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CN1238686C - 机械形变量检测传感器 - Google Patents

机械形变量检测传感器 Download PDF

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CN1238686C
CN1238686C CNB031382754A CN03138275A CN1238686C CN 1238686 C CN1238686 C CN 1238686C CN B031382754 A CNB031382754 A CN B031382754A CN 03138275 A CN03138275 A CN 03138275A CN 1238686 C CN1238686 C CN 1238686C
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Abstract

本发明涉及机械形变量检测传感器。传感器构造体(1)由硅基片构成，通过对里面一侧的一部分进行各向异性刻蚀形成凹部(3)，备有矩形框状的支持部分(1a)，和占据支持部分(1a)的框内的薄的隔片(2)，玻璃制的台座(4)，其中设置用于将流体压力导入凹部(3)的压力导入孔(5)，与传感器构造体(1)的里面接合。在传感器构造体(1)的表面上在与隔片(2)两侧的周边部分的中央对应的位置上，为了跨在隔片(2)和支持部分(1a)的边界上而设置炭毫微管电阻元件(61，62)。与这些炭毫微管电阻元件(61，62)一起，将组成用于取出检测信号的电桥电路的用作基准的电阻元件(63，64)配置固定在支持部分(1a)的表面上。

Description

机械形变量检测传感器
技术领域
本发明涉及用加速度传感器、压力传感器等的机械形变量检测传感器。
背景技术
至今，作为检测成为检测对象的物理量大小的传感器，我们知道捕获当将该物理量加到传感器构造体上时产生的传感器构造体的机械形变的大小作为指示物理量的大小的指标，将这个机械形变量变换成电信号的机械形变量检测传感器，作为它的代表例例如有半导体加速度传感器和半导体压力传感器等。在这些半导体加速度传感器和半导体压力传感器等中，由半导体基片形成传感器构造体，利用在半导体结晶上加上应力时电阻发生变化的现象，即压电电阻，作为电信号取出来。
又，例如，在日本平成11年公布的11-241903号专利公报中，提出了利用炭毫微管的应变传感器的方案。这种应变传感器是将由炭毫微管等构成的导电性微粒分散在，例如，由EVA(乙烯醋酸乙烯基聚合体)构成的高分子中形成片或其它所定形状的成形物。而且，在该应变传感器中，通过测定由于受到外力而伸长引起的电阻变化，检测应变量。
可是，在用已有的那种压电电阻的传感器中，虽然当通过加工硅基片形成传感器构造体时，因为能够在传感器构造体的形成工序的流程中用半导体扩散技术形成压电电阻，所以可以用一连串的半导体基片加工工艺进行制造具有制造上的优点，但是在与传感器构造体的机械形变量对应的压电电阻的电阻变化率，即电导率的变化量中存在界限，因此要超过压电电阻具有的潜力得到更高的灵敏度是困难的。
又，在上述专利公报中所述的应变传感器中，因为将由炭毫微管等构成的导电性微粒分散在高分子中形成片状或其它所定形状的成形物用作检测电阻元件，所以存在着由于它的合成电阻比粒子的接触电阻大使灵敏度降低那样的缺点。进一步，当将片状或其它所定形状的成形物用作机械形变量检测元件时，需要将该成形物搭载在可以检测所要的机械形变量的构造体上，但是将该成形物搭载在数微米量级的机械形变部分上是困难的，存在着要使应变传感器全体的尺寸增大那样的问题。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题提出的，本发明的目的是提供与已有方式比较能够实现更高灵敏度化的加速度传感器、压力传感器等的机械形变量检测传感器和利用它的加速度传感器、压力传感器。
