(57)【要約】  【課題】  サイズが小さく感度を高くできる流体センサを提供する。  【解決手段】  基板１０１と、基板１０１上に形成されたセンサ部１０２とを備え、センサ部１０２は、基板１０１上に基板１０１側から順に配置された第１および第２の層（半導体層１２３および１２４）を含む積層部１０３と、少なくとも第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部１０４と、起立部１０４の変形を検出するための検出手段とを含み、第１の層の格子定数と第２の層の格子定数とは異なり、起立部１０４の近傍を流体が移動することによって起立部１０４が変形する。【選択図】  図１
2006023240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成されたセンサ部とを備える流体センサであって、
前記センサ部は、前記基板上に前記基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも前記第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、前記起立部の変形を検出するための検出手段とを含み、
前記第１の層の格子定数と前記第２の層の格子定数とは異なり、
前記起立部の近傍を流体が移動することによって前記起立部が変形する流体センサ。
【請求項２】
前記第１の層の格子定数は前記第２の層の格子定数よりも大きく、
前記積層部と前記起立部との境界において、前記第１の層の格子定数と前記第２の層の格子定数との差によって生じる力によって前記第１および第２の層が前記第２の層側に折り曲げられている請求項１に記載の流体センサ。
【請求項３】
前記積層部および前記起立部は第３および第４の層をさらに含み、
前記第１〜第４の層はこの順序で積層されており、
前記第３の層の格子定数は前記第２の層の格子定数よりも大きく、
前記第３および第４の層が存在しない部分で前記第１および第２の層が前記第２の層側に折り曲げられており、前記第３の層が存在し前記第４の層が存在しない部分で前記第１〜第３の層が前記第１の層側に折り曲げられている請求項２に記載の流体センサ。
【請求項４】
前記検出手段は、前記基板の上に形成された第１の電極と、前記第１の電極と対向するように前記起立部上に形成された第２の電極とを含み、
前記起立部の近傍を流体が移動することによって前記第１の電極と前記第２の電極との間の静電容量が変化する請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体センサ。
【請求項５】
前記検出手段は、前記基板の上に形成された第１の電極と、前記第１の電極と対向するように前記起立部上に形成された第２の電極とを含み、
前記起立部の近傍を流体が移動することによって前記第１の電極と前記第２の電極とが接触状態および非接触状態のいずれかの状態の間で変化する請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体センサ。
【請求項６】
前記起立部は、前記第１および第２の層を前記第２の層側に２回折り曲げることによって形成された電極保持部を含み、
前記第２の電極は前記電極保持部上に形成されている請求項４または５に記載の流体センサ。
【請求項７】
前記検出手段は、前記基板の上に形成された環状配線と、前記環状配線に対向するように前記起立部上に形成され前記環状配線を流れる電流に影響を与える部材とを備え、
前記起立部の近傍を流体が移動することによって前記環状配線を流れる電流が変化する請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体センサ。
【請求項８】
前記検出手段は、前記積層部と前記起立部との境界に形成された歪み計測手段を含み、
前記起立部の近傍を流体が移動することによって前記歪み計測手段の抵抗が変化する請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体センサ。
【請求項９】
前記検出手段は、前記起立部に光を照射する光源と、前記起立部で反射された前記光を検出する光検出器とを備え、
前記起立部の近傍を流体が移動することによって前記起立部で反射された前記光の進行方向が変化する請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体センサ。
【請求項１０】
前記起立部の大きさが異なる複数のセンサ部を含む請求項１〜９のいずれか１項に記載の流体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体センサは、環境の変化の検出、流体の流量の制御、各種装置の駆動状態の解析などに用いられている。そのような用途に対応するため、従来から様々な流量計が提案されている（たとえば特許文献１および２）。
【特許文献１】特開平１１−６４０６７号公報
