JP3421340B2 - 強誘電薄膜進行波回転センサ - Google Patents
強誘電薄膜進行波回転センサInfo
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- JP3421340B2 JP3421340B2 JP50479794A JP50479794A JP3421340B2 JP 3421340 B2 JP3421340 B2 JP 3421340B2 JP 50479794 A JP50479794 A JP 50479794A JP 50479794 A JP50479794 A JP 50479794A JP 3421340 B2 JP3421340 B2 JP 3421340B2
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/567—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode
- G01C19/5677—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode of essentially two-dimensional vibrators, e.g. ring-shaped vibrators
- G01C19/5684—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode of essentially two-dimensional vibrators, e.g. ring-shaped vibrators the devices involving a micromechanical structure
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は回転センサに係り、より詳細には、薄膜進行
波回転センサに係る。
波回転センサに係る。
先行技術の説明
多くの形式の航空機に対する航空及び慣性誘導システ
ムは、航空機の移動の角速度に関するデータを使用し
て、航空機の所望の移動を制御する場合がほとんどであ
る。角運動に関するデータを与える１つの装置は、良く
知られたジャイロスコープである。しかしながら、ジャ
イロスコープには多数の欠点がある。それらは物理的に
大きく且つ重量があり、しかも、かなりのコストをかけ
て非常に正確に形成しなければならず、且つ低レベルの
衝撃や振動でもダメージを受けることがある。衝撃や振
動の影響を最小にするために、重量のある取付器具で保
護しなければならず、従って、サイズ、重量及びコスト
が更に増大する。更に、ベアリングのような重要な可動
要素は、通常、使用と共に摩耗するので、ジャイロスコ
ープは精度を保つために頻繁に保守しなければならな
い。頻繁な保守と高い精度が要求されるにも関わらず、
依然として、１時間当たり数分の１゜といったエラード
リフト率がある。
ムは、航空機の移動の角速度に関するデータを使用し
て、航空機の所望の移動を制御する場合がほとんどであ
る。角運動に関するデータを与える１つの装置は、良く
知られたジャイロスコープである。しかしながら、ジャ
イロスコープには多数の欠点がある。それらは物理的に
大きく且つ重量があり、しかも、かなりのコストをかけ
て非常に正確に形成しなければならず、且つ低レベルの
衝撃や振動でもダメージを受けることがある。衝撃や振
動の影響を最小にするために、重量のある取付器具で保
護しなければならず、従って、サイズ、重量及びコスト
が更に増大する。更に、ベアリングのような重要な可動
要素は、通常、使用と共に摩耗するので、ジャイロスコ
ープは精度を保つために頻繁に保守しなければならな
い。頻繁な保守と高い精度が要求されるにも関わらず、
依然として、１時間当たり数分の１゜といったエラード
リフト率がある。
慣例的なジャイロスコープの欠点を克服するよう試み
た別の形式の角運動センサが、ジャーゲンＨスタウト氏
の米国特許出願第4,899,587号に開示されている。この
特許は、水晶で作られた第１及び第２の音叉を備えた角
速度センサを開示している。音叉のステムは、対称軸に
沿って端／端関係で一緒に結合され、それらの刃は互い
に離れるように向いて１つ平面内に存在する。二重音叉
構造を支持体に取り付けるための取付部が設けられてい
る。発振器に接続された一対の電極から第１の音叉の刃
へエネルギーが与えられる。発振器の信号は、第１の音
叉の刃を平面内で振動させる。構造体が対称軸のまわり
で回転するときには、コリオリの力により第２音叉の刃
