JPH0666663A - 微小センサおよびその製法 - Google Patents
微小センサおよびその製法Info
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- JPH0666663A JPH0666663A JP3221030A JP22103091A JPH0666663A JP H0666663 A JPH0666663 A JP H0666663A JP 3221030 A JP3221030 A JP 3221030A JP 22103091 A JP22103091 A JP 22103091A JP H0666663 A JPH0666663 A JP H0666663A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高密度に配設されるセンサ装置を提供する。
【構成】 センサ素子ないしセンサ素子群が、陰極層と
その陰極層に接続された陰極先端と、その陰極層と対向
する陽極層とによって形成される。陰極先端と陽極層の
間で発生する電子の流れの大きさはその陰極先端におけ
る電界強度によって変化し、その電界強度は陰極先端と
陽極層の間隔（距離）によって変化する。変移可能とさ
れた陽極が陰極先端側に変移すると、電界強度は強くな
り、電子流の大きさもそれに対応して大きくなる。エッ
チング技術により上記陰極などが形成されるので、高密
度に配設される。
その陰極層に接続された陰極先端と、その陰極層と対向
する陽極層とによって形成される。陰極先端と陽極層の
間で発生する電子の流れの大きさはその陰極先端におけ
る電界強度によって変化し、その電界強度は陰極先端と
陽極層の間隔（距離）によって変化する。変移可能とさ
れた陽極が陰極先端側に変移すると、電界強度は強くな
り、電子流の大きさもそれに対応して大きくなる。エッ
チング技術により上記陰極などが形成されるので、高密
度に配設される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力センサに関し、特
に、医学的な応用等のために２次元ないし３次元の圧力
分布を測定するための圧力センサ群およびその製造方法
に関する。
に、医学的な応用等のために２次元ないし３次元の圧力
分布を測定するための圧力センサ群およびその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧力の精確な測定のために微小な圧力セ
ンサが応用される例が多数ある。例えば、生理学的パラ
メータのモニタ，産業施設の工程モニタ，自動車性能モ
ニタ等である。医学の分野において、微小圧力センサ
は、血圧の観血的および非観血的測定の他、診断のため
の他の体圧の測定にも使用される。そして多くの場合
に、対象とするパラメータのより精確なモニタのため
に、各検出装置間の間隔を小さくすることが求められ
る。例えば、トノメトリによる血圧測定では、適当な距
離で隔てられた複数個の圧力センサの合計寸法が対象と
なる動脈の幅よりも小さいことが求められ、それにより
当該測定が容易に行われ得るのである。
ンサが応用される例が多数ある。例えば、生理学的パラ
メータのモニタ，産業施設の工程モニタ，自動車性能モ
ニタ等である。医学の分野において、微小圧力センサ
は、血圧の観血的および非観血的測定の他、診断のため
の他の体圧の測定にも使用される。そして多くの場合
に、対象とするパラメータのより精確なモニタのため
に、各検出装置間の間隔を小さくすることが求められ
る。例えば、トノメトリによる血圧測定では、適当な距
離で隔てられた複数個の圧力センサの合計寸法が対象と
なる動脈の幅よりも小さいことが求められ、それにより
当該測定が容易に行われ得るのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】医学的なモニタに使用
される圧力センサの多くは、歪みゲージ法もしくはキャ
パシタンス測定法に基づいている。例えば、米国特許第
４，８８１，４１０号は、チップ表面上で金属とシリコ
ンとの精巧な構造を形成することが求められるキャパシ
タンス測定に基づくシリコン圧力センサを開示する。本
装置の圧力検出感度は各センサの寸法によって調節され
る。また、米国特許第４，７７１，６３８号は、歪みゲ
ージの原理で作動する圧力センサを開示する。こうした
センサは、一般に、マイクロチップの基盤に平行に設け
られた層構造中に形成される。しかしそれらの従来のセ
ンサは、精確な測定のため、充分に大きな信号を取り出
すために大きな表面積を必要とし、その結果として、チ
ップ表面上の圧力センサ装置の密度を充分に大きくでき
ないという問題があった。
される圧力センサの多くは、歪みゲージ法もしくはキャ
パシタンス測定法に基づいている。例えば、米国特許第
４，８８１，４１０号は、チップ表面上で金属とシリコ
ンとの精巧な構造を形成することが求められるキャパシ
タンス測定に基づくシリコン圧力センサを開示する。本
装置の圧力検出感度は各センサの寸法によって調節され
る。また、米国特許第４，７７１，６３８号は、歪みゲ
ージの原理で作動する圧力センサを開示する。こうした
センサは、一般に、マイクロチップの基盤に平行に設け
られた層構造中に形成される。しかしそれらの従来のセ
ンサは、精確な測定のため、充分に大きな信号を取り出
すために大きな表面積を必要とし、その結果として、チ
ップ表面上の圧力センサ装置の密度を充分に大きくでき
ないという問題があった。
【０００４】さらに、米国特許第４，７２１，８８５号
や第４，８３５，４３８号等は、電界放出列（field em
itter arrays）を半導体装置において使用することを開
示し、米国特許第４，７６６，３４０号等は電界放出列
を半導体や陰極線管（ＣＲＴ）表示器における電子放出
源として使用することを開示するが、従来、圧力センサ
がそのような技法を使用してもしくはそのような装置を
含んで製造されたことはない。
や第４，８３５，４３８号等は、電界放出列（field em
itter arrays）を半導体装置において使用することを開
示し、米国特許第４，７６６，３４０号等は電界放出列
を半導体や陰極線管（ＣＲＴ）表示器における電子放出
源として使用することを開示するが、従来、圧力センサ
がそのような技法を使用してもしくはそのような装置を
含んで製造されたことはない。
【０００５】従って本発明の目的は、上記の問題点を克
服した圧力センサを提供することである。本発明の他の
目的は、単位面積当たりの圧力センサの密度が高められ
る圧力センサ群を提供することである。本発明の他の目
的は、医学の診断への応用に特に適した圧力センサを提
供することである。本発明の他の目的は、種々の外的刺
激に反応するように容易に応用されるセンサ装置ないし
センサ群を提供することである。本発明の他の目的は、
個々の圧力検出領域の感度の調節が可能な圧力センサ群
を提供することである。本発明の他の目的は、複数の圧
力センサ素子ないし圧力センサ群を製造する方法を提供
する。本発明の他の目的は、高い歩留りと比較的低いコ
ストで製造され得る圧力センサ群ないし圧力センサ素子
を提供することである。
服した圧力センサを提供することである。本発明の他の
目的は、単位面積当たりの圧力センサの密度が高められ
る圧力センサ群を提供することである。本発明の他の目
的は、医学の診断への応用に特に適した圧力センサを提
供することである。本発明の他の目的は、種々の外的刺
激に反応するように容易に応用されるセンサ装置ないし
センサ群を提供することである。本発明の他の目的は、
個々の圧力検出領域の感度の調節が可能な圧力センサ群
を提供することである。本発明の他の目的は、複数の圧
力センサ素子ないし圧力センサ群を製造する方法を提供
する。本発明の他の目的は、高い歩留りと比較的低いコ
ストで製造され得る圧力センサ群ないし圧力センサ素子
を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための第１の手段】上記のおよびその
他の目的ならびに効果が本発明によって達成される。そ
のために本発明は、陰極層と、その陰極層の表面に作動
的に接続され遠位端に陰極先端を有する陰極と、陽極ダ
イアフラムとを含む圧力センサ素子を提供する。陽極ダ
イアフラムは陰極先端と所定距離を隔てており、当該先
端から放出された電子を集電する。
他の目的ならびに効果が本発明によって達成される。そ
のために本発明は、陰極層と、その陰極層の表面に作動
的に接続され遠位端に陰極先端を有する陰極と、陽極ダ
イアフラムとを含む圧力センサ素子を提供する。陽極ダ
イアフラムは陰極先端と所定距離を隔てており、当該先
端から放出された電子を集電する。
【０００７】
【作用および発明の効果】本発明のある態様において
は、陽極ダイアフラムが、加えられた圧力によって変移
し、その結果、陰極先端から陽極への電子の流れが変化
する。陰極層は電気絶縁層によって陽極ダイアフラムか
ら絶縁、分離される。この電気絶縁層は少なくとも１つ
のホールを持ち、そのホールの中を陰極が延びる。電力
源が陰極層と陽極ダイアフラムに作動的に接続され、所