【特許文献２】特開２００４−１１７０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の流体計は、サイズが大きいために用途が限定されていた。また、従来の流量計は、流体のわずかな移動を検出することが難しい場合があった。
【０００４】
このような状況に鑑み、本発明は、サイズが小さく、感度を高くできる流体センサを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の流体センサは、基板と、前記基板上に形成されたセンサ部とを備える流体センサであって、前記センサ部は、前記基板上に前記基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも前記第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、前記起立部の変形を検出するための検出手段とを含み、前記第１の層の格子定数と前記第２の層の格子定数とは異なり、前記起立部の近傍を流体が移動することによって前記起立部が変形する。ここで、「起立部の変形」は、積層部と接する起立部の端部の変形、すなわち積層部と起立部との境界に存在する折れ曲がり部の角度の変化も含む。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、数百ｎｍ角〜１０ｍｍ角以下（たとえば１００μｍ角以下）のサイズの流体センサが得られる。また、本発明によれば、高感度で応答時間が短い流体センサを得ることが可能となる。また、本発明の流体センサは、他の半導体素子と容易に集積化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する流体センサは本発明の一例であり、本発明は以下の説明に限定されない。
【０００８】
本発明の流体センサは、基板と、前記基板上に形成されたセンサ部とを備える流体センサである。センサ部は、基板上に基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、起立部の変形を検出するための検出手段とを含む。第１の層の格子定数と第２の層の格子定数とは異なる。起立部の近傍を流体が移動することによって起立部が変形する。したがって、本発明の流体センサでは、起立部の位置の変化を検出することによって、流体の流れの有無の検知や、流体の流量の測定が可能となる。本発明の流体センサで観測される流体は、気体であってもよいし液体であってもよい。
【０００９】
上記本発明の流体センサでは、第１の層の格子定数は第２の層の格子定数よりも大きく、積層部と起立部との境界において、第１の層の格子定数と第２の層の格子定数との差によって生じる力によって第１および第２の層が第２の層側に折り曲げられていてもよい。第１の層の格子定数が第２の層の格子定数よりも大きい場合、両者の間で歪みが生じ、歪みによって生じる力によって第１および第２の層が第２の層側に折り曲がる。この現象を利用して起立部が形成される。なお、第１および第２の層は半導体からなるものであってもよい。
【００１０】
上記本発明の流体センサでは、積層部および起立部は第３および第４の層をさらに含み、第１〜第４の層はこの順序で積層されており、第３の層の格子定数は第２の層の格子定数よりも大きく、第３および第４の層が存在しない部分で第１および第２の層が第２の層側に折り曲げられており、第３の層が存在し第４の層が存在しない部分で第１〜第３の層が第１の層側に折り曲げられていてもよい。この場合、第１〜第４の層は半導体からなるものであってもよい。
【００１１】
上記本発明の流体センサでは、半導体がIII−Ｖ族化合物半導体であってもよい。III−Ｖ族化合物半導体を用いることによって、所定の形状の起立部を容易に形成できる。
【００１２】
上記本発明の流体センサでは、検出手段は、基板の上に形成された第１の電極と、第１の電極と対向するように起立部上に形成された第２の電極とを含み、起立部の近傍を流体が移動することによって第１の電極と第２の電極との間の静電容量が変化するものであってもよい。この構成では、静電容量の変化をモニタすることによって、起立部の近傍を移動する流体の検知や流量のモニタが可能となる。なお、「基板の上に形成」とは、基板上に直接形成する場合、および、基板上に形成された層上に形成する場合のいずれの場合をも含み、たとえば、基板上の積層部上に形成される場合を含む（以下の説明においても同様である）。
【００１３】
上記本発明の流体センサでは、検出手段は、基板の上に形成された第１の電極と、第１の電極と対向するように起立部上に形成された第２の電極とを含み、起立部の近傍を流体が移動することによって第１の電極と第２の電極とが接触状態および非接触状態のいずれかの状態の間で変化するものであってもよい。この構成では、第１の電極と第２の電極との間の抵抗をモニタすることによって、一定の流量以上の流体を検知できる。
【００１４】
