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    • 专利摘要:

    公开号:WO1992005585A1
    申请号:PCT/JP1988/000320
    申请日:1988-03-30
    公开日:1992-04-02
    发明作者:Yoshihisa Tawada；Minori Yamaguchi；Yoichi Hosokawa；Tomoyoshi Zenki
    申请人:Yoshihisa Tawada；Minori Yamaguchi；Yoichi Hosokawa；Tomoyoshi Zenki；
    IPC主号:G01L1-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 歪セ ン サ 一 技術分野
    [0002] 本発明 は歪セ ンサー に関す る 。 さ ら に詳 し く は、 Siを 含む非単結晶系半導体の電気抵抗値 と 歪 と の相関関係を 利用 し て歪を検出す る 歪セ ン サ一 に関す る 。 背景技術
    [0003] 従来の歪セ ン サ一 と し て、 Cu- Ni 合金、 Cu - Ni- M合 金な どの箔ゃ細線を用 い た も の、 結晶半導体を用 い た も の、 非晶質 S iを用 い た も の な ど力 あ る 。
    [0004] し 力、 し 、 前記 Cu-Ni 合金、 Cu-Ni-Ai合金な どの箔ゃ細 線を用 い た歪セ ンサー にお い て は、 歪 に対す る 抵抗変化 率、 す な わ ち ゲー ジ率 G力 2 〜 4 と 小 さ く 、 增幅の た め に ア ン プを必要 と す る こ と 、 さ ら に あ る 程度大 き な磁場 下、 た と え ば 1 〜 10テ ズラ 一程度の磁場下で使用 し た ば あ い に ノ イ ズが大 き く な る こ と な どの欠点力 あ る 。
    [0005] 一方、 前記結晶半導体を用 い た歪セ ン サー に お い て は ゲー ジ率 G は 100程度 と 大 き い と い う 利点があ る 反面、 温度変化 に よ る 抵抗値の変化が大 き く 、 し か も そ の変化 が非直線性であ る た め に複雑な温度捕償回路を必要 と す る う え、 あ る 程度大 き な磁場下、 た と え ば 1 〜 10テ ズ ラ
    [0006] —程度の磁場下で は使用で き な い な どの欠点があ る 。
    [0007] ま た、 非晶質 S iを用 い た歪セ ン サ 一 は、 ゲー ジ 率 G の 絶対値が 20〜 4 Dと 比較的大 き い と い う 利点があ る 反面、 活性化エネ ルギーが 20nieV 程度あ る い は そ れ以上 と 大 き い た め、 温度変化 に よ り 抵抗値が変化 し やす く 、 そ の う え磁場に よ る 影響が大 き く 、 あ る 程度大 き な磁場下、 た と え ば 1 〜 1 0テズラ 一程度の磁場下で は使用で き な い な どの欠点が あ る 。
    [0008] 本発明 は、 前記の ご と き従来の歪セ ン サー の欠点を解 消す る た め に な さ れた も ので あ り 、 ゲー ジ率 G が大 き く 温度変化に よ る 抵抗値の変化が小 さ く 、 さ ら に、 あ る 程 度大 き な磁場下での使用が可能な歪セ ン サ一を提供す る こ と を 目 的 と し て な さ れた も のであ る 。 発明 の開示
    [0009] 本発明 の歪セ ン サ ー は、 S iを含み、 暗導電率の活性化 エネ ルギーが 1 5 m eV 以下で あ る 非単結晶系半導体を用 い て い る 。 本発明 の歪セ ン サ ー は、 ゲー ジ率 G の絶対値が 大 き い た め に増幅用 の ア ン プが不要で あ り 、 温度変化に よ る 抵抗値への影響が小 さ い た め温度補正が不要で あ り 磁場に よ る 影響を う け に く い た め に あ る 程度大 き な磁場 下での歪測定 に も使用可能であ る 。 図面の簡単な説明
