(57)【要約】【課題】振動梁に圧縮歪によって振動梁が座屈することを防止して、振動梁の安定した振動により高精度に応力を検出することが可能な振動式トランスデューサを提供する。【解決手段】半導体基板に形成された振動梁と、一端が該振動梁の一部に所定の角度で接続される支持梁と、前記支持梁を介して前記振動梁に接続される第一電極と、前記振動梁の一側面の中央部分に隣接して配される第二電極と、前記支持梁と前記第二電極との間に配され、前記第一電極に接続される導体と、を備えたこと特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された振動梁と、
一端が該振動梁の一部に所定の角度で接続される支持梁と、
前記支持梁を介して前記振動梁に接続される第一電極と、
前記振動梁の一側面の中央部分に隣接して配される第二電極と、
前記支持梁と前記第二電極との間に配され、前記第一電極に接続される導体と、
を備えたこと特徴とする振動式トランスデューサ。
【請求項２】
前記導体は、前記支持梁を囲うように形成されることを特徴とする請求項１記載の振動式トランスデューサ。
【請求項３】
前記導体は、前記支持梁の一側面に平行な部位と、前記支持梁の他側面に平行な部位と、を備えることを特徴とする請求項１または２記載の振動式トランスデューサ。
【請求項４】
前記導体は、前記振動梁の一側面に平行な部位を備えることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項記載の振動式トランスデューサ。
【請求項５】
前記支持梁の一端から他端に向かう方向と、前記振動梁の長手方向の中心から、前記支持梁の他端に向かう方向との成す角はほぼ直角であり、温度に基づく前記振動梁の振動を検出することを特徴とする請求項１ないし４いずれか一項記載の振動式トランスデューサ。
【請求項６】
前記支持梁は、前記振動梁の一端の一側面に所定の角度で接続される接続される第一支持梁と、前記振動梁の一端の他側面に所定の角度で接続される接続される第二支持梁と、を備え、
前記振動梁の他側面の中央部分に隣接して第三電極が形成され、
前記導体は、前記支持梁と前記第二電極との間に配されて、前記第一電極に接続される第一部位導体と、前記支持梁と前記第三電極との間に配されて、前記第一電極に接続される第二部位導体と、を有することを特徴とする請求項１ないし５いずれか一項記載の振動式トランスデューサ。
【請求項７】
前記支持梁は、前記振動梁の他端の一側面に所定の角度で接続される第三支持梁と、前記振動梁の他端の他側面に所定の角度で接続される第四支持梁と、を更に備え、
前記導体は、前記第三支持梁と前記第二電極との間に配されて、前記第一電極に接続される第三部位導体と、前記第四支持梁と前記第三電極との間に配されて、前記第一電極に接続される第四部位導体と、を更に有することを特徴とする請求項６記載の振動式トランスデューサ。
【請求項８】
前記振動梁、前記支持梁、前記第一電極、および前記第二電極は、互いに同一面上に形成され、
前記振動梁と前記支持梁とはそれぞれ不純物が拡散され、
前記振動梁を面内方向に沿って振動させる駆動回路を備えることを特徴とする請求項１記載の振動式トランスデューサ。
【請求項９】
半導体基板に形成された振動梁と、
一端が該振動梁の一部に所定の角度で接続される支持梁と、
前記支持梁を介して前記振動梁に接続される第一電極と、
前記振動梁の一側面の中央部分に隣接して配される第二電極と、
前記支持梁と前記第二電極との間に配され、安定電位体に接続される導体と、
前記第二電極に接続され前記振動梁を励振する駆動回路と、
前記振動梁の振動を検出する振動検出手段と、
を備えたこと特徴とする振動式トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に形成した静電駆動型の振動式トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
