，形成互連件557。此時，導電層561f之一部分變成電連接至連接支柱562fa之一連接支柱562fb。進一步言之，在連接支柱562fb上形成用以形成一絕緣層566之一絕緣膜566f。
繼續如圖50A及圖50B中所示，在絕緣膜566f中製成一開口566p。藉此，曝露連接支柱562fb。
接著如圖51A及圖51B中所示，在上表面上形成用以形成一互連 件558之一導電層562f。導電層562f之一部分電連接至連接支柱562fb。
繼續如圖52A及圖52B中所示，將導電層562f圖案化為一規定組態。藉此，形成互連件558。互連件558電連接至連接支柱562fb。
接著如圖53A及圖53B中所示，在絕緣膜566f中製成具有規定組態之一開口566o。經由開口566o圖案化絕緣膜561bf；且經由開口566o移除犧牲層514l。藉此，製成中空部分570。例如，可藉由濕式蝕刻執行犧牲層514l之移除。
為形成具有一環組態之一固定單元567，例如可使用一絕緣膜填充膜部件564與在中空部分570上方之非中空部分之邊緣之間的間隔。
因此，形成壓力感測器441。
圖54係繪示用於製造根據第五實施例之壓力感測器441之方法之一流程圖。
即，圖54係用於製造圖42A至圖53B中繪示之壓力感測器441之方法之一流程圖。
首先，如圖54中所示，在半導體基板531上形成電晶體532(步驟S110)。
例如，如圖42A及圖42B中繪示般形成電晶體532。
接著，在半導體基板531上形成一層間絕緣層；且在電晶體532上形成犧牲層514l(步驟S120)。
例如，如圖43A至圖44B中繪示般形成層間絕緣層及犧牲層514l。例如，層間絕緣膜514i包含在層間絕緣層中。
接著，在層間絕緣層(例如，層間絕緣膜514i)及犧牲層514l上形成用以形成膜部件564之絕緣膜561bf(步驟S121)。
在一些情況下，下文敘述之導電膜561f亦用作膜部件564(70d)。在此一情況下，省略步驟S121。
接著，形成用以形成互連件557之導電層561f(步驟S130)。
例如，如圖46A及圖46B中繪示般形成導電層561f。
接著，在犧牲層514l上方及導電層561f上形成包含第一磁性層10之感測元件550(步驟S140)。
例如，如圖47A至圖48B中繪示般形成感測元件550。
接著，在感測元件550(50a)上形成用以形成互連件558之導電層562f(步驟S150)。
例如，如圖51A至圖52B中繪示般形成導電層562f。
繼續形成埋藏互連件(步驟S160)。
例如，在層間絕緣層內部形成將導電層561f電連接至半導體基板531之一互連件及將導電層562f電連接至半導體基板531之一互連件。例如，如圖42A、圖42B、圖43A、圖43B、圖45A、圖45B、圖49A及圖49B中繪示般形成埋藏互連件。
例如，在步驟S110至步驟S150之間之任何製程中且在步驟S150之後可一次或多次實施步驟S160。
接著，移除犧牲層514l(步驟S170)。
例如，如圖53A及圖53B中繪示般移除犧牲層514l。
因此，形成壓力感測器。
該等製程之內容可類似於圖42A至圖53B中繪示之製程之內容；且因此省略詳細描述。
在上文敘述之實施例中，在其中未施加外部壓力之狀態(例如，初始狀態)中磁化自由層55f(第一磁性層10)之磁化方向(例如)不同於第一方向且不同於第二方向。在該等實施例之各者中，當施加外部壓力時，施加於磁化自由層之各向異性應變力之方向係沿第一方向或第二方向。因此，藉由將其中未施加外部壓力之狀態中磁化自由層55f之磁化方向設定為如上所述，可獲得關於正壓力及負壓力之輸出變 化。