が上記平面に直角の方向に振動させられる。この第２音
叉の刃の振動運動は、出力電極で感知され、単一軸のま
わりの角運動を指示する信号を与える。
た別の形式の角運動センサが、ジャーゲンＨスタウト氏
の米国特許出願第4,899,587号に開示されている。この
特許は、水晶で作られた第１及び第２の音叉を備えた角
速度センサを開示している。音叉のステムは、対称軸に
沿って端／端関係で一緒に結合され、それらの刃は互い
に離れるように向いて１つ平面内に存在する。二重音叉
構造を支持体に取り付けるための取付部が設けられてい
る。発振器に接続された一対の電極から第１の音叉の刃
へエネルギーが与えられる。発振器の信号は、第１の音
叉の刃を平面内で振動させる。構造体が対称軸のまわり
で回転するときには、コリオリの力により第２音叉の刃
が上記平面に直角の方向に振動させられる。この第２音
叉の刃の振動運動は、出力電極で感知され、単一軸のま
わりの角運動を指示する信号を与える。
不都合なことに、音叉の振動運動を駆動しそして感知
するのに必要な電子回路は非常に複雑であり、そして出
力信号を抽出するのが困難である。装置は、音響及び振
動的な干渉をかなり受け易く、水晶の圧電特性は装置が
漂遊容量に非常に影響され易くする。音叉構造体を取り
付ける支持体は不所望なストレス及び故障点を生じさ
せ、そして水晶の温度変則性は他の電気的及び機械的問
題を生じさせる。最終的に、各装置は、単一の軸のみに
沿った回転しか感知できない。
するのに必要な電子回路は非常に複雑であり、そして出
力信号を抽出するのが困難である。装置は、音響及び振
動的な干渉をかなり受け易く、水晶の圧電特性は装置が
漂遊容量に非常に影響され易くする。音叉構造体を取り
付ける支持体は不所望なストレス及び故障点を生じさ
せ、そして水晶の温度変則性は他の電気的及び機械的問
題を生じさせる。最終的に、各装置は、単一の軸のみに
沿った回転しか感知できない。
「回転センサ（Rotation Sensor）」と題する米国特
許出願第07/751,280号が本発明者により1991年８月29日
に出願されており、これを参考としてここに取り上げ
る。この特許出願は、２つの軸のまわりの回転を感知す
ることのできる「進行波」回転センサを開示しており、
良く知られたホトリソグラフィック及びエッチング技術
を使用してシリコン基体から完全な構造体がマイクロ加
工される。この特許出願の１つの実施例においては、複
数の刃が円形ベースの外周面から半径方向に同一面内に
伸びるようにシリコンチップがマイクロ加工される。ベ
ースを指示体に取り付けるために第１及び第２の取付部
材がベースから延びている。第１の取付部材は、第２の
取付部材に対し一般的に垂直に配置される。パルス発生
器は、静電又は電磁パルスを複数の刃の次々の自由端に
印加し、これにより、各刃は、ベースの周囲に沿って回
転するシーケンスで平面内で瞬間的に振動する。次々の
振動は、スピンするホイールに類似した正味角運動量を
確立し、第１又は第２の取付部材の一方の軸のまわりの
センサの回転が、他方の取付部材にコリオリの力による
変形を経験させる。ホイールストンブリッジを形成する
ように相互接続された複数の電圧抵抗歪計が第１及び第
２の取付部材に配置されて、第１及び第２の取付部材の
変形を感知し、従って、第１及び第２の軸のまわりの角
回転を表す信号を発生する。
許出願第07/751,280号が本発明者により1991年８月29日
に出願されており、これを参考としてここに取り上げ
る。この特許出願は、２つの軸のまわりの回転を感知す
ることのできる「進行波」回転センサを開示しており、
良く知られたホトリソグラフィック及びエッチング技術
を使用してシリコン基体から完全な構造体がマイクロ加
工される。この特許出願の１つの実施例においては、複
数の刃が円形ベースの外周面から半径方向に同一面内に
伸びるようにシリコンチップがマイクロ加工される。ベ
ースを指示体に取り付けるために第１及び第２の取付部
材がベースから延びている。第１の取付部材は、第２の
取付部材に対し一般的に垂直に配置される。パルス発生
器は、静電又は電磁パルスを複数の刃の次々の自由端に
印加し、これにより、各刃は、ベースの周囲に沿って回
転するシーケンスで平面内で瞬間的に振動する。次々の
振動は、スピンするホイールに類似した正味角運動量を
確立し、第１又は第２の取付部材の一方の軸のまわりの
センサの回転が、他方の取付部材にコリオリの力による
変形を経験させる。ホイールストンブリッジを形成する
ように相互接続された複数の電圧抵抗歪計が第１及び第
２の取付部材に配置されて、第１及び第２の取付部材の