振動式トランスデューサは、半導体基板、例えばシリコンウェハ内に、内部が真空に保たれる真空室と、この真空室内に配される微細な振動梁（振動子）と、この振動梁の振動を検出する振動検出手段とを備えるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような振動式トランスデューサは、例えば、高い圧力環境で使用した場合、振動梁に圧縮歪が加わり、振動梁が座屈する懸念がある。振動梁が座屈すると、振動梁が安定して振動しなくなる。よって、高い圧力のもとで使用することが困難であった。
【０００４】
一方、特許文献２には、振動梁に不純物拡散を行い、振動梁を高張力にした振動式トランスデューサが開示されている。振動梁を高張力にすることによって、高い圧力環境で使用した場合であっても、振動梁の座屈を抑制できる。
【０００５】
また、特許文献３には、振動梁の端部から両側に延びる支持梁を形成し、全体を矢印形状に成形することで、静圧により振動梁に加わる圧縮歪の影響を排除することが可能な振動型差圧センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５１５８１６０号公報
【特許文献２】特許第５４２９６９６号公報
【特許文献３】特開平０１−１２７９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載された振動式トランスデューサのように、振動梁に不純物を拡散させて張力を向上させるには限界があり、振動梁の座屈に対する耐性は限定的なものであった。また、振動梁に不純物を拡散させるといった手間の掛かる製造工程が必要になり、製造コストが大きくなるという課題もあった。
【０００８】
特許文献３に記載された振動型差圧センサは、振動梁の周辺領域が空間として広がっており、磁気を用いて振動梁を振動させるものであり、このような構成では振動梁を静電力で励振させることができず、静電駆動型の振動式トランスデューサには適用できない。この特許文献３に記載された振動型差圧センサを静電駆動型で動作させようとすると、支持梁と静電駆動の電極と間に静電引力が生じ、振動梁の振動に搖動が大きくなるという課題がある。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、振動梁に圧縮歪によって振動梁が座屈することを防止して、振動梁の安定した振動により高精度に応力を検出することが可能な静電駆動型の振動式トランスデューサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の振動式トランスデューサは、半導体基板に形成された振動梁と、一端が該振動梁の一部に所定の角度で接続される支持梁と、前記支持梁を介して前記振動梁に接続される第一電極と、前記振動梁の一側面の中央部分に隣接して配される第二電極と、前記支持梁と前記第二電極との間に配され、前記第一電極に接続される導体と、を備えたこと特徴とする。
【００１１】
本発明の振動式トランスデューサは、振動梁を支持する支持梁と、第二電極との間に、導体を形成することにより、支持梁の周囲が第一電極と同電位になる。これによって、第二電極との間の電位差による電気力線を遮断し、支持梁の変位を確実に防止することができる。よって、振動梁が本来の振動モードとは異なる振動を生じることがなく、振動梁を安定して振動させることができ、高精度に物理的な応力を検出することが可能な振動式トランスデューサを実現できる。
【００１２】
前記導体は、前記支持梁を囲うように形成されることを特徴とする。
【００１３】
前記導体は、前記支持梁の一側面に平行な部位と、前記支持梁の他側面に平行な部位と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
前記導体は、前記振動梁の一側面に平行な部位を備えることを特徴とする。
【００１５】
前記支持梁の一端から他端に向かう方向と、前記振動梁の長手方向の中心から、前記支持梁の他端に向かう方向との成す角はほぼ直角であり、温度に基づく前記振動梁の振動を検出することを特徴とする。
【００１６】
