JPS6072277A - 感圧素子および感圧センサ - Google Patents
感圧素子および感圧センサInfo
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- JPS6072277A JPS6072277A JP58181570A JP18157083A JPS6072277A JP S6072277 A JPS6072277 A JP S6072277A JP 58181570 A JP58181570 A JP 58181570A JP 18157083 A JP18157083 A JP 18157083A JP S6072277 A JPS6072277 A JP S6072277A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/302—Sensors
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、小型の感圧素子、殊に電極を設けた圧電体
を可動部としてシリコン基板上に設けてなる感圧素子お
よびこのような感圧素子を利用した感圧センサの改良に
関するものである。
を可動部としてシリコン基板上に設けてなる感圧素子お
よびこのような感圧素子を利用した感圧センサの改良に
関するものである。
感圧素子については、他機器に取り付けたときの影響を
少なくする、他の半導体素子などと一体化するなどの必
要上、J−型化するとよが望まれている。このような感
圧素子のうち超音波素子として利用できるものについて
は、シリコン基板上にエツチングによシ掘込部を設け、
この上部に両面に電極を設けた圧電体を片持梁状に設け
て振動片を形成したものが公知になっている(第29回
応用物理学関係連合講演会、昭和57年4月3日)。
少なくする、他の半導体素子などと一体化するなどの必
要上、J−型化するとよが望まれている。このような感
圧素子のうち超音波素子として利用できるものについて
は、シリコン基板上にエツチングによシ掘込部を設け、
この上部に両面に電極を設けた圧電体を片持梁状に設け
て振動片を形成したものが公知になっている(第29回
応用物理学関係連合講演会、昭和57年4月3日)。
しかしながら、このような感圧素子を多数行列状に配列
して例えば感圧センサを構成した場合、一つの素子に一
つのリードが必要であるためリード電極またはリード線
がかさばることになり利用しにくいと言う欠点があった
。
して例えば感圧センサを構成した場合、一つの素子に一
つのリードが必要であるためリード電極またはリード線
がかさばることになり利用しにくいと言う欠点があった
。
この発明は、このような点に着目して行われたものであ
り、感圧素子の小型化と共に、これらを行列状に配列し
て感圧センサを構成した場合にリード電極またはリード
線を削減し、感圧素子の利用を容易にすることを目的と
する。
り、感圧素子の小型化と共に、これらを行列状に配列し
て感圧センサを構成した場合にリード電極またはリード
線を削減し、感圧素子の利用を容易にすることを目的と
する。
この発明は、シリコン基板上にエツチングにより掘込部
を設け、この上部に、両面に電極を設けた圧電体を梁状
に設けて可動部を形成したものにおいて、片面の電極を
相互に独立した第1電極と第2電極で構成し、他の片面
に設けた第3の電極と組み合わせて2対となし、一方を
励振電圧印加用、他方を誘起電圧検出用として使用する
ものとしたことおよびこれらの感圧素子を行列状に配列
した場合に各行または各列の第1電極を共通接続し、そ
れぞれ各列または各行の第2電極を共通接続するように
したことを特徴とする。
を設け、この上部に、両面に電極を設けた圧電体を梁状
に設けて可動部を形成したものにおいて、片面の電極を
相互に独立した第1電極と第2電極で構成し、他の片面
に設けた第3の電極と組み合わせて2対となし、一方を
励振電圧印加用、他方を誘起電圧検出用として使用する
ものとしたことおよびこれらの感圧素子を行列状に配列
した場合に各行または各列の第1電極を共通接続し、そ
れぞれ各列または各行の第2電極を共通接続するように
したことを特徴とする。
以下、実施例について図面を用いて説明する。
第1図において、
1はシリコン基板であり、図において左右がその(1,
0,0)面である。
0,0)面である。
2はシリコン基板1面上に公知の方法により成長させた
酸化シリコン(S i 02)膜である。
酸化シリコン(S i 02)膜である。
3はさらに酸化シリコン膜2上に蒸着した第1電極であ
る。第1電極3の材質としては、例えばチタンと白金の
2層とする。そして第1電極3の平面形状は長方形をな
している。
る。第1電極3の材質としては、例えばチタンと白金の
2層とする。そして第1電極3の平面形状は長方形をな
している。
4もまた、酸化シリコン膜2上に蒸着した第2電極であ
り、材質、形状共、第1電極3と同じである。
り、材質、形状共、第1電極3と同じである。
そして、この長方形の一部分を残して、シリコン基板1
および膜2は後述するエツチングの手法により取り除か
れ、掘り込み部1aが形成される。
および膜2は後述するエツチングの手法により取り除か
れ、掘り込み部1aが形成される。
かくして、前述第1電極3の一部分および第2電極4の
一部は膜2と共に、両持梁の状態でシリコン基板1に支
承される。
