(57)【要約】【課題】本発明は、電気的な出力の変化に基づいて変形量を測定する装置であって、微小な変形量も高感度に測定することができる装置を提供する。さらに本発明は、小さな領域における変形を検出することができるように小型化された変形量測定装置を提供する。【解決手段】絶縁基板、前記絶縁基板に配置された少なくとも一の電極対、および前記電極対の間を接続するチャネルを有する変形量測定装置であって、前記チャネルは、トンネル電流が流れるように分離された２以上の導電体を含む、変形量測定装置。【選択図】図２
2007292618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板、前記絶縁基板に配置された少なくとも一の電極対、および前記電極対の間を接続するチャネルを有する変形量測定装置であって、
前記チャネルは、トンネル電流が流れるように分離された２以上の導電体を含む、変形量測定装置。
【請求項２】
前記チャネルは、導電体のドットアレイを含む、請求項１に記載の変形量測定装置。
【請求項３】
前記チャネルは、前記導電体を被覆する絶縁物をさらに含む、請求項１または２に記載の変形量測定装置。
【請求項４】
前記チャネルは、前記導電体を分散させる絶縁物をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の変形量測定装置。
【請求項５】
前記電極対およびチャネルを、それぞれ複数有する、請求項１に記載の変形量測定装置。
【請求項６】
前記絶縁基板の一部に取り付けられた錘をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の変形量測定装置。
【請求項７】
前記絶縁基板の一部に取り付けられた板状物をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の変形量測定装置。
【請求項８】
前記絶縁基板の一部に取り付けられたプローブをさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の変形量測定装置。
【請求項９】
前記基板に配置されたチャネルに対して、静電的に結合した電極をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の変形量測定装置。
【請求項１０】
絶縁基板、前記絶縁基板に配置された少なくとも一の電極対、および前記電極対の間を接続するチャネルを有し、前記チャネルは、トンネル電流が流れるように分離された２以上の導電体を含む、変形量測定装置の製造方法であって、
前記絶縁基板に、前記導電体を蒸着またはスパッタすることにより、前記チャネルを形成するステップを含む製造方法。
【請求項１１】
絶縁基板、前記絶縁基板に配置された少なくとも一の電極対、および前記電極対の間を接続するチャネルを有し、前記チャネルは、トンネル電流が流れるように分離された２以上の導電体、および前記導電体を分散させる絶縁物を含む、変形量測定装置の製造方法であって、
前記絶縁基板に、前記導電体および絶縁物を同時蒸着または同時スパッタすることにより、前記チャネルを形成するステップを含む製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変形量を測定するための装置、具体的には基板上に配置された電極間を接続するチャネルの電気的出力に基づいて、変形量を測定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、歪みや変形量を測定するには、いわゆるものさしで測定するという原始的で直接的な手法を用いるほか、金属皮膜の抵抗の変化に基づいて測定する手法などが提案されている。金属皮膜の抵抗の変化のような、電気的な出力に基づく方法は、その信号処理が容易であるためきわめて便利な方法である。
【０００３】
金属皮膜の抵抗の変化に基づいて変形量を測定する装置の例が、図１７に示される。図１７に示される、一定の厚さを有する基板の片面に、一対の電極対を接続する金属皮膜を形成させた装置を用いて変形量が測定されうる。すなわち、基板の変形に伴い金属皮膜も伸縮するため、金属皮膜の抵抗の変化を測定することでその変形量を測定することができる。この変形量の測定法は便利な方法であるが、変形量に対して金属皮膜の抵抗は比例的に変化するので、変形量に対する抵抗値の変化が小さく、微小の変形（歪み）を検出することは一般的に困難である。