前記支持梁は、前記振動梁の一端の一側面に所定の角度で接続される接続される第一支持梁と、前記振動梁の一端の他側面に所定の角度で接続される接続される第二支持梁と、を備え、前記振動梁の他側面の中央部分に隣接して第三電極が形成され、前記導体は、前記支持梁と前記第二電極との間に配されて、前記第一電極に接続される第一部位導体と、前記支持梁と前記第三電極との間に配されて、前記第一電極に接続される第二部位導体と、を有することを特徴とする。
【００１７】
前記支持梁は、前記振動梁の他端の一側面に所定の角度で接続される第三支持梁と、前記振動梁の他端の他側面に所定の角度で接続される第四支持梁と、を更に備え、前記導体は、前記第三支持梁と前記第二電極との間に配されて、前記第一電極に接続される第三部位導体と、前記第四支持梁と前記第三電極との間に配されて、前記第一電極に接続される第四部位導体と、を更に有することを特徴とする。
【００１８】
前記振動梁、前記支持梁、前記第一電極、および前記第二電極は、互いに同一面上に形成され、
前記振動梁と前記支持梁とはそれぞれ不純物が拡散され、
前記振動梁を面内方向に沿って振動させる駆動回路を備えることを特徴とする。
【００１９】
半導体基板に形成された振動梁と、一端が該振動梁の一部に所定の角度で接続される支持梁と、前記支持梁を介して前記振動梁に接続される第一電極と、前記振動梁の一側面の中央部分に隣接して配される第二電極と、前記支持梁と前記第二電極との間に配され、安定電位体に接続される導体と、前記第二電極に接続され前記振動梁を励振する駆動回路と、前記振動梁の振動を検出する振動検出手段と、を備えたこと特徴とする振動式トランスデューサ。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の振動式トランスデューサによれば、振動梁に圧縮歪によって振動梁が座屈することを防止して、振動梁の安定した振動により高精度に応力を検出することが可能な振動式トランスデューサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態の振動式トランスデューサの振動梁まわりを示す平面図である。
【図２】図１に示す実施形態のＡ−Ａ’線における厚み方向に沿った断面図である。
【図３】図１に示す実施形態の振動梁付近を拡大した要部拡大平面図である。
【図４】本発明の振動式トランスデューサの回路構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第二実施形態の振動式トランスデューサの振動梁まわりを示す平面図である。
【図６】本発明の第三実施形態の振動式トランスデューサの振動梁まわりを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態の振動式トランスデューサについて説明する。なお、各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２３】
（第一実施形態）
図１は、本発明の振動式トランスデューサのシェルを取り除いて上から見たときの平面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ’線における厚み方向に沿った断面図である。また、図３は、図１における振動梁付近を拡大した要部拡大平面図である。
【００２４】
図１に示す第一実施形態の構成について説明する。図１の第一実施形態の特徴は、導体Ｅ１ｅにある。導体Ｅ１ｅは、第一部位導体Ｅ１ｅ１と第二部位導体Ｅ１ｅ２と第三部位導体Ｅ１ｅ３第四部位導体Ｅ１ｅ４とを有する。
【００２５】
振動梁１２は細長く形成される。振動梁１２はその中心Ｏに対して対称に形成される。振動梁１２に支持梁１８が接続される。支持梁１８は、第一支持梁１８Ａと第二支持梁１８Ｂと第三支持梁１８Ｃと第四支持梁１８Ｄとを有する。
【００２６】
振動梁１２の一端１２ａに第三支持梁１８Ｃの一端が接続される。また、振動梁１２の一端１２ａに第四支持梁１８Ｄの一端が接続される。さらに、振動梁１２の他端１２ｂに第一支持梁１８Ａの一端が接続される。また、振動梁１２の他端１２ｂに第二支持梁１８Ｂの一端が接続される。
【００２７】
第三支持梁１８Ｃの他端は他方の第一電極Ｅ１ｂに接続される。第四支持梁１８Ｄの他端は他方の第一電極Ｅ１ｂに接続される。第一支持梁１８Ａの他端は一方の第一電極Ｅ１ａに接続される。第二支持梁１８Ｂの他端は一方の第一電極Ｅ１ａに接続される。