在上文敘述之實施例之各者中，膜部件70d之表面面積(例如)不小於2500μm2 且不大於640000μm2 。在其中膜部件70d之表面面積太小之情況下，難以獲得歸因於外部壓力發生之一足夠大的應變力。藉由將膜部件70d之表面面積設定為2500μm2 或更大，可獲得足夠大之一應變力。在其中膜部件之表面面積太大之情況下，膜部件之強度變得不足；且難以提供一高可靠度壓力感測器。藉由將膜部件70d之表面面積設定為不大於640000μm2 ，獲得高可靠度。在其中上文敘述之實施例之各者應用於一麥克風之情況下，當膜部件之表面面積太大時可聽範圍中之頻率特性降級。有利的是，膜部件70d之表面面積不大於640000μm2 ，且更有利的是，不大於360000μm2 。藉此，例如，獲得可聽範圍中之良好的頻率特性。出於上文敘述之原因，有利的是，將膜部件70d之表面面積設定為不小於2500μm2 且不大於640000μm2 。
在上文敘述之實施例之各者中，膜部件70d之第二長度(例如)不小於20μm且不大於800μm。在其中膜部件70d之第二長度太短之情況下，難以獲得歸因於足夠大之外部壓力發生之一應變力。藉由將膜部件70d之第二長度設定為20μm或更大，可獲得足夠大之一應變力。在其中膜部件70d之第二長度太大之情況下，膜部件之強度變得不足；且難以提供一高可靠度壓力感測器。藉由將膜部件70d之第二長度設定為800μm或更小，獲得一高可靠度壓力感測器。在其中上文敘述之實施例之各者應用於一麥克風之情況下，若膜部件70d之第二長度太大，則可聽範圍中之頻率特性降級。有利的是，膜部件70d之第二長度為800μm或更小且更有利的是600μm或更小。藉此，例如，獲得可聽範圍中之良好的頻率特性。出於上文敘述之原因，有利的是，膜部件70d之第二長度不小於20μm且不大於800μm。
第六實施例
圖55係繪示根據一第六實施例之一麥克風610之一示意圖。
如圖55中所示，麥克風610包含根據上文描述之實施例之任何壓力感測器(例如，壓力感測器440)或根據此等壓力感測器之一修改之一壓力感測器。現在描述包含壓力感測器440之麥克風610作為一實例。
麥克風610嵌入在一個人數位助理710之端部中。提供在麥克風610中之壓力感測器440之膜部件464(70d)可實質上平行於(例如)個人數位助理710之正面，在該正面中提供一顯示單元620。膜部件464(70d)之安置不限於繪示之安置且可加以適當修改。
因為麥克風610包含壓力感測器440等等，所以關於寬頻中之頻率之靈敏度可能較高。
雖然繪示了其中麥克風610嵌入在個人數位助理710中之情況，但是情況不限於此。例如，麥克風610亦可嵌入在一IC錄音機、一別針型麥克風等等中。
第七實施例
該實施例係關於使用上文敘述之實施例之壓力感測器之一聲音麥克風。
圖56係繪示根據第七實施例之聲音麥克風之一示意截面圖。
根據實施例，一聲音麥克風320包含一印刷電路板321、一罩蓋323及一壓力感測器310。印刷電路板321包含(例如)諸如一放大器等等之一電路。一聲音孔325提供在罩蓋323中。聲音329穿過聲音孔325以進入罩蓋323內部。
關於上文敘述之實施例描述之壓力感測器之任一者或根據此等壓力感測器之一修改之一壓力感測器可用作壓力感測器310。
聲音麥克風320回應於聲壓。藉由使用一極靈敏壓力感測器310 獲得聲音麥克風320。例如，壓力感測器310安裝在印刷電路板321上；且提供電信號線。罩蓋323提供在印刷電路板321上以遮蓋壓力感測器310。
根據實施例，可提供一極靈敏聲音感測器。
第八實施例
該實施例係關於使用上文敘述之實施例之壓力感測器之一血壓感測器。
圖57A及圖57B係繪示根據第八實施例之血壓感測器之示意圖。
圖57A係繪示人的動脈血管上之皮膚之一示意平面圖。圖57B係沿圖57A之線H1-H2取得之一截面圖。
在該實施例中，一血壓感測器330包含壓力感測器310。壓力感測器310包含關於上文敘述之實施例描述之壓力感測器之任一者或根據此等壓力感測器之一修改之一壓力感測器。
