(57)【要約】【課題】  周囲温度変化の影響を受けず、精度の良い圧力および温度の検出を可能とする弾性表面波デバイスを提供する。【解決手段】  半導体基板の一部を薄肉に形成し弾性表面波素子が形成された弾性表面波デバイスであって、異なる周波数を励振する弾性表面波素子２０，２１と、それぞれを励振させる発振回路３１，３６と、それぞれの発振周波数を電圧に変換し出力するＦ／Ｖ変換回路３２，３７と、基準となる温度と圧力における発振周波数に関するデータおよび温度係数と圧力係数に関するデータが記憶された記憶装置３４と、発振周波数に関するデータを比較しその差分を出力する比較回路３３，３８と、比較回路３３，３８から出力されるデータおよび記憶装置３４から出力される温度係数と圧力係数に関するデータに基づき、温度および基準となる温度における圧力のデータを演算して出力する演算回路３９を備える。【選択図】      図４
2007057287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に圧電薄膜とＩＤＴ電極を有する弾性表面波素子が備えられ、前記弾性表面波素子が形成された部分の前記半導体基板が薄肉に形成された構造の弾性表面波デバイスであって、
第１の弾性表面波素子と、
前記第１の弾性表面波素子から励振される発振周波数と異なる発振周波数が励振される第２の弾性表面波素子と、
前記第１の弾性表面波素子を励振させる第１の発振回路と、
前記第２の弾性表面波素子を励振させる第２の発振回路と、
前記第１の弾性表面波素子の発振周波数が電圧に変換され出力される第１のＦ／Ｖ変換回路と、
前記第２の弾性表面波素子の発振周波数が電圧に変換され出力される第２のＦ／Ｖ変換回路と、
基準となる温度と圧力における発振周波数に関するデータおよびそれぞれの発振周波数が有する温度係数と圧力係数に関するデータが記憶された記憶装置と、
前記第１のＦ／Ｖ変換回路から出力されるデータと前記記憶装置に記憶された基準となる温度と圧力における発振周波数に関するデータが比較されその差分が出力される第１の比較回路と、
前記第２のＦ／Ｖ変換回路から出力されるデータと前記記憶装置に記憶された温度と圧力における発振周波数に関する基準となるデータが比較されその差分が出力される第２の比較回路と、
前記第１の比較回路と前記第２の比較回路から出力されるデータおよび前記記憶装置から出力される温度係数と圧力係数に関するデータに基づき、温度および基準となる温度における圧力のデータが演算され出力される演算回路と、
を備えたことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の弾性表面波デバイスにおいて、
前記第１の弾性表面波素子と前記第２の弾性表面波素子とが同じ励振モードにおいて異なる周波数に設計され、それぞれが同じ励振モードまたは異なる励振モードの周波数が励振されることを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の弾性表面波デバイスにおいて、
前記第１の弾性表面波素子と前記第２の弾性表面波素子とが同じ励振モードにおいて同じ周波数に設計され、それぞれが異なる励振モードの周波数が励振されることを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項４】
半導体基板に圧電薄膜とＩＤＴ電極とを有する弾性表面波素子が形成され、前記弾性表面波素子が形成された部分の前記半導体基板が薄肉に形成された構造の弾性表面波デバイスであって、
一つの弾性表面波素子と、
前記弾性表面波素子を励振させる第１の発振回路と、
前記弾性表面波素子を前記第１の発振回路で励振させる励振モードとは異なる励振モードで励振させる第２の発振回路と、
前記第１の発振回路または前記第２の発振回路が間欠的に選択される第１のスイッチと、
前記第１の発振回路から出力される発振周波数が電圧に変換され出力される第１のＦ／Ｖ変換回路と、
前記第２の発振回路から出力される発振周波数が電圧に変換され出力される第２のＦ／Ｖ変換回路と、
基準となる温度と圧力における発振周波数に関するデータおよびそれぞれの発振周波数が有する温度係数および圧力係数に関するデータが記憶された第１の記憶装置と、
前記第１のＦ／Ｖ変換回路から出力されるデータと前記記憶装置に記憶された基準となる温度と圧力における発振周波数に関するデータが比較されその差分が出力される第１の比較回路と、
前記第１の比較回路の出力データが一旦記憶される第２の記憶装置と、
前記第１のスイッチに連動され前記第１の比較回路と前記第２の記憶装置の間に配置された第２のスイッチと、
前記第２のＦ／Ｖ変換回路から出力されるデータと前記記憶装置に記憶された基準となる温度と圧力における発振周波数に関するデータが比較されその差分が出力される第２の比較回路と、