【００２８】
したがって、一方の第一電極Ｅ１ａと他方の第一電極Ｅ１ｂとは、第一支持梁１８Ａ及び第二支持梁１８Ｂと、振動梁１２と、第三支持梁１８Ｃ及び第四支持梁１８Ｄとを介して接続される。一方の第一電極Ｅ１ａと他方の第一電極Ｅ１ｂと、第一支持梁１８Ａと、第二支持梁１８Ｂと、振動梁１２と、第三支持梁１８Ｃと、第四支持梁１８Ｄとは電気的に同一電位となる。
さらに、一方の第一電極Ｅ１ａと他方の第一電極Ｅ１ｂとは第一電極端子１５に接続される。
【００２９】
振動梁１２の長手方向Ｌ１と第一支持梁１８Ａとは角度θ１（例えば内角約８０度）を成す。振動梁１２の長手方向Ｌ１と第二支持梁１８Ｂとは角度θ１を成す。振動梁１２の長手方向Ｌ１と第三支持梁１８Ｃとは角度θ１を成す。振動梁１２の長手方向Ｌ１と第四支持梁１８Ｄとは角度θ１を成す。
【００３０】
振動梁１２の一側面１２ｅ１に隣接して第二電極Ｅ２が形成される。第二電極Ｅ２は第二電極端子１６に接続される。振動梁１２の他側面１２ｅ２に隣接して第三電極Ｅ３が形成される。第三電極Ｅ３は第三電極端子１７に接続される。これら第二電極Ｅ２および第三電極Ｅ３は、振動梁１２を介して隣接して形成される。
振動梁１２の一側面１２ｅ１側に第一支持梁１８Ａと第三支持梁１８Ｃとが形成される。振動梁１２の他側面１２ｅ１側に第二支持梁１８Ｂと第四支持梁１８Ｄとが形成される。
【００３１】
さらに、角度θ１を調整することにより、支持梁１８から振動梁１２に加わる圧力ひずみの伝搬量を例えば１〜１／５００の範囲にコントロールできる。特に、圧力計の用途に使用する場合は、使用する圧力範囲に合わせて、角度θ１を調整することが適当である。角度θ１を広げて圧力歪の伝搬量を小さくすると、座屈しにくくなるが、圧力感度が悪くなる。角度θ１の調整により座屈しない程度に圧力歪の伝搬量をコントロールすることで、シリコンの物性を最大限に活用する圧力センサが実現できる。
【００３２】
第一部位導体Ｅ１ｅ１は、第二電極Ｅ２と第一支持梁１８Ａと振動梁１２とを囲うように形成され、一方の第一電極Ｅ１ａに接続される。第二部位導体Ｅ１ｅ２は、第三電極Ｅ３と第二支持梁１８Ｂと振動梁１２とを囲うように形成され、一方の第一電極Ｅ１ａに接続される。第三部位導体Ｅ１ｅ３は、第二電極Ｅ２と第三支持梁１８Ｃと振動梁１２とを囲うように形成され、他方の第一電極Ｅ１ｂに接続される。第四部位導体Ｅ１ｅ４は、第三電極Ｅ３と第四支持梁１８Ｄと振動梁１２とを囲うように形成され、他方の第一電極Ｅ１ｂに接続される。
【００３３】
これらの構成により、第一支持梁１８Ａと第二電極Ｅ２との間に発生する力が抑制され振動梁１２の動作が安定する。第二支持梁１８Ｂと第三電極Ｅ３との間に発生する力が抑制され振動梁１２の動作が安定する。第三支持梁１８Ｃと第二電極Ｅ２との間に発生する力が抑制され振動梁１２の動作が安定する。第四支持梁１８Ｄと第三電極Ｅ３との間に発生する力が抑制され振動梁１２の動作が安定する。
【００３４】
第一部位導体Ｅ１ｅ１と第三部位導体Ｅ１ｅ３とはそれぞれ振動梁１２の一側面１２ｅ１に隣接する平行な部位Ｅ１ｓ１を備える。第二部位導体Ｅ１ｅ２と第四部位導体Ｅ１ｅ４とはそれぞれ振動梁１２の他側面１２ｅ２に隣接する平行な部位Ｅ１ｓ２を備える。
【００３５】
第一部位導体Ｅ１ｅ１は第一支持梁１８Ａの一側面１８ｂ１に隣接する平行な部位Ｅ１ｂ１を備える。第二部位導体Ｅ１ｅ２第二支持梁１８Ｂの一側面に隣接する平行な部位を備える。第三部位導体Ｅ１ｅ３第三支持梁１８Ｃの一側面に隣接する平行な部位を備える。第四部位導体Ｅ１ｅ４第四支持梁１８Ｄの一側面に隣接する平行な部位を備える。
【００３６】
これらの構成により、第一支持梁１８Ａと第二電極Ｅ２との間に発生する力が最小になり振動梁１２の動作が安定する。第二支持梁１８Ｂと第三電極Ｅ３との間に発生する力が最小になり振動梁１２の動作が安定する。第三支持梁１８Ｃと第二電極Ｅ２との間に発生する力が最小になり振動梁１２の動作が安定する。第四支持梁１８Ｄと第三電極Ｅ３との間に発生する力が最小になり振動梁１２の動作が安定する。
【００３７】