さらに、金属皮膜の抵抗の変化を正確に検出するためには、一定以上の面積を有する金属皮膜が必要であるため、図１７に示されるように、金属皮膜を折り返して配置するなどの必要があり、したがって装置の小型化にも限界があった。
【０００４】
前述の金属皮膜の抵抗の変化を用いて変形量を測定する装置を応用した圧力センサが知られており、例えば金属容器に固着された当該装置によって、金属容器の内圧を測定する技術が知られている（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平８−５４３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、電気的な出力の変化に基づいて変形量を測定する装置であって、微小な変形量も高感度に測定することができる装置を提供することである。さらに本発明の目的は、小さな領域における変形を検出することができるように小型化された変形量測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、トンネル電流またはトンネル抵抗の変化に基づいて変形量を測定することにより、微小な変形量を測定することができ、また測定装置の小型化も達成されることを見出して本発明を完成した。
【０００７】
すなわち本発明の第一は、以下に示す変形量測定装置に関する。
［１］絶縁基板、前記絶縁基板に配置された少なくとも一の電極対、および前記電極対の間を接続するチャネルを有する変形量測定装置であって、前記チャネルは、トンネル電流が流れるように分離された２以上の導電体を含む、変形量測定装置。
［２］前記チャネルは、導電体のドットアレイを含む、［１］に記載の変形量測定装置。
［３］前記チャネルは、前記導電体を被覆する絶縁物をさらに含む、［１］または［２］に記載の変形量測定装置。
［４］前記チャネルは、前記導電体を分散させる絶縁物をさらに含む、［１］〜［３］のいずれかに記載の変形量測定装置。
［５］前記電極対およびチャネルを、それぞれ複数有する、［１］に記載の変形量測定装置。
［６］前記絶縁基板の一部に取り付けられた錘をさらに含む、［１］〜［５］のいずれかに記載の変形量測定装置。
［７］前記絶縁基板の一部に取り付けられた板状物をさらに含む、［１］〜［５］のいずれかに記載の変形量測定装置。
［８］前記絶縁基板の一部に取り付けられたプローブをさらに含む、［１］〜［５］のいずれかに記載の変形量測定装置。
［９］前記絶縁基板に配置されたチャネルに対して、静電的に結合した電極をさらに含む、［１］〜［５］のいずれかに記載の変形量測定装置。
【０００８】
本発明の第二は、以下に示す変形量測定装置の製造方法に関する。
［１０］絶縁基板、前記絶縁基板に配置された少なくとも一の電極対、および前記電極対の間を接続するチャネルを有し、前記チャネルは、トンネル電流が流れるように分離された２以上の導電体を含む、変形量測定装置の製造方法であって、
前記絶縁基板に、前記導電体を蒸着またはスパッタすることにより、前記チャネルを形成するステップを含む製造方法。
［１１］絶縁基板、前記絶縁基板に配置された少なくとも一の電極対、および前記電極対の間を接続するチャネルを有し、前記チャネルは、トンネル電流が流れるように分離された２以上の導電体、および前記導電体を分散させる絶縁物を含む、変形量測定装置の製造方法であって、
前記絶縁基板に、前記導電体および絶縁物を同時蒸着または同時スパッタすることにより、前記チャネルを形成するステップを含む製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、高感度であって、かつ小型化された変形量測定装置が提供される。そのため、例えばマイクロマシンやナノマシンなどのような小型機器に取り付けることができる変形量測定装置が提供される。また、変形量の測定が可能になれば、測定対象の物体に加わる応力、測定対象の加速度や流速などが測定される。よって、人体などの生体中に取り付けて、血圧や血流などを測定するための装置も提供されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
１．本発明の変形量測定装置について