変形を感知し、従って、第１及び第２の軸のまわりの角
回転を表す信号を発生する。
発明の要旨
本発明は、構造が簡単で、水晶音叉の回転センサに関
連した温度の非直線性、ゼロ率オフセット、音響敏感
性、駆動及びピックアップ信号の交差結合性、等の固有
の問題に影響されることがなく、しかも、上記米国特許
出願第07/751,280号に開示された進行波回転センサより
も高い信号レベル、高い分解能、大きな感度及び広いダ
イナミックレンジを与える進行波回転センサに関する。
連した温度の非直線性、ゼロ率オフセット、音響敏感
性、駆動及びピックアップ信号の交差結合性、等の固有
の問題に影響されることがなく、しかも、上記米国特許
出願第07/751,280号に開示された進行波回転センサより
も高い信号レベル、高い分解能、大きな感度及び広いダ
イナミックレンジを与える進行波回転センサに関する。
本発明の１つの実施例において、シリコンベースに形
成された空洞の上にダイヤフラムが配置される。空洞の
上に横たわるダイヤフラムに複合の電極が周方向に配置
され、信号付与回路がこれら複数の電極に信号を順次付
与し、ダイヤフラムの一部分が撓んで正味の角運動量を
確立する（例えば、ダイヤフラムの撓みは半径方向に進
行する波を模擬する）。複数の歪計を相互接続して対応
する複数のホイートストンブリッジを形成したものより
成る変形感知回路が直交軸に沿って空洞の周囲に配置さ
れ、直交軸のまわりの構造体の変形を感知する。回転セ
ンサと一緒に任意の直線加速度計が形成されてもよく、
構造体全体がシリコンカバーでシールされてもよい。回
転センサを動作するのに使用される電子回路は、シリコ
ンにおける直接的な拡散によるか又はASICチップをベー
ス及び／又はカバーに接合することにより、回転センサ
と共に形成されてもよい。
成された空洞の上にダイヤフラムが配置される。空洞の
上に横たわるダイヤフラムに複合の電極が周方向に配置
され、信号付与回路がこれら複数の電極に信号を順次付
与し、ダイヤフラムの一部分が撓んで正味の角運動量を
確立する（例えば、ダイヤフラムの撓みは半径方向に進
行する波を模擬する）。複数の歪計を相互接続して対応
する複数のホイートストンブリッジを形成したものより
成る変形感知回路が直交軸に沿って空洞の周囲に配置さ
れ、直交軸のまわりの構造体の変形を感知する。回転セ
ンサと一緒に任意の直線加速度計が形成されてもよく、
構造体全体がシリコンカバーでシールされてもよい。回
転センサを動作するのに使用される電子回路は、シリコ
ンにおける直接的な拡散によるか又はASICチップをベー
ス及び／又はカバーに接合することにより、回転センサ
と共に形成されてもよい。
図面の簡単な説明
図１は、本発明による回転センサの特定の実施例を示
す上面図である。
す上面図である。
図２は、本発明による回転センサを構成するためのベ
ースとして働くエッチングされたシリコンウェハの特定
の実施例を示す上面図である。
ースとして働くエッチングされたシリコンウェハの特定
の実施例を示す上面図である。
図３及び４は、本発明による回転センサを構成するの
に用いられる初期のプロセス段階の特定の実施例を示す
側面断面図である。
に用いられる初期のプロセス段階の特定の実施例を示す
側面断面図である。
図５は、本発明による回転センサの特定の実施例の上
面図であって、導電性電極の位置を示す図である。
面図であって、導電性電極の位置を示す図である。
図６及び７は、本発明による回転センサを形成するの
に用いられる更に別のプロセス段階の特定の実施例を示
す側面断面図である。
に用いられる更に別のプロセス段階の特定の実施例を示
す側面断面図である。
好ましい実施例の詳細な説明
図１は、本発明による回転センサ10の特定の実施例を
示す上面図である。回転センサ10は、空洞18がエッチン
グされたベース14を備えている。この実施例において、
空洞18は円筒状であるが、多数の他の形状を使用するこ
ともできる。空洞の上に配置された窒化シリコン層24
（図３）の上には、複数の電極22が周方向に配置され
る。各電極は通信経路26に接続され、該経路は次いで信
号処理ユニット30及びパルスユニット34に接続される。
図示されたＸ軸及びＹ軸に沿って空洞の周囲には複数の
ホイートストンブリッジ38が配置される。各ホイートス
トンブリッジ38は、良く知られたように相互接続された
複数の抵抗42を備え、そして対応する複数の通信経路46
を経て通信経路26に接続される。上記の米国特許出願第
07/751,280号の技術に基づいて構成された直線加速度計
48は回転センサの一部分として形成され、そしてこの加
速度計48は、通信経路50を経て通信経路26に接続され