第二電極Ｅ２は、振動梁１２の一側面１２ｅ１に平行な部位Ｅ２ｅを有する。また、第三電極Ｅ３は、振動梁１２の他側面１２ｅ２に平行な部位Ｅ３ｅを有する。こうした第二電極Ｅ２および第三電極Ｅ３は、振動梁１２の長手方向Ｌ１の両側から挟むように、かつ振動梁１２に対して所定の隙間を保って配置されている。
【００３８】
図２について説明する。
本発明の一実施形態である振動式トランスデューサ１０は、例えば、シリコン単結晶ウェーハからなる半導体基板１１Ａを備えている。この半導体基板１１Ａの一面（主面）１１ａには、例えば、シリコン単結晶層１１Ｂが形成されている。シリコン単結晶層１１Ｂは、例えば、ボロンをドープさせた低抵抗のＰ型半導体から構成される。なお、シリコン単結晶層１１Ｂは、エピタキシャルまたは貼り合せによって形成される。
また、シリコン単結晶層１１Ｂに重ねてシェル１４が形成されている。
【００３９】
半導体基板１１Ａの一面１１ａには、所定の形状に区画された真空室２１が形成され、この真空室２１内に振動梁（振動子）１２が形成されている。振動梁１２は、半導体基板１１Ａの一面１１ａの面内方向に沿って細長く延びるように形成されている。振動梁１２は、半導体基板１１Ａに平行な断面よりも半導体基板１１Ａに垂直な断面が大きい。また振動梁１２の縦横の形状について、縦幅が横幅に対して少なくとも３倍以上長くなると良好な特性となる場合がある。本実施形態では、振動梁１２は、その長手方向Ｌ１が第二電極Ｅ２と第三電極Ｅ３との間を通る。
【００４０】
こうした構成によって、振動梁１２、それぞれの支持梁１８は、振動式トランスデューサ１０をシェル１４側から平面視したときに、図１の実施形態のとおり、全体として両矢印の形状となるように形成されている。
【００４１】
第一電極Ｅ１、第二電極Ｅ２、および第三電極Ｅ３には、振動梁１２およびそれぞれの支持梁１８の周囲を囲うように所定の隙間が形成され、これら隙間によって真空室２１が形成される。
【００４２】
シリコン単結晶層１１Ｂに形成された振動梁１２、それぞれの支持梁１８は、不純物を拡散することが好ましい。例えば、振動梁１２、それぞれの支持梁１８を成す部分に、特定の元素をドープすることにより、不純物を拡散することができる。こうした不純物の拡散は、振動梁１２、それぞれの支持梁１８に高張力特性を付与する。
【００４３】
シェル１４は、真空室２１の側から順に、第一層２６と、この第一層２６に重ねて配される第二層２７とから構成されている。これら第一層２６、および第二層２６は、例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｇｅのうち、いずれかより形成されている。
【００４４】
第一層２６が真空室２１に重なる部分には、貫通孔２５が形成されている。例えば、貫通孔２５は、振動梁１２の直上部分に形成される。こうした貫通孔２５は、真空室２１を構成する隙間を形成するために用いるエッチング液の流入、流出を行う開口である。貫通孔２５は閉塞部材２９によって閉塞されている。
【００４５】
半導体基板１１Ａとシリコン単結晶層１１Ｂとの間のうち、真空室２１を除いた部分には、絶縁層２２が形成されている。また、シリコン単結晶層１１Ｂと、シェル１４との間のうち、真空室２１を除いた部分には、絶縁層２３が形成されている。なお、絶縁層２２は、ＳＯＩ基板により形成されている。
【００４６】
真空室２１は、その内部が所定の真空度に保たれている。振動梁１２、それぞれの支持梁１８は、真空室２１を区画している部材、即ち半導体基板１１Ａ、シリコン単結晶層１１Ｂ、およびシェル１４に対して、所定の間隔を保って配置されている。
【００４７】
図３によれば、支持梁１８の一端から支持梁１８の他端に向かう方向Ｌ２と、振動梁１２の長手方向の中心Ｏから支持梁１８の他端に向かう方向Ｌ３との成す角θ２がほぼ直角になっている。なお、本発明の振動式トランスデューサ１０は、例えば、温度計として用いることができる。
【００４８】
第一支持梁１８Ａの一端から第一支持梁１８Ａの他端に向かう方向Ｌ２と振動梁１２の長手方向の中心Ｏから第一支持梁１８Ａの他端に向かう方向Ｌ３との成す角θ２がほぼ直角になる。第二支持梁１８Ｂの一端から第二支持梁１８Ｂの他端に向かう方向と振動梁１２の長手方向の中心Ｏから第二支持梁１８Ｂの他端に向かう方向との成す角θ２がほぼ直角になる。