上記本発明の流体センサでは、起立部は、第１および第２の層を第２の層側に２回折り曲げることによって形成された電極保持部を含み、第２の電極は電極保持部上に形成されていてもよい。この構成によれば、第１の電極と第２の電極とがなす角度を、任意の角度（たとえば０°（平行））に設定できる。
【００１５】
上記本発明の流体センサでは、検出手段は、基板の上に形成された環状配線と、環状配線に対向するように起立部上に形成され環状配線を流れる電流に影響を与える部材とを備え、起立部の近傍を流体が移動することによって環状配線を流れる電流が変化するものであってもよい。
【００１６】
上記本発明の流体センサでは、検出手段は、積層部と起立部との境界に形成された歪み計測手段を含み、起立部の近傍を流体が移動することによって歪み計測手段の抵抗が変化するものであってもよい。
【００１７】
上記本発明の流体センサでは、検出手段は、起立部に光を照射する光源と、起立部で反射された光を検出する光検出器とを備え、起立部の近傍を流体が移動することによって起立部で反射された光の進行方向が変化するものであってもよい。
【００１８】
上記本発明の流体センサでは、起立部の大きさが異なる複数のセンサ部を含んでもよい。
【００１９】
上記本発明の流体センサでは、起立部の近傍を流体が移動したときの起立部の変形方向が異なる複数のセンサ部を含んでもよい。
【００２０】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。また、以下の説明ではIII−Ｖ族化合物半導体の組成比を示していない場合があるが、III族元素の組成比とＶ族元素の組成比とはほぼ等しい。
【００２１】
（実施形態１）
実施形態１では、本発明の流体センサの一例を示す。実施形態１の流体センサ１００ａの断面図を図１に示す。
【００２２】
図１を参照して、流体センサ１００ａは、基板１０１と、基板１０１上に形成されたセンサ部１０２とを備える。センサ部１０２は、積層部１０３と、起立部１０４と、起立部１０４の移動・変形を検出するための検出手段１０５とを備える。検出手段１０５は、積層部１０３上に形成された第１の電極１１１と、第１の電極１１１に対向するように起立部１０４上に形成された第２の電極１１２とを含む。なお、図１には図示していないが、第１および第２の電極１１１および１１２には配線が接続されている。
【００２３】
基板１０１は、その上に半導体層を成長させることができるように、積層される半導体層に応じて選択される。基板１０１としては、たとえば、ＧａＡｓ基板や、ＩｎＰ基板、Ａｌ2Ｏ3基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板を用いることができる。
【００２４】
積層部１０３は、基板１０１上に基板１０１側から順に積層されたバッファ層１２１、層１２２、半導体層１２３〜１２５を含む多層膜で構成される。なお、積層部１０３および起立部１０４は、必要に応じて他の層を含んでもよい。半導体層１２３〜１２５は、内部応力によって半導体層を所定の位置で折り曲げるための層である。そのため、半導体層１２３〜１２５を構成する半導体は、半導体層１２３（第１の層）および半導体層１２５（第３の層）の格子定数が半導体層１２４（第２の層）の格子定数よりも大きくなるように選択される。
【００２５】
起立部１０４は、半導体層１２３および１２４を、半導体層１２４側に２回折り曲げることによって形成されている。起立部１０４は、基板１０１の表面に対して略垂直な垂直部１０４ａと、基板１０１の表面に対向する電極保持部１０４ｂとを備える。電極保持部１０４ｂは、たとえば、基板１０１の表面と略平行か、先端になるほど基板１０１から遠ざかるように形成される。
【００２６】
第１の電極１１１は、積層部１０３上に形成される。流体センサ１００ａでは、電極保持部１０４ｂが第１の電極１１１の上方に配置されるように起立部１０４を形成する。第２の電極１１２は、第１の電極１１１と対向するように電極保持部１０４ｂ上に形成される。２つの電極間の距離および２つの電極のサイズに特に限定はなく、測定する条件に応じて選択され、たとえば数百ｎｍ角〜１ｍｍ角以下の範囲で選択される。同様に、電極保持部１０４ｂのサイズも、たとえば数百ｎｍ角〜１ｍｍ角以下の範囲で選択される。２つの電極間の距離は、垂直部１０４ａの高さによって制御できる。
【００２７】
起立部１０４の近傍を流体が矢印Ａの方向に移動すると、図２に示すように第１の電極１１１と第２の電極１１２との間の距離が近くなり、流体が矢印Ａと反対の方向に移動すると２つの電極間の距離は遠くなる。このように、流体の移動方向および流量に応じて第１の電極１１１と第２の電極１１２との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を測定することによって流体の流量を算出できる。流体の流量を定量する場合には、流体の流量と電極間の静電容量との関係を示す検量線を予め作成しておけばよい。また、流体センサ１００ａによれば、流体が図２の矢印Ａの方向に流れているかその逆の方向に流れているかを判断することも可能である。
【００２８】