前記第１のスイッチに連動され前記第２の比較回路の後段に配置された第２のスイッチと、
前記第２の記憶装置と前記第２の比較回路および前記第１の記憶装置のデータに基づき、温度および基準となる温度における圧力のデータが演算され出力される演算回路と、
を備えたことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の弾性表面波デバイスにおいて、
前記弾性表面波素子と少なくとも前記発振回路を形成する回路素子が前記半導体基板に備えられていることを特徴とする弾性表面波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力および温度を検出する弾性表面波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、弾性表面波デバイス（SAW  Device）として特許文献１に示すような、半導体基板に圧電薄膜を形成しその上にＩＤＴ（Interdigital  Transducer）電極を設け、さらにＩＤＴ電極を含む弾性表面波素子を励振するための周辺回路素子とから構成された弾性表面波デバイスが知られている。
一般に、弾性表面波は温度、応力（圧力）により変化することが知られており、この性質を利用して圧力を検出する弾性表面波デバイスに弾性表面波圧力センサがある。例えば、非特許文献１に示すような、シリコン基板上にＺｎＯ薄膜を形成し、その上にＩＤＴ電極を備えた圧力センサが提案されている。この種の弾性表面波圧力センサでは、基板を薄肉化したダイアフラム上に弾性表面波素子を設け、ダイアフラムに圧力を受けると、その表面応力が変化し、音速が変化すると同時に弾性表面波素子の電極間隔も変化し、その結果、発振周波数（または共振周波数）が変化する。したがって、この発振周波数の変化により圧力を検出することができるものである。
【０００３】
【特許文献１】実開平３−２４７１９号公報
【非特許文献１】IEEE  TRANSACTIONS  ON  ULTRASONICS，FERROELECTRICS，AND  FREQUENCY  CONTROL，VOL．51，NO．11，NOVEMBER  2004．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような弾性表面波を利用する弾性表面波圧力センサは、周囲温度の影響を大きく受け、そのものだけでは精度の良い圧力を検出することができなかった。そこで温度による影響を補正するために、ダイアフラム以外の部分にサーミスタあるいは別にＩＤＴ電極などを設けて温度を検出し温度補正が行われるが、圧力検出部から離れているため温度の追従性に劣り、精度良く温度補正できないという問題があった。
また、圧力のみを検出するものはあるが、圧力と温度の両者を検出する弾性表面波デバイスは今までになかった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、周囲温度変化の影響を受けず、精度の良い圧力および温度の検出を可能とする弾性表面波デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の弾性表面波デバイスは、半導体基板に圧電薄膜とＩＤＴ電極を有する弾性表面波素子が備えられ、前記弾性表面波素子が形成された部分の前記半導体基板が薄肉に形成された構造の弾性表面波デバイスであって、第１の弾性表面波素子と、前記第１の弾性表面波素子から励振される発振周波数と異なる発振周波数が励振される第２の弾性表面波素子と、前記第１の弾性表面波素子を励振させる第１の発振回路と、前記第２の弾性表面波素子を励振させる第２の発振回路と、前記第１の弾性表面波素子の発振周波数が電圧に変換され出力される第１のＦ／Ｖ変換回路と、前記第２の弾性表面波素子の発振周波数が電圧に変換され出力される第２のＦ／Ｖ変換回路と、基準となる温度と圧力における発振周波数に関するデータおよびそれぞれの発振周波数が有する温度係数と圧力係数に関するデータが記憶された記憶装置と、前記第１のＦ／Ｖ変換回路から出力されるデータと前記記憶装置に記憶された基準となる温度と圧力における発振周波数に関するデータが比較されその差分が出力される第１の比較回路と、前記第２のＦ／Ｖ変換回路から出力されるデータと前記記憶装置に記憶された温度と圧力における発振周波数に関する基準となるデータが比較されその差分が出力される第２の比較回路と、前記第１の比較回路と前記第２の比較回路から出力されるデータおよび前記記憶装置から出力される温度係数と圧力係数に関するデータに基づき、温度および基準となる温度における圧力のデータが演算され出力される演算回路とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、２つの弾性表面波素子から、半導体基板の薄肉部に圧力がかかったときなど、半導体基板の状態に対応した発振周波数を得ることができる。これらの得られた２つの発振周波数は温度と圧力の要素を含んだ周波数であり、予め記憶装置に記憶された基準の温度および圧力に関するデータとそれぞれの温度係数と圧力係数のデータを用いて、温度および基準となる温度における圧力のデータを演算回路から出力することができる。このように、半導体基板の状態に対応した２つの周波数から直接、温度と圧力のデータを分離することができ、周囲温度変化の影響を受けず、精度の良い圧力および温度の検出を可能とする弾性表面波デバイスを提供することができる。