    [0010] 第 1 図 は本発明 の歪セ ン サ 一 の一実施態様を示す説明 図で あ る 。 発明 を実施す る た め の最良の形態 本明細書に お い て、 S iを含む半導体 と は、 S iを 9 9 . 5 ~ 1 a t m % 好 ま し く は 9 5〜 5 0 a t m %程度含む半導体で あ る o
    [0011] 前記 S i含量力《 1 a t m %未満 に な る と ホ ッ ビ ン グ伝導 し やす く 、 ま た 99.5 a t ra % を こ え る と 温度変化が大 き く な り やす く な り 、 いずれ も 好ま し く な い。
    [0012] 前記半導体を構成す る S i以外 の成分 と し て は、 た と え ば Ge、 Snな どがあ げ ら れ、 こ れ ら は単独で含有 さ れてい て も よ く 、 2 種以上含有 さ れて い て も よ い。 こ れ ら の う ち で は G eお よ び S nの少な く と も 1 種を含む半導体が、 温 度捕償回路が不要 に な る 程度 に温度変化 に よ る 抵抗値の 変化が少な く な り 、 かつ、 ゲ一 ジ率が大 き く な る た め好 ま し い。
    [0013] 前記 Geや Snな どの 含有率 は、 半導体中 に好ま し く は 0.5〜 99 a t in % 、 さ ら に好 ま し く は 5〜 50 atoi %であ り 、 こ の よ う な範囲の ばあ い に は - 100〜 + 10 (TC の よ う に 広い温度域に お い て温度補正な し に歪を測定す る こ と が で き る と と も に、 ゲー ジ率が大 き く な る た め好ま し い。
    [0014] 本発明 に用 い る 半導体 に は、 前記成分以外 に通常の S i 系半導体 に含有 さ れて い る H、 F 、 Ci、 Br、 I な どの 1 種以上が構成成分 と し て含有 さ れて い て も よ い。 こ れ ら H や F な どの う ち で は H や F が含有 さ れて い る こ と が低 抵抗 に な り やす い な どの点力、 ら 好 ま し い。
    [0015] 前記 H や F な どの 含量 と し て は半導体中 に好 ま し く は 3 - 20atm %含有 さ れて い る のが、 1Π族あ る い は V族の ド一パ ン ト で ドー ピ ン グ し た と き に活性化工ネ ルギ一が 小 さ く な り やす く 、 好 ま し い。
    [0016] 本発明 に用 い る Siを含む半導体 は暗導電率の活性化工 ネ ルギ一が 15meV 以下、 好 ま し く は 8 meV 以下の非単結 晶系半導体で あ る 。
    [0017] 前記半導体の暗導電率の活性化エネ ルギーが 15meV を こ え る と ゲー ジ率 G の温度補正が必要 と な り 好 ま し く な い。 と く に 8meV以下の ばあ い に は、 温度補正がま っ た く 不要 と な る た め好ま し い。
    [0018] 前記暗導電率の活性化エネ ルギー と は、 半導体の暗導 電率 ひ = び ^ exp ( A E Z k T ) 力、 ら 求め ら れ る Δ Ε で、 温度 と 導電率 と の関係か ら求め ら れ る 。 こ こ で は室温か ら 100 °C の測定で求め て い る 。
    [0019] 本明細書に お け る 非単結晶系半導体 と は、 非晶質半導 体、 微細結晶 （た と え ば 50 & 〜 1000A の結晶） の集合か ら な る 非単結晶の も の と 非晶質の も の と を含む半導体、 非単結晶半導体を包括す る 概念で あ る 。
    [0020] 本発明 に用 い る半導体が非単結晶の も の と 非晶質の も の と を含む半導体の ばあ い に は半導体 に含 ま れる 結晶相 の割合力《 5〜 90 vo 1 %であ る のが、 ゲー ジ率 G が磁場か ら 受け る 影響を使用 に さ しっ かえ な い程度に小 さ く す る た め に好ま し く 、 と く に 5〜 25vol % の範囲で あ る ばあ い に は、 2〜 12テズ ラ ー程度の磁場下で も そ の影響に よ る 測定値の変動 巾が 10 %以下 と 小 さ く な る た め好ま し い。 前記結晶相 の割合 は X線回折分析か ら 求め る こ と がで き る o