为了达到上述目的，本发明的机械形变量检测传感器备有如下的构成。即，本发明的机械形变量检测传感器备由半导体基片或绝缘基片形成的传感器构造体，该传感器构造体一体地具有当将作为检测对象的物理量加到该构造体上时由该物理量引起形变的形变部分和支持该形变部分的支持部分。为了与上述形变部分的形变联动机械地形变而将上述炭毫微管电阻元件配置在上述形变部分上。在上述传感器构造体上布线形成与上述炭毫微管电阻元件连接的配线图案。而且当通过上述配线图案将电压加到上述炭毫微管电阻元件上时，取出伴随着上述炭毫微管电阻元件的机械形变的电导率变化作为电信号。
在本发明的机械形变量检测传感器中，通过如上所述的构成，利用炭毫微管的电特性，可以用比已有技术优越的灵敏度检测物理量。即，在通过上述配线图案将电压加到上述炭毫微管电阻元件上的状态中，该检测传感器具有当将作为检测对象的物理量加到上述传感器构造体上时，首先上述形变部分发生形变，与该形变联动，即追随发生形变的形状使上述炭毫微管电阻元件机械地发生发生形变。这里炭毫微管具有机械地形状形变和电导率(即电阻值)发生变化的特性，并且因为相对地看该电导率的变化量与压电电阻比较非常大，所以上述炭毫微管电阻元件伴随着它的机械形变电导率发生比较大的变化，由该电导率的变化引起变化的电压值或电流值等的变化量也比较大，通过配线图案将它们取出作为高灵敏度的电信号。而且，将该电信号作为成为检测对象的物理量大小的指标，通过换算到该物理量，可以高灵敏度地检测物理量。
在本发明中，上述形变部分，如果当将作为检测对象的物理量加到上述传感器构造体上时发生机械形变，则对形状等没有特别的限定，但是例如通过上述支持部分形成薄的上述形变部分，当将作为检测对象的物理量加到上述传感器构造体上时能够发生弹性地弯曲形变。
又，在本发明中，最好上述传感器构造体是用硅基片经过微小构造加工形成的，所谓的MEMS(微电子机械系统)的传感器芯片。这是因为作为这种MEMS传感器芯片，对于在用作为常微小的元件体的炭毫微管的本发明中，既实现高灵敏度化又实现小型化两者是非常有利的。这时，最好通过绝缘膜将上述炭毫微管电阻元件配置在上述形变部分上。
又，在本发明中，最好使它的纵方向与上述形变部分的形变方向正交地配置上述炭毫微管电阻元件。这是因为炭毫微管具有当在与纵方向垂直的方向上发生形变时电导率发生变化的性质，所以这样通过使它的纵方向与上述形变部分的形变方向正交，上述形变部分的形变作为上述炭毫微管电阻元件的形变最好地被反映出来，结果，在炭毫微管电阻元件中电导率的变化也具有与它相当的大小，有利于高灵敏度化。
又，在本发明中，最好在与上述配线图案中的上述炭毫微管电阻元件的连接端部上设置金属电极部分，上述炭毫微管电阻元件的两端部被该金属电极部分所覆盖。通过这样做，能够通过上述金属电极部分将上述炭毫微管电阻元件和上述配线图案确实地连接起来，并且能够将上述炭毫微管电阻元件牢固地固定在上述形变部分上。
又，在本发明中，最好上述炭毫微管电阻元件的表面被绝缘性的覆盖膜所覆盖。即，这是为了能够保护上述炭毫微管电阻元件并且能够将它更牢固地固定在上述形变部分上。这时，最好用设置在上述传感器构造体的表面上的钝化膜构成上述覆盖膜，能够与保护传感器构造体的表面同时对上述炭毫微管电阻元件进行保护和固定。
又，在本发明中，最好在上述形变部分上形成阶段部分，跨在该阶段部分上地将上述炭毫微管电阻元件配置在上述形变部分上。通过这样做，与配置在平坦面上的情形比较产生在形变角度大的部位的电导率变化大的炭毫微管特征，可以对于小的形变量得到大的电导率变化，能够期望得到更高的灵敏度化。