以下に、流体センサ１００ａの具体的な構成の一例およびその製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、図３（ｂ）〜図６（ｂ）は上面図であり、図３（ａ）〜図６（ａ）は図３（ｂ）〜図６（ｂ）の点線部分における断面図である。
【００２９】
まず、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１０１上に、バッファ層１２１、層１２２、半導体層１２３、半導体層１２４、半導体層１２５を含む多層膜１３０を形成する。バッファ層１２１は、結晶性が良好な半導体層を基板１０１上に形成するための層である。層１２２は、エッチングによって選択的に除去しやすい材料で形成される。
【００３０】
半導体層１２３〜１２５を構成する半導体は、半導体層１２３および１２５の格子定数が半導体層１２４の格子定数よりも大きくなるように選択される。また、実施形態１の流体センサでは、半導体層１２３と半導体層１２５とは、ほぼ同じ組成の材料で形成することが好ましい。これらの半導体層は、化合物半導体（たとえばIII−Ｖ族化合物半導体）で形成できる。III−Ｖ族化合物半導体などの化合物半導体の格子定数は、組成によって変化させることができる。半導体層１２４／半導体層１２３（および１２５）の具体的な組み合わせとしては、たとえば、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ／ＳｉＧｅ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＧａＮ／ＩｎＧａＮなどが挙げられる。これらの半導体層の組成比、厚さおよび折れ曲がり部の長さを変化させることによって、半導体層１２４が折れ曲がる角度を調節することができる。
【００３１】
なお、本発明の流体センサは、必要に応じて、図３に図示していない層を備えてもよい（以下の実施形態においても同様である）。本発明の流体センサで用いられる多層膜の一例の構成を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2006023240.tif 000003
【００３３】
表１の多層膜は、バッファ層１２１からキャップ層までこの順序で積層されている。エッチングストップ層〜キャップ層までが図３（ａ）の多層膜１３０に相当する。
【００３４】
半導体層１２４の折れ曲がり部の曲率半径Ｒは、以下の式で表される。
【００３５】
Ｒ＝（ａ／Δａ）・｛（ｔ１＋ｔ２）／２｝
ここで、ａは半導体層１２４（ＧａＡｓ層）の格子定数であり、５．６５３３オングストロームである。また、Δａは、半導体層１２３（Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層）の格子定数（５．７３４３オングストローム）と半導体層１２４（ＧａＡｓ層）の格子定数との差である。また、ｔ１は半導体層１２３の厚さ（単位：オングストローム）であり、ｔ２は半導体層１２４の厚さ（単位：オングストローム）である。
【００３６】
折れ曲がり部の長さを適切な長さとすることによって、半導体層１２３および１２４は約９０°の角度に折り曲げられる。表１中、エッチングストップ層は、溝４１および４２を形成する際に、半導体層１２４の表面でエッチングを止めるために形成される。キャップ層は、ＩｎＧａＡｓ層中のＩｎの蒸発を防止するための層である。
【００３７】
上述したように、ＩｎＧａＡｓからなる半導体層１２３および１２５の格子定数は、ＧａＡｓからなる半導体層１２４の格子定数よりも大きい。ＩｎＧａＡｓ層におけるＩｎの組成比を多くするほどＧａＡｓ層との格子定数の差を大きくでき、両者の格子定数の差を７％程度とすることも可能である。
【００３８】
基板１０１上の各層は公知の方法で形成でき、たとえば、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）などで形成できる。
【００３９】
次に、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングによって、多層膜１３０の一部を除去して溝４１および４２を形成する。溝４１および４２は、半導体層１２３および１２４を折り曲げる部分に形成する。溝４１および４２は、半導体層１２４がエッチングされないような条件で形成することが好ましい。そのために、半導体層１２４のエッチングレートよりもエッチングストップ層のエッチングレートが高いエッチング条件でエッチングストップ層をエッチングする。エッチングは、公知の方法で行うことができ、ウエットエッチングであってもドライエッチングであってもよい。
【００４０】
次に、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、第１の電極１１１、第２の電極１１２、配線１１３および電極パッド１１４を形成する。これらは金属膜を形成したのち、不要な部分を除去することによって形成できる。２つの電極は、たとえば、Ｔｉ膜（厚さ４ｎｍ）とＡｕ膜（厚さ２００ｎｍ）との積層膜で形成できる。また、配線２６は、たとえば、Ｔｉ膜（厚さ４ｎｍ）とＡｕ膜（厚さ２００ｎｍ）との積層膜で形成できる。