る。
示す上面図である。回転センサ10は、空洞18がエッチン
グされたベース14を備えている。この実施例において、
空洞18は円筒状であるが、多数の他の形状を使用するこ
ともできる。空洞の上に配置された窒化シリコン層24
（図３）の上には、複数の電極22が周方向に配置され
る。各電極は通信経路26に接続され、該経路は次いで信
号処理ユニット30及びパルスユニット34に接続される。
図示されたＸ軸及びＹ軸に沿って空洞の周囲には複数の
ホイートストンブリッジ38が配置される。各ホイートス
トンブリッジ38は、良く知られたように相互接続された
複数の抵抗42を備え、そして対応する複数の通信経路46
を経て通信経路26に接続される。上記の米国特許出願第
07/751,280号の技術に基づいて構成された直線加速度計
48は回転センサの一部分として形成され、そしてこの加
速度計48は、通信経路50を経て通信経路26に接続され
る。
動作に際し、パルスユニット34は、隣接電極22の対に
互いに逆位相のパルスを付与する。隣接電極間の互いに
逆の電界の圧縮及び膨張作用は、それらの間の窒化シリ
コン層24のセクタを撓める。隣接電極対の励起は、複数
の電極22に対し周方向に順次に続けられ、窒化シリコン
層24の順次の撓みは、空洞を回る高rpmの進行波を模擬
し、従って、正味角運動量を確立する。構造体がＸ軸の
まわりを回転するときには、Ｙ軸のまわりの構造体の変
形がコリオリの力によって生じ、この変形は、Ｙ軸に沿
って配置されたホイールストンブリッジによって感知さ
れる。同様に、構造体がＹ軸のまわりで回転する場合に
は、Ｘ軸のまわりの構造体の変形が生じ、この変形は、
Ｘ軸に沿って配置されたホイートストンブリッジによっ
て感知される。ホイートストンブリッジからの信号は信
号処理ユニット30により処理されて、角回転の量の直接
的な指示が発生される。又、信号処理ユニット30は、直
線加速度計48からの信号も処理し、構造体の直線加速度
の量の指示を与える。
互いに逆位相のパルスを付与する。隣接電極間の互いに
逆の電界の圧縮及び膨張作用は、それらの間の窒化シリ
コン層24のセクタを撓める。隣接電極対の励起は、複数
の電極22に対し周方向に順次に続けられ、窒化シリコン
層24の順次の撓みは、空洞を回る高rpmの進行波を模擬
し、従って、正味角運動量を確立する。構造体がＸ軸の
まわりを回転するときには、Ｙ軸のまわりの構造体の変
形がコリオリの力によって生じ、この変形は、Ｙ軸に沿
って配置されたホイールストンブリッジによって感知さ
れる。同様に、構造体がＹ軸のまわりで回転する場合に
は、Ｘ軸のまわりの構造体の変形が生じ、この変形は、
Ｘ軸に沿って配置されたホイートストンブリッジによっ
て感知される。ホイートストンブリッジからの信号は信
号処理ユニット30により処理されて、角回転の量の直接
的な指示が発生される。又、信号処理ユニット30は、直
線加速度計48からの信号も処理し、構造体の直線加速度
の量の指示を与える。
図２ないし７は、図１に示す回転センサを製造するの
に使用されるステップを示している。
に使用されるステップを示している。
図２及び３に示すように、円筒空洞18は、円筒の形状
に（又は空洞18として所望される何らかの形状に）酸化
物層を拡散するか又はホスホシリケートガラス（PSG）
を付着することによりベース14に形成され、厚みが1.0
ミクロンないし10ミクロンの窒化シリコン層24が化学蒸
着によってベース14の上に形成され、そしてPSG又は犠
牲酸化物層が緩衝HF溶液中で溶解される。その後、図４
に示すように、厚みが0.25ないし0.50ミクロンのチタン
及び白金層58が窒化シリコン層24の上に付着される。チ
タン及び白金層58は、出来上がった装置において均一な
導電性グランドプレーン電極として働く。次いで、厚み
が0.2ないし0.5ミクロン強誘電層62が層54の上に化学蒸
着により付着される。この強誘電層62は、PZT薄膜より
成るか、又はチタン及び白金層58に良好に付着する強誘
電特性をもつ他の材料より成る。
に（又は空洞18として所望される何らかの形状に）酸化
物層を拡散するか又はホスホシリケートガラス（PSG）
を付着することによりベース14に形成され、厚みが1.0
ミクロンないし10ミクロンの窒化シリコン層24が化学蒸
着によってベース14の上に形成され、そしてPSG又は犠
牲酸化物層が緩衝HF溶液中で溶解される。その後、図４
に示すように、厚みが0.25ないし0.50ミクロンのチタン
及び白金層58が窒化シリコン層24の上に付着される。チ
タン及び白金層58は、出来上がった装置において均一な