本発明の変形量測定装置は、絶縁基板と、絶縁基板上に設けられた少なくとも一の電極対と、前記電極対の間を接続するチャネルを有し、前記チャネルにはトンネル電流が流れることを特徴とする。
【００１１】
絶縁基板について
本発明の変形量測定装置に含まれる絶縁基板は、チャネルが形成された面が絶縁性である基板であればよい。すなわち絶縁基板とは、絶縁材料からなる基板、またはチャネルが形成される面が絶縁材料で被覆された基板でありうる。
【００１２】
本発明の変形量測定装置は、絶縁基板の変形により生じるチャネルの電気的応答を測定することによって、その変形量を求める装置である。したがって、絶縁基板にかかる応力の大きさ、絶縁基板への応力のかかり方などに応じて、絶縁基板の厚さや材質を選択して、変形に対する強度が適宜調整されることが好ましい。例えば、絶縁基板の材質が樹脂などの有機物であれば容易に変形するため、弱い応力を測定することができる。一方、絶縁基板の材質がシリコン単結晶や、セラミクスなどの硬い材料であれば変形しにくいため、強い応力を測定することができる。
【００１３】
また本発明の変形量測定装置に含まれる絶縁基板が、導電性材料からなる支持基板の表面（チャネルが形成される面）に絶縁体膜を形成した基板であるか；または絶縁体からなる支持基板の裏面（チャネルが形成されていない面）に導電性膜を形成した基板であれば、導電性材料からなる支持基板または導電性膜がシールド電極として作用して、基板上に形成されたチャネルの電位が固定されうる。したがって、周囲の電磁界のチャネルに対する影響を遮断することができる。
【００１４】
電極対について
本発明の変形量測定装置に含まれる絶縁基板には、少なくとも一の電極対が配置されている。電極対を構成する電極は、それぞれ絶縁基板の任意の位置に配置されていればよい。例えば、互いに絶縁基板の対向する位置に配置されていてもよく（図１を参照）、または互いに絶縁基板の同じ側に配置されていてもよい（図８を参照）。特に、対向位置に電極対を配置することは測定装置の構造上困難な場合があるので、その場合には図８に示されるように絶縁基板の同じ側に電極対を配置すればよい。電極対が互いに絶縁基板の同じ側に配置された場合は、電極対を接続するチャネルは途中で折り返される必要があるので、ドットアレイによって構成されることが好ましい。この折り返しの部分（ドットアレイからなるチャネルが長く伸びた方向（図８における横方向）に対して、実質的に垂直方向（図８における縦方向）を向いている部分）は、小さく抑えることが好ましい。当該部分が長いと、図８における横方向の変形だけでなく、縦方向の変形によってもトンネル電流が変化してしまう恐れがあるからである。
【００１５】
また本発明の形量測定装置には、少なくとも一の電極対が含まれていればよく、さらに付加的に電極が配置されていてもよい（図９を参照）。例えば、一の陰電極に対して二以上の陽電極を配置してもよく、または二以上の陰電極と陽電極を配置してもよい。付加的に電極を配置することにより、いずれの電極間のチャネルのトンネル電流またはトンネル抵抗などを測定するかを選択することで、任意の方向の変形量を求めることができる。
例えば図９に示されるように、２次元的に広げたドットアレイからなるチャネルを配置された絶縁基板の左右と上下に、それぞれ電極を配置することによって、絶縁基板の縦方向と横方向の変形量を評価することが可能となる。
【００１６】
チャネルについて
本発明の変形量測定装置に含まれるチャネルは、絶縁基板上に配置された電極対を接続しており、かつトンネル電流が流れるようにされていればよく、特にその態様は限定されない。例えばチャネルは、トンネル電流が流れるような距離をもって分離された２以上の導電体から構成されていればよい（図１５を参照）。導電体の材質は、任意の金属であり、金や鉄などでありうる。２以上の導電体同士の隔たりがトンネル障壁となってトンネル電流が流れる。このトンネル障壁の位置で変形が起こると、トンネル電流の電流値が変化するので、その変形量を測定することができる。
前記２以上の導電体同士の距離は、導電体の材質や導電体同士の間に存在する物質によって異なるが、通常はナノメートルのオーダーとすれば、トンネル電流を流すことができる。
【００１７】