【００４１】
次に、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、起立部１０４を形成したときに基板１０１から分離する部分に溝５１を形成する。溝５１は、層１２２に到達するように形成される。溝５１は、公知のエッチング法で形成できる。
【００４２】
次に、層１２２の一部をウエットエッチング法によって選択的に除去する。層１２２は、溝５１を介して除去される。この工程によって、溝４１と溝５１とで囲まれた部分に存在する層１２２を除去する。ウエットエッチングは、層１２２のエッチングレートと層１２２以外の層とのエッチングレートとが異なる条件で行う必要がある。たとえば、Ｈ3ＰＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：５（体積比）の割合で混合されたエッチング液を用いてエッチングを行えばよい。
【００４３】
このとき、半導体層１２３の格子定数は半導体層１２４の格子定数よりも大きいため、半導体層１２４は、多層膜１３０が除去された部分、すなわち溝４１（積層部１０３と起立部１０４との境界部分）および溝４２の部分で半導体層１２４側に折れ曲がる。一方、多層膜１３０が除去されていない部分には半導体層１２５を含む多層膜が存在するため、半導体層１２４が折れ曲がることが抑制される。その結果、図１に示すように、基板１０１から立ち上がった起立部１０４が形成される。このようにして、流体センサ１００ａを形成できる。
【００４４】
実施形態１の流体センサ１００ａでは、電極間の静電容量に基づいて流体をモニタする。このため、検出手段に常時電流を流す必要がなく、消費電力を抑制することができる（以下の実施形態においても同様である）。
【００４５】
（実施形態２）
実施形態２では、本発明の流体センサの他の一例を示す。実施形態２の流体センサ１００ｂの断面図を図７に示す。
【００４６】
実施形態２の流体センサ１００ｂでは、起立部１０４が翼部１０４ｃをさらに備える点で、流体センサ１００ａとは異なる。翼部１０４ｃは、電極保持部１０４ｂの端部に配置されている。半導体層１２３および１２４は、第１および第２の折れ曲がり部１２４ｘおよび１２４ｙでは半導体層１２４の側に曲がっており、第３の折れ曲がり部１２４ｚでは半導体層１２３の側に曲がっている。この構成によれば、流体に対する翼部１０４ｃの抵抗を大きくできる。また、この構成によれば、図７の矢印Ａの方向およびその逆方向に移動する流体の検知および定量が可能である。
【００４７】
流体センサ１００ｂの積層部および起立部は、積層された半導体層１２３（第１の層）、半導体層１２４（第２の層）、半導体層１２５（第３の層）、および半導体層１２６（第４の層）を備える。半導体層１２３、１２５および１２６の格子定数は、それぞれ、半導体層１２４の格子定数よりも大きい。
【００４８】
半導体層１２３および１２４は、半導体層１２５および１２６が存在しない折れ曲がり部１２４ｙにおいて半導体層１２４側に折り曲げられている。また、半導体層１２３〜１２５は、半導体層１２５が存在し半導体層１２６が存在しない折れ曲がり部１２４ｚにおいて半導体層１２３側に折り曲げられている。そのように折り曲げるためには、半導体層１２５によって半導体層１２４に加えられる力を、半導体層１２３によって半導体層１２４に加えられる力よりも大きくする必要がある。そのためには、半導体層１２５の格子定数を半導体層１２３の格子定数よりも同じか大きくし、半導体層１２５の厚さを半導体層１２３の厚さよりも大きくすればよい。また、半導体層１２５の格子定数を半導体層１２３よりも大きくし、半導体層１２５の厚さを半導体層１２３の厚さと同じか大きくしてもよい。
【００４９】
流体センサ１００ｂでは、半導体層１２５上に半導体層１２６が積層されている。半導体層１２５が除去されていない部分で半導体層１２４が折れ曲がることを、半導体層１２６によって防止できる。
【００５０】
なお、本発明の流体センサは、必要に応じて、図７に図示していない層を備えてもよい。本発明の流体センサで用いられる多層膜の一例の構成を表２に示す。
【００５１】
【表２】
2006023240.tif 000004
【００５２】
表２の多層膜は、バッファ層１２１からキャップ層までこの順序で積層されている。表２の一例では、半導体層１２３、１２５および１２６の格子定数は等しい。
【００５３】
流体センサ１００ｂは、流体センサ１００ａと同様の方法で製造できる。なお、折り曲げ部１２４ｚの部分には、半導体層１２５の表面に到達する溝を形成する。
【００５４】
（実施形態３）
実施形態３では、本発明の流体センサの他の一例を示す。実施形態３の流体センサ１００ｃの断面図を図８に示す。
【００５５】