【０００８】
本発明の弾性表面波デバイスは、前記第１の弾性表面波素子と前記第２の弾性表面波素子とが同じ励振モードにおいて異なる周波数に設計され、それぞれが同じ励振モードまたは異なる励振モードの周波数が励振されることが望ましい。
【０００９】
この弾性表面波デバイスによれば、２つの弾性表面波素子は同じ励振モードにおいて異なる周波数に設計されており、それぞれを同じ励振モードまたは異なる励振モードで励振させることで、異なる発振周波数を得ることができる。そして、この異なる２つの発振周波数を用いて温度と圧力のデータを分離し、温度および基準となる温度における圧力のデータを得ることができる。
【００１０】
本発明の弾性表面波デバイスは、前記第１の弾性表面波素子と前記第２の弾性表面波素子とが同じ励振モードにおいて同じ周波数に設計され、それぞれが異なる励振モードの周波数が励振されることであっても良い。
【００１１】
この弾性表面波デバイスによれば、２つの弾性表面波素子は同じ励振モードにおいて同じ周波数に設計されており、それぞれを異なる励振モードで励振させることで、異なる２つの発振周波数を得ることができる。そして、この異なる発振周波数を用いて、温度と圧力のデータを分離し、温度および基準となる温度における圧力のデータを得ることができる。
【００１２】
本発明の弾性表面波デバイスは、半導体基板に圧電薄膜とＩＤＴ電極とを有する弾性表面波素子が形成され、前記弾性表面波素子が形成された部分の前記半導体基板が薄肉に形成された構造の弾性表面波デバイスであって、一つの弾性表面波素子と、前記弾性表面波素子を励振させる第１の発振回路と、前記弾性表面波素子を前記第１の発振回路で励振させる励振モードとは異なる励振モードで励振させる第２の発振回路と、前記第１の発振回路または前記第２の発振回路が間欠的に選択される第１のスイッチと、前記第１の発振回路から出力される発振周波数が電圧に変換され出力される第１のＦ／Ｖ変換回路と、前記第２の発振回路から出力される発振周波数が電圧に変換され出力される第２のＦ／Ｖ変換回路と、基準となる温度と圧力における発振周波数に関するデータおよびそれぞれの発振周波数が有する温度係数および圧力係数に関するデータが記憶された第１の記憶装置と、前記第１のＦ／Ｖ変換回路から出力されるデータと前記記憶装置に記憶された基準となる温度と圧力における発振周波数に関するデータが比較されその差分が出力される第１の比較回路と、前記第１の比較回路の出力データが一旦記憶される第２の記憶装置と、前記第１のスイッチに連動され前記第１の比較回路と前記第２の記憶装置の間に配置された第２のスイッチと、前記第２のＦ／Ｖ変換回路から出力されるデータと前記記憶装置に記憶された基準となる温度と圧力における発振周波数に関するデータが比較されその差分が出力される第２の比較回路と、前記第１のスイッチに連動され前記第２の比較回路の後段に配置された第２のスイッチと、前記第２の記憶装置と前記第２の比較回路および前記第１の記憶装置のデータに基づき、温度および基準となる温度における圧力のデータが演算され出力される演算回路とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、１つの弾性表面波素子を用いて、第１の発振回路と第２の発振回路を間欠的に切り替えることにより、半導体基板の薄肉部に圧力がかかったときなど、半導体基板の状態に対応した２つの発振周波数を得ることができる。これらの得られた発振周波数は温度と圧力の要素を含んだ周波数であり、予め記憶装置に記憶された基準の温度および圧力に関するデータとそれぞれの温度係数と圧力係数のデータを用いて、温度および基準となる温度における圧力のデータを演算回路から出力することができる。このように、半導体基板の状態に対応した発振周波数から直接、温度と圧力のデータを分離することができ、周囲温度変化の影響を受けず、精度の良い圧力および温度の検出を可能とする弾性表面波デバイスを得ることができる。また、このように１つの弾性表面波素子で圧力と温度の検出ができ、弾性表面波デバイスを小型化することができる。
【００１４】
本発明の弾性表面波デバイスは、前記弾性表面波素子と少なくとも前記発振回路を形成する回路素子が前記半導体基板に備えられていることが望ましい。
【００１５】