一部は膜2と共に、両持梁の状態でシリコン基板1に支
承される。
5は第1電極3および第2電極4の前述両持梁状部分を
少なくとも覆うように形成した圧電体である。この実施
例では、チタン酸鉛(P b T i 02)を公知の
高周波スパッタの手段によって接着する0 6は第3電極であり、少なくとも圧電体4を覆い、しか
しながら第1電極3および第2電極4とは接触しない↓
うに形成される。この実施例ではアルミニウム(At)
を公知の真空蒸着によって形成する。
少なくとも覆うように形成した圧電体である。この実施
例では、チタン酸鉛(P b T i 02)を公知の
高周波スパッタの手段によって接着する0 6は第3電極であり、少なくとも圧電体4を覆い、しか
しながら第1電極3および第2電極4とは接触しない↓
うに形成される。この実施例ではアルミニウム(At)
を公知の真空蒸着によって形成する。
かくして、酸化シリコン膜2、第1電極3、第2電極4
、圧電体5および第8電極6が積層された両持梁の可動
部が構成される0この可動部βは、1例として、その厚
さは、膜2(厚さ0.6μm)、第1電極または第2電
極4(厚さチタン0,2μm、白金0.25μm)、圧
電体5(厚さ2.1+czm)および第3電極6(厚さ
0.2μm)の計3G95μrnであり、幅は50μm
のもので、長さL/、Lmを種々変えて実験したところ
、その共振周波数Hzの変化は第2図(対数目盛による
)のとおりであったO さらにこのような感圧素子の製作工程につき、第3図を
参照して説明する。第3図に付された符号は第1図と同
じ構成を示すものと理解されたい。
、圧電体5および第8電極6が積層された両持梁の可動
部が構成される0この可動部βは、1例として、その厚
さは、膜2(厚さ0.6μm)、第1電極または第2電
極4(厚さチタン0,2μm、白金0.25μm)、圧
電体5(厚さ2.1+czm)および第3電極6(厚さ
0.2μm)の計3G95μrnであり、幅は50μm
のもので、長さL/、Lmを種々変えて実験したところ
、その共振周波数Hzの変化は第2図(対数目盛による
)のとおりであったO さらにこのような感圧素子の製作工程につき、第3図を
参照して説明する。第3図に付された符号は第1図と同
じ構成を示すものと理解されたい。
(a)は基板1単独の状態である。
次に基板1の面上に膜2をコーティングする((b)の
状態)Q 次に膜2上に第1電極3および第2電極4を蒸着する(
(C)の状態)。
状態)Q 次に膜2上に第1電極3および第2電極4を蒸着する(
(C)の状態)。
次に第1電極30部分3aの外側および第2電極40部
分4aの外側の膜2をエツチングにより除去する((d
)の状態)。このエツチングにより除去する部分と除去
されない部分とは、公知のマス −りを施して行なうも
のである。
分4aの外側の膜2をエツチングにより除去する((d
)の状態)。このエツチングにより除去する部分と除去
されない部分とは、公知のマス −りを施して行なうも
のである。
次に膜2をマスクとして、公知の異方性エツチングによ
り、さらに基板1をある深さに除去して部分3aおよび
4aを両持梁の状態とする((e)の状態)。
り、さらに基板1をある深さに除去して部分3aおよび
4aを両持梁の状態とする((e)の状態)。
次に、部分3aおよび部分4aにその基部を含めて、圧
電体5を形成する。((f)の状態)。この形成時にも
適宜公知の手段でマスキングを施し、第3図(f)図示
のような領域に形成する。
電体5を形成する。((f)の状態)。この形成時にも
適宜公知の手段でマスキングを施し、第3図(f)図示
のような領域に形成する。
次に、第3電極6を同様マスキングを施したうえで、第
3図(g)図示のように、蒸着する。
3図(g)図示のように、蒸着する。
このように構成した感圧素子Eの例えば第1電極3と第
3電極6の間にAC電圧又はパルスを印加すると、圧電
体5が励振され、第2電極4と第3電極6との間に同じ
周波数でレベルの異なる電圧が発生する。この発生した
電圧は、素子Eに接触物があるため圧電体5の動きが抗
束されているときと接触物がなく抗束されていないとき
とでは出力レベルに差ができるので、この電圧を検出す
ることにより、素子への接触物の有無および接触の程度
の検出すなわち感圧を行うことができる。
3電極6の間にAC電圧又はパルスを印加すると、圧電
体5が励振され、第2電極4と第3電極6との間に同じ
周波数でレベルの異なる電圧が発生する。この発生した
電圧は、素子Eに接触物があるため圧電体5の動きが抗
束されているときと接触物がなく抗束されていないとき
とでは出力レベルに差ができるので、この電圧を検出す
ることにより、素子への接触物の有無および接触の程度
の検出すなわち感圧を行うことができる。
次に、このような感圧素子mn個(El、1〜Emrn
)を第4図のようにm x nの行列状に配列して感圧
センサを構成する。このものにあっては第1行目の素子
E1・1.El・nの第1電極31・1・31.2〜3
1.nはリード電極Y1に共通接続されている。同様に
して、第2行目ではリード電極Y2に、第3行目ではリ
ード電極Y3に、以下同様に接続される。第1列目の素
子E 1.1 + E 21〜En弓の第2電極411
+ 421−4n’lはリード電極X1に共通接続さ
れる。同様にして、第2列目ではリード電極X2に、第
3列目ではリード電極X3に、以下同様に接続される。