【００４９】
第三支持梁１８Ｃの一端から第三支持梁１８Ｃの他端に向かう方向と振動梁１２の長手方向の中心Ｏから第三支持梁１８Ｃの他端に向かう方向との成す角θ２がほぼ直角になる（図示せず）。第四支持梁１８Ｄの一端から第四支持梁１８Ｄの他端に向かう方向と振動梁１２の長手方向の中心Ｏから第四支持梁１８Ｄの他端に向かう方向との成す角θ２がほぼ直角になる（図示せず）。
【００５０】
図１〜図３に示した第一実施形態の振動式トランスデューサ１０の作用効果を説明する。
温度が変化した場合に、振動式トランスデューサ１０の各要素は、振動梁１２の中心Ｏに向かって変位するように応力が加わる。第一支持梁１８Ａの他端と第二支持梁１８Ｂの他端とは、振動梁１２の他端１２ｂを中心とする仮想円Ｒの接線上を変位する。第三支持梁１８Ｃの他端と第四支持梁１８Ｄの他端とは、振動梁１２の一端１２ａを中心とする仮想円の接線上を変位する（図示せず）。
【００５１】
振動梁１２の他端１２ｂが中心Ｏに向かう応力と、第一支持梁１８Ａの一端と第二支持梁１８Ｂの一端とに生ずる応力とが打ち消しあい、振動梁１２の他端１２ｂは変位しない。振動梁１２の一端１２ａが中心Ｏに向かう応力と、第三支持梁１８Ｃの一端と第四支持梁１８Ｄの一端とに生ずる応力とが打ち消しあい、振動梁１２の一端１２ａは変位しない。
【００５２】
したがって、第一実施形態の振動式トランスデューサ１０によれば、振動梁へ外部からの応力（圧力等）がほとんど伝わらない。振動梁の振動（周波数変化）は、ばね定数（ヤング率）の温度依存性で定まる。よって、第一実施形態の振動式トランスデューサ１０は、温度計としての用途に好適に用いることができる。
【００５３】
図４は、振動式トランスデューサの回路の概要を示す回路図である。
なお、図４において、図１〜３と同等の構成には同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
振動式トランスデューサ１０は、振動梁１２を励振させる励振手段（駆動回路）４１と、振動梁１２の振動を検出する振動検出手段４２とを有している。励振手段４１は駆動電源４３を備える。
振動検出手段４２は、駆動電源４３、バイアス電源４４、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、および演算増幅器（オペアンプ）ＯＰ１，ＯＰ２などから構成されている。
第一電極端子１５は、バイアス電源４４が接続され、バイアス電源４４を介して安定電位に接地される。第二電極端子１６は駆動電源４３に接続される。第三電極端子１６は振動検出手段４２に接続される。
【００５４】
図４に示す振動式トランスデューサの回路の動作を説明する。
駆動電源４３からは、所定の駆動電圧Ｖｉの交流電圧が印加される。また、バイアス電源４４からは、所定のバイアス電圧Ｖｂの直流電圧が印加される。第一電極Ｅ１ａ，Ｅ１ｂには、第一電極端子１５を介してバイアス電源４４から定電圧のバイアス電圧Ｖｂが加えられる。また、第二電極Ｅ２には、第二電極端子１６を介して駆動電源４３から交流の駆動電圧Ｖｉが加えられる。また、第三電極Ｅ３から第三電極端子１７を介して振動梁１２の振動周波数に応じた検出信号が取り出される。
【００５５】
第一電極Ｅ１ａ，Ｅ１ｂに定電圧のバイアス電圧Ｖｂが印加され、また、第二電極Ｅ２に交流の駆動電圧Ｖｉが印加されると、第一電極Ｅ１ａ，Ｅ１ｂと同電位になる振動梁１２と、第二電極Ｅ２との間に静電吸引力が発生し、振動梁１２が一定の振動周波数で、半導体基板１１Ａの一面１１ａの面内方向に沿って振動（共振）する。
【００５６】
一方、第一電極Ｅ１ａ，Ｅ１ｂと同電位になる振動梁１２と、第三電極Ｅ３との間には、第一電極Ｅ１ａ，Ｅ１ｂに印加されたバイアス電圧Ｖｂによって電荷が貯められ、振動梁１２が振動して振動梁１２と第三電極Ｅ３との間の静電容量が変化すると、それに対応した交流電流である検出信号が発生する。こうした検出信号を演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２で増幅し、電圧変化としてカウンターで読み込むことによって、振動梁１２の振動周波数が測定される。