定の電子の流れが発生するように所定の電圧が加えられ
る。電子の流れの大きさは、圧力作用時における陰極先
端と陽極の間の距離によって変化する。また、本発明の
他の態様においては、複数の圧力センサ素子が共通の陰
極層上に形成され、それにより圧力センサ群が形成され
る。当該圧力センサ群中の個々の圧力センサ素子もしく
は選択された複数の素子がアドレス手段によって特定さ
れる。２つないしそれ以上の数の圧力センサ素子がアド
レスされることにより、それらの圧力センサが設けられ
ている部分の当該圧力センサ群の感度が高められる。
は、陽極ダイアフラムが、加えられた圧力によって変移
し、その結果、陰極先端から陽極への電子の流れが変化
する。陰極層は電気絶縁層によって陽極ダイアフラムか
ら絶縁、分離される。この電気絶縁層は少なくとも１つ
のホールを持ち、そのホールの中を陰極が延びる。電力
源が陰極層と陽極ダイアフラムに作動的に接続され、所
定の電子の流れが発生するように所定の電圧が加えられ
る。電子の流れの大きさは、圧力作用時における陰極先
端と陽極の間の距離によって変化する。また、本発明の
他の態様においては、複数の圧力センサ素子が共通の陰
極層上に形成され、それにより圧力センサ群が形成され
る。当該圧力センサ群中の個々の圧力センサ素子もしく
は選択された複数の素子がアドレス手段によって特定さ
れる。２つないしそれ以上の数の圧力センサ素子がアド
レスされることにより、それらの圧力センサが設けられ
ている部分の当該圧力センサ群の感度が高められる。
【０００８】
【課題を解決するための第２の手段】また、本発明は、
電気伝導性材料上に第１の電気絶縁層を設ける工程と、
前記第１の電気絶縁層上に第１の層を設ける工程と、前
記第１の層に第１のホールをエッチングしかつ前記第１
の電気絶縁層に第２のホールをエッチングすることによ
り前記電気伝導性材料を露出させる工程とを含む方法に
よって剛性構造体を形成する工程を含む圧力センサ素子
および群の製造方法を提供する。電気伝導性材料の第２
のホール中に陰極が設けられ、当該陰極はその遠位端が
陰極先端となっている。他方、基盤上に電気伝導層が設
けられることにより支持構造体が形成される。剛性構造
体と前記支持構造体とは接合され、それにより電気伝導
層が陰極先端に対向させられる。さらに基盤がエッチン
グされて電気伝導層が露出させされる。
電気伝導性材料上に第１の電気絶縁層を設ける工程と、
前記第１の電気絶縁層上に第１の層を設ける工程と、前
記第１の層に第１のホールをエッチングしかつ前記第１
の電気絶縁層に第２のホールをエッチングすることによ
り前記電気伝導性材料を露出させる工程とを含む方法に
よって剛性構造体を形成する工程を含む圧力センサ素子
および群の製造方法を提供する。電気伝導性材料の第２
のホール中に陰極が設けられ、当該陰極はその遠位端が
陰極先端となっている。他方、基盤上に電気伝導層が設
けられることにより支持構造体が形成される。剛性構造
体と前記支持構造体とは接合され、それにより電気伝導
層が陰極先端に対向させられる。さらに基盤がエッチン
グされて電気伝導層が露出させされる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
に説明する。
【００１０】図１において、本発明の圧力センサ素子１
は剛性材料から形成された基盤１０を含む。基盤１０は
圧力センサ素子１の作用部を支持することを目的として
おり、そのような構造上の必要がなければ省略すること
ができる。陰極層１２が以下に記載する態様において基
盤１０上に設けられる。陽極層１４の支持構造とするた
めにかつ陽極層１４を陰極層１２から電気的に絶縁する
ために、絶縁層１６が陰極層１２上に設けられる。絶縁
層１６の厚さは均一とされ、少なくとも１個のホール
（孔）１８を有する。陰極層１２と陽極層１４の対向面
と絶縁層１６の孔１８の内壁とによって空隙１９が形成
される。流通孔２１が空隙１９（孔１８）と圧力センサ
素子１の外部との間の流体流動を許容し、それにより圧
力センサ素子１は大気圧下で作動する。陽極層１４の空
隙１９とは反対側の面上には保護層２３が設けられる。
は剛性材料から形成された基盤１０を含む。基盤１０は
圧力センサ素子１の作用部を支持することを目的として
おり、そのような構造上の必要がなければ省略すること
ができる。陰極層１２が以下に記載する態様において基
盤１０上に設けられる。陽極層１４の支持構造とするた
めにかつ陽極層１４を陰極層１２から電気的に絶縁する
ために、絶縁層１６が陰極層１２上に設けられる。絶縁
層１６の厚さは均一とされ、少なくとも１個のホール
（孔）１８を有する。陰極層１２と陽極層１４の対向面
と絶縁層１６の孔１８の内壁とによって空隙１９が形成
される。流通孔２１が空隙１９（孔１８）と圧力センサ
素子１の外部との間の流体流動を許容し、それにより圧
力センサ素子１は大気圧下で作動する。陽極層１４の空
隙１９とは反対側の面上には保護層２３が設けられる。
【００１１】１個の針状の陰極２０が、その一方の端が
陰極層１２に付着した状態で、空隙１９内に配置され
る。陰極２０は空隙１９中を絶縁層１６の厚さより短い
所定の距離だけ延び、それにより、陰極２０の遠位端上
に位置する陰極先端２４と当該陰極２０に対向する側の
陽極１４の面との間に所定距離の間隙２２が形成され
る。
陰極層１２に付着した状態で、空隙１９内に配置され
る。陰極２０は空隙１９中を絶縁層１６の厚さより短い
所定の距離だけ延び、それにより、陰極２０の遠位端上
に位置する陰極先端２４と当該陰極２０に対向する側の
陽極１４の面との間に所定距離の間隙２２が形成され
る。
【００１２】所定の電子放出を得るために、電源２６が
陰極層１２と陽極層１４の両者に作動的に接続される。
電源２６の陽極と陰極の端子がそれぞれ陽極層１４と陰
極層１２に接続される。電源２６によって一定の電子の
流れ、すなわち、電流が発生し、その大きさが間隙２２
の距離によって変化する。電流計２８が圧力センサ素子
１の出力を測定するために電源２６と直列に接続され
る。間隔２２の距離の変化に対応して電流計２８によっ
て測定される電流の値が変化する。
陰極層１２と陽極層１４の両者に作動的に接続される。
電源２６の陽極と陰極の端子がそれぞれ陽極層１４と陰
極層１２に接続される。電源２６によって一定の電子の
流れ、すなわち、電流が発生し、その大きさが間隙２２
の距離によって変化する。電流計２８が圧力センサ素子
１の出力を測定するために電源２６と直列に接続され
る。間隔２２の距離の変化に対応して電流計２８によっ
て測定される電流の値が変化する。
【００１３】図２に、本発明の別の実施例である圧力セ
ンサ素子１’が図示されている。圧力センサ素子１’は
前記の圧力センサ素子１と同様の基盤１０と陰極１２と
陽極１４と保護層２３とを含む。陰極１２と陽極１４の
間に、第１の絶縁層１６’からなる支持／絶縁構造が設
けられる。第１絶縁層１６’は陰極層１２上に設けら
れ、少なくとも１個のホール１８’を有する。第１絶縁
層１６’と陽極層１４の間に、少なくとも１個のホール
３２を有する第２の絶縁層３０が設けられる。第１と第
２の絶縁層１６’，３０の間にゲート層３４が設けら
れ、少なくとも１個のホール３６を有する。３個のホー
ル１８’，３２，３６の中心線はほぼ同軸上に位置し、
それにより空隙３８が圧力センサ素子１’の内部に形成
される。
ンサ素子１’が図示されている。圧力センサ素子１’は
前記の圧力センサ素子１と同様の基盤１０と陰極１２と
陽極１４と保護層２３とを含む。陰極１２と陽極１４の
間に、第１の絶縁層１６’からなる支持／絶縁構造が設
けられる。第１絶縁層１６’は陰極層１２上に設けら
れ、少なくとも１個のホール１８’を有する。第１絶縁
層１６’と陽極層１４の間に、少なくとも１個のホール
３２を有する第２の絶縁層３０が設けられる。第１と第
２の絶縁層１６’，３０の間にゲート層３４が設けら
れ、少なくとも１個のホール３６を有する。３個のホー
ル１８’，３２，３６の中心線はほぼ同軸上に位置し、
それにより空隙３８が圧力センサ素子１’の内部に形成
される。
【００１４】１個の針状の陰極２０が、その一方の端が
陰極層１２に付着した状態で、空隙３８内に配置され
る。陰極２０は空隙３８中を第１絶縁層１６’とゲート
層３４と第２絶縁層３０の合計の厚さより短い所定の距
離だけ延び、それにより、陰極２０の遠位端上に位置す
る陰極先端２４と当該陰極２０に対向する側の陽極１４
の面との間に所定距離の間隙２２’が形成される。
陰極層１２に付着した状態で、空隙３８内に配置され
る。陰極２０は空隙３８中を第１絶縁層１６’とゲート
層３４と第２絶縁層３０の合計の厚さより短い所定の距
離だけ延び、それにより、陰極２０の遠位端上に位置す
る陰極先端２４と当該陰極２０に対向する側の陽極１４
の面との間に所定距離の間隙２２’が形成される。
【００１５】間隙２２’の距離に対応して変化する一定
の電子の流れを得るために、電源２６’が陰極層１２と
ゲート層３４と陽極層１４とに作動的に接続される。電
流計２８によって圧力センサ素子１’の出力を測定す
る。図２において、電源２６’は陰極１２と陽極１４と
に接続されている。ポテンシオメータ４０が、その中央