又，在本发明中，最好在上述传感器构造体上的上述形变部分以外的部位上配置用作基准的电阻元件，通过上述配线图案将该用作基准的电阻元件和上述炭毫微管电阻元件连接起来构成电桥电路。这时，一方面在上述电桥电路的输入端加上电压，另一方面能够取出该电桥电路的输出端的电压作为与伴随着上述炭毫微管电阻元件的机械形变的电导率变化对应的电信号，除了能够实现高灵敏度化外还能够提高检测精度。这时，最好用炭毫微管构成上述用作基准的电阻元件。通过用相同材料的炭毫微管构成检测用的电阻元件和用作基准的电阻元件两者，能够进一步提高检测精度。
又，在本发明中，最好上述炭毫微管电阻元件由单层炭毫微管构成。与多层炭毫微管相比较单层炭毫微管当在与纵方向相垂直的方向形变时电导率的变化大，因此对高灵敏度化有利。这时，最好上述炭毫微管电阻元件是通过将并列设置的多个单层炭毫微管在电路上并联连接起来构成的。通过这样做，能够通过平均化抑制在各个单层炭毫微管中的电导率的变化程度的零散，除了能够实现高灵敏度化外还能够提高检测精度。
进一步，在本发明中，提供将加速度作为检测对象的物理量的加速度传感器，作为机械形变量检测传感器的一个具体的样态。在该加速度传感器中，上述传感器构造体进一步一体地具有通过上述形变部分被上述支持部分连接支持的铅坠部分。
又，在本发明中，作为机械形变量检测传感器的其它具体样态，提供将流体压力作为检测对象的物理量的压力传感器。在这个压力传感器中，在上述传感器构造体中框状地形成上述支持部分，上述形变部分是由占据上述支持部分的框内区域受到流体压力的隔片构成的。这时，最好将上述炭毫微管电阻元件配置在上述隔片上的周边部位。
附图说明
图1是构成本发明的压力传感器的实施形态1的上面图。
图2是图1的II-II截面图。
图3是用于取出上述压力传感器的检测信号的电桥电路的构成图。
图4是图3的上述压力传感器的电极和金属配线的配置说明图。
图5是说明图3的用于上述压力传感器的炭毫微管的配置固定的截面图。
图6是说明图5的用于上述压力传感器的炭毫微管的别的配置固定的截面图。
图7是用于与图2类似的说明图1的上述压力传感器工作的截面图。
图8是构成本发明的压力传感器的实施形态2的上面图。
图9是图8的IX-IX截面图。
图10是与图9类似的用于说明图8的上述压力传感器工作的截面图。
图11是构成本发明的压力传感器的实施形态3的上面图。
图12是图11的XII-XII截面图。
图13是用于取出图11中使用的上述压力传感器的检测信号的电桥电路的构成图。
图14是与图12类似的用于说明图11的上述压力传感器工作的截面图。
图15是取下构成本发明的压力传感器的实施形态4的上部玻璃罩的状态的上面图。
图16是在图15的XVI-XVI上的覆盖上部玻璃罩的状态的截面图。
图17是与图16类似的用于说明图15的上述压力传感器工作的截面图。
图18是取下构成本发明的压力传感器的实施形态5的上部玻璃罩的状态的上面图。
图19是在图18的XVI-XVI上的覆盖上部玻璃罩的状态的截面图。
图20是与图19类似的用于说明图18的上述压力传感器工作的截面图。
图21是取下构成本发明的压力传感器的实施形态6的上部玻璃罩的状态的上面图。
图22是在图21的XXII-XXII上的覆盖上部玻璃罩的状态的截面图。
其中：
1——传感器构造体
1a——支持部分
2——隔片
3——凹部
4——台座
5——压力导入孔
61，62——毫微管电阻元件
63，64——用作基准的电阻元件
具体实施方式
下面，我们说明与本发明的实施形态有关的机械形变量检测传感器。
(实施形态1)
本实施形态所示的机械形变量检测传感器，如图1和图2所示，是用于检测流体压力的压力传感器。在本实施形态中，传感器构造体1是通过对硅基片进行加工形成的，所谓的MEMS传感器芯片(半导体压力传感器芯片)，由矩形框状的支持部分1a和占据该支持部分1a的框内的薄的隔片2构成。在这个压力传感器芯片中，作为薄的受压部分的隔片2是通过对硅基片里面一侧的一部分进行各向异性刻蚀，挖入余下所定厚度的凹部3形成的。因此，如图1所示，支持部分1a具有3个有矩形框边缘部，即，成为隔片2的边界的最里面的正方形框边缘部E1、形成传感器构造体1的外部轮廓的最外面的矩形框边缘部E2和形成凹部3的开口轮廓的中间正方形框边缘部E3。具有用于将流体压力导入上述凹部3的压力导入孔5的玻璃制的台座4与压力传感器芯片1的里面接合。在传感器构造体1中当从压力导入孔5导入流体压力到凹部3时使隔片2发生弯曲那样地形变。