導電性グランドプレーン電極として働く。次いで、厚み
が0.2ないし0.5ミクロン強誘電層62が層54の上に化学蒸
着により付着される。この強誘電層62は、PZT薄膜より
成るか、又はチタン及び白金層58に良好に付着する強誘
電特性をもつ他の材料より成る。
図５に示すように、厚みが約0.25ないし0.75ミクロン
の金の層を付着しそしてエッチングすることにより複数
の金の電極22が形成される。次いで、図６に示すよう
に、厚みが0.5ミクロンないし1.0ミクロンの絶縁性窒化
銀の層66が電極22の上に付着され、そして厚みが200な
いし500ナノメータのポリシリコン層70が窒化銀の層66
の上に付着される。
の金の層を付着しそしてエッチングすることにより複数
の金の電極22が形成される。次いで、図６に示すよう
に、厚みが0.5ミクロンないし1.0ミクロンの絶縁性窒化
銀の層66が電極22の上に付着され、そして厚みが200な
いし500ナノメータのポリシリコン層70が窒化銀の層66
の上に付着される。
空洞18の周囲でｘ及びｙ軸の交点に配置されたポリシ
リコン層70の部分は硼素が強くドープされて、圧電抵抗
42及びホイートストンブリッジ38を形成する。ポリシリ
コンの圧電抵抗歪計は、広い温度範囲の非直線性及び高
いゲージ率を達成する。従って、感知素子は、ゼロ率オ
フセットを伴うことなく且つヒステリシスを伴うことな
く、本来直線的で、安定なものとなる。又、感知及び駆
動素子は、全く現象的にデカップルされそして独立して
おり、従って、駆動及び感知素子の両方に圧電構造体を
使用する（水晶センサのように）ことに関連したクロス
トークの問題は回避されることに注意されたい。
リコン層70の部分は硼素が強くドープされて、圧電抵抗
42及びホイートストンブリッジ38を形成する。ポリシリ
コンの圧電抵抗歪計は、広い温度範囲の非直線性及び高
いゲージ率を達成する。従って、感知素子は、ゼロ率オ
フセットを伴うことなく且つヒステリシスを伴うことな
く、本来直線的で、安定なものとなる。又、感知及び駆
動素子は、全く現象的にデカップルされそして独立して
おり、従って、駆動及び感知素子の両方に圧電構造体を
使用する（水晶センサのように）ことに関連したクロス
トークの問題は回避されることに注意されたい。
窒化シリコン層74は、パルス増強化学蒸着によって構
造体上に形成されて、装置の保護容器を形成する。窒化
シリコン層74は、窒化シリコン層24の柔軟性を維持する
ために空洞18の上に横たわる空洞78を含むのが好まし
い。
造体上に形成されて、装置の保護容器を形成する。窒化
シリコン層74は、窒化シリコン層24の柔軟性を維持する
ために空洞18の上に横たわる空洞78を含むのが好まし
い。
本発明の技術により構成された回転センサは、水晶の
回転センサよりも優れているだけでなく、上記の米国特
許出願第07/751,280の技術に基づいて構成された回転セ
ンサに見られる効果に加えて多数の効果を発揮する。例
えば、本発明の技術により構成された回転センサに対す
る駆動電圧は、ほぼ３ボルトであり（水晶及び他の回転
センサに必要とされた相当に高い電圧ではなく）、これ
は、回転センサをオンチップ集積回路及びマイクロプロ
セッサに適合するようにする。更に、低い電圧において
動作するときでも、回転センサは、コリオリの力により
誘起される変形に対し、前記進行波回転センサよりも高
い感度を有する。これは、進行波回転センサの静電駆動
回路のエアギャップに蓄積される最大エネルギー密度が
1/2eairE2 bdだからである。但し、Ebdはブレークダウン
前の最大電界（１ミクロンギャップに対して約108ボル
ト／メータ）でありそしてeairは空気の誘電率であり、
これは自由空間の誘電率に等しい。一方、強誘電層62の
場合、各電極と接地電極との間のエネルギー密度は1/2e
fE2 bdである。ここで、最大のEbdは強誘電層62の場合に
空気とほぼ同じであるが、強誘電層62の誘電率Efは空気
の約1300倍である。これにより、電界密度は３桁も大き
くなり、高い感度に換算される。又、窒化シリコン層24
を撓ませるのも高い電界である。
回転センサよりも優れているだけでなく、上記の米国特
許出願第07/751,280の技術に基づいて構成された回転セ
ンサに見られる効果に加えて多数の効果を発揮する。例
えば、本発明の技術により構成された回転センサに対す
る駆動電圧は、ほぼ３ボルトであり（水晶及び他の回転
センサに必要とされた相当に高い電圧ではなく）、これ
は、回転センサをオンチップ集積回路及びマイクロプロ
セッサに適合するようにする。更に、低い電圧において