藉此，可由一小的壓力感測器進行極靈敏壓力感測。血壓感測器330可藉由將壓力感測器310按壓至一動脈血管331上之皮膚333上執行一連續血壓量測。
根據實施例，可提供一極靈敏血壓感測器。
第九實施例
該實施例係關於使用上文敘述之實施例之壓力感測器之一觸控面板。
圖58係繪示根據第九實施例之觸控面板之一示意圖。
在該實施例中，壓力感測器310可用於一觸控面板340中。壓力感測器310包含關於上文敘述之實施例描述之壓力感測器之任一者或根據此等壓力感測器之一修改之一壓力感測器。壓力感測器310提供在觸控面板340之顯示器內部及/或觸控面板340之顯示器外部。
例如，觸控面板340包含多個第一互連件346、多個第二互連件 347、多個壓力感測器310及一控制器341。
在該實例中，沿Y軸方向配置多個第一互連件346。多個第一互連件346之各者沿X軸方向延伸。沿X軸方向配置多個第二互連件347。多個第二互連件347之各者沿Y軸方向延伸。
多個壓力感測器310分別提供在多個第一互連件346與多個第二互連件347之間之交叉處。一壓力感測器310用作用於感測之一感測組件310e。本文中，該等交叉點包含其中第一互連件346與第二互連件347交叉之位置周圍之區域。
多個壓力感測器310之多個一端310a連接至多個第一互連件346。多個壓力感測器310之多個另一端310b連接至多個第二互連件347。
控制器341連接至多個第一互連件346及多個第二互連件347。
例如，控制器341包含連接至多個第一互連件346之一第一互連件電路346d、連接至多個第二互連件347之一第二互連件電路347d及連接至第一互連件電路346d及第二互連件電路347d之一控制電路345。
壓力感測器310可為微型感測器且可提供極靈敏壓力感測。因此，可實現一高清晰度觸控面板。
惟上文敘述之應用以外，根據上文敘述之實施例之壓力感測器適用於各種壓力感測器裝置，諸如大氣壓力感測器、輪胎之氣壓感測器等等。
該等實施例包含以下特性。
特徵1一種壓力感測器，其包括：一膜部件，其由一支撐單元支撐，該膜部件為可撓；及一感測單元，該膜部件之一膜表面在該膜表面中之一第一方向上之一第一長 度長於該膜表面在垂直於該膜表面中之該第一方向之一第二方向上之一第二長度，該膜表面具有一中心部分及提供在該中心部分周圍之一周邊部分，該感測單元包含提供在該中心部分上之一感測元件，該感測元件包含一第一磁性層、提供在該第一磁性層與該膜部件之間之一第二磁性層及提供在該第一磁性層與該第二磁性層之間之一間隔層。
特徵2如特徵1之感測器，其中該膜表面包含：一第一側，其沿該第一方向；一第二側，其沿該第一方向且與該第一側分離；一第三側，其沿該第二方向且連接至該第一側之一端及該第二側之一端；及一第四側，其沿該第二方向且與該第三側分離且連接至該第一側之另一端及該第二側之另一端。
特徵3如特徵1之感測器，其中該膜表面之一組態係具有該第一方向作為一長軸且具有該第二方向作為一短軸之一扁圓。
特徵4如特徵1至3中任一項之感測器，其中該中心部分在該第一方向上之一第三長度不大於0.3倍於該第一長度，該中心部分在該第二方向上之一第四長度不大於0.3倍於該第二長度，及該中心部分之一質心與該膜表面之一質心之間的距離不大於該第二長度之1/10。
特徵5如特徵4之感測器，其中L2/L1不小於0.8但小於1，L3不小於0.8倍且不大於1.2倍於L1×{-0.8×(L2/L1)+0.8}，及L4不小於0.8倍且不大於1.2倍於L2×{-2.5×(L2/L1)+2.5}，其中該第一長度係L1，該第二長度係L2，該第三長度係L3且該第四長度係L4。