在隔片2的前表面，为了与流体压力的大小相应地作为电信号取出隔片2的形变量，配置炭毫微管电阻元件61和62。这些炭毫微管电阻元件61和62的每一个被提供和固定在隔片2的周边部分的支持部分1a的最内部的矩形框的边沿E1的相对的边的每一个的中央位置上，使得炭毫微管电阻元件61和62的轴能够互相对准。这里，炭毫微管具有当在与炭毫微管的轴方向(纵方向)垂直的方向上发生形变时，与该形变量相应地电导率(电阻值)发生变化的特性。另一方面，隔片2的弯曲形变发生在基片厚度方向。从而，在如上所述的配置中，炭毫微管的轴方向的与隔片2的弯曲形变的方向正交，通过高效率地将隔片2的弯曲形变传达给炭毫微管电阻元件61和62，使炭毫微管的电导率变化增大。又，即便将炭毫微管电阻元件61和62的配置位置作为隔片2的弯曲形变量增大的边缘部分，也能够通过高效率地将隔片2的弯曲形变传达给炭毫微管电阻元件61和62，使炭毫微管的电导率变化增大。
又，即便使炭毫微管电阻元件61和62的全部长度都在隔片上也可以。但是，在该实施形态中，将炭毫微管电阻元件61和62的每一个配置成在纵方向的中间位置上跨过隔片2和支持部分1a的边界E1，使炭毫微管电阻元件61和62的每一个的约1/2部分存在于隔片2上。这是为了当在支持部分1a和隔片2的的边界附近E1发生弯曲形变时，隔片2受到大的形变弯曲而弯曲。
又，与这些炭毫微管电阻元件61和62一起，如图3所示，将为了组成用于取出检测信号的电桥电路的用作基准的电阻元件63和64的每一个配置固定在不因流体压力而形变的支持部分1a的表面上，用作基准的电阻元件63和64的轴线与炭毫微管电阻元件61和62的轴线对准。在用作基准的电阻元件63和64中用炭毫微管作为构成材料。又，这些由炭毫微管构成的电阻元件61～64是为了不在隔片2上加压的状态中具有相同的电阻而形成的。这样，在用于检测的电阻元件61和62和用作基准的电阻元件63和64中用同样的炭毫微管作为构成材料而且电阻值相等，从而能够提高电桥电路的检测精度。
在电桥电路中，与隔片2的形变联动形变的炭毫微管电阻元件61和62位于支持部件1a的最内部的矩形框的边沿E1的对置的一对边上，用作基准的电阻元件63和64位于支持部件1a的中间的矩形框的边沿E3的一对对置的边的外面。而且，具有在炭毫微管电阻元件61与用作基准的电阻元件64的连接点8a、和炭毫微管电阻元件62与用作基准的电阻元件63的连接点8b之间加上直流电压Vd，取出在炭毫微管电阻元件61与用作基准的电阻元件63的连接点9a、和炭毫微管电阻元件62与用作基准的电阻元件64的连接点9b之间的电位差作为检测信号的电路构成。
图4是举例表示连接电阻元件61～64构成上述电桥电路的配线图案7的图。在本例中，配线图案7是在包含隔片2的传感器构造体1的表面上形成布线的，分别将为了在电桥电路上加上电压Vd的输入端8a和8b用的电极垫片、和为了取出检测信号的输出端9a和9b用的电极垫片设置在支持部分1a的表面上。这里，配线图案7能够用Al等的金属配线形成，但是既可以在作为压力传感器芯片1的构成材料的硅基片上用通过掺入杂质等形成的扩散配线形成布线，也可以将它们组合起来。