動作するときでも、回転センサは、コリオリの力により
誘起される変形に対し、前記進行波回転センサよりも高
い感度を有する。これは、進行波回転センサの静電駆動
回路のエアギャップに蓄積される最大エネルギー密度が
1/2eairE2 bdだからである。但し、Ebdはブレークダウン
前の最大電界（１ミクロンギャップに対して約108ボル
ト／メータ）でありそしてeairは空気の誘電率であり、
これは自由空間の誘電率に等しい。一方、強誘電層62の
場合、各電極と接地電極との間のエネルギー密度は1/2e
fE2 bdである。ここで、最大のEbdは強誘電層62の場合に
空気とほぼ同じであるが、強誘電層62の誘電率Efは空気
の約1300倍である。これにより、電界密度は３桁も大き
くなり、高い感度に換算される。又、窒化シリコン層24
を撓ませるのも高い電界である。
機械的なジャイロスコープ又は水晶回転センサとは異
なり、本発明による回転センサを形成するのに用いられ
る材料及びプロセスは全て半導体をベースとするもので
あり、従って、マイクロプロセッサ及び自己テスト構造
体を含む電子回路は、更に別の従来の半導体処理によっ
て同じウェハ上に集積することができる。従って、全航
行、誘導又は制御サブシステム／システムを単一のチッ
プ上に形成することができる。更に、他の回転センサの
場合のように移動又は振動する機械的部分はなく、しか
も、やっかいな機械的な取付構造体及び組立ツールは必
要とされない。ミクロン代の寸法では、数百又は数千の
ダイ又は完成デバイスを単一のウェハ上に形成すること
ができる。
なり、本発明による回転センサを形成するのに用いられ
る材料及びプロセスは全て半導体をベースとするもので
あり、従って、マイクロプロセッサ及び自己テスト構造
体を含む電子回路は、更に別の従来の半導体処理によっ
て同じウェハ上に集積することができる。従って、全航
行、誘導又は制御サブシステム／システムを単一のチッ
プ上に形成することができる。更に、他の回転センサの
場合のように移動又は振動する機械的部分はなく、しか
も、やっかいな機械的な取付構造体及び組立ツールは必
要とされない。ミクロン代の寸法では、数百又は数千の
ダイ又は完成デバイスを単一のウェハ上に形成すること
ができる。
以上、本発明の好ましい実施例を詳細に述べたが、種
々の変更を使用できる。従って、本発明の範囲は、請求
の範囲のみによって限定されるものとする。
々の変更を使用できる。従って、本発明の範囲は、請求
の範囲のみによって限定されるものとする。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平２−198315（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−129513（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−3153（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−285412（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−153970（ＪＰ，Ａ)
実開 平３−28411（ＪＰ，Ｕ)
特表 昭56−501298（ＪＰ，Ａ)
米国特許4655081（ＵＳ，Ａ)
米国特許4644793（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01C 19/56
G01P 9/04
Claims (21)
- 【請求項１】ダイヤフラムと、 上記ダイヤフラムの周方向に配置された複数の電極と、 グランドプレーンと、 上記複数の電極とグランドプレーンとの間にその複数の
電極とグランドプレーンに接近して配置された強誘電材
料と、 上記複数の電極に接続されて、それら複数の電極に信号
を順次付与することにより、上記強誘電材料を圧縮及び
膨張させて上記ダイヤフラムを順次撓ませ、それにより
進行波の角運動量を確立するようにする信号付与手段
と、 上記ダイヤフラムの変形を関知する変形感知手段とを備
えたことを特徴とする回転センサ。 - 【請求項２】表面に空洞が配置されたベースと、 上記空洞の上に横たわるようにベースの周囲に配置され
たダイヤフラムと、 上記空洞の上でダイヤフラムの周方向に配置された複数
の電極と、 グランドプレーンと、 上記複数の電極とグランドプレーンとの間にその複数の
電極とグランドプレーンに接近して配置された強誘電材
料と、 上記複数の電極に接続されて、それら複数の電極に信号
を順次付与することにより、上記強誘電材料を圧縮及び