特徵6如特徵4之感測器，其中L2/L1小於0.8，L3不小於0.8倍且不大於1.2倍於L1×{-0.8×(L2/L1)+0.8}，及L4不小於0.8倍且不大於1.2倍於L2×{0.375×(L2/L1)+0.2}，其中該第一長度係L1，該第二長度係L2，該第三長度係L3且該第四長度係L4。
特徵7如特徵1至6中任一項之感測器，其中該第二長度與該第一長度之比率不小於0.1且不大於0.8。
特徵8如特徵1至6中任一項之感測器，其中該第二長度與該第一長度之該比率不小於0.25且不大於0.64。
特徵9如特徵1至6中任一項之感測器，其中該第二長度與該第一長度之該比率不大於0.25。
特徵10如特徵1至9中任一項之感測器，其中該感測單元包含複數個該感測元件。
特徵11如特徵1至10中任一項之感測器，其中該多個感測元件之至少兩者電串聯連接。
特徵12一種壓力感測器，其包括：一膜部件，其由一支撐單元支撐，該膜部件為可撓；及一感測單元，該膜部件之該膜表面具有一中心部分及提供在該中心部分周圍之一周邊部分，該感測單元包含提供在該周邊部分上之一感測元件，該感測元件包含一第一磁性層、提供在該第一磁性層與該膜部件之間之一第二磁性層，一間隔層，其提供在該第一磁性層與該第二磁性層之間，該膜部件包含：一第一側，其沿一第一方向；一第二側，其沿該第一方向且與該第一側分離；一第三側，其沿一第二方向且連接至該第一側之一端及該第二側之一端；及一第四側，其沿該第二方向且與該第三側分離且連接至該第一側之另一端及該第二側之另一端，該周邊部分具有沿該第一側提供之一第一元件安置區域，及安置在該第一元件安置區域中之該多個感測元件之至少兩者之之位置在該第一方向上彼此不同。
特徵13如特徵12之感測器，其中該多個感測元件之該至少兩者電串聯連接。
根據該等實施例，可提供具有極高靈敏度之一壓力感測器、一 聲音麥克風、一血壓感測器及一觸控面板。
在上文中，已參考特定實例描述本發明之實施例。然而，本發明不限於此等特性實例。例如，熟習此項技術者可透過自已知技術適當地選擇包含在壓力感測器、聲音麥克風、血壓感測器及觸控面板中之組件(諸如支撐單元、膜部件、感測元件、第一磁性層、第二磁性層、間隔層等等)之特定組態類似地實踐本發明；且此實踐在獲得類似效果之程度上係在本發明之範疇內。
熟習此項技術者可構想本發明之精神內之各種其他變動及修改，且應瞭解此等變動及修改亦涵蓋在本發明之範疇內。
此外，可由熟習此項技術者基於上文描述之壓力感測器、聲音麥克風、血壓感測器及觸控面板作出之一適當設計修改實踐為本發明之實施例之所有壓力感測器、聲音麥克風、血壓感測器及觸控面板在包含本發明之精神之程度上亦係在本發明之範疇內。
熟習此項技術者可構想本發明之精神內之各種其他變動及修改，且應瞭解此等變動及修改亦涵蓋在本發明之範疇內。
雖然已描述某些實施例，但是此等實施例僅由實例方式加以呈現且不旨在限制本發明之範疇。實際上，本文描述之新穎實施例可以多種其他形式具體實施；此外，在不脫離本發明之精神之情況下可以本文描述之實施例之形式作出各種省略、替代及改變。隨附申請專利範圍及其等等效物旨在涵蓋將落在本發明之範疇及精神內之此等形式或修改。
10‧‧‧第一磁性層
20‧‧‧第二磁性層
30‧‧‧間隔層
50‧‧‧感測元件
50a‧‧‧第一感測元件
50b‧‧‧第二感測元件
50c‧‧‧第三感測元件
50d‧‧‧第四感測元件
50e‧‧‧第五感測元件
50u‧‧‧感測單元
61‧‧‧第一互連件
62‧‧‧第二互連件
63‧‧‧層間絕緣膜
70c‧‧‧中心部分
70d‧‧‧膜部件
70h‧‧‧中空部分
70p‧‧‧周邊部分
70r‧‧‧外緣
70s‧‧‧支撐單元
70x‧‧‧第一軸
70y‧‧‧第二軸
70cc‧‧‧質心
70dc‧‧‧質心
70fs‧‧‧膜表面
70s1‧‧‧第一側
70s2‧‧‧第二側
70s3‧‧‧第三側
70s4‧‧‧第四側
70s11‧‧‧端
