WO1992002797A1 - Pressure sensor - Google Patents
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- WO1992002797A1 WO1992002797A1 PCT/JP1991/001048 JP9101048W WO9202797A1 WO 1992002797 A1 WO1992002797 A1 WO 1992002797A1 JP 9101048 W JP9101048 W JP 9101048W WO 9202797 A1 WO9202797 A1 WO 9202797A1
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
- G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
Definitions
- the present invention relates to a structure of a pressure sensor that detects an air pressure, a water pressure, and the like and converts the pressure into an electric signal.
- a conventional pressure sensor using an Si membrane in the same manner as in the present invention includes an S pressure sensor having a partially reduced thickness on an (201) Si substrate as shown in FIG.
- a pressure sensor has been devised in which an i-membrane (205) is formed and a diffusion resistor (202) of the opposite conductivity type to the Si substrate (201) is formed therein.
- (204) is a pressure detection port
- (206) is a pressure detection port.
- an object of the present invention is to provide a pressure sensor having a large output voltage and excellent accuracy. Disclosure of the invention
- a pressure sensor for converting pressure into an electric signal at least a part of a Si substrate is made thinner than other parts (this part is hereinafter referred to as a Si membrane), An accurate pressure sensor is obtained by forming a capacitor made of a piezoelectric thin film on the membrane.
- FIG. 1 (a) is a main sectional view of the present invention
- FIG. 1 (b) is a main plan view of the present invention
- FIG. 2 (a) is a main sectional view of a conventional pressure sensor
- FIG. 2 (b) is a main plan view of the conventional pressure sensor.
- FIG. 1 (a) is a main cross-sectional view of an embodiment of the pressure sensor of the present invention
- FIG. 1 (b) is a main plan view.
- the pressure sensor of the present invention will be described with reference to FIG.
- (10 1) is a Si substrate, for example, an Si substrate having a thickness of 600 zm.
- (107) is a Si membrane formed on a Si substrate, and is formed by etching, for example, to have a thickness of 10 / zm.
- (103) is an element of the present invention. It is a piezoelectric film, for example, PZT is formed with a thickness of 1 m.
- Other piezoelectric film, PL ZT, and the like P b T i 0 3, B aT i 0 3.
- (102) is a lower electrode of the piezoelectric film, for example, A1 is formed to have a thickness of 1; m. (104) is an upper electrode, and A1 is also formed with a thickness of 1 im.
- a method of forming these electrodes and piezoelectric films for example, a thin film is formed by sputtering, and a predetermined pattern is formed by using an exposure technique. Then, (102), (103) and (104) constitute a capacitor made of a piezoelectric film.
- (105) Is a plate forming a pressure detection port. For example, a Cu plate is used.
- (106) is a pressure detection port.
- the principle of the pressure sensor with the structure shown in Fig. 1 is to use the deflection of the Si membrane due to the pressure difference to detect the output of a capacitor consisting of a piezoelectric film formed on the Si membrane. Therefore, a large value was obtained as the output voltage (15 O mV at 1 atm). Also, there is no need to arrange a diffused resistor for comparison as in the conventional case. Also, since the output voltage is proportional to the area of the capacitor, if the output voltage is to be increased, the area may be increased, and the output voltage can be set freely.
- the method for forming the electrodes and the piezoelectric film is suitable for mass production because a semiconductor manufacturing method can be used. Industrial applicability
- a Si membrane is formed on a Si substrate, and a capacitor made of a piezoelectric thin film is formed on the Si membrane. This has the effect of providing a high-accuracy pressure sensor with a large output voltage.