タップ４２がゲート層３４に接続された状態で、電源２
６’の両端子に平行に接続される。
の電子の流れを得るために、電源２６’が陰極層１２と
ゲート層３４と陽極層１４とに作動的に接続される。電
流計２８によって圧力センサ素子１’の出力を測定す
る。図２において、電源２６’は陰極１２と陽極１４と
に接続されている。ポテンシオメータ４０が、その中央
タップ４２がゲート層３４に接続された状態で、電源２
６’の両端子に平行に接続される。
【００１６】圧力センサ素子１，１’の作動の態様は、
間隙２２，２２’の所定距離によって決まる。間隙２
２，２２’の所定距離がおよそ１０Å以下の場合には、
トンネル現象によって電子放出が発生する。反対に、間
隙２２，２２’の所定距離がおよそ１０Åより大きい場
合には、電子放出は電界放出によって発生する。表面か
らの電子のトンネル現象は、その表面に１センチメート
ル当たり約１０7 ボルトの電界が適用された時に生ず
る。例えば、米国特許第４，３４３，９９３号や第４，
６６８，８６５号に記載されているような走査トンネル
顕微鏡（ＳＴＭ，scanning tunneling microscope ）で
は、極めて細い先端が表面に近接させられ、その鋭い先
端によって電界が強化される。間隔が約１０Åの場合に
は、先端と表面の間の電位差が数ボルトの状態でトンネ
ル現象が生ずる。ＳＴＭでは、電子のトンネル現象を得
るために電圧をかけ、一定のトンネル電流を維持しなが
ら先端で表面上を走査する。検査される表面はトポグラ
フィ（起伏）を有するので、先端は一定の間隔すなわち
一定のトンネル電流を維持するためには表面に向かって
移動したり反対にそこから離れたりしなければならな
い。この移動をプロットすることにより表面の起伏を図
にすることができる。電子のトンネル現象によって発生
する電流は先端と表面の間の距離によって指数関数的に
変化するので、表面の状態が高い精度で測定される。Ｓ
ＴＭの技法を用いることにより表面の特徴をおよそ０．
０２Åの解像度で測定することが可能である。
間隙２２，２２’の所定距離によって決まる。間隙２
２，２２’の所定距離がおよそ１０Å以下の場合には、
トンネル現象によって電子放出が発生する。反対に、間
隙２２，２２’の所定距離がおよそ１０Åより大きい場
合には、電子放出は電界放出によって発生する。表面か
らの電子のトンネル現象は、その表面に１センチメート
ル当たり約１０7 ボルトの電界が適用された時に生ず
る。例えば、米国特許第４，３４３，９９３号や第４，
６６８，８６５号に記載されているような走査トンネル
顕微鏡（ＳＴＭ，scanning tunneling microscope ）で
は、極めて細い先端が表面に近接させられ、その鋭い先
端によって電界が強化される。間隔が約１０Åの場合に
は、先端と表面の間の電位差が数ボルトの状態でトンネ
ル現象が生ずる。ＳＴＭでは、電子のトンネル現象を得
るために電圧をかけ、一定のトンネル電流を維持しなが
ら先端で表面上を走査する。検査される表面はトポグラ
フィ（起伏）を有するので、先端は一定の間隔すなわち
一定のトンネル電流を維持するためには表面に向かって
移動したり反対にそこから離れたりしなければならな
い。この移動をプロットすることにより表面の起伏を図
にすることができる。電子のトンネル現象によって発生
する電流は先端と表面の間の距離によって指数関数的に
変化するので、表面の状態が高い精度で測定される。Ｓ
ＴＭの技法を用いることにより表面の特徴をおよそ０．
０２Åの解像度で測定することが可能である。
【００１７】陰極−陽極間の距離が約１０Åより大きい
場合には、電子放出の機構は電界放出と呼ばれる。電流
密度Ｊはファウラ−ノルトハイムの等式によって表され
る。
場合には、電子放出の機構は電界放出と呼ばれる。電流
密度Ｊはファウラ−ノルトハイムの等式によって表され
る。
【００１８】
【数１】
【００１９】但し、φは仕事関数、Ｖは電圧、βは幾何
学的因子、ＡとＢは定数である。電界放出においては、
金属の陰極から飛び出した電子が空気中もしくは真空中
を通過した後陽極に飛び込む。
学的因子、ＡとＢは定数である。電界放出においては、
金属の陰極から飛び出した電子が空気中もしくは真空中
を通過した後陽極に飛び込む。
【００２０】前記の圧力センサ素子１，１’の電子放出
の機構がトンネル現象によるのかそれとも電界放出によ
るのかは、間隙２２の距離次第であり、当該距離は、圧
力センサ素子１，１’を構成するに際して選択される製
造方法に支配される。何れにしても、圧力検出の態様は
陰極先端２４と陽極層２４の間の電界強度によって定ま
る。圧力センサ素子１，１’の陽極層１４は可撓性のダ
イアフラムとして形成される（図１(B) と図２(B) の陽
極ダイアムラム１４’参照）。陽極ダイアムラム１４’
は陽極層１４に加えられた圧力によって変形ないし変移
する。陽極ダイアムラム１４’の変移の結果、陽極層１
４と陰極先端２４の間の実際の距離が変化し、それによ
り電界強度が変化するので、所定の電圧によって発生す
る電子の流れの量に変化が生ずる。実施の作動において
は、基盤１０と陰極１２と支持構造（絶縁層１６、また
は、第１および第２絶縁層１６’，２０とゲート層３
４）で剛性構造を形成し、圧力センサ素子１，１’の陽
極に圧力が加えられることにより陽極ダイフラム１４’
が空隙１９（空隙３８）側に変移し、その結果、間隙２
２，２２’の大きさが変化するので、結局陰極先端２４
と陽極層１４の間の電界強度が変化する。（以下、陽極
ダイアフラム１４’を含む陽極層１４のことを陽極（ダ
イアフラム）層１４と呼称する。ただし、陽極ダイアフ
ラム１４’領域を陽極層１４から区別する必要がある場
合にはそれぞれを特定した用語を使用する。）これが電
子の流れに測定可能な変化を発生させ、電流計２８によ
ってこの変化が検出される。
の機構がトンネル現象によるのかそれとも電界放出によ
るのかは、間隙２２の距離次第であり、当該距離は、圧
力センサ素子１，１’を構成するに際して選択される製
造方法に支配される。何れにしても、圧力検出の態様は
陰極先端２４と陽極層２４の間の電界強度によって定ま
る。圧力センサ素子１，１’の陽極層１４は可撓性のダ
イアフラムとして形成される（図１(B) と図２(B) の陽
極ダイアムラム１４’参照）。陽極ダイアムラム１４’
は陽極層１４に加えられた圧力によって変形ないし変移
する。陽極ダイアムラム１４’の変移の結果、陽極層１
４と陰極先端２４の間の実際の距離が変化し、それによ
り電界強度が変化するので、所定の電圧によって発生す
る電子の流れの量に変化が生ずる。実施の作動において
は、基盤１０と陰極１２と支持構造（絶縁層１６、また
は、第１および第２絶縁層１６’，２０とゲート層３
４）で剛性構造を形成し、圧力センサ素子１，１’の陽
極に圧力が加えられることにより陽極ダイフラム１４’
が空隙１９（空隙３８）側に変移し、その結果、間隙２
２，２２’の大きさが変化するので、結局陰極先端２４
と陽極層１４の間の電界強度が変化する。（以下、陽極
ダイアフラム１４’を含む陽極層１４のことを陽極（ダ
イアフラム）層１４と呼称する。ただし、陽極ダイアフ
ラム１４’領域を陽極層１４から区別する必要がある場
合にはそれぞれを特定した用語を使用する。）これが電
子の流れに測定可能な変化を発生させ、電流計２８によ
ってこの変化が検出される。
【００２１】陽極（ダイアフラム）層１４の変移は応力
反応であり、従って、圧力センサ素子１，１’の感度
は、陽極（ダイアフラム）層１４と空隙１９（空隙３
８）の表面部分を構成するために使用される材料の物理
的性質によって決まる。電界強度における唯一の変数は
間隙２２，２２’の距離であり、また、放出される電流
の大きさは電界強度に指数関数的に変化するので、圧力
センサ素子１，１’は高い感度を達成する。
反応であり、従って、圧力センサ素子１，１’の感度
は、陽極（ダイアフラム）層１４と空隙１９（空隙３
８）の表面部分を構成するために使用される材料の物理
的性質によって決まる。電界強度における唯一の変数は
間隙２２，２２’の距離であり、また、放出される電流
の大きさは電界強度に指数関数的に変化するので、圧力
センサ素子１，１’は高い感度を達成する。
【００２２】圧力センサ素子の実施例１，１’は、電流
計２８を使用して電子の流れの変化を測定することによ
り加えられた圧力を検出するものであるが、他の機構を
排除するものではない。例えば、他の実施態様として、
電子の流れが一定の値に維持されるように電圧を出力す
る電圧装置を電源２６として使用することができる。陽
極（ダイアフラム）層１４の変移によって電源２６，２
６’によって供給される電圧に変化が生じ、供給電圧の
この変化を測定することにより圧力の変化が測定され
る。
計２８を使用して電子の流れの変化を測定することによ
り加えられた圧力を検出するものであるが、他の機構を
排除するものではない。例えば、他の実施態様として、
電子の流れが一定の値に維持されるように電圧を出力す
る電圧装置を電源２６として使用することができる。陽
極（ダイアフラム）層１４の変移によって電源２６，２
６’によって供給される電圧に変化が生じ、供給電圧の
