(57)【要約】【課題】  力を受ける面の変形の測定のための強固でありつつ高い感度を有するセンサ装置を提供すること。【解決手段】  力によって生じる面の変形を測定するためのセンサ装置において、前記面Ｍ上に、同一平面における第１のストリップＳ１及び第２のストリップＳ２を、トンネル接合を形成するために配置し、これら第１及び第２のストリップのうち少なくとも前記第１のストリップＳ１を前記面Ｍにおいて可動に配置し、これにより、力の作用により生じる前記面の変形時に、前記両ストリップＳ１，Ｓ２の間隔が互いに拡大するよう構成した。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
力によって生じる面の変形を測定するためのセンサ装置において、
前記面（Ｍ）上に、同一平面における第１のストリップ（Ｓ１）及び第２のストリップ（Ｓ２）を、トンネル接合を形成するために配置し、これら第１及び第２のストリップのうち少なくとも前記第１のストリップ（Ｓ１）を前記面（Ｍ）において可動に配置し、これにより、力の作用により生じる前記面の変形時に、前記両ストリップ（Ｓ１，Ｓ２）の間隔が互いに拡大するよう構成したことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記第１のストリップ（Ｓ１）を前記第２のストリップ（Ｓ２）よりも長くしたことを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記ストリップ（Ｓ１）が、前記面に固定されていない可動の自由長さ（Ｌ２）を有する部分と、前記面（Ｍ）に固定された任意の長さ（Ｌ１）を有する部分とを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記自由長さ（Ｌ２）を前記固定された長さ（Ｌ１）よりも長くしたことを特徴とする請求項３記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記面（Ｍ）を流体（Ｆ）で充填された測定チャンバ（１）の構成部材としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記測定チャンバの壁部の一部を前記面（Ｍ）を形成する柔軟な薄膜として形成したことを特徴とする請求項５記載のセンサ装置。
【請求項７】
電磁ビームを透過させるためのウインドウ（２）を前記測定チャンバの壁部に設けたことを特徴とする請求項６記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、液体を充填された測定チャンバの壁部における変形可能な薄膜を備えたセンサ装置が開示されている。熱輻射によって生じる流体の膨張が薄膜へ伝達され、この薄膜の変形の読み出しは、薄膜における流体の反対側においてコンデンサによって容量式になされる。赤外線センサには、比較的感度が低いという欠点がある。
【０００３】
非特許文献１には、請求項１の前提部分に基づくセンサ装置が開示されている。このセンサ装置は、同様に赤外線センサとして設計されている。信号の読み出しは、トンネル接合によって保障されている。この装置の構造の欠点は複雑であることにある。薄膜の大きなたわみは、トンネル接合の破壊を引き起こしかねず、そのため、熱輻射の測定ができなくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００８０１８５０４号明細書
【特許文献２】米国特許第５２９８７４８号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Kenny, TW、「Micromachined Infrared Sensors Using Tunneling Displacement Transducers」、Rev. Sci. Instrum.、１９９６年、p. 112-128
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的とするところは、力を受ける面の変形の測定のための強固でありつつ高い感度を有するセンサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、請求項１記載の発明によって達成される。好ましい実施形態は、これに関連した従属請求項に記載されている。
【０００８】