流体センサ１００ｃでは、半導体層の折れ曲がり部分が１箇所だけである。流体センサ１００ｃにおいても、起立部１０４の近傍を流体が流れると第１の電極１１１と第２の電極１１２との間の静電容量が変化する。流体センサ１００ｃを製造する場合、図４の工程において溝４１のみを形成すればよい。なお、溝４１の幅を広くすることによって、半導体層が折れ曲がる角度を大きくすることができる。
【００５６】
（実施形態４）
実施形態４では、本発明の流体センサの他の一例を示す。実施形態４の流体センサ１００ｄの断面図を図９（ａ）および（ｂ）に示す。
【００５７】
流体センサ１００ｄは、流体の流量に応じてＯＮ／ＯＦＦが切り替わるセンサである。流体センサ１００ｄの構造は、流体センサ１００ａの構造と同様であるが、流体の流量が一定以上となったときに、図９（ｂ）に示すように第１の電極１１１と第２の電極１１２とが接触する。流体センサ１００ｄでは、流体の流量に応じて第１の電極１１１と第２の電極１１２とが、接触状態および非接触状態のいずれかの状態の間で変化するように、垂直部１０４ａの長さなどが設定されている。
【００５８】
なお、流体センサ１００ｄでは、第１の電極１１１と第２の電極１１２とが安定に接触するように、電極上に導電性の凸部を形成するなどしてもよい。また、流体センサ１００ｂのように、翼部１０４ｃを形成してもよい。また、流体センサ１００ｃのように、折れ曲がり部を１箇所だけとしてもよい。流体センサ１００ｄは、流体センサ１００ａ〜１００ｃと同様の方法で作製できる。
【００５９】
（実施形態５）
実施形態５では、本発明の流体センサの他の一例を示す。実施形態５の流体センサ１００ｅの断面図を図１０（ａ）に示す。また、環状配線１４５の平面形状を図１０（ｂ）に示す。
【００６０】
流体センサ１００ｅは、流体センサ１００ａと比較して電極の部分が異なる。流体センサ１００ｅでは、検出手段１０５（第１および第２の電極１１１および１１２）の代わりに、検出手段１４４（環状配線１４５および磁性膜１４６）を備える。環状配線１４５は、環状の配線であり、積層部１０３上に形成されている。磁性膜１４６は磁性を有する膜であり、環状配線１４５に対向するように起立部１０４上に形成されている。流体センサ１００ｅでは、磁性膜１４６が移動することによって環状配線１４５を流れる電流が変化する。このため、流体センサ１００ａと同様に、起立部１０４近傍の流体の流れの検知または定量が可能である。
【００６１】
なお、磁性膜１４６の代わりに、環状配線１４５を流れる電流に影響を与える他の部材を用いてもよく、たとえば、磁性膜１４６の代わりに環状配線を形成してもよい。また、環状配線１４５は、図１１に示すように渦巻き状の環状配線であってもよい。図１１の環状配線１４５の表面には、環状配線１４５の一端の部分に貫通孔が形成された絶縁膜（図示せず）が形成されており、その貫通孔を介して引き出し線１４７と環状配線１４５の一端とが接続されている。磁性膜や環状配線は、公知の材料を用いて公知の方法で形成することができる。
【００６２】
なお、流体センサ１００ｅは、流体センサ１００ｂのように翼部１０４ｃを備えてもよいし、流体センサ１００ｃのように折れ曲がり部が１箇所のみであってもよい。
【００６３】
（実施形態６）
実施形態６では、本発明の流体センサの他の一例を示す。実施形態６の流体センサ１００ｆの斜視図を図１２に示す。
【００６４】
流体センサ１００ｆは、第１および第２の電極１１１および１１２の代わりにストレインゲージ１５１を備える点で、流体センサ１００ａとは異なる。ストレインゲージ１５１は、基板と起立部１０４との角度の変化、すなわち、起立部１０４の折れ曲がり部の変形を検知する歪み計測手段として機能する。また、流体センサ１００ｆでは、起立部１０４の電極保持部１０４ｂが不要であるという点でも、流体センサ１００ａとは異なる。
【００６５】
ストレインゲージ１５１は、積層部１０３と起立部１０４との境界１５２、すなわち半導体層の折れ曲がり部に形成される。
【００６６】
起立部１０４は、起立部１０４近傍の流体の影響によって、図１２の矢印の方向に傾く。起立部１０４が傾くと、ストレインゲージ１５１を構成する金属配線の太さが変化してストレインゲージ１５１の抵抗が変化する。その結果、ストレインゲージ１５１の抵抗をモニタしたり、ストレインゲージ１５１を流れる電流をモニタしたりすることによって、流体の流れを検知・測定できる。
【００６７】
起立部１０４は、溝４２を形成しないことを除いて、流体センサ１００ａと同様の方法で形成できる。以下、ストレインゲージ１５１の形成方法の一例を説明する。
【００６８】
まず、半導体層上に、必要に応じて、ＳｉＯ2膜などの絶縁膜を形成する。その後、絶縁膜上に、ポリシリコン膜を形成し、フォトリソグラフィー・エッチング工程でポリシリコン膜をパターニングすることによってポリシリコン細線を形成する。このポリシリコン細線はピエゾ抵抗を示す。最後に、ポリシリコン細線に接続された配線および電極パッド１５３を形成する。このようにして、ストレインゲージ１５１が形成される。なお、ストレインゲージ１５１は、ポリシリコン細線に限らず、他の材料（たとえばＣｕ−Ｎｉ系、Ｎｉ−Ｃｒ系の材料）で形成してもよい。