この変化を測定することにより圧力の変化が測定され
る。
【００２３】もっとも本発明の適用は圧力の検出に限定
されないことが容易に理解される。本発明は、陰極先端
２４と陽極（ダイアフラム）層１４の実際の距離の変化
を直接的か間接的かに関わらず生じさ得るあらゆる外的
刺激の検出に等しく適用され得る。例えば、本発明の他
の態様においては、陽極（ダイアフラム）層１４が互い
に異なる熱膨張率を有する第１と第２の材料を含み、こ
の第１と第２の材料がバイメタル式のサンドイッチ構造
を形成する。温度変化の際の当該２種類の材料の膨張量
が異なるので陽極（ダイアフラム）層１４が曲がり、そ
れにより陰極先端２４と陽極（ダイアフラム）層１４の
実際の距離が変化する。こうして陽極（ダイアフラム）
層１４は温度の変化を感知することができる。さらに別
の態様では、ビームとおもり等の二次構造物が陽極（ダ
イアフラム）層１４上に形成されることにより、振動な
いし速度変化によって陽極（ダイアフラム）層１４の陰
極先端２４に対する相対位置が変化するようにされる。
マイクロフォンや加速度計が本発明の基本構造から容易
に製作される。さらにまた他の態様においては、湿度変
化によって膨張、収縮する検湿素子のための二次構造物
を陽極（ダイアフラム）層１４に接して構成する。この
ように本発明は湿度の変化を検出することができる。
されないことが容易に理解される。本発明は、陰極先端
２４と陽極（ダイアフラム）層１４の実際の距離の変化
を直接的か間接的かに関わらず生じさ得るあらゆる外的
刺激の検出に等しく適用され得る。例えば、本発明の他
の態様においては、陽極（ダイアフラム）層１４が互い
に異なる熱膨張率を有する第１と第２の材料を含み、こ
の第１と第２の材料がバイメタル式のサンドイッチ構造
を形成する。温度変化の際の当該２種類の材料の膨張量
が異なるので陽極（ダイアフラム）層１４が曲がり、そ
れにより陰極先端２４と陽極（ダイアフラム）層１４の
実際の距離が変化する。こうして陽極（ダイアフラム）
層１４は温度の変化を感知することができる。さらに別
の態様では、ビームとおもり等の二次構造物が陽極（ダ
イアフラム）層１４上に形成されることにより、振動な
いし速度変化によって陽極（ダイアフラム）層１４の陰
極先端２４に対する相対位置が変化するようにされる。
マイクロフォンや加速度計が本発明の基本構造から容易
に製作される。さらにまた他の態様においては、湿度変
化によって膨張、収縮する検湿素子のための二次構造物
を陽極（ダイアフラム）層１４に接して構成する。この
ように本発明は湿度の変化を検出することができる。
【００２４】本発明の他の態様においては、前記の圧力
センサ素子１，１’が複数個にて２次元の圧力センサ群
を構成する。この圧力センサ群は圧力の分布を検出す
る。
センサ素子１，１’が複数個にて２次元の圧力センサ群
を構成する。この圧力センサ群は圧力の分布を検出す
る。
【００２５】図３において、本発明の圧力センサ群２は
列状に配置された複数の圧力センサ素子１を含む。図１
の例と図３の例では圧力センサ素子１の数が異なるだけ
であるので、各層ないし各部材のこれ以上の説明は省略
する。もっとも、絶縁層１６は複数のホール１８を有
し、細胞状構造に似た格子状ないし網状パターンを構成
する。このパターンは特定のものに限定されるわけでは
ないが、視覚化が容易であるので、以下、平行な複数の
列と平行な複数の行が互いに垂直に配列されたパターン
について記載する。細胞状格子のホール１８は、圧力セ
ンサ群２における圧力センサ１の密度を最大とする六角
形密接集合配列とされてもよい。
列状に配置された複数の圧力センサ素子１を含む。図１
の例と図３の例では圧力センサ素子１の数が異なるだけ
であるので、各層ないし各部材のこれ以上の説明は省略
する。もっとも、絶縁層１６は複数のホール１８を有
し、細胞状構造に似た格子状ないし網状パターンを構成
する。このパターンは特定のものに限定されるわけでは
ないが、視覚化が容易であるので、以下、平行な複数の
列と平行な複数の行が互いに垂直に配列されたパターン
について記載する。細胞状格子のホール１８は、圧力セ
ンサ群２における圧力センサ１の密度を最大とする六角
形密接集合配列とされてもよい。
【００２６】図４においては、本発明の圧力センサ群
２’が複数のトライオード圧力センサ素子１’を含む。
３つのホール１８’，３２，３６の中心線はほぼ同軸で
あり、圧力センサ群２’の内部に空隙３８が細胞構造様
に列状に形成されている。
２’が複数のトライオード圧力センサ素子１’を含む。
３つのホール１８’，３２，３６の中心線はほぼ同軸で
あり、圧力センサ群２’の内部に空隙３８が細胞構造様
に列状に形成されている。
【００２７】前記圧力センサ群２，２’は、並列に接続
された複数の圧力センサ素子１，１’を含む。個々の圧
力センサ素子１，１’もしくは圧力センサ素子１，１’
の所定の各グループのアドレス指定を行うことができる
ように前記構造を構成することが可能であり、それによ
り圧力分布を図表化することができる。圧力センサ素子
１，１’は個々の素子１，１’を残りのすべての素子
１，１’から電気的に分離しかつ個別に電源２６，’２
６と電流形２８とに接続させる構成とすることも可能で
あるが、より効率的なアドレス指定の方法がある。例え
ば、群アドレス指定または荷電結合素子アドレス指定
を、圧力センサ群２，２’の個々の圧力センサ素子１，
１’の識別のために利用することができる。
された複数の圧力センサ素子１，１’を含む。個々の圧
力センサ素子１，１’もしくは圧力センサ素子１，１’
の所定の各グループのアドレス指定を行うことができる
ように前記構造を構成することが可能であり、それによ
り圧力分布を図表化することができる。圧力センサ素子
１，１’は個々の素子１，１’を残りのすべての素子
１，１’から電気的に分離しかつ個別に電源２６，’２
６と電流形２８とに接続させる構成とすることも可能で
あるが、より効率的なアドレス指定の方法がある。例え
ば、群アドレス指定または荷電結合素子アドレス指定
を、圧力センサ群２，２’の個々の圧力センサ素子１，
１’の識別のために利用することができる。
【００２８】群アドレス指定のためには、陰極層１２と
陽極（ダイアフラム）層１４を各々が電気伝導性材料と
電気絶縁性材料の所定のパターンからなるように形成す
る。図５(A) は、電気伝導性材料５０と電気絶縁性材料
５２の平行なストリップが交互に繰り返された陰極層１
２を示す。図５(B) は、電気伝導性材料５４と電気絶縁
性材料５６の平行なストリップが交互に繰り返された陽
極（ダイアフラム）層１４を示す。このように構成され
た圧力センサ群２，２’の構造が図６(A) に示されてい
る。圧力センサ群２，２’の各圧力センサ素子１，１’
は読み取られるべき列と行とを特定するだけでアドレス
指定される。
陽極（ダイアフラム）層１４を各々が電気伝導性材料と
電気絶縁性材料の所定のパターンからなるように形成す
る。図５(A) は、電気伝導性材料５０と電気絶縁性材料
５２の平行なストリップが交互に繰り返された陰極層１
２を示す。図５(B) は、電気伝導性材料５４と電気絶縁
性材料５６の平行なストリップが交互に繰り返された陽
極（ダイアフラム）層１４を示す。このように構成され
た圧力センサ群２，２’の構造が図６(A) に示されてい
る。圧力センサ群２，２’の各圧力センサ素子１，１’
は読み取られるべき列と行とを特定するだけでアドレス
指定される。
【００２９】このようにしてアドレス指定される圧力セ
ンサ素子１，１’の実際の数は、陰極層１２と陽極（ダ
イアフラム）層１４に含まれる電気伝導性ストリップ５
０，５４の幅を変更することにより調節される。例え
ば、各電気伝導性ストリップ５０，５４の幅が隣接する
２つの圧力センサ素子１，１’の中心間距離よりも大き
い場合には、列と行の交差部分に例えば４個の圧力セン
サ素子１，１’が含まれることとなり、群アドレス指定
によって読み取られる値はそれら並列の４個の素子から
の出力となる。複数の並列の圧力センサ素子１，１’の
利用は、電子の流れによって発生する被測定電流の値を
増大させるので圧力センサ群２，２’の感度を高める点
で有利である。本発明によれば、各空隙１９，１９’内
に複数の陰極２０を形成することにより被測定電流を増
大させ、それにより感度を高めることもできる。
ンサ素子１，１’の実際の数は、陰極層１２と陽極（ダ
イアフラム）層１４に含まれる電気伝導性ストリップ５
０，５４の幅を変更することにより調節される。例え
ば、各電気伝導性ストリップ５０，５４の幅が隣接する
２つの圧力センサ素子１，１’の中心間距離よりも大き
い場合には、列と行の交差部分に例えば４個の圧力セン
サ素子１，１’が含まれることとなり、群アドレス指定
によって読み取られる値はそれら並列の４個の素子から
の出力となる。複数の並列の圧力センサ素子１，１’の
利用は、電子の流れによって発生する被測定電流の値を
増大させるので圧力センサ群２，２’の感度を高める点
で有利である。本発明によれば、各空隙１９，１９’内
に複数の陰極２０を形成することにより被測定電流を増
大させ、それにより感度を高めることもできる。