力によって生じる面の変形を測定するためのセンサ装置において、変形可能な面上で第１のストリップＳ１及び第２のストリップＳ２が平面的に、すなわち同一面でトンネル接合を形成するために配置されていることを特徴としている。これら第１及び第２のストリップのうち少なくとも前記第１のストリップが変形可能な面において固定されていない部分を備えている。この部分は、可動であるとともに、指針となっている。力の作用又は圧力の作用による面の変形は、可動の、すなわち第１のストリップにおける面に固定されていない部分へ伝達され、その結果、両ストリップＳ１，Ｓ２のトンネル接合の範囲における間隔ｄ１が幾何形状的な割合に基づいて互いに拡大する。力の作用により生じる間隔及びトンネル電流の変化は、面の変形に対する量として直接測定される（非制御動作）。これに代えて、フィードバック制御を用いることができ、この場合、電子回路により例えば電子アクチュエータである復帰要素を制御するとともに、接点間隔あるいはトンネル電流が一定に維持される。このような形態においては、フィードバック制御の復帰信号が変形に対する量として記録される（制御動作）。
【０００９】
第１のストリップにおける可動の部分の移動は、基本的に両ストリップの平面から離れるようになされる。
【００１０】
好ましくは、センサ装置が、第２のストリップＳ２よりも長い第１のストリップＳ１を備えている。これにより、好ましくは、力の作用による面の変形を通常位置から第１のストリップにおける可動の部分のたわみへの高い変換に作用する。そのため、幾何形状的な割合に基づき、面の最小の変形がトンネル接合における第２のストリップに対する第１のストリップの間隔ｄ１の非常に大きな変化を生じさせることになる。これにより、好ましくは、センサ装置が面の変形に対して高い感度をもって反応する。
【００１１】
力の作用及び面の変形の箇所は、両ストリップＳ１，Ｓ２の直下であり得、これに伴い直接トンネル接合の範囲であり得る。両ストリップが面の表面において同一平面に配置されているため、面の変形が力の作用によってこの箇所でトンネル接合における直接両ストリップの間隔ｄ１へ押し出す。そして、第１のストリップは、その可動部分において通常位置から持ち上げられ、面の接線方向へ拡開される。
【００１２】
第１のストリップの可動の固定されていない部分は、好ましくは面のたわみ線の変曲点Ｗの範囲が起点となっている。これにより、好ましくは、第１のストリップが指針として開放され、変形した平面から接線方向へ拡開する。このとき、指針の水平方向すなわち面における変形していない状態に対する拡開角度αが最大の角度を占める。
【００１３】
円形状で縁部が締め付けられつつ半径Ｒを有する薄膜の場合には、水平方向に対する最大角度αは、薄膜の中心点周りの半径
【００１４】
【数１】
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を備えた円上に位置する。接点間隔の薄膜の最大のたわみに対する割合としての最大の変換は、中央において約２．９となる。
【００１５】
センサ装置のトンネル接合の下方におけるこのような増幅の種類は、必ずしも必須ではない。力の作用による面の変形がトンネル接合の範囲外で、すなわち両ストリップＳ１，Ｓ２の直下でなされない場合には、第１のストリップＳ１の可動部分がたわむことが可能である。
【００１６】
特許文献１に記載されているように、本発明によるセンサ装置によれば、感度の高い読み出し方法により、これに比べて本質的により小さな薄膜の変形を検知することが可能で、そのため、高い感度の赤外線センサを構築することが可能である。本発明においては、非特許文献による従来技術（上記参照）に比して更に強固なセンサ装置が提供される。これは、位置平面におけるトンネル接合のためのストリップが変形可能な面の表面上に位置し、そのため面の変形が常にトンネル接合における間隔ｄ１の拡大を生じさせ、これにより接点の衝突が回避されるためである。
【００１７】
センサ装置に基づき、特に好ましくは赤外線センサ及び変形センサがひずみゲージの場合のようにセンサ群として提供される。
【００１８】
ストリップは、従来技術において公知の多層膜技術によって製造することが可能である。このストリップは、それぞれその端部において、変形可能な面の表面上に固定されている。第２のストリップＳ２は、更に好ましくは、完全に変形可能な面の表面上に固定されることができる。  
【００１９】
より長い第１のストリップＳ１は、変形可能な面に固定されていない可動の自由長さＬ２を有する部分と、面に固定された長さＬ１を有する部分とを備えている。円形状かつその縁部で締め付けられた半径Ｒを有する薄膜においては、長さＬ２が好ましくは
【００２０】
【数２】
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となり、長さＬ１が好ましくは
【００２１】
【数３】