図１５に示されたように、２つの導電体のそれぞれを膜状の金属としてもよいが、それぞれをナノドットにしてもよい。２つの導電体のそれぞれをナノドットにすれば、チャネルの距離（電極間の距離）を１０ｎｍ程度にまで縮小できるので、変形量測定装置自体も非常に小型化されうる。
【００１８】
またチャネルには、導電体からなる１以上のドット（ナノドットでもよい）が含まれていてもよい。例えば図１４に示されるように、電極間に１のナノドットが配置された構造とすることができる（図１４において、電極に接しているドットは電極の一部と考えてよい）。
【００１９】
また、チャネルにはドット（ナノドット）アレイが含まれていてもよい（図１を参照）。ドットアレイとは、導電体（例えば金属）からなる２以上のドットが配列されている構造物を意味する。ドットアレイを構成する各ドットの大きさ（直径）はナノメートルサイズにしてもよいが、特に制限されるわけではない。また、ドットアレイを構成するドット同士の間隔は、トンネル現象が生じうる間隔にされていればよい。当該間隔は、各ドットの大きさや材質、ドット間に存在している物質などに応じて適宜選択されうる。例えば、ドット間に絶縁性固体物質が存在する場合は、各ドット間が真空またはガス（空気など）雰囲気下にある場合と比較して、一般にトンネル障壁のエネルギー高さが低くなるので、ドット同士の間隔を長くすることができる。また、各ドット間に存在する絶縁性物質を適切に選択して、ドット同士の間隔を調整してもよい。さらに、各ドット同士の間隔は均一にされていてもよいが、電極間にトンネル電流が流れるのであれば、均一である必要は必ずしもない。
【００２０】
チャネルに含まれる２以上の導電体（例えば導電体からなるドット）は、絶縁基板に接触して配置されていてもよいが、絶縁基板上に配置された絶縁性物質からなる膜に分散されていてもよい（図７を参照）。分散された導電体を含む絶縁性物質からなる膜を、グラニュラー膜と称することがある。グラニュラー膜に含まれる導電体と絶縁性物質の量を調整することによって、適切なトンネル電流を流すことができる。絶縁性物質の例には酸化マグネシウムが含まれ、導電体の例には鉄が含まれる。
【００２１】
絶縁基板上に形成されたチャネルは、その上部を導電性材料からなる膜によって覆われていてもよい（図５を参照）。この導電性材料からなる膜はシールド電極として作用して、チャネルの電位を固定することができる。そのため、チャネルが測定環境における周囲の電磁界の影響を受けることを防ぐことができる。
【００２２】
本発明の変形量測定装置は、絶縁基板の一方の面だけに電極対およびチャネルが形成されてもよいし、二以上の面それぞれに電極対およびチャネルが形成されていてもよい。例えば図６に示されるように、絶縁基板の両方の面に電極対およびチャネルが形成されている場合は、一方の面のチャネルの一端を電圧出力電極に接続し、他端を電圧電極と接続し；かつもう一方の面のチャネルの一端を前記電圧出力電極に接続し、他端を接地電極に接続することができる。このとき各チャネルがほぼ同様に形成されていれば、変形していない状態では電圧電極に印加された電圧の１／２が電圧出力電極に出力され、変形が起こると各チャネルの抵抗（ＲＡおよびＲＢとする）が変化して、印加された電圧のＲＡ／（ＲＡ＋ＲＢ）が電圧出力電極に出力される。したがって、変形量を電圧によって測定することが容易となる。
【００２３】
本発明の変形量測定装置の絶縁基板は、応力を受けると変形することにより、絶縁基板上に配置されたチャネルに含まれる導電体（例えば導電体からなるドット）同士の距離を変化させる。つまり、チャネルが形成された基板の面が凹に変形すれば当該距離は短くなり、凸に変形すれば当該距離は長くなる（図２を参照）。導電体同士の距離が短くなればトンネル電流は増大し、長くなればトンネル電流は減少する。導電体同士の距離に対して、トンネル電流はおおむね指数関数的に変化し、またトンネル抵抗も指数関数的に変化する。したがってトンネル電流は、図２（ｂ）では絶縁基板の変形の程度が誇張して描かれているが、絶縁基板の変形の程度が小さく導電体同士の距離の変化がわずかであっても大きく変化する。
【００２４】
よって、本発明の変形量測定装置を用いて、電極対間に一定電圧を印加すれば、チャネルに流れるトンネル電流またはトンネル抵抗を測定することにより、わずかな変形量を測定することができる。もちろん、定電流源を接続して電流の電圧を測定したりすることによっても、変形量を測定することができる。
【００２５】