【００３０】また、本発明の他の態様においては、異な
る幾何学的構成を有する電気伝導性ストリップを使用し
て異なる物理構造を得ることにより群アドレス指定を行
う。例えば、図５(C) において、陽極（ダイアフラム）
層１４は陽極層１４に設けられた複数の陽極ダイアフラ
ム１４’から形成されている。陽極層１４は絶縁材料５
６からなる網状ないし格子状パターンを含み、個々の陽
極ダイアフラム１４’は当該パターンの空所において電
気伝導性材料５４から形成されている。図６(B) におい
て、接続ストリップ５８が陽極層１４の絶縁材料５６の
表面上に形成されている。接続ストリップ５８の一部は
少なくとも１個の陽極ダイアフラム１４’に接続され
る。群アドレス指定は、図５(A) に示されている陰極１
２の電気伝導性ストリップ５０と当該接続ストリップ５
８とを使用することにより行われる。
る幾何学的構成を有する電気伝導性ストリップを使用し
て異なる物理構造を得ることにより群アドレス指定を行
う。例えば、図５(C) において、陽極（ダイアフラム）
層１４は陽極層１４に設けられた複数の陽極ダイアフラ
ム１４’から形成されている。陽極層１４は絶縁材料５
６からなる網状ないし格子状パターンを含み、個々の陽
極ダイアフラム１４’は当該パターンの空所において電
気伝導性材料５４から形成されている。図６(B) におい
て、接続ストリップ５８が陽極層１４の絶縁材料５６の
表面上に形成されている。接続ストリップ５８の一部は
少なくとも１個の陽極ダイアフラム１４’に接続され
る。群アドレス指定は、図５(A) に示されている陰極１
２の電気伝導性ストリップ５０と当該接続ストリップ５
８とを使用することにより行われる。
【００３１】さらに本発明の他の態様では、圧力センサ
群２，２’の各圧力センサ素子１，１’で検出された圧
力を読み取るために従来の荷電結合素子（ＣＣＤ）アド
レス指定が利用される。各圧力センサ素子１，１’のア
ドレス指定は、例えば、図７に示されるようなパターン
の埋設チャネル（buried-channel）ＣＣＤアドレス指定
によって行うことができる。ＣＣＤアドレス指定はビデ
オカメラやファクシミリ装置等の機器に従来から使用さ
れている技術であり、また、埋設チャネルＣＣＤの製作
は本発明とは無関係であるので、ＣＣＤについてのこれ
以上の記述は省略する。
群２，２’の各圧力センサ素子１，１’で検出された圧
力を読み取るために従来の荷電結合素子（ＣＣＤ）アド
レス指定が利用される。各圧力センサ素子１，１’のア
ドレス指定は、例えば、図７に示されるようなパターン
の埋設チャネル（buried-channel）ＣＣＤアドレス指定
によって行うことができる。ＣＣＤアドレス指定はビデ
オカメラやファクシミリ装置等の機器に従来から使用さ
れている技術であり、また、埋設チャネルＣＣＤの製作
は本発明とは無関係であるので、ＣＣＤについてのこれ
以上の記述は省略する。
【００３２】以下、図８および図９を参照しつつ圧力セ
ンサ群２，２’ないし圧力センサ素子１，１’の製作方
法を説明する。図は種々の製作工程後における圧力セン
サ群２，２’の構造を示す。
ンサ群２，２’ないし圧力センサ素子１，１’の製作方
法を説明する。図は種々の製作工程後における圧力セン
サ群２，２’の構造を示す。
【００３３】まず、圧力センサ素子１ないし圧力センサ
群２としての二作用層装置の製作方法について記載す
る。熱酸化（thermal oxidation ），化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）ないしその他の付着法等の従来の技術を用いて約１
マイクロメータ（μｍ）の厚さの電気伝導性材料１２上
に第１の電気絶縁性材料１６を設けることによって剛性
構造体を得る。こうして得られた構造体が図８(A) に示
されている。
群２としての二作用層装置の製作方法について記載す
る。熱酸化（thermal oxidation ），化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）ないしその他の付着法等の従来の技術を用いて約１
マイクロメータ（μｍ）の厚さの電気伝導性材料１２上
に第１の電気絶縁性材料１６を設けることによって剛性
構造体を得る。こうして得られた構造体が図８(A) に示
されている。
【００３４】次いで、図８(B) に図示されるように、第
１絶縁層１６上に厚さ約３０００Åの層３４を形成す
る。層３４は電気伝導性である。さらに、層３４上に従
来の適当な方法を用いてレジスト材料からなる層を均一
な厚さで形成する。第１絶縁層１６の厚さとほぼ等しい
径を有しかつ所望の陰極部分の中心に対応する中心を有
する孔のパターンを、露光によりレジスト層に現像す
る。次いで、所望のホール１８に対応するレジスト材料
を従来の手法で除去する。
１絶縁層１６上に厚さ約３０００Åの層３４を形成す
る。層３４は電気伝導性である。さらに、層３４上に従
来の適当な方法を用いてレジスト材料からなる層を均一
な厚さで形成する。第１絶縁層１６の厚さとほぼ等しい
径を有しかつ所望の陰極部分の中心に対応する中心を有
する孔のパターンを、露光によりレジスト層に現像す
る。次いで、所望のホール１８に対応するレジスト材料
を従来の手法で除去する。
【００３５】従来のホトリソグラフィー手法のエッチン
グ技術でレジスト層の孔を通して層３４をエッチングす
ることにより第１のホールを得、さらに、方向性プラズ
マエッチング（directional plasma etching）で絶縁層
１６に第２のホールを形成すると、電気伝導性材料１２
が露出する。残ったレジスト層を除去した後、等方性ウ
ェットエッチング（isotropic wet etching ）等の従来
の方法で層３４を切り込む。こうして得られる構造が図
８(C) に図示されている。
グ技術でレジスト層の孔を通して層３４をエッチングす
ることにより第１のホールを得、さらに、方向性プラズ
マエッチング（directional plasma etching）で絶縁層
１６に第２のホールを形成すると、電気伝導性材料１２
が露出する。残ったレジスト層を除去した後、等方性ウ
ェットエッチング（isotropic wet etching ）等の従来
の方法で層３４を切り込む。こうして得られる構造が図
８(C) に図示されている。
【００３６】陰極２０は、シュピント（Spindt）らの米
国特許第３，７８９，４７１号と第３，８１２，５５９
号に開示された方法により、図８(C) の第２のホール内
に設けられる。これらの文献は本明細書の一部とする。
このように形成される陰極２０の高さは、当該陰極２０
の遠位端の陰極先端２４が電気伝導性材料１２に平行な
面内に揃うように調節させる。この面は、絶縁層１６と
導電層３４の境界面と間隔２２を隔てている。その結果
得られる構造が図８(D) に示されている。
国特許第３，７８９，４７１号と第３，８１２，５５９
号に開示された方法により、図８(C) の第２のホール内
に設けられる。これらの文献は本明細書の一部とする。
このように形成される陰極２０の高さは、当該陰極２０
の遠位端の陰極先端２４が電気伝導性材料１２に平行な
面内に揃うように調節させる。この面は、絶縁層１６と
導電層３４の境界面と間隔２２を隔てている。その結果
得られる構造が図８(D) に示されている。
【００３７】絶縁層１６の第２ホールは、２回目の通常
の等方性ウェットエッチングによって陽極ダイアフラム
１４’の所望の径に合わせて切り込まれる。次いで層３
４の残りを選択的エッチングによって除去し、絶縁層１
６と陰極２０を露出させる。この構造が図８(E) に示さ
れている。さらに流通孔を従来の技法で形成する。例え
ば、絶縁層１６にレジスト層を形成し、そのレジスト層
にラインを現像し、洗い、絶縁層１６にラインをエッチ
ングし、ついで、残りのレジスト層の選択的エッチング
を行う。
の等方性ウェットエッチングによって陽極ダイアフラム
１４’の所望の径に合わせて切り込まれる。次いで層３
４の残りを選択的エッチングによって除去し、絶縁層１
６と陰極２０を露出させる。この構造が図８(E) に示さ
れている。さらに流通孔を従来の技法で形成する。例え
ば、絶縁層１６にレジスト層を形成し、そのレジスト層
にラインを現像し、洗い、絶縁層１６にラインをエッチ
ングし、ついで、残りのレジスト層の選択的エッチング
を行う。
【００３８】陽極（ダイアフラム）層１４を含む支持構
造体が、別個の平たい基盤上に電気伝導層を設けること
によって形成される。得られる構造が図８(F) に図示さ
れている。
造体が、別個の平たい基盤上に電気伝導層を設けること
によって形成される。得られる構造が図８(F) に図示さ
れている。
【００３９】ついで、図８(E) の剛性構造体と図８(F)
の支持構造体の別々の部材を、陽極接着（anodic bondi
ng）ないし融合接着（fusion bonding）等の従来の技法
により陽極（ダイアフラム）層１４を絶縁層１６に接着
させることによって組み付ける。得られる構造が図８
(G) に示されている。陽極（ダイアフラム）層１４に接
する基盤材料の選択的エッチングを行うことにより、陽
極（ダイアフラム）層１４と接合した剛性構造を残す