    [0021] 前記の ご と き 結晶相 を形成す る 結晶の大 き さ と し て は、 好ま し く は 50〜 ； L000A であ り 、 さ ら に好ま し く は 150〜 400 A で あ る 。
    [0022] 前記結晶部分の大 き さ が 50 A 未満 に な る と 活性化エネ ル ギ一が大 き く な り やす く な り 、 1000A を超え る と 、 磁 場の影響を受けやす く な る 傾向 に あ る 。
    [0023] 前記半導体の タ イ プ と し て は、 周期表第 m族 ま た は V 族の 化合物で ド一 ビ ン グ し て P 型ま た は n 型半導体 に し た も のが活性化エネ ルギーを小 さ く す る の に好 ま し い。 な お、 本発明 に用 い る 半導体層の厚 さ は通常 ϋ . 3〜 5 で あ り 、 0 . 5〜 2 で あ る の力 ピ ン ホ ー ルが少な く 均 一な膜質な り やす い た め に好ま し い。
    [0024] 本発明 に用 い る 半導体を形成す る 基板材料 と し て は、 作製時お よ び熱処理時の基板温度 に耐え う る 程度の耐熱 性を有す る も の で、 非測定物の歪 に応 じ て変形す る も の で あ れば と く に 限定は な く 、 た と え ばポ リ イ ミ ド製の フ イ ノレム 、 ポ リ ノ、。 ラ ノ ン酸製の フ ィ ルム 、 Q フ ィ ルム な ど の耐熱性高分子 フ ィ ル ム や、 表面を絶縁化 し た金属箔な ど力 < あ げ ら れ る 力 、 こ れ ら に 限定 さ れ る も ので は な い ο こ れ ら基板材料の う ち で は ポ リ ィ ミ ド な ど の耐熱性高分 子製の フ ィ ルムが、 表面性がす ぐ れ、 曲 げ弾性が小 さ い た め に好ま し く 、 さ ら に ポ リ イ ミ ド フ イ ノレム力 好 ま し い。
    [0025] 前記基板の厚 さ につ い て は、 被測定物の歪を半導体 に つ た え う る か ぎ り と く に 限定は な いが、 可撓性な どの点 力、 ら 2 0 0 以下が好 ま し く 、 7 5〜 5 力《 さ ら に好 ま し い。
    [0026] ま た 、 基板の表面粗 さ R につ い て も と く に 限定 は な い が、 K m a xが好ま し く は 2 0 0 A 以下、 さ ら に好 ま し く は
    [0027] 1 5 0 A 以下で あ る のが均質な半導体をえ やす い と い う 点 力、 ら 好 ま し い。
    [0028] な お、 基板の粗 さ を小 さ く し 、 基板の平滑性を高め る と 、 本発明 の歪セ ン サーの特性の ば ら つ き が小 さ く な る た め好ま し い。
    [0029] 前記の ご と き 本発明 に用 い る 半導体 は、 た と え ば S iの H 化合物や F 化合物 と G eの H 化合物や F 化合物お よ び S n の H 化合物や ア ルキ ル化合物の少な く と も 1 種 と m族 ま た は V族の ドーパ ン ト を用 い、 通常 5 T o r r 以下の真空下 で グ ロ 一放電、 マ イ ク ロ 波放電、 D C放電な ど の方法 に よ つ て 15Q〜 3QQeC程度の基板上に形成 さ れ る 。 え ら れ る 半導体は H や F が通常 3〜 2Qatm %程度含有 さ れた Siを 含む非単結晶系半導体であ り 、 暗導電率の活性化工ネ ル ギ一が 15nieV 以下の も ので あ る 。 こ の非単結晶系半導体 は、 通常ァ モ ノレ フ ァ ス状ま た は マ イ ク ロ ク リ ス タ ノレを含 むァ モ ノレフ ァ ス状で あ る 。
    [0030] つ ぎに、 本発明の歪セ ン サ 一を一実施例 に基づいて説 明す る 。