)を第4図のようにm x nの行列状に配列して感圧
センサを構成する。このものにあっては第1行目の素子
E1・1.El・nの第1電極31・1・31.2〜3
1.nはリード電極Y1に共通接続されている。同様に
して、第2行目ではリード電極Y2に、第3行目ではリ
ード電極Y3に、以下同様に接続される。第1列目の素
子E 1.1 + E 21〜En弓の第2電極411
+ 421−4n’lはリード電極X1に共通接続さ
れる。同様にして、第2列目ではリード電極X2に、第
3列目ではリード電極X3に、以下同様に接続される。
また、図示しないが、各素子の第3電極6はすべて共通
に接続される。さらに第5図の断面図に示すように、第
3電極6の上には各素子にまたがってゴムシート7を被
せ、全体を保護している。
に接続される。さらに第5図の断面図に示すように、第
3電極6の上には各素子にまたがってゴムシート7を被
せ、全体を保護している。
そして、公知の手段によりリード電極Yl + Y2
+・・の順に適宜時間、AC電圧又はパルスを印加して
行くと共に、それぞれ一つの電極の電圧印加時間中にリ
ード電極X11X21・・・の順にX n iでそれぞ
れ一定時間、発生した信号の検出をして行き、これを繰
り返すことにより、素子E 1.1 + E ]、2+
・・E 21 + E 22・・・・E’、m、nの順
にそれらに文」する接触物の有無またはその程度すなわ
ち感圧状態を繰返走査することができる。このようにし
てmn個の感圧素子をm+n本のリード電極を使用して
、その感圧状態を検出できるので、感圧センサのリード
電極およびリード線の構成を非常に簡素にでき、感圧素
子の利用が容易になると言う効果がちる。
+・・の順に適宜時間、AC電圧又はパルスを印加して
行くと共に、それぞれ一つの電極の電圧印加時間中にリ
ード電極X11X21・・・の順にX n iでそれぞ
れ一定時間、発生した信号の検出をして行き、これを繰
り返すことにより、素子E 1.1 + E ]、2+
・・E 21 + E 22・・・・E’、m、nの順
にそれらに文」する接触物の有無またはその程度すなわ
ち感圧状態を繰返走査することができる。このようにし
てmn個の感圧素子をm+n本のリード電極を使用して
、その感圧状態を検出できるので、感圧センサのリード
電極およびリード線の構成を非常に簡素にでき、感圧素
子の利用が容易になると言う効果がちる。
他の実施例として、酸化シリコン膜2、第1電極3、第
2電極4、圧電体5、第3電極6が積層されてなる可動
部を第6図のように片持梁状の可動片に形成することが
でき、また第7図のようにダイアフラム状に形成するこ
ともできる。また、このような可動部を適宜な寸法で構
成すれば超音波素子とすることができる。また、更に多
くの感圧センサを構成することができ、単に接触物の検
出ないしは感圧だけでなく、接触物の形状認識に使用す
ることもできる。そして、これらの他の実施例の効果も
また前述実施例の効果と同様である。
2電極4、圧電体5、第3電極6が積層されてなる可動
部を第6図のように片持梁状の可動片に形成することが
でき、また第7図のようにダイアフラム状に形成するこ
ともできる。また、このような可動部を適宜な寸法で構
成すれば超音波素子とすることができる。また、更に多
くの感圧センサを構成することができ、単に接触物の検
出ないしは感圧だけでなく、接触物の形状認識に使用す
ることもできる。そして、これらの他の実施例の効果も
また前述実施例の効果と同様である。
以上の通り、この発明は、感圧素子の小型化と共に、こ
れらを行列状に配列して感圧センサを構成せしめた場合
、感圧素子数に比べ非常に少ないリード電極またはリー
ド線を使用できるのでリード電極やリード線の構成が簡
素化され、小さい機器や狭い所などでの使用が可能であ
り、感圧素子の使用を容易にできると言う顕著な効果を
有するものである。
れらを行列状に配列して感圧センサを構成せしめた場合
、感圧素子数に比べ非常に少ないリード電極またはリー
ド線を使用できるのでリード電極やリード線の構成が簡
素化され、小さい機器や狭い所などでの使用が可能であ
り、感圧素子の使用を容易にできると言う顕著な効果を
有するものである。
図面はこの発明の実施例を示すものであり、第1図は縦
断側面図、第2図はその特性曲線図、第3図は製作工程
を示す斜視図、第4図はリード電極接続を示す平面図、
第5図、第6図および第7図は縦断側面図である。 第1図、第3図〜第7図において 1・・シリコン基板、2・酸化シリコン膜、3第1電極
、4・・第2電極、5・・・圧電体、6・・第3電極。 出願人 新明和工業株式会社 第5図 第 6 図 第 7図
断側面図、第2図はその特性曲線図、第3図は製作工程
を示す斜視図、第4図はリード電極接続を示す平面図、
第5図、第6図および第7図は縦断側面図である。 第1図、第3図〜第7図において 1・・シリコン基板、2・酸化シリコン膜、3第1電極
、4・・第2電極、5・・・圧電体、6・・第3電極。 出願人 新明和工業株式会社 第5図 第 6 図 第 7図
Claims (2)
- (1) シリコン基板上にエツチングによシ掘込部を設
け、この掘込部上に形成される梁状部に、両面に電極を
設けてなる圧電体を形成して可動部を構成してなる感圧
素子において、 前記圧電体の片面には、第1電極および第2電極を設け
、他の片面には第3の電極を設けてなる前記感圧素子。 - (2) シリコン基板上にエツチングにより掘込部を設