图5是表示构成炭毫微管电阻元件61和62和用作基准的电阻元件63和64的炭毫微管6的配置状态的概要图。如图5所示，炭毫微管6是棒状的微小构造体，在它的两端部与配线图案7连接。作为在传感器构造体1的表面的所定位置上形成该炭毫微管6的方法，可以举出已有的将形成棒状的炭毫微管配置固定在所定位置上的方法、和在传感器构造体1的表面的所定位置上生长炭毫微管的方法。在前者的情形中，能够用正在市场上出售等的炭毫微管，但是因为除了传感器构造体1的尺寸很小外，传感器构造体1自身的尺寸也极小，所以对于配置固定在所定位置上不能说保护环是良好的，所以最好用后者的方法。在后者的情形中，将Fe，Ni，Co等金属(或它们的化合物)作为催化剂以该催化剂为起点在所定位置上生长炭毫微管。例如在图5所示的例子中，在要设置压力传感器芯片1的表面上的炭毫微管6的位置上，在与炭毫微管6的两端部相当的部位上形成Fe2O3作为催化剂部分，用CVD和电弧放电等方法在上述催化剂部分间生成炭毫微管6。这里作为催化剂部分的形成方法，例如，能够在压力传感器芯片1的表面上形成抗蚀剂图案，通过蒸涂、溅射、滴下或旋转涂膜等形成催化剂材料。又，作为炭毫微管6的生成方法，能够通过一面使由甲烷等的碳氢化合物和氢气组成的混合气体在要生成炭毫微管6的方向流动一面在500到1000℃的温度范围内进行CVD和电弧放电等，生成炭毫微管6。
作为炭毫微管的类别，大致有单层炭毫微管(SWNT：Single-Wall CarbonNanotube)和多层炭毫微管(MWNT：Multi-Wall Carbon Nanotube)。单层炭毫微管是在1块石墨片上形成的圆筒状物质。另一方面，多层炭毫微管是在设置成同心状或螺旋状的多块石墨片上形成的圆筒状物质。这里，作为用于本发明的炭毫微管6的类别，最好是单层炭毫微管。多层炭毫微管也可以，但是单层炭毫微管当在与纵方向垂直的方向上形变时电导率的变化大，因此对高灵敏度化有利。在该实施形态中，用炭毫微管6的电阻元件61-64的每一个可以使用通过将并列设置的多个单层炭毫微管在电路上并联连接起来构成的元件。因此，能够通过平均化抑制在各个单层炭毫微管中的电导率的变化程度的零散，除了能够实现高灵敏度外还能够提高检测精度。
在该实施形态中，炭毫微管6的终端部分的每一个被从配线图案7延伸设置的铝(Al)、钛(Ti)/铜(Au)等的金属电极部分10覆盖。通过设置这个金属电极部分10，能够确实地将炭毫微管6的终端部分与配线图案7连接起来，并且因为压住炭毫微管6的终端部分，所以能够防止炭毫微管6从芯片1的所定位置表面剥落下来，使炭毫微管6牢固地固定化。
在该实施形态中，如图6所示，也能够用绝缘性覆盖膜13覆盖炭毫微管6的表面。通过设置绝缘性覆盖膜13，能够保护炭毫微管6并且能够使炭毫微管6更牢固地固定在压力传感器芯片1上。也可以将这个覆盖膜13点状地覆盖在炭毫微管6上，但是最好用设置在压力传感器芯片1的表面上的钝化膜作为绝缘性覆盖膜13。通过这样做，能够与固定化同时进行传感器芯片1的表面保护和炭毫微管6的保护。如图6所示，在该实施形态中，在由硅基片形成的压力传感器芯片1的表层上设置由二氧化硅SiO2)等构成的绝缘膜11，在该绝缘膜11上设置炭毫微管6和配线图案7(但是金属配线部分)。因此，当在配线图案7上具有由扩散配线构成的部分时，扩散配线的设置位置在绝缘膜11下的压力传感器1内，但是例如通过在绝缘膜11上在所要位置上设置接触孔，能够达到与绝缘膜11的表面侧导通的目的。
而且，在第一实施例的半导体压力传感器中，在不从设置在台座4上的压力导入孔5导入流体压力到凹部3的状态中，电桥电路的输出端9a，9b之间的电位差为0，但是当将流体压力导入凹部3内时受到这个压力，使隔片2的中央部分如图7所示地向上方膨胀那样地弯曲，使压力隔片2的周边部分向斜上方拉伸那样地形变。因此，配置固定在压力隔片2的周边部分上的炭毫微管电阻元件61和62在与炭毫微管电阻元件61和62的轴方向正交的方向即弹性常数小的方向上以与隔片2的周边部分的形变联动的形式发生压缩形变。由于该压缩形变，炭毫微管电阻元件61，62两端间的电阻即电导率与形变量相应地发生变化，在电桥电路的输出端9a和9b之间产生与该电阻变化相应的电位差。即，这个电位差的大小与隔片2受到的流体压力的大小相对应，能够从这个电位差检测出流体压力。
(实施形态2)