と、図３に示される構造が得られる。陽極（ダイアフラ
ム）層１４上に保護層２３を設けることにより当該陽極
（ダイアフラム）層１４を物理的損傷から保護する。実
際にはこの保護層２３が外界からの刺激を受ける。
の支持構造体の別々の部材を、陽極接着（anodic bondi
ng）ないし融合接着（fusion bonding）等の従来の技法
により陽極（ダイアフラム）層１４を絶縁層１６に接着
させることによって組み付ける。得られる構造が図８
(G) に示されている。陽極（ダイアフラム）層１４に接
する基盤材料の選択的エッチングを行うことにより、陽
極（ダイアフラム）層１４と接合した剛性構造を残す
と、図３に示される構造が得られる。陽極（ダイアフラ
ム）層１４上に保護層２３を設けることにより当該陽極
（ダイアフラム）層１４を物理的損傷から保護する。実
際にはこの保護層２３が外界からの刺激を受ける。
【００４０】本発明の方法の他の態様においては、圧力
センサ素子１’と圧力センサ群２’が上記と同様の方法
で形成される。陰極が第２のホール内に設けられるとこ
ろまでは同一である。こうして形成される陰極２０の高
さは、陰極先端２４が電気伝導性材料１２に平行な面内
に揃うように調節させる。陰極先端２４のこの面は、層
３４の面に近接する。その例示としての構造が図９(A)
に示されている。
センサ素子１’と圧力センサ群２’が上記と同様の方法
で形成される。陰極が第２のホール内に設けられるとこ
ろまでは同一である。こうして形成される陰極２０の高
さは、陰極先端２４が電気伝導性材料１２に平行な面内
に揃うように調節させる。陰極先端２４のこの面は、層
３４の面に近接する。その例示としての構造が図９(A)
に示されている。
【００４１】次いで、電気絶縁層３０が所定の厚さで層
３４上に設けられる。この際に、陰極先端２４と、組付
けの後にそれと対向する陽極（ダイアフラム）層１４と
の距離が前記所定の距離２２’となるようにされる。そ
の例示としての構造が図９(B) に示されている。さらに
第２の絶縁層３０には、従来の技法により、第１と第２
のホールの中心線に対応する中心線を有する第３のホー
ルがパターン形成される。第２絶縁層３０に形成される
第３のホールの径は陽極ダイアフラム１４’の幅に等し
い。得られる構造が図９(C) に示されている。
３４上に設けられる。この際に、陰極先端２４と、組付
けの後にそれと対向する陽極（ダイアフラム）層１４と
の距離が前記所定の距離２２’となるようにされる。そ
の例示としての構造が図９(B) に示されている。さらに
第２の絶縁層３０には、従来の技法により、第１と第２
のホールの中心線に対応する中心線を有する第３のホー
ルがパターン形成される。第２絶縁層３０に形成される
第３のホールの径は陽極ダイアフラム１４’の幅に等し
い。得られる構造が図９(C) に示されている。
【００４２】ついで、流通孔を以下の諸工程により形成
する。例えば、第２絶縁層３０にレジスト層を形成し、
そのレジスト層にラインを現像し、洗い、第２絶縁層３
０にラインをエッチングし、ついで、残りのレジスト層
の選択的エッチングを行い、それにより第２絶縁層３０
を露出させる。
する。例えば、第２絶縁層３０にレジスト層を形成し、
そのレジスト層にラインを現像し、洗い、第２絶縁層３
０にラインをエッチングし、ついで、残りのレジスト層
の選択的エッチングを行い、それにより第２絶縁層３０
を露出させる。
【００４３】本発明の１つの特徴は、陽極（ダイアフラ
ム）層１４を含む支持構造体が別個の平たい基盤上に電
気伝導層を設けることによって形成されることである。
得られる構造が図９(D) に図示されている。
ム）層１４を含む支持構造体が別個の平たい基盤上に電
気伝導層を設けることによって形成されることである。
得られる構造が図９(D) に図示されている。
【００４４】ついで、図９(C) の剛性構造体と図９(D)
の支持構造体の別々の部材を、陽極接着ないし融合接着
等の従来の技法により陽極（ダイアフラム）層１４を第
２絶縁層３０に接着させることによって組み付ける。得
られる構造が図９(E) に示されている。陽極（ダイアフ
ラム）層１４に接する基盤材料の選択的エッチングを行
うことにより、陽極（ダイアフラム）層１４と接合した
剛性構造を残すと、図４に示される構造が得られる。陽
極（ダイアフラム）層１４上に保護層２３が従来の技法
により設けられる。保護層２３の面が被検査表面に実際
に接触させられる。
の支持構造体の別々の部材を、陽極接着ないし融合接着
等の従来の技法により陽極（ダイアフラム）層１４を第
２絶縁層３０に接着させることによって組み付ける。得
られる構造が図９(E) に示されている。陽極（ダイアフ
ラム）層１４に接する基盤材料の選択的エッチングを行
うことにより、陽極（ダイアフラム）層１４と接合した
剛性構造を残すと、図４に示される構造が得られる。陽
極（ダイアフラム）層１４上に保護層２３が従来の技法
により設けられる。保護層２３の面が被検査表面に実際
に接触させられる。
【００４５】センサ群２’を構成する圧力センサ素子
１’の他の態様においては、電源２６’が陰極層１２と
陽極層１４とゲート層３４に作動的に接続される。陰極
層１２とゲート層３４の間に所定の第１の電圧が適用さ
れ、当該陰極層１２とゲート層３４の間に所定の電子の
流れが発生し、かつ、陰極先端２４に所定の第１の電位
が発生する。他方、陽極層１４に陰極先端２４の電位よ
りも小さいかそれに等しい第２の電位を発生させるため
に所定の第２の電圧が適用される。陰極先端２４におけ
る電界は上記第１と第２の電位の重ね合わせである。陽
極層１４が変移すると、それに対応して間隙２２’の所
定距離が減少し、その結果、陰極先端２４から放出され
る電子の流れの大きさが減少する。電流計２８がこの電
子の流れによる電流を測定する。従って、陰極先端２４
から出る電流は最初に最大値をとり、その後陽極層１４
の変移とともに減少する。本発明の精神を逸脱すること
なく種々の製作態様をとり得ることが当業者には容易に
認識されるであろう。例えば、陽極（ダイアフラム）層
１４を支持する基盤材料は、従来の技法によってパター
ン決定された後でエッチングされ、前記の長細いストリ
ップないしチャネルが形成される。こうして得られたス
トリップ中に、従来の績層技術（deposition technique
s ）を使用して、選択された陽極ダイアフラム１４材料
を挿入する。基盤と陽極層の間の接着は前記した態様で
行われる。
１’の他の態様においては、電源２６’が陰極層１２と
陽極層１４とゲート層３４に作動的に接続される。陰極
層１２とゲート層３４の間に所定の第１の電圧が適用さ
れ、当該陰極層１２とゲート層３４の間に所定の電子の
流れが発生し、かつ、陰極先端２４に所定の第１の電位
が発生する。他方、陽極層１４に陰極先端２４の電位よ
りも小さいかそれに等しい第２の電位を発生させるため
に所定の第２の電圧が適用される。陰極先端２４におけ
る電界は上記第１と第２の電位の重ね合わせである。陽
極層１４が変移すると、それに対応して間隙２２’の所
定距離が減少し、その結果、陰極先端２４から放出され
る電子の流れの大きさが減少する。電流計２８がこの電
子の流れによる電流を測定する。従って、陰極先端２４
から出る電流は最初に最大値をとり、その後陽極層１４
の変移とともに減少する。本発明の精神を逸脱すること
なく種々の製作態様をとり得ることが当業者には容易に
認識されるであろう。例えば、陽極（ダイアフラム）層
１４を支持する基盤材料は、従来の技法によってパター
ン決定された後でエッチングされ、前記の長細いストリ
ップないしチャネルが形成される。こうして得られたス
トリップ中に、従来の績層技術（deposition technique
s ）を使用して、選択された陽極ダイアフラム１４材料
を挿入する。基盤と陽極層の間の接着は前記した態様で
行われる。
【００４６】上記記載は圧力センサ素子と圧力センサ群
の何れかの製作についてなされたが、当業者には容易に
理解されるように、実際には、圧力センサ群２，２’か
ら圧力センサ素子１，１’を得ることも可能である。圧
力センサ群２，２’の幾何学的構成を調節することによ
り個々の圧力センサ素子１，１’の製作コストを実質的
に低下させまた大量に生産することができる。
の何れかの製作についてなされたが、当業者には容易に
理解されるように、実際には、圧力センサ群２，２’か
ら圧力センサ素子１，１’を得ることも可能である。圧
力センサ群２，２’の幾何学的構成を調節することによ
り個々の圧力センサ素子１，１’の製作コストを実質的
に低下させまた大量に生産することができる。
【００４７】また、当業者には、前記センサの応用範囲
が極めて広く上記適用例に特に限定されないことが容易
に認識されるであろう。例えば、圧力センサ群２，２’
は、ロボット装置の人工皮膚や、小型部材の表面形状，
指紋等を読み取るスキャナ等の種々の分野に容易に応用
される。さらに、センサ群は、陽極（ダイアフラム）層
１４の異なる領域が異なる機能を持つように構成するこ
とにより、同時に複数の外的刺激を検出できるようにす
ることもできる。１つのセンサ群の中の異なってはいる