70s12‧‧‧端
70s21‧‧‧端
70s22‧‧‧端
110‧‧‧壓力感測器
L1‧‧‧第一長度
L2‧‧‧第二長度
L3‧‧‧第三長度
L4‧‧‧第四長度

Claims (25)

  1. 一種壓力感測器，其包括：一膜部件，其由一支撐單元支撐，該膜部件為可撓，該膜部件在該膜部件之一膜表面中之一第一方向上之一第一長度長於該膜部件在垂直於該膜表面中之該第一方向之一第二方向上之一第二長度；及一感測單元，一外接矩形，其經組態以外接該膜表面之一組態，該外接矩形具有：一第一側，其在該第一方向上延伸以具有該第一長度；一第二側，其在該第一方向上延伸且與該第一側分離；一第三側，其在該第二方向上延伸且連接至該第一側之一端及該第二側之一端，該第三側具有短於該第一長度之該第二長度；一第四側，其在該第二方向上延伸且與該第三側分離且連接至該第一側之另一端及該第二側之另一端，該第四側具有該第二長度；及該外接矩形之一質心，該外接矩形包含一第一區域，其由該第一側、一第一線段及一第二線段圍封，該第一線段將該質心連接至該第一側之該一端，該第二線段將該質心連接至該第一側之該另一端，該感測單元包含提供在與該第一區域重疊之該膜表面之一部分上之複數個感測元件，該複數個感測元件之各者包含一第一磁性層、提供在該第一磁性層與該膜部件之間之一第二磁性層 及提供在該第一磁性層與該第二磁性層之間之一間隔層，該複數個感測元件之至少兩者沿該第一方向之位置彼此不同。
  2. 如請求項1之感測器，其中該膜表面具有一中心部分及提供在該中心部分周圍之一周邊部分，及該複數個感測元件提供在該周邊部分上。
  3. 如請求項2之感測器，其中該膜表面之該組態具有該第一側、該第二側、該第三側及該第四側，該周邊部分具有沿該第一側提供在該第一區域內部之一第一元件安置區域，及該複數個感測元件安置在該第一元件安置區域中。
  4. 如請求項2之感測器，其中該膜表面之該組態係具有該第一方向作為一長軸且具有該第二方向作為一短軸之一扁圓，該周邊部分具有沿著沿該長軸之一弧線提供之一第一元件安置區域，及該複數個感測元件安置在該第一元件安置區域中。
  5. 如請求項3之感測器，其中該第一元件安置區域在該第二方向上之一寬度不大於0.1倍於該第二長度，該第一元件安置區域在該第一方向上之一長度不大於0.5倍於該第一長度，及該第一方向上介於該第一元件安置區域在該第一方向上之一中心與該膜部件在該第一方向上之一中心之間的距離不大於該 第二長度之1/10。
  6. 如請求項3之感測器，其中該第二長度與該第一長度之一比率不小於0.8且小於1，及該第一元件安置區域在該第一方向上之一長度不大於0.5倍於該第一長度且該第一元件安置區域在該第二方向上之一寬度不大於0.05倍於該第二長度。
  7. 如請求項3之感測器，其中該第二長度與該第一長度之一比率小於0.8，該第一元件安置區域在該第二方向上之一寬度不大於(L2/2)×{1-0.125×(L2/L1)+0.8}，該第一元件安置區域在該第一方向上之一長度不大於L1×{-0.375×(L2/L1)+0.8}，及該第一方向上介於該第一元件安置區域在該第一方向上之一中心與該膜部件在該第一方向上之一中心之間的距離不大於該第二長度之1/10，其中該第一長度係L1且該第二長度係L2。
  8. 如請求項1之感測器，其中該第二長度與該第一長度之一比率不小於0.25且小於1.0。
  9. 如請求項1之感測器，其中該第二長度與該第一長度之一比率不小於0.64且小於1.0。
  10. 如請求項1之感測器，其中該第二長度與該第一長度之一比率不大於0.25。