け、この掘込部上に形成される梁状部に、片面に第1電
極および第2電極を設け、他の片面に第3の電極を設け
てなる圧電体を形成してなる感圧素子を行列状に配列し
、前記行列の各行を構成する前記感圧素子または前記行
列の各列を構成する前記感圧素子の前記第1電極を前記
各行または前記各列ごとに共通接続し、それぞれ前記各
列を構成する前記感圧素子または前記各行を構成する前
記感圧素子の前記第2電極を前記各列または前記各行ご
とに共通接続してなる感圧センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58181570A JPS6072277A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | 感圧素子および感圧センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58181570A JPS6072277A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | 感圧素子および感圧センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6072277A true JPS6072277A (ja) | 1985-04-24 |
Family
ID=16103110
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58181570A Pending JPS6072277A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | 感圧素子および感圧センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6072277A (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4737676A (en) * | 1985-12-20 | 1988-04-12 | Avl Gesellschaft Fur Verbrennungskraftmaschinen Und Messtechnik M.B.H. | Transducer with a flexible piezoelectric layer as a sensor element |
US5049775A (en) * | 1988-09-30 | 1991-09-17 | Boston University | Integrated micromechanical piezoelectric motor |
US5194836A (en) * | 1990-03-26 | 1993-03-16 | Westinghouse Electric Corp. | Thin film, microwave frequency manifolded filter bank |
US5281888A (en) * | 1992-03-17 | 1994-01-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive element having auxiliary electrode disposed between piezoelectric/electrostrictive layer and substrate |
US5552655A (en) * | 1994-05-04 | 1996-09-03 | Trw Inc. | Low frequency mechanical resonator |
US5596239A (en) * | 1995-06-29 | 1997-01-21 | Motorola, Inc. | Enhanced quality factor resonator |
US5617065A (en) * | 1995-06-29 | 1997-04-01 | Motorola, Inc. | Filter using enhanced quality factor resonator and method |
US5692279A (en) * | 1995-08-17 | 1997-12-02 | Motorola | Method of making a monolithic thin film resonator lattice filter |
US5698931A (en) * | 1994-04-01 | 1997-12-16 | Ngk Insulators, Ltd. | Sensor element and particle sensor |
US5925972A (en) * | 1996-09-27 | 1999-07-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Multiple element particle sensor and signal processing electronics |
-
1983
- 1983-09-28 JP JP58181570A patent/JPS6072277A/ja active Pending
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