が互いに近接した領域で圧力と温度等の２種類以上の刺
激を検出できる結合型センサを得ることができる。
が極めて広く上記適用例に特に限定されないことが容易
に認識されるであろう。例えば、圧力センサ群２，２’
は、ロボット装置の人工皮膚や、小型部材の表面形状，
指紋等を読み取るスキャナ等の種々の分野に容易に応用
される。さらに、センサ群は、陽極（ダイアフラム）層
１４の異なる領域が異なる機能を持つように構成するこ
とにより、同時に複数の外的刺激を検出できるようにす
ることもできる。１つのセンサ群の中の異なってはいる
が互いに近接した領域で圧力と温度等の２種類以上の刺
激を検出できる結合型センサを得ることができる。
【００４８】本発明の他の変更および修正は上記記載か
ら当業者には明らかであろう。以上記載された本発明の
具体例の数は限定されているが、本発明の精神および範
囲を逸脱しないで本発明の種々の変更が可能であること
は明らかであろう。
ら当業者には明らかであろう。以上記載された本発明の
具体例の数は限定されているが、本発明の精神および範
囲を逸脱しないで本発明の種々の変更が可能であること
は明らかであろう。
【図１】本発明が適用された１個の圧力センサ素子の実
施例の略図である。
施例の略図である。
【図２】本発明が適用された１個の圧力センサ素子の他
の実施例の略図である。
の実施例の略図である。
【図３】図１(A) の圧力センサ素子を複数個使用した圧
力センサ群の実施例の略図である。
力センサ群の実施例の略図である。
【図４】図２(A) の圧力センサ素子を複数個使用した圧
力センサ群の実施例の略図である。
力センサ群の実施例の略図である。
【図５】図１(A) ，図２(A) ，図３，図４の圧力センサ
素子のアドレス指定を行うために陰極層および陽極層上
に形成されたパターンの略図である。
素子のアドレス指定を行うために陰極層および陽極層上
に形成されたパターンの略図である。
【図６】図５(A) と図５(B) および図５(A) と図５(C)
の圧力センサ群においてそれぞれアドレス指定を行うた
めの構造の略図である。
の圧力センサ群においてそれぞれアドレス指定を行うた
めの構造の略図である。
【図７】圧力センサ群の実施例の電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）型アドレス指定を示す略図である。
Ｄ）型アドレス指定を示す略図である。
【図８】本発明の実施例において圧力センサ群を形成す
るための工程を示す略図である。
るための工程を示す略図である。
【図９】本発明の他の実施例において圧力センサ群を形
成するための工程を示す略図である。
成するための工程を示す略図である。
１，１’ 圧力センサ素子 ２，２’ 圧力センサ群 １０ 基盤 １２ 陰極層 １４ 陽極層 １６，３０ 絶縁層 １８，３２，３６ ホール １９，３８ 空隙 ２０ 陰極 ２２ 間隙 ２４ 陰極先端 ２６ 電源 ３４ ゲート層
Claims (56)
- 【請求項１】 所定の電圧下で電子を放出する陰極手段
と、 該陰極手段と所定距離を隔て外界からの刺激によって該
陰極手段に対し相対変移し得る状態で配設され、該陰極
手段から放出された電子を集電する陽極手段とを含み、
前記所定距離が小さくなる程前記電子の数は増加し、該
所定距離が大きくなる程前記電子の数は減少することを
特徴とするセンサ装置。 - 【請求項２】 前記外界からの刺激が、圧力，温度，湿
度および加速度の中の少なくとも１つを含む請求項１の
装置。 - 【請求項３】 前記陽極手段が、電気伝導性材料，金
属，およびバイメタル式サンドイッチ材料からなる群か
ら選択される請求項１の装置。 - 【請求項４】 前記所定距離が１０Åを超える請求項１
の装置。 - 【請求項５】 前記陰極手段を前記陽極手段から電気的
に絶縁し分離する手段をさらに含む請求項１の装置。 - 【請求項６】 前記陰極手段が前記陽極手段に対向する
陰極先端を含む請求項１の装置。 - 【請求項７】 所定の第１の電圧下で電子を放出する陰
極手段と、 該陰極手段と所定距離を隔て外界からの刺激によって該
陰極手段に対し相対変移し得る状態で配設され、該陰極
手段から放出された電子を集電する陽極手段と、 前記陰極手段と前記陽極手段の間に設けられ、該陰極手
段に近接して電界を調節するために使用される、所定の
第２の電圧を受けるゲート手段とを含むことを特徴とす
るセンサ装置。 - 【請求項８】 前記外界からの刺激が、圧力，温度，湿
度および加速度の中の少なくとも１つを含む請求項７の
装置。 - 【請求項９】 前記陽極手段が、電気伝導性材料，金
属，およびバイメタル式サンドイッチ材料の中の１つか
らなる請求項７の装置。 - 【請求項１０】 前記所定距離が１０Åを超える請求項
７の装置。 - 【請求項１１】 前記陰極手段を前記ゲート手段から電
気的に絶縁し分離する第１の手段と該ゲート手段を前記
陽極手段から電気的に絶縁し分離する第２の手段とをさ
らに含む請求項７の装置。 - 【請求項１２】 前記陰極手段が前記陽極手段に対向す
る陰極先端を含む請求項７の装置。 - 【請求項１３】 陰極層と、 前記陰極層とほぼ平行に設けられ、該陰極層から電気的
に絶縁され分離され、外界からの刺激によって該陰極層
に対し相対変移し得る陽極層と、 前記陰極層に対向する前記陽極層の表面と所定距離を隔
てて該陰極層に作動的に接続され、遠位端に陰極先端を
有する少なくとも１つの陰極と、 前記所定距離によって変化する電子流を発生させる所定
の第１の電圧を受ける手段とを含むことを特徴とするセ
ンサ装置。 - 【請求項１４】 前記少なくとも１つの陰極先端の軸と
ほぼ同軸の少なくとも１つのホールを有して前記陽極層
と前記陰極層の間に設けられ、該陽極層を該陰極層から
電気的に絶縁し分離する絶縁層をさらに含む請求項１３
の装置。 - 【請求項１５】 前記少なくとも１つの陰極先端の軸と
ほぼ同軸の少なくとも１つの第１と第２のホールをそれ
ぞれ有して前記陽極層と前記陰極層の間に設けられ、該
陽極層を該陰極層から電気的に絶縁し分離する第１と第
２の絶縁層と、 該第１と第２の絶縁層の間に設けられて前記少なくとも
１つの陰極先端の軸とほぼ同軸の少なくとも１つの第３
のホールを有し、前記陰極先端において電界強度を調節
するために使用される所定の第２の電圧を受けるゲート
層とをさらに含む請求項１３の装置。 - 【請求項１６】 前記陽極層が前記外界からの刺激によ
って前記陰極先端の側に変移する請求項１３の装置。 - 【請求項１７】 前記所定距離が１０Åを超える請求項
１３の装置。 - 【請求項１８】 前記外界からの刺激が、圧力，温度，
湿度および加速度からなる群から選択される請求項１３
の装置。 - 【請求項１９】 陰極層と、 前記陰極層の表面に作動的に接続され遠位端に陰極先端
を有する陰極と、 前記陰極先端から放出される電子を集電するために該陰
極層とほぼ平行にかつ前記陰極先端と所定距離を隔てて
設けられ、加えられる圧力によって該陰極先端に対し相
対変移し得る陽極ダイアフラムと、 前記陰極を収容するための少なくとも１つのホールを有
して前記陰極層と前記陽極ダイアフラムの間に設けら
れ、該陰極層を該陽極ダイアフラムから電気的に絶縁し
分離する絶縁層と、 前記所定距離によって変化する電子流を発生させる所定
の電圧を印加する手段とを含むことを特徴とする圧力セ
ンサ装置。 - 【請求項２０】 前記ホールと大気の間の流体流通を許
容する流通手段をさらに含む請求項１９の装置。 - 【請求項２１】 前記陽極ダイアフラムが金属である請
求項１９の装置。 - 【請求項２２】 前記所定距離が１０Åを超える請求項
１９の装置。 - 【請求項２３】 前記電子がトンネル現象によって放出
される請求項１９の装置。 - 【請求項２４】 陰極層と、 前記陰極層の表面に作動的に接続され遠位端に陰極先端
を有する陰極と、 前記陰極先端から放出される電子を集電するために前記
陰極層とほぼ平行にかつ前記陰極先端と所定距離を隔て
て設けられ、加えられる圧力によって該陰極先端に対し
相対変移し得る陽極ダイアフラムと、 前記陰極層と前記陽極層の間に該陰極層とほぼ平行に設
けられ、前記陰極先端の軸とほぼ同軸の少なくとも１つ
の第１のホールを有するゲート層と 前記陰極を収容するための少なくとも１つの第２のホー
ルを有し、前記陰極層を前記ゲート層から分離する第１
の絶縁層と、 前記陰極の軸とほぼ同軸の少なくとも１つの第３のホー
ルを有し、前記ゲート層を前記陽極ダイヤフラムから分
離する第２の絶縁層と、 前記所定距離によって変化する電子流を発生させるため
に、前記陰極層、前記ゲート層、前記陽極ダイアフラム
に複数の所定の電圧を印加する手段とを含むことを特徴
とする圧力センサ装置。 - 【請求項２５】 前記第３のホールと大気の間の流体流
通を許容する流通手段をさらに含む請求項２４の装置。 - 【請求項２６】 前記陽極ダイアフラムが金属である請
求項２４の装置。 - 【請求項２７】 前記所定距離が１０Åを超える請求項
２４の装置。 - 【請求項２８】 前記電子がトンネル現象によって放出
される請求項２４の装置。 - 【請求項２９】 陰極層と、 列状に設けられて各々が前記陰極層に作動的に接続され