【００６９】
（実施形態７）
実施形態７では、本発明の流体センサの他の一例を示す。実施形態７の流体センサ１００ｇは、センサ部の構成が流体センサ１００ａとは異なる。また、起立部１０４の形状も、流体センサ１００ａとは異なる。
【００７０】
流体センサ１００ｇの起立部１０４を図１３（ａ）に示す。流体センサ１００ｇの起立部１０４は、支持部１０４ｄと、揺動部１０４ｅと、支持部１０４ｄと揺動部１０４ｅとを連結する連結部１０４ｆとを備える。この起立部１０４は、流体センサ１００ａの垂直部１０４ａの形状を変更したものである。揺動部１０４ｅは、支持部１０４ｄおよび連結部１０４ｆによって支持されるが、連結部１０４ｆが細いため、起立部１０４の近傍を流体が移動すると揺動する。
【００７１】
流体センサ１００ｇのセンサ部は、レーザ素子１６１と、１つまたは複数の光検出器１６２（たとえばフォトダイオード）とを備える。レーザ素子１６１は、そのレーザ光が揺動部１０４ｅに入射するように形成される。揺動部１０４ｅに入射したレーザ光は、揺動部１０４ｅで反射されて光検出器１６２で検出される。揺動部１０４ｅが揺動するとレーザ光の反射方向が変化するため、レーザ光の反射方向を光検出器１６２で検出することによって、流体の移動を検出できる。
【００７２】
起立部１０４、レーザ素子１６１および光検出器１６２は、モノリシックに形成できる。その場合のレーザ素子１６１の一例を図１４に模式的に示す。なお、フォトダイオードなどの光検出器１６２も、レーザ素子と同様の方法で形成できる。
【００７３】
図１４を参照して、基板１０１上にはレーザ素子１６１およびミラー１６３が形成されている。基板１０１の裏面側には電極１６８が形成されている。層１６４〜１６７は、層１２２および半導体層１２３〜１２５に相当する層である。
【００７４】
ミラー１６３は、基板１０１上に形成された半導体層の一部を約１３５°折り曲げることによって形成される。レーザ素子１６１には一般的なレーザ素子を用いることができ、たとえばIII−Ｖ族化合物半導体を用いたレーザ素子を用いることができる。ミラー１６３は、起立部１０４と同様に、格子定数が異なる２つの層１６５および１６６を積層することによって、所定の角度に配置される。ミラー１６３は、III−Ｖ族化合物半導体層、金属膜、またはそれらの組み合わせで形成できる。
【００７５】
レーザ素子１６１は、基板１０１の表面に対して垂直な方向にレーザ光を出射する。そのレーザ光は、ミラー１６３で反射されて揺動部１０４ｅに入射する。揺動部１０４ｅで反射された光は、ミラーで反射され、基板上に形成された光検出器に入射する。このようにして、起立部１０４の変形を検出できる。
【００７６】
（実施形態８）
実施形態８では、本発明の流体センサの他の一例を説明する。実施形態８の流体センサは、起立部の大きさが異なる複数のセンサ部を備える。センサ部は、実施形態１〜７のいずれのセンサ部であってもよい。
【００７７】
実施形態８の流体センサの一例の斜視図を、図１５に模式的に示す。図１５の流体センサ１７０は、起立部の大きさが異なる３つのセンサ部１０２を備える。複数のセンサ部１０２は互いに起立部の大きさが異なるため、各センサ部１０２の感度は異なる。通常、起立部の大きさが大きいほど、感度は高くなる。したがって、大きさが異なる複数のセンサ部１０２を組み合わせることによって、より広い範囲の流速の流体を検出・定量することが可能となる。
【００７８】
（実施形態９）
実施形態９では、本発明の流体センサの他の一例を説明する。実施形態９の流体センサは、複数のセンサ部を備える。換言すれば、実施形態９の流体センサは、複数の起立部を備える。複数のセンサ部は、起立部の近傍を流体が移動したときの起立部の変形方向が異なる。センサ部は、実施形態１〜８のセンサ部であれば、いずれのセンサ部であってもよい。
【００７９】
実施形態９の流体センサの一例の斜視図を、図１６に模式的に示す。図１６の流体センサ１８０は、３つの起立部１０４を備える。図１６には、実施形態６で説明した起立部４が形成されている流体センサを示している。３つの起立部１０４は、それぞれ、流体によって、互いに直交する矢印Ａ、ＢおよびＣの方向に移動する。このため、流体センサ１８０によれば、３次元方向の流れの検出・定量が可能となる。なお、センサ部（起立部）の数は２つとしてもよいし、３つ以上としてもよい。２つのセンサ部を用いることによって、２次元方向の流れの検出・定量が可能となる。また、起立部１０４の配置は目的に応じて適宜選択され、たとえば、変形方向が異なる複数の起立部を、円周上の位置に一定の間隔で配置してもよい。
【００８０】
（実施形態１０）
実施形態１０では、本発明の流体センサの応用例として、本発明の流体センサを備えるロボットについて説明する。実施形態１０のロボットは、外部の流体（たとえば空気などの気体）の流れを検知するセンサを備える。そのセンサには、上記本発明の流体センサ、たとえば実施形態１〜９のいずれかに記載の流体センサを用いることができる。
【００８１】