この構成によれば、弾性表面波素子と発振回路などを構成する回路素子が半導体基板に形成されていることから、他の部分に回路素子を設ける必要がなく、弾性表面波デバイスの小型化に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
（第１の実施形態）
【００１７】
図１は本実施形態の弾性表面波デバイスの構造を示し、図１（ａ）は模式平面図、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ―Ａ断線に沿う模式断面図である。
弾性表面波デバイス１は、シリコンなどの半導体基板１０を有し、その上に回路素子およびＡｌ配線が形成された回路層１１、さらにその上にＳｉＯ2などの絶縁層１２を備えている。そして、絶縁層１２の上にＺｎＯ膜などの圧電薄膜１３が形成されている。
【００１８】
また、半導体基板１０はその一部が薄肉になるようにエッチングされて薄肉部１４，１５が形成されている。このように半導体基板１０はダイアフラムを備えた構造となっている。
この半導体基板１０の薄肉部１４，１５に対応する圧電薄膜１３の上には、Ａｌを主材料とするＩＤＴ電極２２，２３，２４，２５がそれぞれ形成されている。これらのＩＤＴ電極２２，２３，２４，２５は櫛歯状の電極が交互に挟み合うように形成されている。ＩＤＴ電極２２は励振用電極であり、所定の間隔をあけて設けられたＩＤＴ電極２３は受信用電極として働き、ＩＤＴ電極２２，２３および圧電薄膜１３と共に第１の弾性表面波素子２０として構成されている。
同様にＩＤＴ電極２４は励振用電極であり、所定の間隔をあけて設けられたＩＤＴ電極２５は受信用電極として働き、ＩＤＴ電極２４，２５および圧電薄膜１３と共に第２の弾性表面波素子２１として構成されている。
また、第１の弾性表面波素子２０と第２の弾性表面波素子２１とは、ＩＤＴ電極間隔を異ならせて設計されており、同じ励振モードにおいて異なる発振周波数となるように構成されている。
なお、前述の半導体基板１０の上に形成された回路層１１には、第１の弾性表面波素子２０と第２の弾性表面波素子２１を励振させるための発振回路、温度および圧力を検出するための処理回路などが含まれている。
【００１９】
このような構成の弾性表面波デバイス１において、半導体基板１０の薄肉部１４，１５に圧力Ｐを受けると薄肉部１４，１５が歪み、その表面応力が変化して音速が変化すると同時に弾性表面波素子２０，２１のＩＤＴ電極間隔も変化し、その結果、発振周波数（または共振周波数）が変化する。したがって、この発振周波数を計測することで、発振周波数の変化を圧力の変化として検出することを可能としている。
このときの発振周波数は、周囲温度の要素を含み、周囲温度の要素を分離して基準となる温度における圧力を得る必要がある。
（温度および圧力の検出原理）
【００２０】
ここで、説明の理解のために、本発明に係る弾性表面波デバイスの温度および圧力の検出原理について説明する。
弾性表面波の発振周波数（または共振周波数）は温度、応力（圧力）により変化することが知られている。図２は、レイリー波の励振モードにおけるこれらの関係を示し、図２（ａ）は弾性表面波素子の発振周波数と温度の関係の一例を説明する説明図であり、図２（ｂ）は発振周波数と圧力の関係の一例を説明する説明図である。
図２（ａ）において、弾性表面波素子の発振周波数と温度の関係は、ほぼ直線に近似され、固有の傾き（温度係数）を持っている。
図２（ｂ）において、弾性表面波素子の発振周波数と圧力の関係は、ほぼ直線に近似され、固有の傾き（圧力係数）を持っている。
これらの固有の傾き（温度係数および圧力係数）は圧電薄膜の材質と厚さ、さらには圧電薄膜の下に形成される絶縁膜などの材質により決まり、それぞれ固有の値をもつものである。
【００２１】
第１の弾性表面波素子における、基準となる温度および圧力（例えば２５℃、１ａｔｍ）における発振周波数（または共振周波数）と計測された発振周波数（または共振周波数）の差をΔｆ1とし、第２の弾性表面波素子における、基準となる温度および圧力（例えば２５℃、１ａｔｍ）における発振周波数（または共振周波数）と計測された発振周波数（または発振周波数）の差をΔｆ2とすると、下記式（１）、（２）のように表せる。
Δｆ1＝α×ΔＴ＋β×ΔＰ      ・・・（１）
Δｆ2＝γ×ΔＴ＋δ×ΔＰ      ・・・（２）
α：第１の弾性表面波素子における発振周波数が有する温度係数
β：第１の弾性表面波素子における発振周波数が有する圧力係数
γ：第２の弾性表面波素子における発振周波数が有する温度係数
δ：第２の弾性表面波素子における発振周波数が有する圧力係数
ΔＴ：基準温度と計測された温度との差
ΔＰ：基準圧力と計測された圧力との差
そして、上記式（１）、（２）より次式（３）が得られる。
【００２２】
【数１】
2007057287.tif 000003
【００２３】