图8和图9表示与本发明的实施形态2有关的半导体压力传感器。在上述实施形态1中包含隔片2的压力传感器芯片1的表面是平坦面，在该平坦面上配置固定炭毫微管电阻元件61和62，但是具有炭毫微管形变角度大时电阻变化大的特性，本实施形态就是为了产生该种特性而构成的。
即本实施形态，如图9所示，通过在作为隔片2的变形部分的周缘边界部分和支持部分1a的边界部分上形成阶段部分12，使隔片2的表面位置比隔片2周围的支持部分1a的表面位置低。使炭毫微管电阻元件61和62的每一个在纵方向上跨在这个阶段部分12上，一面弯曲一面沿着从支持部分1a的表面沿着阶段部分12的垂直表面到隔片2的表面，分别配置固定炭毫微管电阻元件61和62的每一个。因为其它构成与实施形态1相同，所以我们省略对电桥电路构成、电极配置、金属配线等的图示。
而且，当从设置在台座4上的压力导入孔5导入流体压力到凹部3时，受到这个压力，隔片2的中央部分如图10所示地向上方膨胀那样地弯曲，压力隔片2的周边部分向斜上方拉伸那样地形变。因此，配置固定在压力隔片2的周缘边界部分的阶段部分12上的炭毫微管电阻元件61和62的每一个在与轴方向或纵方向正交的方向即弹性常数小的方向上以与隔片2的周边部分的形变联动的形式发生压缩形变。因为在这时阶段部分12的位置上的炭毫微管电阻元件61和62的部位发生大角度的压缩形变，所以。炭毫微管电阻元件61和62的每一个的两个相对的端之间的电阻(电导率)发生大的变化，在电桥电路的输出端9a，9b之间产生的电位差也增大。即，能够对于小的形变量得到大电平的电信号，能够高灵敏度地检测流体压力。
(实施形态3)
图11和图12表示与本发明的实施形态3有关的半导体压力传感器。在上述实施形态1，2中设置用作基准的电阻元件63和64构成电桥电路。在本实施形态中，在隔片2的表面的中央部分设置用作基准的电阻元件63′和64′，使得用作基准的电阻元件63′和64′的轴方向平行于配置固定在隔片2的周边部分的炭毫微管电阻元件61和62的轴方向，用这些用作基准的电阻元件63′和64′构成图13所示的电桥电路。用作基准的电阻元件63′和64′是由炭毫微管构成的。
而且，当从设置在台座4上的压力导入孔5导入流体压力到凹部3时，受到这个压力，隔片2的中央部分如图14所示地向上方膨胀那样地弯曲，压力隔片2的周边部分向斜上方拉伸那样地形变。因此，配置在压力隔片2的中央部分的用作基准的电阻元件63′和64′以拉伸的形式发生形变，另一方面，配置固定在隔片2的周边部分的炭毫微管电阻元件61和62在与炭毫微管电阻元件61和62的轴方向正交的方向即弹性常数小的方向上以与隔片2的周边部分的形变联动的形式发生压缩形变。即炭毫微管电阻元件61和62的电阻变化方向与用作基准的电阻元件63′和64′的电阻变化方向相反。
因此，在电桥电路的输出端9a和9b之间产生的电位差比实施形态1的情形大。即，能够对于小的形变量得到大电平的电信号，能够高灵敏度地检测流体压力。
(实施形态4)
图15和图16表示与本发明的实施形态4有关的加速度传感器。上述实施形态1到3是构成压力传感器的实施形态，但是本实施形态，因为是构成加速度传感器的实施形态，所以如图15所示，通过对硅基片进行刻蚀等的微机械加工处理形成加速度传感器20。这个加速度传感器20具有框状的支持部分21、在2个平行的横梁部分23上单侧一体地被支持部分21支持，在被支持部分21包围的空间内自由摇动地配置的铅坠部分22和上述横梁部分23。如图16所示，在这个支持部分21的上面在加速度传感器芯片20的外周部分上周围设置金属膜24，在加速度传感器芯片20的上面，配置固定在下面形成可以在铅坠部分22的上方向移动的凹部25的上部玻璃罩26。这个上部玻璃罩26的下面通过金属膜24与传感器芯片20的上面周边部分接合。
在加速度传感器20的下侧，配置固定在上面具有可以在铅坠部分22的下方移动的凹部27的下部玻璃罩28。这个下部玻璃罩28在它的上面外部周边部分通过阳极接合与传感器芯片20的支持部分21的下面接合。