本発明の変形量測定装置は、測定可能な変形量の範囲、または変形をもたらす応力の範囲（ダイナミックレンジ）を適宜変更されることができ、その手段を豊富に有する。
まず、絶縁基板の厚さまたは絶縁基板の材質を変更することによって、変形のしやすさを適宜に広範囲に変更することができる。例えば、樹脂などの有機物からなる絶縁基板は変形しやすいので、弱い応力による変形量を測定することができ、一方、シリコン単結晶やセラミクスなどの硬い材料からなる絶縁基板は変形しにくいので、強い応力による変形量を測定することができる。
次に、チャネルに含まれる導電体間の距離を調整することによって、測定可能な変形量の範囲を変更することができる。例えば、導電体間の距離（例えばドット間の距離）を過剰に長くすれば、チャネルが形成された面が凹に大きく変形することによってトンネル電流が流れるので、大きな変形量を測定することができる。一方、導体間の距離を過剰に短かくすれば、チャネルが形成された面が凸に大きく変形することによってトンネル電流が流れるので、同様に大きな変形量を測定することができる。
【００２６】
本発明の変形量測定装置は、応力を与えられた絶縁基板の変形量を測定することができるが、応力は絶縁基板に対してどのようにして加えられてもよい。例えば図３に示されるように、絶縁基板の一端を支持体に固定し、他端に応力を加えてもよい。
【００２７】
本発明の変形量測定装置により変形量を測定する場合には、あらかじめ変形量とトンネル電流またはトンネル抵抗の変化の対応関係を評価しておくことが好ましい。当該対応関係は、例えば図４に示すように、変形量を高さ（位置）検出器によって測定しながら、電流の変化も測定することによって、評価されうる。
【００２８】
本発明の変形量測定装置は、変形量およびその変形をもたらす応力の大きさを測定することができることはもちろんであるが、その他の物理量をも測定することができる。
例えば図１０に示されるように、本発明の変形量測定装置の絶縁基板の一部に、好ましくは絶縁基板の端部に、当該絶縁基板の重量より大きい重量を有する錘を取り付ければ、加速度を測定することができる。すなわち、その端部に錘を取り付けられた絶縁基板に対して垂直方向に加速度が働くと、該錘は慣性の法則にしたがって静止（初期状態において静止していた場合）または等速運動（初期状態において等速運動していた場合）を続けようとするため、加速度の方向と逆方向に基板が反り返って変形が引き起こされる。このときの変形量を、チャネルを流れるトンネル電流またはチャネルのトンネル抵抗などに基づいて測定することで、加速度を求めることができる。
【００２９】
また図１１に示すように、本発明の変形量測定装置の絶縁基板の一部に、好ましくは絶縁基板の端部に、板状物（例えば、羽、Ｆｉｎ）を取り付ければ流体の流速を測定することができる。すなわち、絶縁基板に取り付けられた羽を流体中に挿入する（例えば流れに対して板の面を垂直にして挿入する）と、流体の粘性などにより絶縁基板が変形する。このときの変形量を、チャネルを流れる電流量またはチャネルのトンネル抵抗などに基づいて測定することで、流体の流速を求めることができる。
【００３０】
さらに、本発明の変形量測定装置を用いて、物質の表面形状を評価することもできる。
図１２に示されるように、絶縁基板の一部に、好ましくは絶縁基板の端部に、プローブとして細い針を取り付けることにより、この針を触診として物質表面の凸凹形状をトレースすることができる。プローブが物質表面に接近すると、物質表面からの反発力によって絶縁基板が変形するので、プローブを物質表面に接近させて水平に移動させれば、物質表面の凸凹形状に応じて絶縁基板が変形する。このときに絶縁基板上に形成されたチャネルに流れるトンネル電流やチャネルのトンネル抵抗などの変化を測定すれば、表面形状を評価することができ、例えば表面形状の２次元マップが作成される。ここでは、トンネル電流などの電気的応答を、長さに換算することになる。
【００３１】
図１２に示される装置に、ピエゾ駆動体を取り付けてもよい（図１３を参照）。ピエゾ駆動体には、チャネルを流れるトンネル電流またはチャネルのトンネル抵抗が一定となるようにプローブを上下させるための電圧が印加される。つまり、チャネルを流れるトンネル電流やチャネルのトンネル抵抗をピエゾ駆動体にフィードバックして、ピエゾ駆動体を駆動させてプローブを上下させ、トンネル電流やトンネル抵抗を一定に保つ。ピエゾ駆動体による絶縁基板の変形量を測定すれば、三次元的な表面形状を評価することができる。