膨張させて上記ダイヤフラムを撓ませ、それにより、角
運動量を確立するようにする信号付与手段と、 上記ダイヤフラムの変形を感知するための変形感知手段
とを備えたことを特徴とする回転センサ。 - 【請求項３】上記変形感知手段は、複数の歪計を形成す
るようにドープされたポリシリコン層を備えている請求
項２に記載の回転センサ。 - 【請求項４】上記変形感知手段は、複数のホイートスト
ンブリッジを備えている請求項２に記載の回転センサ。 - 【請求項５】上記変形感知手段は、上記空洞の周囲に配
置される請求項２に記載の回転センサ。 - 【請求項６】上記複数の電極は、ダイヤフラムの周方向
に配置される請求項２に記載の回転センサ。 - 【請求項７】上記ダイヤフラムは、上記グランドプレー
ンに隣接配置される請求項２に記載の回転センサ。 - 【請求項８】上記強誘電材料は、上記グランドプレーン
と複数の電極の両方に隣接して配置される請求項２に記
載の回転センサ。 - 【請求項９】上記強誘電材料の誘電率は、空気の誘電率
の約1300倍である請求項２に記載の回転センサ。 - 【請求項１０】上記強誘電材料は、上記ダイヤフラムと
複数の電極との間に配置された誘電性の層から成る請求
項２に記載の回転センサ。 - 【請求項１１】上記ダイヤフラムは、第１の窒化シリコ
ン層を備え、更に、上記複数の電極上に配置された第２
の窒化シリコン層を備える請求項２に記載の回転セン
サ。 - 【請求項１２】上記ダイヤフラムは、上記強誘電材料に
隣接して配置される請求項２に記載の回転センサ。 - 【請求項１３】上記信号付与手段は、上記複数の電極の
隣接対に互いに位相の異なる電気信号を付与する手段を
含む請求項２に記載の回転センサ。 - 【請求項１４】上記信号付与手段は、互いに位相の異な
る電気信号の付与を上記複数の電極を巡回するようにシ
ーケンシングする請求項13に記載の回転センサ。 - 【請求項１５】上記ダイヤフラムは、上記グランドプレ
ーンと複数の電極との間に配置される請求項２に記載の
回転センサ。 - 【請求項１６】上記ベースは、半導体材料から成る請求
項２に記載の回転センサ。 - 【請求項１７】上記電極構造体を収容する手段を更に備
えた請求項２に記載の回転センサ。 - 【請求項１８】上記収容手段は、上記複数の電極上に配
置された窒化シリコン層を備え、この窒化シリコン層は
その表面に空洞が形成され、この空洞は上記ベースの空
洞とほぼ整列される請求項17に記載の回転センサ。 - 【請求項１９】上記信号付与手段は、１つの電極とグラ
ンドプレーンとの間に約３ボルトの電位差を設定する手
段を備える請求項１に記載の回転センサ。 - 【請求項２０】上記信号付与手段は、１つの電極とグラ
ンドプレーンとの間に約３ボルトの電位差を設定する手
段を備える請求項２に記載の回転センサ。 - 【請求項２１】複数の層を含み、上記変形感知手段は、
上記電極と異なる層にある請求項に記載の回転センサ。
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|---|---|---|---|
| US95558992A | 1992-10-05 | 1992-10-05 | |
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|---|---|
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| JP3421340B2 true JP3421340B2 (ja) | 2003-06-30 |
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| JP50479794A Expired - Fee Related JP3421340B2 (ja) | 1992-10-05 | 1993-05-24 | 強誘電薄膜進行波回転センサ |
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-
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-
1994
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- 1994-09-29 US US08/314,756 patent/US5533395A/en not_active Expired - Fee Related
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