流体センサの取り付け位置や取り付け個数に特に限定はなく、目的に応じて、所定の数の流体センサを所定の位置に配置する。ヒューマノイド型ロボットの一例について、頭部の斜視図を図１７（ａ）に示し、その上面図を図１７（ｂ）に示す。図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、頭部に該当する部分の前方および左右に本発明の流体センサ１７０を配置する。この場合、流体センサ１７０は、図１７（ｃ）に示すようなカバー１９０で保護されていてもよい。流体センサ１７０は、周囲の気体の流れを検知し、それを電気信号として出力する。出力された電気信号は、ロボットの処理装置（ＣＰＵやメモリ）で解析される。本発明の流体センサを用いることによって、人間の体毛のように、周囲の気体の流れを検出することが可能となる。
【００８２】
流体センサを備えるロボットは、周囲の環境の変化や、周囲の物体の移動や、人間からの刺激を検知し、その情報に基づいた応答をすることができる。
【００８３】
以上、本発明の実施形態について例を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づいて他の実施形態に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の流体センサは、流体の移動の検出や流量の測定が必要な様々な分野に利用できる。特に、微小なサイズに形成できるという点から、本発明の流体センサは、微小な管内の気体の流れをモニタするような用途に好ましく用いられる。また、本発明は様々なタイプのロボット、たとえば自律型のロボットに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の流体センサの一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示した流体センサの機能を模式的に示す図である。
【図３】本発明の流体センサの製造方法について一例の一工程を模式的に示す（ａ）断面図および（ｂ）上面図である。
【図４】図３の次の工程の一例を模式的に示す（ａ）断面図および（ｂ）上面図である。
【図５】図４の次の工程の一例を模式的に示す（ａ）断面図および（ｂ）上面図である。
【図６】図５の次の工程の一例を模式的に示す（ａ）断面図および（ｂ）上面図である。
【図７】本発明の流体センサの他の一例を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の流体センサのその他の一例を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の流体センサのその他の一例およびその機能を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の流体センサのその他の一例を模式的に示す（ａ）断面図および（ｂ）環状配線の上面図である。
【図１１】本発明の流体センサで用いられる環状配線の一例を模式的に示す上面図である。
【図１２】本発明の流体センサのその他の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１３】（ａ）本発明の流体センサのその他の一例を模式的に示す斜視図および（ｂ）その機能を模式的に示す上面図である。
【図１４】本発明の流体センサのその他の一例を模式的に示す断面図である。
【図１５】本発明の流体センサのその他の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１６】本発明の流体センサのその他の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１７】本発明の流体センサを備えるロボットを模式的に示す（ａ）頭部斜視図および（ｂ）頭部上面図、ならびに（ｃ）それに用いられる流体センサの一例の斜視図である。
【符号の説明】
【００８６】
１００ａ〜１００ｇ、１７０、１８０  流体センサ
１０１  基板
１０２  センサ部
１０３  積層部
１０４  起立部
１０４ａ  垂直部
１０４ｂ  電極保持部
１０５  検出手段
１１１  第１の電極
１１２  第２の電極
１２１  バッファ層
１２２  層
１２３  半導体層（第１の層）
１２４  半導体層（第２の層）
１２５  半導体層（第３の層）
１２６  半導体層（第４の層）
１３０  多層膜
１４５  環状配線
１４６  磁性膜
１５１  ストレインゲージ（歪み計測手段）
１６１  レーザ素子（光源）
１６２  光検出器
１６３  ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006023240.tif 000019
【図１６】
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【図１７】
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