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となる。自由長さＬ２は、絶対的に考察され、できる限り長く形成される。このことは、第２のストリップＳ２を短くすること、及び／又は第１のストリップにおけるＬ２：Ｌ１の比率を大きくすることでなされる。
【００２２】
第１のストリップにおける可動部分は、好ましくは面のたわみ線の変曲点Ｗの範囲を起点としている。これにより、好ましくは、第１のストリップが指針として開放され、変形した平面から接線方向へ拡開する。このとき、指針の水平方向すなわちへ面における変形していない状態に対する拡開角度αが最大となる。
【００２３】
これにより、好ましくは、顕著な可動性及び変形に基づき生じるトンネル接合における間隔のｄ１からｄ２への変化の特に大きな変換が生じる。このようにして高感度のセンサ装置が提供される。
【００２４】
第１のストリップ又は両ストリップは、できる限り大きな弾性係数を有する材料で構成されている。イリジウムは、例えば５２８ＧＰａの弾性係数を有している。これにより、弾性係数と第１のストリップの軸方向の断面二次モーメントの積としての高い剛性が生じる。この剛性は、センサ装置の頑強性に直接影響する。
【００２５】
イリジウム、タンタル、パラジウム、タングステンのような硬質で化学的に不活性な材料又はこのような化学的に不活性な材料の合金、例えば様々な混合比率の白金／イリジウムや、シリコン又はシリコンカーバイドのようなセラミック材料が接点範囲において金属化されることが可能であるか、又はドーピングすることで金属的な特性を備え、オーム接触抵抗を形成する場合には、両ストリップは、好ましくは、イリジウム、タンタル、パラジウム、タングステンのような硬質で化学的に不活性な材料又はこのような化学的に不活性な材料の合金、例えば様々な混合比率の白金／イリジウムや、シリコン又はシリコンカーバイドのようなセラミック材料で構成されている。
【００２６】
ストリップの幅がストリップ厚さと同一であれば、第１のストリップの軸方向の断面二次モーメントが最適に選択されている。そうすれば、両主軸方向の剛性は同一である。製造上の理由から、ストリップの幅はストリップの厚さよりも１０〜１００倍大きくなっている。これは、ストリップの自重がストリップの無視できる程度のたわみを引き起こすこのに対するものである。
【００２７】
高い信号ノイズの原因となる周囲から誘起される振動が第１のストリップＳ１自身の振動の励起とはならないよう、第１のストリップの共振振動数ｆＲは例えば数ｋＨｚから数ＭＨｚである１ｋＨｚより大きい必要がある。
【００２８】
矩形上の断面を有する第１のストリップにおける最小の共振振動数は、
【００２９】
【数４】
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である。ここで、第１のストリップＳ１の単位長さ当たりの質量がｍＬであり、ストリップ長さがｌである。あらかじめ設定された長さｌ及び所望の高い昇進振動数は、ここでは材料の選択に応じて、第１のストリップの幾何形状の選択に対する設定が生じる。幅ｂ＝５０μｍ、高さｈ＝１μｍ及び長さｌ＝０．３５５ｍｍのイリジウム製の接触アームにおいては、最も低い共振振動数ｆ＝６．２ｋＨｚが得られる。
【００３０】
第１のストリップＳ１の全長は、円形状の薄膜においては、半径Ｒが
【００３１】
【数５】
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までとなる。
【００３２】
両ストリップＳ１，Ｓ２が、上記式に基づいて採寸される長さ及び材料を有しているのが好ましい。
【００３３】
本発明の一実施形態においては、変改可能な面が流体で充填された測定チャンバの構成部材となっている。これにより、例えば入射する熱輻射の結果流体が膨張することに基づくセンサ装置を容易に提供することが可能である。
【００３４】
測定チャンバの壁部の一部分は、面Ｍの形成のための柔軟な薄膜として形成されている。流体の膨張は、薄膜の変形をもたらす。薄膜における測定チャンバとは反対側に配置されたストリップは、薄膜の変形を検出するための測定装置を形成している。少なくとも第１のストリップが可動であるため、ストリップＳ１，Ｓ２の間隔ｄ１がトンネル接合の範囲において拡大される。
【００３５】
特に好ましくは、センサ装置が、電磁ビームを透過させるウインドウを測定チャンバの壁部に備えている。これにより、高感度かつ非常に強固な赤外線センサを提供することができる。
【００３６】
また、２つより多くのストリップを同一平面において変形可能な面の表面上に配置することも考えられる。ストリップの数を２倍にすることで、トンネル接合が２倍となる。そして、各２つのストリップがトンネル接合の形成のために互いに割り当てられる。これにより、好ましくは、ストリップ対の位置及び面におけるトンネル接合の形成に応じて、面の変形に対する測定が行われ得る有効範囲が拡大される。