この式（３）が意味するところは、２つの異なる周波数が存在し、それぞれの基準となる周波数と温度係数、圧力係数が分かれば、ΔＴおよびΔＰが求まるということである。
また、弾性表面波素子は励振モードにより異なる周波数が励振し、例えば図３の挿入周波数特性（概念図）に示すように、３００ＭＨｚ付近でレイリー波２７、４００ＭＨｚ付近でセザワ波２８、５００ＭＨｚ付近でセザワ波（２ｎｄ）２９が発振する。図示はしていないが、さらに高次の励振モードで励振する弾性表面波も存在する。
弾性表面波素子の発振周波数として、これらの励振モードの弾性表面波においてもそれぞれ固有の温度係数と圧力係数を有し、これらの励振モードにおける弾性表面波を温度および圧力の検出に利用することも可能である。
（温度および圧力検出の回路構成）
【００２４】
つぎに、図４において温度および圧力検出の回路構成について説明する。
第１の弾性表面波素子２０は第１の発振回路３１に接続され、帰還回路を構成している。第１の発振回路３１は、周波数を電圧に変換する第１のＦ／Ｖ変換回路３２に接続され、第１のＦ／Ｖ変換回路３２は第１の比較回路３３に接続されている。第１の比較回路３３は記憶装置３４および演算回路３９に接続されている。
同様に、第２の弾性表面波素子２１は第２の発振回路３６に接続され、帰還回路を構成している。第２の発振回路３６は、周波数を電圧に変換する第２のＦ／Ｖ変換回路３７に接続され、第２のＦ／Ｖ変換回路３７は第１の比較回路３８に接続されている。第２の比較回路３８は記憶装置３４および演算回路３９に接続されている。また、記憶装置３４は演算回路３９にも接続されている。
なお、記憶装置３４には、第１の弾性表面波素子２０および第２の弾性表面波素子２１の、基準の温度および圧力における発振周波数を電圧値に変換したデータとそれぞれの発振周波数の温度係数と圧力係数のデータが予め記憶されている。
【００２５】
以上の回路構成の弾性表面波デバイス１において、第１の弾性表面波素子２０は第１の発振回路３１により励振され発振周波数を第１の発振回路３１から第１のＦ／Ｖ変換回路３２へ出力する。第１のＦ／Ｖ変換回路３２では、入力された周波数を電圧に変換して第１の比較回路３３に出力する。第１の比較回路３３では、基準となるデータ（基準の温度および圧力における発振周波数を電圧値に変換したデータ）を記憶装置３４から読み出し、このデータと入力された電圧データを比較して、その差分データを演算回路３９に出力する。
【００２６】
他方で、第２の弾性表面波素子２１は第２の発振回路３６により励振され発振周波数を第２の発振回路３６から第２のＦ／Ｖ変換回路３７へ出力する。なお、第１の弾性表面波素子２０および第２の弾性表面波素子２１は、それぞれレイリー波を励振できるように第２の発振回路３１，３６が構成され、それぞれ異なる周波数を励振する。第２のＦ／Ｖ変換回路３７では、入力された周波数を電圧に変換して第２の比較回路３８に出力する。第２の比較回路３８では、基準となるデータ（基準の温度および圧力における発振周波数を電圧値に変換したデータ）を記憶装置３４から読み出し、このデータと入力された電圧データを比較して、その差分データを演算回路３９に出力する。
【００２７】
演算回路３９では第１，第２の比較回路３３，３８から入力されたデータと、記憶装置３４から読み出したそれぞれの励振モードにおける温度係数と圧力係数に基づき、前述の式（３）のΔＴ、ΔＰに相当するデータを算出し、これらを基準温度および圧力のデータに加算して、温度データ（電圧）ＶT、圧力データ（電圧）ＶPが演算回路３９から出力される。この圧力データＶPは温度の要素を含まず、基準温度における圧力の値となっている。
【００２８】
なお、上記実施形態では、第１の弾性表面波素子２０と第２の弾性表面波素子２１とを同じ励振モードで異なる周波数になるように設計し、利用する弾性表面波素子の励振モードとして共にレイリー波を用いたが、表１に示すような高次の励振モードと組み合わせて選択することもできる。例えば、第１の弾性表面波素子２０の励振モードとしてレイリー波を用い、第２の弾性表面波素子２１の励振モードとしてセザワ波を利用することができる。
また、表１に記載していないさらに高次の励振モードを選択して組み合わせて実施することも可能である。
【００２９】
【表１】
2007057287.tif 000004
【００３０】
以上のように、本実施形態の弾性表面波デバイス１は、第１の弾性表面波素子２０と第２の弾性表面波素子２１から、半導体基板１０の薄肉部１４，１５に圧力Ｐがかかったときなど、半導体基板１０の状態に対応した周波数を得ることができる。これらの得られた発振周波数は温度と圧力の要素を含んだ周波数であり、予め記憶装置３４に記憶された基準の温度および圧力に関するデータとそれぞれの温度係数と圧力係数のデータを用いて、温度と圧力のデータを分離することができ、温度および基準となる温度における圧力のデータを演算回路３９から出力することができる。このように、半導体基板１０の状態に対応した周波数から直接、温度と圧力のデータを分離することができ、周囲温度変化の影響を受けず、精度の良い圧力および温度の検出を可能とする弾性表面波デバイス１を提供することができる。