在作为由于铅坠部分22的摇动而形变的形变部分的横梁部分23，23的上面，固定配置炭毫微管电阻元件61和62。这些炭毫微管电阻元件61和62为了在轴方向或纵方向从横梁部分23的上面跨在铅坠部分22的上面而进行配置，为了炭毫微管电阻元件61和62的轴方向与横梁部分23的形变方向正交而进行配置固定。又，在铅坠部分22的上面以与炭毫微管电阻元件61和62的轴方向正交的形式配置固定由炭毫微管构成的用作基准的电阻元件63和64。用与实施形态1相同的方法进行这些电阻元件61～64到加速度传感器芯片20的配置固定。又，在支持部分21，铅坠部分22，横梁部分23的表面上形成用于与图3同样地电桥连接这些电阻元件61～64的金属配线，又在支持部分21的表面上形成电桥电路的输入用、输出用的电极，但是在图15和图16中省略对它们的图示。又，在图16中29和30是限定铅坠部分22的运动的制动器。
而且，如图17所示，当将加速度加到箭头方向Y上时，与加速度对应的力加到铅坠部分22上如图所示摇动铅坠部分22，由于该摇动与支持部分21和铅坠部分22连接的横梁部分23弯曲形变，以追随该形变的形式炭毫微管电阻元件61，62也发生形变。
这个形变量与加速度的大小对应，炭毫微管电阻元件61和62的相对的端之间的电阻(电导率)与这个形变量相应地发生变化，在图3所示的电桥电路的输出端9a和9b之间产生与这个电阻变化相应的电位差。即这个电位差的大小与铅坠部分22受到的加速度的大小对应，能够从这个电位差检测出加速度。
(实施形态5)
图18和图19表示与本发明的实施形态5有关的加速度传感器。本实施形态如图18和图19所示设置支持部分21的表面高于铅坠部分22的表面，在横梁部分23的上面形成阶段部分23a，跨在这个阶段部分23a上那样地从支持部分21的表面到铅坠部分22的表面分别配置固定炭毫微管电阻元件61和62的每一个。
即与实施形态2的阶段部分12相同对于横梁部分23的形变得到炭毫微管61，62的大的电阻变化那样地，能够达到高灵敏度化的目的。因为阶段部分23a的作用与实施形态2相同，所以我们省略对它的详细说明。又，因为如图20所示当加上箭头方向Y的加速度时，作为加速度传感器的工作与实施形态4相同，所以我们也省略对作为加速度传感器的工作的说明。
(实施形态6)
图21和图22表示与本发明的实施形态6有关的加速度传感器。实施形态4，5的加速度传感器中的任何一个都在铅坠部分22的上面设置用炭毫微管的用作基准的电阻元件63和64。但是本实施形态，因为如图21和图22所示在各横梁部分23上配置固定用于基准的电阻元件63’，64’，使用于基准的电阻元件63’和64’的轴线与炭毫微管电阻元件61或62的轴线正交。所以用由这些炭毫微管构成的电阻元件61，62，63′，64′构成图13的电桥电路。又其它构成与实施形态4相同，我们省略对它们的说明。
以上，我们说明了作为本发明的具体例的各实施形态，但是本发明不限定于此，只要在它的技术思想的范围内就可以应用本发明，这是不言而喻的。例如，又，在上述实施形态中，当使用用作基准的电阻元件时，当然也可以用扩散电阻代替这些用作基准的电阻元件。又，在实施形态中我们举例表示了用硅基片的MEMS传感器的情形，但是也可以是用由其它半导体材料构成的基片形成的传感器构造体。又，在本发明中，因为用炭毫微管作为用于检测的元件，所以也没有如压电电阻方式那样地需用半导体基片的制约，也可以使用玻璃等的绝缘材料基片。
进一步，上述实施形态是构成压力传感器或加速度传感器的实施形态，但是作为机械形变量检测传感器，当然能够构成检测接触压力的触觉传感器、检测空气压力的声波传感器(话筒)、超声波传感器、进一步使受到压力而形变的部位与身体接触，检测随着脉冲变化从身体接受心跳、脉搏等的压力变化的传感器等。
如以上说明的那样，本发明的机械形变量检测传感器，因为通过用炭毫微管电阻元件的电导率变化检测加在传感器构造体上的检测对象的物理量的大小作为电信号，所以利用炭毫微管的电特性，具有可以用比与例如用压电电阻元件的已有方式优越的灵敏度检测物理量的效果。