かつ遠位端に陰極先端を有する複数の陰極と、 前記陰極先端から放出された電子を集電するために前記
陰極先端と所定距離を隔てかつ前記陰極層とほぼ平行に
設けられ、加えられた圧力によって変移し得る複数の陽
極ダイアフラムを有する陽極層と、 前記各陰極を収容するための複数のホールを有して前記
陰極層と前記陽極層の間に設けられ、前記陰極を該陽極
層から分離する第１の絶縁層と、 前記所定距離によって変化する電子流を発生させる所定
の電圧を印加する手段とを含むことを特徴とする圧力セ
ンサ群装置。 - 【請求項３０】 前記複数の陽極ダイアフラムの少なく
とも１つが該ダイアフラムに加えられる圧力によって変
移するように前記圧力センサ群内に配置する手段をさら
に含む請求項２９の装置。 - 【請求項３１】 前記陰極層が、電気伝導性の第１の材
料で構成され前記複数の陰極に作動的に接続された複数
の第１の長細いストリップと該第１のストリップを相互
に分離する電気絶縁性の第２の材料からなる複数の第２
の長細いストリップとのパターンを含み、前記陽極層
が、電気伝導性の第３の材料からなる複数の第３の長細
いストリップと該第３の長細いストリップを相互に分離
する電気絶縁性の第４の材料からなる複数の第４の長細
いストリップとのパターンを含み、前記第１と第３の長
細いストリップが前記複数の陰極の少なくとも１つの軸
線と交差する請求項２９の装置。 - 【請求項３２】 前記各第１のストリップが、前記複数
の陰極の隣接する２つの陰極の中心間の距離よりも大き
な幅を有する請求項３１の装置。 - 【請求項３３】 前記各第３のストリップが、前記複数
の陰極先端の隣接する２つの陰極先端の中心間の距離よ
りも大きな幅を有する請求項３１の装置。 - 【請求項３４】 前記陰極層が、電気伝導性の第１の材
料で構成され前記複数の陰極に作動的に接続された複数
の第１の長細いストリップと該第１のストリップを相互
に分離する電気絶縁性の第２の材料からなる複数の第２
の長細いストリップとのパターンを含み、前記陽極層
が、電気伝導性の第３の材料と電気絶縁性の第４の材料
とからなり該第４の材料の内部に前記複数の陽極ダイア
フラムを有するパターンを含み、該陽極層がさらに、互
いにほぼ平行な複数の接続ストリップを含み、該各接続
ストリップが前記複数の陽極ダイアフラムの少なくとも
１つと接続される請求項２９の装置。 - 【請求項３５】 前記各第１のストリップが、前記複数
の陰極の隣接する２つの陰極の中心間の距離よりも大き
な幅を有する請求項３４の装置。 - 【請求項３６】 前記複数のホールと大気の間の流体流
通を許容する流通手段をさらに含む請求項２９の装置。 - 【請求項３７】 前記第３の材料が金属である請求項２
９の装置。 - 【請求項３８】 前記第１の電気絶縁層と前記陽極層の
間に設けられ前記陰極の軸とほぼ同軸の複数の第２のホ
ールを有するゲート層と、 前記ゲート層を前記陽極層から分離し前記陰極の軸とほ
ぼ同軸の複数の第３のホールを有する第２の電気絶縁層
と、 前記陰極先端における電界強度を調節するために前記陰
極と前記ゲート層の間に第２の所定電圧を印加する手段
とをさらに含む請求項２９の装置。 - 【請求項３９】 陰極と、該陰極に対向し、圧力，温
度，湿度および加速度の中の少なくとも１つの外部刺激
によって変移させられることにより前記陰極との間の電
子の流れの大きさを変化させる陽極とを含むセンサ素子
の製造方法であって、 電気伝導性材料上に第１の電気絶縁層を設ける工程と、 前記第１の電気絶縁層上に第１の層を設ける工程と、 前記第１の層に少なくとも１つの第１のホールをエッチ
ングしかつ前記第１の電気絶縁層に少なくとも１つの第
２のホールをエッチングすることにより前記電気伝導性
材料を露出させる工程と、 前記少なくとも１つの第２のホールの中に遠位端に陰極
先端を有する少なくとも１つの陰極を形成する工程とを
含む方法によって剛性構造体を形成する工程と、 基盤上に電気伝導層を設けることにより支持構造体を形
成する工程と、 前記剛性構造体と前記支持構造体とを接合させて前記電
気伝導層を前記陰極先端に対向させる工程と、 前記基盤をエッチングして前記電気伝導層を露出させる
工程とを含むことを特徴とする製造方法。 - 【請求項４０】 前記電気伝導層が金属である請求項３
９の製造方法。 - 【請求項４１】 前記剛性構造体を形成する工程が、前
記陰極を設けた後に前記第１の層をエッチングして除く
工程をさらに含む請求項３９の製造方法。 - 【請求項４２】 前記第１の電気絶縁層上にレジスト層
を設ける工程と、 前記レジスト層中に、前記少なくとも１つの第２のホー
ルから前記第１の電気絶縁層のエッジにかけて少なくと
も１つのラインを決定する工程と、 前記レジスト層から前記少なくとも１つのラインを除く
工程と、 前記第１の電気絶縁層をエッチングして流通孔を形成す
る工程と、 前記レジスト層をエッチングして前記第１の電気絶縁層
を露出させる工程とをさらに含む請求項４１の製造方
法。 - 【請求項４３】 前記第１の層と前記少なくとも１つの
陰極の上に第２の電気絶縁層を設ける工程と、 前記第２の電気絶縁層中に少なくとも１つの第３のホー
ルをエッチングすることにより前記少なくとも１つの第
１のホールと前記少なくとも１つの第２のホールとを露
出させる工程とをさらに含む請求項３９の製造方法。 - 【請求項４４】 前記第２の電気絶縁層上にレジスト層
を設ける工程と、 前記レジスト層中に、前記少なくとも１つの第３のホー
ルから前記第２の電気絶縁層の端部かけて少なくとも１
つのラインを現像する工程と、 前記レジスト層から前記少なくとも１つのラインを除く
工程と、 前記第２の電気絶縁層をエッチングして流通孔を形成す
る工程と、 前記レジスト層をエッチングして前記第２の電気絶縁層
を露出させる工程とをさらに含む請求項４３の製造方
法。 - 【請求項４５】 前記少なくとも１つの陰極を設ける工
程が、該陰極の高さを、前記陰極先端が前記電気伝導性
材料とほぼ平行な面内に設けられるように調節する工程
をさらに含む請求項３９の製造方法。 - 【請求項４６】 前記面が、前記電気伝導性材料と該材
料に対向する前記第１の電気絶縁層の表面との間にある
請求項４５の製造方法。 - 【請求項４７】 前記面が、前記第１と第２のの電気絶
縁層の間にある請求項４５の製造方法。 - 【請求項４８】 前記面が、前記接合工程の後には前記
電気伝導層とほぼ平行であり、該電気伝導層と所定距離
を隔てられている請求項４５の製造方法。 - 【請求項４９】 前記所定距離が約１０Å以上である請
求項４８の製造方法。 - 【請求項５０】 陰極と、該陰極に対向し、圧力，温
度，湿度および加速度の中の少なくとも１つの外部刺激
によって変移させられることにより前記陰極との間で流
れる電子流の量を変化させる陽極とを含むセンサ素子の
製造方法であって、 電気伝導性材料上に第１の電気絶縁層を設ける工程と、 前記第１の電気絶縁層上に第１の層を設ける工程と、 前記第１の層に少なくとも１つの第１のホールをエッチ
ングしかつ前記第１の電気絶縁層に少なくとも１つの第
２のホールをエッチングすることにより前記電気伝導性
材料を露出させる工程と、 前記少なくとも１つの第２のホールの中に遠位端に陰極
先端を有する陰極を形成する工程と前記第１の層と前記
少なくとも１つの陰極の上に第２の電気絶縁層を設ける
工程と、 前記第２の電気絶縁層中に少なくとも１つの第３のホー
ルをエッチングすることにより前記少なくとも１つの第
１のホールと前記少なくとも１つの第２のホールとを露
出させる工程とを含む方法によって剛性構造体を形成す
る工程と、 基盤上に電気伝導層を設けることにより支持構造体を形
成する工程と、 前記剛性構造体と前記支持構造体とを接合させて前記電
気伝導層を前記陰極先端に対向させる工程と、 前記基盤をエッチングして前記電気伝導層を露出させる
工程とを含むことを特徴とする製造方法。 - 【請求項５１】 前記電気伝導層が金属である請求項５
０の製造方法。 - 【請求項５２】 前記第２の電気絶縁層上にレジスト層
を設ける工程と、 前記レジスト層中に、前記少なくとも１つの第３のホー
ルから前記第２の電気絶縁層の端部にかけて少なくとも
１つのラインを現像する工程と、 前記レジスト層から前記少なくとも１つのラインを除く
工程と、 前記第２の電気絶縁層をエッチングして流通孔を形成す
る工程と、 前記レジスト層をエッチングして前記第２の電気絶縁層
を露出させる工程とをさらに含む請求項５０の製造方
法。 - 【請求項５３】 前記少なくとも１つの陰極を設ける工
程が、該陰極の高さを、前記陰極先端が前記電気伝導性
材料とほぼ平行な面内に設けられるように調節する工程
をさらに含む請求項５０の製造方法。 - 【請求項５４】 前記面が、前記第１と第２のの電気絶
縁層の間にある請求項５３の製造方法。 - 【請求項５５】 前記面が、前記接合工程の後には前記
電気伝導層とほぼ平行であり、該電気伝導層と所定距離
を隔てられている請求項５４の製造方法。 - 【請求項５６】 前記所定距離が約１０Å以上である請
求項５５の製造方法。
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