また、第１の弾性表面波素子２０と第２の弾性表面波素子２１および図４に示した回路を構成する回路素子が半導体基板１０に形成されていることから弾性表面波デバイス１の小型化に寄与することができる。
（変形例）
【００３１】
図５は上記第１の実施形態における変形例の構造を示し、図５（ａ）は模式平面図、図５（ｂ）は同図（ａ）のＢ―Ｂ断線に沿う模式断面図である。第１の実施形態と同じ構成については図１と同じ符号を付し説明を省略する。
この変形例は、第１の弾性表面波素子４０と第２の弾性表面波素子４１とが、ＩＤＴ電極間隔など同一の設計条件でなされ、同じ励振モードで同じ周波数が励振するように構成されている。
【００３２】
半導体基板１０の薄肉部１４，１５に対応する圧電薄膜１３の上には、Ａｌを主材料とするＩＤＴ電極４２，４３，４４，４５がそれぞれ形成されている。これらのＩＤＴ電極４２，４３，４４，４５は櫛歯状の電極が交互に挟み合うように形成されている。ＩＤＴ電極４２は励振用電極であり、所定の間隔をあけて設けられたＩＤＴ電極４３は受信用電極として働き、ＩＤＴ電極４２，４３および圧電薄膜１３と共に第１の弾性表面波素子４０として構成されている。
同様にＩＤＴ電極４４は励振用電極であり、所定の間隔をあけて設けられたＩＤＴ電極４５は受信用電極として働き、ＩＤＴ電極４４，４５および圧電薄膜１３と共に第２の弾性表面波素子４１として構成されている。
【００３３】
温度および圧力検出の回路構成については、図４に示した回路構成と同様であり、図４において、第１の弾性表面波素子２０と第２の弾性表面波素子２１を第１の弾性表面波素子４０と第２の弾性表面波素子４１に置き換えた構成となっている。
ここで、第１の弾性表面波素子４０と第２の弾性表面波素子４１は、それぞれ異なる励振モードで励振するように発振回路が構成され、例えば、第１の弾性表面波素子４０がレイリー波、第２の弾性表面波素子４１がセザワ波の励振モードで励振される。
また、利用する励振モードは、表２に示すような励振モードと組み合わせて選択することもできる。さらに、表２に記載していないさらに高次の励振モードを選択して組み合わせて実施することも可能である。
【００３４】
【表２】
2007057287.tif 000005
【００３５】
以上のような弾性表面波デバイス２における、温度と圧力の検出方法については図４で説明したのと同様であり、説明を省略する。
このように、本変形例の弾性表面波デバイス２は、第１の弾性表面波素子４０と第２の弾性表面波素子４１から、半導体基板１０の薄肉部１４，１５に圧力Ｐがかかったときなど、半導体基板１０の状態に対応した周波数を得ることができる。これらの得られた発振周波数は温度と圧力の要素を含んだ周波数であり、予め記憶装置３４に記憶された基準の温度および圧力に関するデータとそれぞれの温度係数と圧力係数のデータを用いて、温度と圧力のデータを分離することができ、温度および基準となる温度における圧力のデータを演算回路３９から出力することができる。このように、半導体基板１０の状態に対応した周波数から直接、温度と圧力のデータを分離することができ、周囲温度変化の影響を受けず、精度の良い圧力および温度の検出を可能とする弾性表面波デバイス２を提供することができる。
また、第１の弾性表面波素子４０と第２の弾性表面波素子４１および図４に示した回路を構成する回路素子が半導体基板１０に形成されていることから弾性表面波デバイス２の小型化に寄与することができる。
（第２の実施形態）
【００３６】
つぎに、第２の実施形態における弾性表面波デバイスについて説明する。
図６は本実施形態の弾性表面波デバイスの構造を示し、図６（ａ）は模式平面図、図６（ｂ）は同図（ａ）のＣ―Ｃ断線に沿う模式断面図である。
弾性表面波デバイス３は、シリコンなどの半導体基板５０を有し、その上に回路素子およびＡｌ配線が形成された回路層５１、さらにその上にＳｉＯ2などの絶縁層５２を備えている。そして、絶縁層５２の上にＺｎＯ膜などの圧電薄膜５３が形成されている。
【００３７】
また、半導体基板５０はその一部が薄肉になるようにエッチングされて薄肉部５４が形成されている。このように半導体基板５０はダイアフラムを備えた構造となっている。
この半導体基板５０の薄肉部５４に対応する圧電薄膜５３の上には、Ａｌを主材料とするＩＤＴ電極５６，５７がそれぞれ形成されている。これらのＩＤＴ電極５６，５７は櫛歯状の電極が交互に挟み合うように形成されている。ＩＤＴ電極５６は励振用電極でありＩＤＴ電極５７は受信用電極として働き、ＩＤＴ電極５６，５７および圧電薄膜５３と共に弾性表面波素子５５として構成されている。