【００３７】
１つ又は複数のトンネル接合を備えたセンサ装置は、基本的に２つの異なる方法によって動作する：制御された動作においては、固定して調整された、フィードバック制御により保証されているか、又はフィードバック制御なしに自由に変化する接点間隔である。
【００３８】
変化する間隔を有する接点：ここでは、第１のストリップとしての接触アームのたわみにより接点間隔が生じる。接点間隔ｄ１に依存して、測定量として変化するトンネル電流が生じる。この動作様式は、従来の破断接合（英語：Break Junctions）の技術により公知である。好ましくは、他の更なる制御が不要である。さらに、製造も簡易である。
【００３９】
一定の間隔を有する接点：ここでは、フィードバック制御が使用され、常に一定のトンネル電流がストリップＳ１，Ｓ２の固定された一定の間隔において保証されている。このような動作様式は、第１の動作様式のように、走査トンネル顕微鏡の従来技術である。
【００４０】
トンネル顕微鏡においても、接点間隔が制御される。原則的には、一定のトンネル電流又はトンネルピークとプローブの間の一定の間隔による動作である。アクチュエータとして、例えば、トンネルピークの復帰を生じさせる圧電素子が使用される。この技術は、従来技術である。
【００４１】
例えば接点が形成されたシリコンウエハの一部をひずみゲージの場合のように測定すべき部材上に接着する場合には、この接点の他の応用は、機械的な部材のわずかな変形の測定であり得る。
【００４２】
第１及び第２のストリップの形状は、必ずしも矩形状である必要はなく、また、全長にわたって一定の断面を有する必要もない。ストリップは、共振振動数を高めるために、例えば三角形として形成されてもよい。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、力を受ける面の変形の測定のための強固でありつつ高い感度を有するセンサ装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】面Ｍ及びストリップＳ１，Ｓ２から成るセンサ装置の原理を示す図である。
【図２】トンネル接合Ｔ１を備えたセンサ装置についての実施例を示す図である。
【図３】測定チャンバ１及び透明なウインドウ２を備えた赤外線センサを示す図である。
【図４】製作方法、破断接点（Ｆ＝力）を示す図である。
【図５】圧電素子Ｐによるフィードバック制御を示す図である。
【図６】圧電素子積層部ＰＳによるフィードバック制御を示す図である。
【図７】静電的アクチュエータによるフィードバック制御を示す図である。
【図８】アクチュエータ及び補償チャンバによるフィードバック制御を示す図である。
【図９】３つのトンネル接合Ｔ１〜Ｔ３を備えたセンサ装置の実施例を示す図である。
【図１０】製作方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。これは、本発明の範囲を減縮するものではない。
【００４６】
各図における同様の符号は、１＝測定チャンバ；２＝透明なウインドウ；Ｗ＝面あるいは薄膜Ｍのたわみ線の変曲点を意味する。
【００４７】
図１には断面において非常に簡略化してセンサ装置の原理が示されている。両ストリップＳ１及びＳ２は、両者とも同一の平面において面としての変形可能な薄膜Ｍの表面上に位置している。これらストリップＳ１，Ｓ２の平面的かつ開放した配置により、製造が本質的に簡易化される。さらに、ストリップＳ１，Ｓ２の衝突の欠点が非特許文献１に基づく先行技術のように過負荷において防止される。これは、非特許文献１におけるものとは異なり、トンネル接合における間隔ｄ１の配置により拡大のみが可能であるためである。
【００４８】
図１によれば、薄膜Ｍ上には、例えばイリジウムなどの機械的に硬質な材料から成る電気的に接触可能なストリップ接点Ｓ１，Ｓ２が蒸着及び構築によって薄膜Ｍに設けられている。この薄膜Ｍの最大の大きさＡのたわみ時には、ストリップＳ１，Ｓ２がその通常位置から持ち上げられ、間隔ｄ１がｄ２へ拡大する。ストリップＳ１とストリップＳ２の衝突が起こらないため、図示された形態において、幾何形状がすでに従来技術よりも良好である。一方、トンネル接合の開口部ｄ２が測定すべきたわみＡよりも小さいため（減速）、このセンサ装置は、本発明によるものほど高い応答性とはなっていない。
【００４９】