    [0031] 前記半導体上 に少な く と も 2 個の電極を形成 し て作製 し た歪セ ン サ ーを測定点に取 り 付 け る 。 歪の測定は抵抗 変化ま た は定電流を流 し た ばあ い の電圧変化を測定す る こ と に よ っ て行な われ る 。
    [0032] 第 1 図 は本発明の歪セ ン サ一の一例を示す説明図で あ る o
    [0033] 第 1 図 にお い て、 厚 さ 25 のべ一 ス フ イ ノレム力、 ら な る 基板（1)上に非単結晶系半導体（2)が形成 さ れて お り 、 さ ら に その上に 1 対の電極（3)お よ び（4)と 、 も う 1 対の電極（5) お よ び（6)と が互い に直交す る よ う に配置 さ れてい る 。 電 極（3)お よ び（4)に よ り 、 矢印 Υで示 し た方向の歪を測定で き 、 同様に電極（5)お よ び（6)に よ り 、 矢印で Xで示 し た方 向 の歪を測定す る こ と がで き る 。 し たが っ て、 第 1 図 に 示 し た歪セ ン サーを用 い る と Xお よ び Υ両方向の歪を同 時に測定す る こ と も で き る 。 産業上の利用可能性
    [0034] 以上説明 し た と お り 、 本発明 の歪セ ン サ 一 は、 ゲー ジ 率 G の絶対値が大 き い た め に増幅用 の ァ ン プが不要で あ り 、 温度変化に よ る 抵抗値への影響が小 さ い ため に温度 捕正が不要であ り 、 磁場に よ る 影響を う け に く い た め に あ る 程度大 き な磁場下での歪測定に も 使用可能で あ る と い う 利点を有す る 。
    权利要求:
    Claims請求の範囲
    1. S iを含み、 暗導電率の活性化エネ ルギーが 15 a eV 以 下であ る非単結晶系半導体を用 い た歪セ ン サ一。
    2. 前記半導体が Siの ほか に Geお よ び Snの少な く と も 1 種を含む請求の範囲第 1 項記載の歪セ ン サ一。
    3. 前記半導体の暗導電率の活性化エネ ルギーが 8 meV 以下で あ る 請求の範囲第 1 項ま た は第 2 項記載の歪セ ン サ —。
    4. 前記半導体が H お よ び F の少な く と も一種を含む請 求の範囲第 1 項、 第 2 項ま た は第 3 項記載の歪セ ン サ
    5. 前記半導体が p 型ま た は n 型であ る請求の範囲第 1 項、 第 2 項、 第 3 項ま た は第 4 項記載の歪セ ン サー。
    6. 前記半導体の基板が、 表面粗 さ Rmaxが 200 A 以下の 平滑な ポ リ イ ミ ド フ ィ ル ムであ る 請求の範囲第 1 項、 第 2 項、 第 3 項、 第 4 項ま た は第 5 項記載の歪セ ン サ
    7. 前記半導体の 5〜 90vol %が結晶相であ る 請求の範 囲第 1 項、 第 2 項、 第 3 項、 第 4 項、 第 5 項ま た は第 6 項記載の歪セ ン サ一。
    8. 前記半導体の 5〜 25vol %が結晶相であ る 請求の範 囲第 7 項記載の歪セ ン サー。
    类似技术:
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPS63245962A|1988-10-13|
    JP2516964B2|1996-07-24|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1992-04-02| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP62080547A|JP2516964B2|1987-03-31|1987-03-31|歪センサ−|
    JP62/80547||1987-03-31||US07/295,969| US4937550A|1987-03-31|1988-03-30|Strain sensor|
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