なお、前述の半導体基板５０の上に形成された回路層５１には、弾性表面波素子５５を励振させるための発振回路、温度および圧力を検出するための処理回路などが含まれている。
【００３８】
このような構成の弾性表面波デバイス３において、半導体基板５０の薄肉部５４に圧力Ｐを受けると薄肉部５４が歪み、その表面応力が変化して音速が変化すると同時に弾性表面波素子５５のＩＤＴ電極間隔も変化し、その結果、発振周波数（または共振周波数）が変化する。したがって、この発振周波数を計測することで、発振周波数の変化を圧力の変化として検出することを可能としている。
【００３９】
つぎに、図７において温度および圧力検出の回路構成について説明する。
弾性表面波素子５５はスイッチ７０に接続され、このスイッチ７０を介して第１の発振回路６１または第２の発振回路６６を選択可能としている。スイッチ７０は端子７１と接続することで弾性表面波素子５５と第１の発振回路６１が接続され一方の帰還回路を構成している。また、スイッチ７０は端子７２と接続することで弾性表面波素子５５と第２の発振回路６６が接続され他方の帰還回路を構成している。これらの第１の発振回路６１と第２の発振回路６６は、それぞれ異なる励振モードで弾性表面波素子５５を発振できるように構成されている。そして、スイッチ７０は間欠的に端子７１と端子７２の接続を交互に繰り返すように構成されている。
【００４０】
第１の発振回路６１は、周波数を電圧に変換する第１のＦ／Ｖ変換回路６２に接続され、第１のＦ／Ｖ変換回路６２は第１の比較回路６３に接続されている。第１の比較回路６３は第１の記憶装置６４に接続され、さらにスイッチ７３を介して第２の記憶装置６５に接続されている。スイッチ７３はスイッチ７０の動作に連動し、スイッチ７０が端子７１に接続するとスイッチ７３は端子７４と接続し、スイッチ７０が端子７１との接続を解除するとスイッチ７３も端子７４との接続を解除するように構成されている。
そして、第２の記憶装置６５は演算回路６９に接続されている。
【００４１】
同様に、第２の発振回路６６は、周波数を電圧に変換する第２のＦ／Ｖ変換回路６７に接続され、第２のＦ／Ｖ変換回路６７は第２の比較回路６８に接続されている。第２の比較回路６８は第１の記憶装置６４およびスイッチ７５を介して演算回路３９に接続されている。スイッチ７５はスイッチ７０の動作に連動し、スイッチ７０が端子７２に接続するとスイッチ７５は端子７６と接続し、スイッチ７０が端子７２との接続を解除するとスイッチ７５も端子７６との接続を解除するように構成されている。また、第１の記憶装置６４は演算回路６９にも接続されている。
なお、第１の記憶装置６４には、弾性表面波素子５５から励振される二つの励振モードの、基準の温度および圧力における発振周波数を電圧値に変換したデータとそれぞれの発振周波数の温度係数と圧力係数のデータが予め記憶されている。
【００４２】
以上の回路構成の弾性表面波デバイス３において、まず、スイッチ７０が端子７１と接続し、弾性表面波素子５５は第１の発振回路６１により励振され発振周波数を第１の発振回路６１から第１のＦ／Ｖ変換回路６２へ出力する。ここでは、弾性表面波素子５５は第１の発振回路６１によりレイリー波が励振される。第１のＦ／Ｖ変換回路６２では、入力された周波数を電圧に変換して第１の比較回路６３に出力する。第１の比較回路６３では、基準となるデータ（基準の温度および圧力における発振周波数を電圧値に変換したデータ）を第１の記憶装置６４から読み出し、このデータと入力された電圧データを比較して、スイッチ７０に連動するスイッチ７３を介して、その差分データを第２の記憶装置６５に出力する。そして、第２の記憶装置６５に一旦、差分データが記憶される。
【００４３】
つぎに、スイッチ７０が端子７２と接続し、弾性表面波素子５５は第２の発振回路６６により励振され発振周波数を第２の発振回路６６から第２のＦ／Ｖ変換回路６７へ出力する。ここでは、弾性表面波素子５５は第２の発振回路６６によりセザワ波が励振される。第２のＦ／Ｖ変換回路６７では、入力された周波数を電圧に変換して第２の比較回路６８に出力する。第２の比較回路６８では、基準となるデータ（基準の温度および圧力における発振周波数を電圧値に変換したデータ）を第１の記憶装置６４から読み出し、このデータと入力された電圧データを比較して、その差分データをスイッチ７０に連動するスイッチ７５を介して演算回路６９に出力する。
【００４４】
演算回路６９では第２の記憶装置６５から読み出したデータと第２の比較回路６８から入力されたデータ、および第１の記憶装置６４から読み出したそれぞれの励振モードにおける温度係数と圧力係数に基づき、前述の式（３）のΔＴ、ΔＰに相当するデータを算出し、これらを基準温度および圧力のデータに加算して、温度データ（電圧）ＶT、圧力データ（電圧）ＶPが演算回路６９から出力される。