しかしながら、図２に平面図で示すように、適当な幾何形状によって変換を達成することが可能である。このとき、第１のストリップ接点Ｓ１は薄膜縁部まで図中右方へ延長され、他のストリップ接点Ｓ２はこれに応じて短縮される。これら両ストリップは、トンネル接合に位置している。長い方の第１のストリップの自由長さＬ２すなわち薄膜Ｍに結合されずに可動となっている区間は、できるだけ長く形成されている。
【００５０】
自由長さＬ２を有するこの可動の部分は、薄膜Ｍのたわみ線の変曲点Ｗを起点としている。このような配置により、長いストリップＳ１は、力の作用によって生じる薄膜Ｍの変形により接線方向へ拡がる。これにより、測定すべきたわみの３倍の変換が容易に得られる。すなわち、図１に示すように、たわみＡが３倍の変換ｄ２／Ａ＝３によって測定される。
【００５１】
図３には、図２に基づくセンサ装置の赤外線センサへの統合が断面で示されている。センサ装置を有さない測定チャンバ１は、基本的に特許文献１に示されたものと同様に構成されている。この測定チャンバはこれに記載された様式で製造されるとともに、通常は、同様の材料で構成されている。製造及び材料に関しては、特許文献１の内容が本願においても受容されている。
【００５２】
測定チャンバ１内の流体Ｆは、熱輻射の入射後ウインドウ２を介して測定チャンバ１内で膨張する。この圧力変化により、薄膜Ｍが押し出され、この薄膜は、図中上方へ変形する。自由長さＬ２を有する長い第１のストリップＳ１が正確にたわみ線の変曲点Ｗを起点としているため、第１のストリップＳ１の薄膜Ｍによる接線方向の拡開が可能であり、この結果、間隔ｄ１（図３ａ）がｄ２（図３ｂ）へと拡大する。これにより、好ましくは、指針としての第１のストリップが解放されるとともに変形した面から接線方向へ拡がるという作用が生じ、指針の水平方向（Ｘ−Ｘで示されている）すなわち変形してない面の状態に対する拡開角度αが可能な限り大きくなる。
【００５３】
一方、図２に示すような原理を当然他の配置及びセンサ装置、例えばひずみゲージへ応用される。
【００５４】
トンネル接合の製作：
駆動様式に応じて、トンネル接合の異なる形態が生じる。基本的に提案される全ての実施例は、当業者にとって従来技術から公知である多層膜技術において実施されることができる。
【００５５】
トンネル接合を製作するために、残留している結合箇所をできる限り薄くすることが重要である（図４ａ参照）。トンネル接合の実際の製作は、上記結合箇所の破断による破断接合の場合のようになされる。力Ｆを結合箇所へ作用させるために、図３ｂに示すように、測定チャンバ１が圧力による負荷を受ける。この結果、薄膜が変形し、この薄膜Ｍのひずみにより、ストリップＳ１，Ｓ２を形成するための接点の結合箇所が引き開けられることになる。これに必要な圧力は、各センサに対して容易に変化するとともに、段階的な圧力の増圧によって、実験的に見出す必要がある。生じた破断についてのコントロールは、圧力負荷時の接点についての抵抗測定によって行うことか可能である。
【００５６】
図４ａには破断直前のストリップが平面図で示されており、図４ｂにはその上側においてストリップＳ１，Ｓ２においてすでに開放されたトンネル接合が間隔ｄ１と共に示されている。また、図４ｂの下側には、ストリップＳへの圧力の負荷時におけるプロセスが概略的に示されている。
【００５７】
一定の間隔をもってフィードバック制御により互いに駆動されるべきストリップＳ１，Ｓ２を有するトンネル接合の製作は、アジャスタとしてのアクチュエータが組み込まれる必要があるため、よりコストがかかるものとなっている。
【００５８】
センサ装置の動作のための１つの可能性が図５に示されている。ここでは、圧電層Ｐが長いストリップＳ１上に設けられている。ストリップＳ１が薄膜Ｍ（不図示）への圧力負荷により接線方向へ持ち上げられ、一定間隔ｄ１がｄ２へ拡大されると、圧電層Ｐは、応力を受け、延長される。圧電層Ｐ及びその制御の形成は、従来技術である。接点上側に対する固定結合により、バイモルフの場合のように、接点が、トンネル間隔の目標値が再度得られるまで下方へ曲げられる。このトンネル間隔の目標値は生じるトンネル電流によって測定され、このトンネル電流は、動作点に対して例えば１．５ｎＡとなり得る。目標値が達成されると、圧電層は、更に延長されることがない。
【００５９】
圧電層についてのフィードバック制御の他の実施例が図６に示されている。ここでは、圧電層あるいは圧電性結晶は、目標値を超えて追加的なストリップのたわみを復帰させるために、ある電圧による制御においてこの圧電層あるいは圧電性結晶の長さ変化が十分であるよう第１のストリップＳ１上に設けられる。トンネル接合の１ｎｍの間隔を相殺する必要がある場合には、約５・１０−１０ｍ／Ｖの圧電ひずみ係数及び２Ｖの電圧において十分な長さ変化が生じる。圧電層の０．１％の通常の相対長さ変化により、この圧電層の高さが約１μｍとなる。圧電層としての実施においては、例えばプラズマＣＶＤ（plasma enhanced chemical vopour deposition）、有機金属気相堆積法（Metal-Organic Chemical Vapour Deposition）又はスパッタリングのような様々な蒸着方法が使用される。このような層システムの設計及び製造は従来技術である。