【００５７】
そして、振動梁１２に応力が加わって歪が生じると、この歪の量に応じて振動梁１２の振動周波数が変動する。こうした振動梁１２の振動周波数の変動量と、振動梁１２の歪の量との関係を参照することによって、振動梁１２の歪の量、即ち、振動梁１２に加わる応力を測定することができる。なお、振動梁１２に加わる応力は、圧力、加速度、歪、温度等によって生ずる。
【００５８】
このような構成では、励起電極となる第二電極Ｅ２と、検出電極となる第三電極Ｅ３とを離すことができるため、第二電極Ｅ２と第三電極Ｅ３との間の寄生容量が減少することにより、駆動電圧Ｖｉが検出回路側に回り込むクロストークが抑えられ、ＳＮ比が向上する。
【００５９】
振動梁１２を支持する支持梁１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄと、第二電極Ｅ２、第三電極Ｅ３との間に、第一電極Ｅ１ａ，Ｅ１ｂの一部を成す導体Ｅ１ｅ（第一部位導体Ｅ１ｅ１，第二部位導体Ｅ１ｅ２，第三部位導体Ｅ１ｅ３，第四部位導体Ｅ１ｅ４）をそれぞれ形成することにより、支持梁１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄの周囲が第一電極Ｅ１ａ，Ｅ１ｂと同電位になる。
【００６０】
これによって、第一支持梁１８Ａと第二電極Ｅ２との間の静電引力を遮断し、第二支持梁１８Ｂと第三電極Ｅ３との間の静電引力を遮断し、第三支持梁１８Ｃと第二電極Ｅ２との間の静電引力を遮断し、第四支持梁１８Ｄと第三電極Ｅ３との間の静電引力を遮断し、振動梁１２の動作を安定にできる。よって、振動梁１２が本来の振動モードとは異なる振動を生じることがない。物理的な応力を高精度に検出することが可能な振動式トランスデューサを実現できる。
【００６１】
また、振動式トランスデューサ１０を、例えば高い圧力環境で使用した場合、半導体基板１１に大きな圧縮歪が加わる。しかしながら、振動梁１２は、その一端１２ａおよび他端１２ｂのそれぞれにおいて、二股に分かれるよう形成された支持梁１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄを介して第一電極Ｅ１に接続されているので、振動梁１２に加わる圧縮歪を軽減することができる。
【００６２】
本発明の振動式トランスデューサ１０の構成に基づく作用によって、高い圧力環境で使用した場合に、振動梁１２の座屈が抑制され、振動梁１２が安定して振動する。よって、高い圧力環境であっても、振動梁１２が座屈することなしに安定に振動することができ、高精度に物理的な応力を検出することが可能な振動式トランスデューサ１０を実現できる。
以上のように、本発明の振動式トランスデューサ１０によれば、振動梁の安定した振動により高精度に応力を検出することが可能な静電駆動型の振動式トランスデューサを提供することが可能になる。
【００６３】
（第二実施形態）
図５は、本発明の第二実施形態の振動式トランスデューサの振動梁まわりを示す平面図である。なお、第一実施形態と同様の構成には同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。図５に示す第二実施形態の特徴は、図１に示す第一実施形態と比較して、振動梁の形状を非対称に形成した点にある。以下、図５に示す第二実施形態の構成について説明する。
第二実施形態の振動式トランスデューサ３０は、振動梁３２の一端３２ａだけに支持梁３８（第一支持梁３８Ａ，第二支持梁３８Ｂ）が形成され、振動梁３２の他端３２ｂは、第一電極Ｅ１ｂに直接接続されている。
【００６４】
このような構成の振動式トランスデューサ３０であっても、振動梁３２の一端３２ａを支持する第一支持梁３８Ａと第二電極Ｅ２との間に、第一電極Ｅ１ａの一部を成す導体Ｅ１ｅの第一部位導体Ｅ１ｅ１を形成し、また、第二支持梁３８Ｂと第三電極Ｅ３との間に、導体Ｅ１ｅの第二部位導体Ｅ１ｅ２を形成した。
【００６５】
図５に示す第二実施形態の振動式トランスデューサの作用効果について説明する。