  11. 一種壓力感測器，其包括：一膜部件，其由一支撐單元支撐，該膜部件為可撓，該膜部件在該膜部件之一膜表面中之一第一方向上之一第一長度長於該膜部件在垂直於該膜表面中之該第一方向之一第二方向上之 一第二長度；及一感測單元，該膜表面之一組態具有：一第一側，其在該第一方向上延伸；一第二側，其在該第一方向上延伸且與該第一側分離；該第一側與該第二側之間之一距離係該第二長度；一第三側，其在該第二方向上延伸；及一第四側，其在該第二方向上延伸且與該第三側分離，該第三側與該第四側之間之一距離係該第一長度，該膜表面具有一中心部分及提供在該中心部分周圍之一周邊部分，該周邊部分具有沿該第一側提供之一第一元件安置區域，該感測單元包含提供在該膜表面之該第一元件安置區域上之複數個感測元件，該複數個感測元件之各者包含一第一磁性層、提供在該第一磁性層與該膜部件之間之一第二磁性層及提供在該第一磁性層與該第二磁性層之間之一間隔層，該複數個感測元件之至少兩者沿該第一方向之位置彼此不同。
  12. 一種壓力感測器，其包括：一膜部件，其由一支撐單元支撐，該膜部件為可撓，該膜部件在該膜部件之一膜表面中之一第一方向上之一第一長度長於該膜部件在垂直於該膜表面中之該第一方向之一第二方向上之一第二長度；及一感測單元，該膜表面之一組態係具有該第一方向作為一長軸且具有該第二方向作為一短軸之一扁圓， 該膜表面具有一中心部分及提供在該中心部分周圍之一周邊部分，該周邊部分具有沿著沿該長軸之一弧線提供之一第一元件安置區域，該感測單元包含提供在該膜表面之該第一元件安置區域上之複數個感測元件，該複數個感測元件之各者包含一第一磁性層、提供在該第一磁性層與該膜部件之間之一第二磁性層及提供在該第一磁性層與該第二磁性層之間之一間隔層，該複數個感測元件之至少兩者沿該第一方向之位置彼此不同。
  13. 一種壓力感測器，其包括：一膜部件，其由一支撐單元支撐，該膜部件為可撓；及一感測單元，該膜部件在該膜部件之一膜表面中之一第一方向上之一第一長度長於該膜部件在垂直於該膜表面中之該第一方向之一第二方向上之一第二長度，該膜表面具有一中心部分及提供在該中心部分周圍之一周邊部分，該感測單元包含提供在該中心部分上之一感測元件，該感測元件包含一第一磁性層、提供在該第一磁性層與該膜部件之間之一第二磁性層及提供在該第一磁性層與該第二磁性層之間之一間隔層。
  14. 如請求項13之感測器，其中該膜表面具有：一第一側，其沿該第一方向；一第二側，其沿該第一方向且與該第一側分離；一第三側，其沿該第二方向且連接至該第一側之一端及該第 二側之一端；及一第四側，其沿該第二方向且與該第三側分離且連接至該第一側之另一端及該第二側之另一端。
  15. 如請求項13之感測器，其中該膜表面之一組態係具有該第一方向作為一長軸且具有該第二方向作為一短軸之一扁圓。
  16. 如請求項13之感測器，其中該感測單元包含複數個感測元件。
  17. 如請求項1之感測器，其中該第一磁性層係一磁化自由層，及其中未施加一外部壓力之一狀態中之該磁化自由層之一磁化方向不同於該第一方向且不同於該第二方向。
  18. 如請求項1之感測器，其中該膜部件之一表面面積不小於2500μm2 且不大於360000μm2 。
  19. 如請求項1之感測器，其中該第二長度不小於20μm且不大於500μm。
  20. 如請求項1之感測器，其中該複數個感測元件之至少兩者電串聯連接。
  21. 如請求項1之感測器，其中該第一磁性層係一磁化自由層，及該第二磁性層係一磁化固定層。
  22. 如請求項1之感測器，其中當該等感測元件突出至該膜表面上時該等感測元件在該第一方向上之一長度不小於0.1微米且不大於50微米。
  23. 一種包含如請求項1之壓力感測器之聲音麥克風。
  24. 一種包含如請求項1之壓力感測器之血壓麥克風。
  25. 一種包含如請求項1之壓力感測器之觸控面板。
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