Claims (15)

1.机械形变量检测传感器，具有：
传感器构造体(1)，备有一体地具有由半导体基片或绝缘基片形成的，当将作为检测对象的物理量加到该传感器构造体(1)上时由该物理量引起形变的形变部分(2)和支持该形变部分的支持部分(1a)、
为了与上述形变部分(2)的形变联动机械地形变而配置在上述形变部分(2)上的炭毫微管电阻元件(61，62)、
和在上述传感器构造体上形成图案与上述炭毫微管电阻元件连接的配线图案(7)，
其特征在于：
在上述形变部分(2)上形成阶段部分(12)，跨在该阶段部分(12)上地将上述炭毫微管电阻元件(61，62)配置在上述形变部分(2)上，
通过上述配线图案(7)将电压加到上述炭毫微管电阻元件(61，62)，取出伴随着上述炭毫微管电阻元件(61，62)的机械形变的上述炭毫微管电阻元件(61，62)的电导率变化作为电信号。
2.权利要求项1所述的机械形变量检测传感器，其特征是：
通过上述支持部分(1a)形成薄的上述形变部分(2)，当将作为检测对象的物理量加到上述传感器构造体上时发生弹性地弯曲那样的形变。
3.权利要求项1所述的机械形变量检测传感器，其特征是：
上述传感器构造体(1)是由硅基片形成的微-电气-机械系统传感器芯片。
4.权利要求项3所述的机械形变量检测传感器，其特征是：
通过绝缘膜(11)将上述炭毫微管电阻元件(61，62)配置在上述形变部分(2)上。
5.权利要求项1所述的机械形变量检测传感器，其特征是：
使炭毫微管电阻元件(61，62)的一个纵方向与上述形变部分(2)的形变方向正交地配置上述炭毫微管电阻元件(61，62)。
6.权利要求项1所述的机械形变量检测传感器，其特征是：
上述配线图案(7)在与上述炭毫微管电阻元件(61，62)的连接端部上具有金属电极部分(10)，上述炭毫微管电阻元件(61，62)的相对的端部的每一个被上述金属电极部分所覆盖。
7.权利要求项1所述的机械形变量检测传感器，其特征是：
上述炭毫微管电阻元件(61，62)的表面被绝缘性的覆盖膜(13)所覆盖。
8.权利要求项7所述的机械形变量检测传感器，其特征是：
上述覆盖膜(13)是设置在上述传感器构造体(1)的表面上的钝化膜。
9.权利要求项1所述的机械形变量检测传感器，其特征是：
在上述传感器构造体(1)上的上述形变部分(2)以外的受到上述应力而不形变的部位上配置用作基准的电阻元件(63，64)，通过上述配线图案(7)将该用作基准的电阻元件(63，64)和上述炭毫微管电阻元件(61，62)连接起来构成电桥电路。
10.权利要求项9所述的机械形变量检测传感器，其特征是：上述用作基准的电阻元件(63，64)是由炭毫微管构成的。
11.权利要求项1所述的机械形变量检测传感器，其特征是：上述炭毫微管电阻元件(61，62)是由单层炭毫微管构成的。
12.权利要求项11所述的机械形变量检测传感器，其特征是：
上述炭毫微管电阻元件(61，62)是通过将并列设置的多个单层炭毫微管在电路上并联连接起来构成的。
13.权利要求项1所述的机械形变量检测传感器，其特征是：
作为成为检测对象的物理量是加速度的加速度传感器起作用，上述传感器构造体(1)进一步一体地具有通过上述形变部分(23)被上述支持部分(21)连接支持的铅坠部分(22)。
14.权利要求项1所述的机械形变量检测传感器，其特征是：
作为成为检测对象的物理量是流体压力的压力传感器起作用，在上述传感器构造体(1)中框状地形成上述支持部分(1a)，上述形变部分(2)是由占据上述支持部分(1a)的框内区域受到流体压力的隔片(2)构成的。
15.权利要求项14所述的机械形变量检测传感器，其特征是：将上述炭毫微管电阻元件(61，62)配置在上述隔片(2)上的周边部位(E1)。
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