これらの構成によって、第二電極Ｅ２と第三電極Ｅ３との間の静電引力を遮断し、振動梁１２の動作を安定化させることができる。よって、振動梁１２が本来の振動モードとは異なる振動を生じることがない。よって、高精度に物理的な応力を検出することが可能な振動式トランスデューサを実現できる。
【００６６】
また、本実施形態のように、振動梁３２を支持する支持梁３８を振動梁３２の一端３２ａ側だけに形成することによって、歪の減少量を少なくすることができ、印加される応力の検出精度を高めることが可能になる。
【００６７】
（第三実施形態）
図６は、本発明の第三実施形態の振動式トランスデューサの振動梁まわりを示す平面図である。図６に示す第三実施形態の振動式トランスデューサ５０の特徴は、図１に示す第一実施形態の振動式トランスデューサと比較して、図１の第一実施形態の特徴は、導体が接地される点にある。なお、第一実施形態と同様の構成には同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６８】
第三支持梁１８Ｃの他端はパッド１８ＣＣに接続される。第四支持梁１８Ｄの他端はパッド１８ＤＤに接続される。第一支持梁１８Ａの他端はパッド１８ＡＡに接続される。第二支持梁１８Ｂの他端はパッド１８ＢＢに接続される。パッド１８ＤＤは電極端子１５ＤＤに接続される。また、電極端子１５ＤＤは、図４に示すバイアス電源４４が接続され、バイアス電源４４を介して安定電位とされている安定電位体に接地される（図示せず）。
【００６９】
したがって、パッド１８ＡＡと第一支持梁１８Ａとパッド１８ＢＢと第二支持梁１８ＢＢと振動梁１２とパッド１８ＣＣと第三支持梁１８Ｃとパッド１８ＤＤと第四支持梁１８ＤＤと電極端子１５ＤＤとは電気的に同一電位となる。
【００７０】
第一電極Ｅ１は、パッド１８ＡＡ及び第一支持梁１８Ａを囲い、パッド１８ＢＢ及び第二支持梁１８Ｂを囲い、パッド１８ＣＣ及び第三支持梁１８Ｃを囲い、パッド１８ＤＤ及び第四支持梁１８Ｄを囲い、第二電極Ｅ２を囲い、第三電極Ｅ３を囲うように形成される。第一部位導体Ｅ１ｅ１と第二部位導体Ｅ１ｅ２と第三部位導体Ｅ１ｅ３と第四部位導体Ｅ１ｅ４とはそれぞれ第一電極Ｅ１に接続される。第一電極Ｅ１は第一電極端子１５に接続される。
【００７１】
図６に示す第三実施形態の振動式トランスデューサの作用、効果を説明する。
第三実施形態の振動式トランスデューサ５０によれば、第一実施形態の振動式トランスデューサ１０と同様に、第一支持梁１８Ａと第二電極Ｅ２との間に発生する力、第二支持梁１８Ｂと第三電極Ｅ３との間に発生する力、第三支持梁１８Ｃと第二電極Ｅ２との間に発生する力、および第四支持梁１８Ｄと第三電極Ｅ３との間に発生する力がそれぞれ抑制される。これによって、振動梁１２の動作を安定させることが可能になる。
【００７２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００７３】
例えば、上述した実施形態では、振動梁を支持する複数の支持梁と、それぞれの支持梁と第二電極、第三電極との間に複数の導体（領域）を形成する例を示したが、少なくとも１つの支持梁と、この支持梁と電位の異なる電極との間に、支持梁と同電位の１つの導体を形成した構成であってもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０，３０，５０…振動式トランスデューサ、
１１Ａ…半導体基板、
１２…振動梁、
１４…シェル、
１８…支持梁、
１８Ａ…第一支持梁、
１８Ｂ…第二支持梁、
１８Ｃ…第三支持梁、
１８Ｄ…第四支持梁、
２１…真空室、
Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ…第一電極、
Ｅ１ａ…一方の第一電極、
Ｅ１ｂ…他方の第一電極、
Ｅ２…第二電極、
Ｅ３…第三電極、
Ｅ１ｅ…導体、
Ｅ１ｅ１…第一部位導体、
Ｅ１ｅ２…第二部位導体、
Ｅ１ｅ３…第三部位導体、
Ｅ１ｅ４…第四部位導体。
【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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