この圧力データＶPは温度の要素を含まず、基準温度における圧力の値となっている。
【００４５】
なお、上記実施形態では、弾性表面波素子５５を励振モードが異なるようにレイリー波とセザワ波を励振させたが、表３に示すような他の励振モードと組み合わせて選択することもできる。例えば、弾性表面波素子５５の励振モードとしてレイリー波とセザワ波２ｎｄを利用することができる。
また、表３に記載していないさらに高次の励振モードを選択して組み合わせて実施することも可能である。
【００４６】
【表３】
2007057287.tif 000006
【００４７】
以上のように、本実施形態の弾性表面波デバイス３は、１つの弾性表面波素子５５から、第１の発振回路６１と第２の発振回路６６を間欠的に切り替えることにより、半導体基板５０の薄肉部５４に圧力Ｐがかかったときなど、半導体基板５０の状態に対応する２つの周波数を得ることができる。これらの得られた発振周波数は温度と圧力の要素を含んだ周波数であり、予め記憶装置に記憶された基準の温度および圧力に関するデータとそれぞれの温度係数と圧力係数のデータを用いて、温度と圧力のデータを分離することができ、温度および基準となる温度における圧力のデータを演算回路６９から出力することができる。このように、半導体基板５０の状態に対応した周波数から直接、温度と圧力のデータを分離することができ、周囲温度変化の影響を受けず、精度の良い圧力および温度の検出を可能とする弾性表面波デバイス３を得ることができる。また、このように１つの弾性表面波素子５５で圧力と温度の検出ができ、弾性表面波デバイス３を小型化することができる。
そして、弾性表面波素子５５と発振回路などを構成する回路素子が半導体基板５０に形成されていることから弾性表面波デバイス３のさらなる小型化に寄与することができる。
【００４８】
なお、本実施形態において半導体基板としてシリコンを用いたが、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓなどの半導体基板であっても良い。
また、本発明の弾性表面波デバイスは圧力と温度を検出することができることから、タイヤパンクセンサ（ＴＰＭＳ）などの圧力と周囲温度の情報を必要とするセンサとしての利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１の実施形態における弾性表面波デバイスの構造を示し、（ａ）は模式平面図、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ―Ａ断線に沿う模式断面図。
【図２】弾性表面波素子の発振周波数と温度および圧力の関係を説明する説明図であり、（ａ）は発振周波数と温度の関係の一例を説明する説明図、図２（ｂ）は発振周波数と圧力の関係の一例を説明する説明図。
【図３】弾性表面波素子の挿入周波数特性の一例を示す概念図。
【図４】第１の実施形態における弾性表面波デバイスの温度および圧力検出の回路構成を示す回路図。
【図５】第１の実施形態における変形例の弾性表面波デバイスの構造を示し、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ―Ｂ断線に沿う模式断面図。
【図６】第２の実施形態における弾性表面波デバイスの構造を示し、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＣ―Ｃ断線に沿う模式断面図。
【図７】第２の実施形態における弾性表面波デバイスの温度および圧力検出の回路構成を示す回路図。
【符号の説明】
【００５０】
１，２，３…弾性表面波デバイス、１０…半導体基板、１１…回路層、１２…絶縁層、１３…圧電薄膜、１４，１５…薄肉部、２０…第１の弾性表面波素子、２１…第２の弾性表面波素子、２２，２３，２４，２５…ＩＤＴ電極、３１…第１の発振回路、３２…第１のＦ／Ｖ変換回路、３３…第１の比較回路、３４…記憶装置、３６…第２の発振回路、３７…第２のＦ／Ｖ変換回路、３８…第２の比較回路、３９…演算回路、４０…第１の弾性表面波素子，４１…第２の弾性表面波素子、４２，４３，４４，４５…ＩＤＴ電極、５０…半導体基板、５１…回路層、５２…絶縁層、５３…圧電薄膜、５４…薄肉部、５５…弾性表面波素子、５６，５７…ＩＤＴ電極、６１…第１の発振回路、６２…第１のＦ／Ｖ変換回路、６３…第１の比較回路、６４…第１の記憶装置、６６…第２の発振回路、６５…第２の記憶装置、６７…第２のＦ／Ｖ変換回路、６８…第２の比較回路、６９…演算回路、７０，７３，７５…スイッチ、Ｐ…圧力。
【図１】
2007057287.tif 000007
【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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