【００６０】
静電式のアクチュエータによる原理図が図７に示されている。長いストリップＳ１上には絶縁層２が配置されており、この絶縁層２上には金属層３が配置されている。一方、短い接点Ｓ２上には同様の層３が配置されている。両層３は、静電式のアクチュエータのプレートを形成している。接点の目標値を超えたたわみ時には、これらプレートのうちいずれかが正に帯電し、他方が負に帯電する。そして、生じる復帰力により、目標値が再び調整される。静電式のアクチュエータの機能は、従来技術である。この機能の形成には、当業者にとって従来技術により公知な多層膜技術が必要である。
【００６１】
破断接合の電極間の間隔を一定の間隔に制御する他の可能性は、圧力補償の設定にある（図８参照）。このために、体積１を有するセンサセル上には体積２を有する補償セルが例えば接着によって設けられている。体積１へ入射する熱輻射（矢印）により、この体積の膨張が生じ、これに伴い体積１を有するチャンバ内の圧力上昇も生じる。この圧力上昇は、ここでも薄膜Ｍをたわませる力を生じさせるものとなっている。薄膜のたわみは、体積２における相補的な対抗圧力によって相殺される。体積２を有する補償セルは同様に薄膜を備えており、この薄膜は、アクチュエータによって内側範囲へ曲げられることが可能である。薄膜のたわみによって、補償チャンバの体積２が減少し、圧力が上昇する。また、フィードバック制御により、体積１と体積２の間に同様の圧力が生じること、及び破断接合のたわみを一定に維持することが保障される。
【００６２】
図５〜図８に示すように、制御された動作は例えば特許文献２の図５に関連した第７欄３７行〜第８欄９行までの記載から理解でき、この特許文献２は、関連付けにより本願に併合されている。
【００６３】
本発明によるセンサ装置の他の実施形態が図９に示されている。変化する間隔を有する制御されていない接点の欠点は、過大なたわみ時にもはやトンネル電流がなく、そのためセンサ機能を果たさなくなることにある。この欠点は、側方の複数のトンネル接合Ｔ２，Ｔ３によって軽減される（図９参照）。薄膜の中心点周りの接点の間隔を適合させることで、動作範囲が拡大されるようたわみ１，２，３が適合される。Ｗ＝変曲点。
【００６４】
平面的なトンネル接合を有する赤外線センサを製作するために、以下のプロセスステップを起点とすることができる（図１０）。
【００６５】
流体を収容するためのセルの製作（図１０ａ））：厚さ０．７ｍｍのシリコンウエハ１００を起点として、その一方側に０．５ｍｍの直径を有するセル１０１が深堀りＲＩＥ（Deep Reactive Etching）及び異方性のエッチング工程においてエッチングされる。セルの深さは、薄膜としての底部が１μｍの厚さで残るよう選択される。
【００６６】
平面的なトンネル接合の製作：ウエハにおけるいままで加工されていない他方の側には（図１０ｂ））、例えばクロムから成る厚さ２００〜３００ｎｍの犠牲層Ｏが物理蒸着によって蒸着されている。この上には、例えばイリジウムからなる厚さ１μｍの層が物理蒸着によって分離されている。つづいて、剥離によって平面的なトンネル接合が構築される。できる限りわずかな結合面（層高さ×結合幅）を有すべきストリップの先端部は、電子ビーム描画によって構築されている。５０〜１００ｎｍの結合幅が好ましい。湿式化学的なエッチングにより、シリコンとトンネル接合の間の犠牲層が離間し、イリジウムから成る自由長さＬ２を有する第１のストリップＳ１が指針長さに合わせて製作される。ただし、これまで、接点の両ストリップＳ１，Ｓ２は、結合面によって結合されている。
【００６７】
接点の先端部を力によって互いに破断させるために、薄膜がたわむようセル内のウエハに圧力負荷がかけられる（図１０ｃ）参照）。このたわみによって、接点がその結合箇所において力の作用を受け、この力により、その破断力への増大時に接点の破断が引き起こされる。必要な力は、実験的にのみ見出すことができる。
【００６８】
セルは、気体状の流体又は液体によって充填されることが可能である。空気とは異なる気体によって充填する際には、このことは、例えばグローブボックス又は対応する閉鎖された体積Ｖにおいて、調整可能な圧力によってなされる。液体で充填する場合には、セル内に気泡が残留しないように注意する必要がある。このために、圧力接続部Ｄが設けられている。
【００６９】