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Description
明 細 書
圧力センサ 技術分野
本発明は、 気圧や水圧などを検知して電気信号に変換する圧力センサの構 造に関するものである。 背景技術
従来の圧力センサとしては、 本発明と同じように S iメンブレ を用いた ものとしては、 第 2図のように （2 0 1 ) の S i基板上に部分的に厚さを薄 く した S iメンプレン （2 0 5 ) を形成し、 その中に S i基板 （2 0 1 ) と 反対導電形の拡散抵抗 （2 0 2 ) を形成したような圧力センサが考案されて いる。 ここで （2 0 4 ) は圧力検出口を形成している扳であり、 （2 0 6 ) が圧力検出口である。
しかし、 従来の圧力センサは、 圧力の差による S iメンブレンのたわみを 利用し、 S iメンプ、レン中に形成された拡散抵抗の変化を検出する原理であ るためその変化量としてはわずかであり （例えば 1気圧で 1 %以下） 、 圧力 測定の精度が出なかった。 また変化量がわずかであるため、 （3 0 3 ) のよ うに S i基板の厚い部分に基準抵抗を形成し、 この抵抗と、 S iメンヅレン 中に形成した抵抗との抵抗値の差をプリッジ回路などを用いて検出する必要 があった 0
そこで本発明はこのような課題を解決するもので、 その目的とするところ は、 出力電圧が大きく、 かつ精度の優れた圧力センサを提供する所にある。 発明の開示
本発明は、 圧力を電気信号に変換する圧力センサにおいて、 S i基板の少 なくとも一部分の厚さを、 他の部分よりも薄く し （この部分を以下 S iメン プレンという） 、 この S iメンブレンの部分に、 圧電性の薄膜からなるキヤ パシタを形成することにより、 精度の良い圧力センサを得るようにしたもの である。 図面の簡単な説明
第 1図 （a) は本発明の主要断面図であり、 第 1図 （b) は本発明の主要 平面図である。 第 2図 （a) は従来の圧力センサの主要断面図であり、 第 2 図 （b) は従来の圧力センサの主要平面図である。 発明を実施するための最良の形態
第 1図 （a) は、 本発明の圧力センサの一実施例に於ける主要断面図であ り、 第 1図 （b) は、 主要平面図である。 以下、 第 1図に従い、 本発明の圧 力センサを説明する。
(10 1) は S i基板であり、 例えば 600 zmの厚さの S i基板である。
(107) が S i基板に形成された S iメンプレンであり、 例えば厚さ 1 0 /zmになるようにエッチングにより形成する。 （1 03) が本発明の要素で ある。 圧電性膜であり、 例えば、 P ZTを 1 mの厚さで形成する。 その他 の圧電性膜としては、 P L ZT、 P b T i 03、 B aT i 03 などがある。
(1 02) は圧電性膜の下部電極であり、 例えば A 1で 1； mの厚さで形成 する。 （1 04) は上部電極であり同じく A 1を 1 imの厚さで形成する。 これらの電極や圧電性膜の形成方法と.しては、 例えばスパッ夕方を^いて薄 膜を形成し、 露光技術を用いて所定のパターンを形成する。 そして （1 02) (103) (104) により圧電性膜からなるキャパシタを構成する。 （105)
は圧力検出口を形成している板であり、 例えば C u板を用いる。 （ 1 0 6 ) が圧力検出口である。
さて、 第 1図のような構造の圧力センサにおいては、 圧力の差による S i メンブレンのたわみを利用し、 S iメンプレン上に形成した圧電性膜からな るキャパシタの出力を検出する原理であるため、 出力電圧として大きな値が 得られた （1気圧で 1 5 O mV ) 。 また、 従来のように比較用の拡散抵抗を 配置する必要もない。 また出力電圧はキャパシタの面積に比例するため、 仮 に出力電圧を大きく したい場合には、 面積を大きくすればよく、 このように 自由に出力電圧を設定出来る。
また、 電極や圧電性膜の形成方法は半導体の製造方法を利用出来るため、 大量生産に適する。 産業上の利用可能性
本発明のように、 圧力を電気信号に変換する圧力センサにおいて、 S i基 板に S iメンプレンを形成し、 かつその S iメン： レン上に圧電性の薄膜か らなるキャパシタを形成するようにしたため、 出力電圧の大きく、 精度の良 い圧力センサが得られるという効果を有する。
Claims
(1) 圧力を電気信号に変換する圧力センサにおいて、 S i基板の少なくと も一部分の厚さが、 他の部分よりも薄くかつ、 S i基板の、 前記厚さの薄い 部分の主表面上に、 圧電性の薄膜からなるキャパシタが形成されていること を特徴とする圧力センサ。
Applications Claiming Priority (2)
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| JP20894990A JPH0495741A (ja) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | 圧力センサ |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO1992002797A1 true WO1992002797A1 (en) | 1992-02-20 |
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| PCT/JP1991/001048 WO1992002797A1 (en) | 1990-08-07 | 1991-08-06 | Pressure sensor |
Country Status (3)
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- 1990-08-07 JP JP20894990A patent/JPH0495741A/ja active Pending
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- 1991-08-06 EP EP19910913828 patent/EP0500945A4/en not_active Withdrawn
- 1991-08-06 WO PCT/JP1991/001048 patent/WO1992002797A1/ja not_active Application Discontinuation
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|---|
| See also references of EP0500945A4 * |
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