充填後、セルは、赤外線を透過させるウインドウ１０２の接着によって閉鎖される（図１０ｄ）参照）。
【符号の説明】
【００７０】
１            測定チャンバ
２            透明ウインドウ、絶縁層
３            金属層
１００        シリコンウエハ
１０２        赤外線透過ウインドウ
Ａ            たわみ
ｄ１          間隔
Ｄ            圧力接続部
Ｆ            流体
Ｍ            薄膜
Ｌ１          自由長さ
Ｌ２          自由長さ
Ｏ            犠牲層
Ｐ            圧電層
Ｓ１          ストリップ（接点）
Ｓ２          ストリップ（接点）
Ｔ２          トンネル接合
Ｔ３          トンネル接合
Ｗ            変曲点
【図１ａ）】
2013535664.tif 000008
【図１ｂ）】
2013535664.tif 000009
【図２】
2013535664.tif 000010
【図３ａ）】
2013535664.tif 000011
【図３ｂ）】
2013535664.tif 000012
【図４ａ）】
2013535664.tif 000013
【図４ｂ）】
2013535664.tif 000014
【図５】
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【図６】
2013535664.tif 000016
【図７ａ）】
2013535664.tif 000017
【図７ｂ）】
2013535664.tif 000018
【図８】
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【図９】
2013535664.tif 000020
【図１０ａ）】
2013535664.tif 000021
【図１０ｂ）】
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【図１０ｃ）】
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【図１０ｄ）】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年7月6日(2012.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力によって生じる薄膜の変形を測定するためのセンサ装置において、
前記薄膜Ｍ上に、同一平面における第１のストリップＳ１及び第２のストリップＳ２を、トンネル接合を形成するために配置し、これら第１及び第２のストリップのうち少なくとも前記第１のストリップＳ１を前記薄膜Ｍにおいて可動に配置し、これにより、力の作用により生じる前記薄膜の変形時に、前記両ストリップＳ１，Ｓ２の間隔が互いに拡大するよう構成し、前記ストリップＳ１が、前記薄膜に固定されていない可動の自由長さＬ２を有する部分と、前記薄膜Ｍに固定された任意の長さＬ１を有する部分とを備えており、前記自由長さＬ２を前記固定された長さＬ１よりも長くしたことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記第１のストリップＳ１を前記第２のストリップＳ２よりも長くしたことを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のセンサ装置を備えた、流体Ｆで充填された測定チャンバ。
【請求項４】
前記測定チャンバの壁部の一部を前記薄膜Ｍを形成する柔軟な薄膜として形成したことを特徴とする請求項３記載の測定チャンバ（１）。
【請求項５】
電磁ビームを透過させるためのウインドウ（２）を前記測定チャンバの壁部に設けたことを特徴とする請求項４記載の測定チャンバ（１）。
【請求項６】
請求項１若しくは２記載のセンサ装置又は請求項３〜５のいずれかに記載の測定チャンバの動作方法において、
制御されていない動作では、力の作用により生じる間隔及びトンネル電流の変化を、前記薄膜Ｍの変化に対する量として測定することを特徴とする動作方法。
【請求項７】
請求項１若しくは２記載のセンサ装置又は請求項３〜５のいずれかに記載の測定チャンバの動作方法において、
回路が復帰要素を制御し、接点間隔あるいはトンネル電流が一定に保持され、及びフィードバック制御の復帰信号が前記薄膜Ｍの変形に対する量として記録されることを特徴とする動作方法。
【国際調査報告】
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