この評価手法は、原子間力顕微鏡などのスキャニングプローブマイクロスコープ（ＳＰＭ）と言われる表面形状測定器で用いられる手法と類似する。しかしながら、原子間力顕微鏡などにおいては、プローブである針の支持部（図１３の例においては、針が取り付けられた基板の先端部を意味する）に照射されたレーザー光の反射光を測定し、その位置を求めてピエゾ駆動体にフィードバックするのに対して、図１３に示される装置によれば、チャネルを流れる電流などをピエゾ駆動体にフィードバックすればよいので、レーザー光を照射するための外部の光学系装置が不要となる。従って、装置全体をきわめてコンパクトにすることができる。
【００３２】
図１３に示される装置はコンパクトであるため、複数の当該装置をアレイ状に配置することができる。特に、集積回路作製に用いられるプロセス技術を用いれば、当該装置を複数配置することは容易になされうる。当該装置を複数配置すれば、複数の針を用いて広い範囲の物質表面の形状を同時に評価することができるので、評価時間を短縮することができるほか、各種の応用が可能となる。
【００３３】
例えば、図１３に示された装置を用いてパターニングすることができる。導電性の針を半導体や金属の表面に接触させて電流を流すと、当該針と物質表面の間に水分が凝集し、この水分により電界支援酸化が生じることが知られているが、さらに針の先端を細くして条件を調整すれば、１０ｎｍ級の幅の酸化層パターンを形成することができる。この酸化層パターンの形成は、通常は原子間力顕微鏡による手法を用いて行われているが、前述の通り原子間力顕微鏡による手法ではピエゾ駆動体で針を駆動させるため、稼動範囲が狭く、かつパターンの形成が遅いという問題があった。これに対して図１３に示された装置はコンパクトであるため、複数の当該装置を用いて複数の針をアレイ状に配置することができ、したがって複数の針を用いて同時にパターン形成することができる。そのため、パターン形成が可能な範囲を広げることができるとともに、パターン形成速度を向上させることができる。
【００３４】
もちろん、それぞれの針は独立に駆動されうるので、パターンが形成される物質表面と各針との位置関係（表面と針との距離）を適切に調整することができる。
また、パターンが形成される物質表面にマークとなる段差形状を形成しておけば、当該マークを検出することにより、マークを基準にパターン位置を制御することもできる。マークとなる段差形状は、従来の電子ビーム露光とエッチングによって形成されうる。
【００３５】
さらに、図１３に示される装置の針を、レジストなどの比較的やわらかい物質の表面に押し付けることによって、表面形状を変形させてパターンを形成してもよい。
【００３６】
図１３に示される装置は、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）またはＮＥＭＳ（ナノエレクトロメカニカルシステム）を用いて製造されるような、微小構造体の変形の程度を測定したり、変形のある位置を検出したりするためにも応用されうる。
【００３７】
本発明の変形量測定装置のチャネルはナノドットを含みうるが、ドットが小さいほどドットの有する静電容量が小さくなるため、電子がトンネルする際の帯電エネルギーは大きくなる。すなわち、１の電子の電荷をｅとして、ドット１個の容量をＣとすると、１の電子がトンネルする際の帯電エネルギーの増加分ΔＥは、ΔＥ＝ｅ２／２Ｃである。帯電エネルギーが、雰囲気のもつ熱エネルギーと同等または小さいと、帯電エネルギーの増大は無視されてトンネル電流が流れる。一方、帯電エネルギーが、熱エネルギーより十分に大きいと、電子のトンネルが抑制されることがある。このトンネルの抑制は、クーロン・ブロッケイドと称される。
クーロン・ブロッケイド現象が生じる条件は、球形のドットが室温下で、真空や空気（比誘電率が約１である）の存在下に置かれている場合は、ドットの直径が約３０ｎｍ以下の場合；シリコンオキサイド（比誘電率が約４である）の存在下に置かれている場合は、ドットの直径約８ｎｍ以下の場合でありうる。
【００３８】
クーロン・ブロッケイドの発生は、ドットアレイからなるチャネルに印加する電圧を高めることによって抑制することができる。
また、ドットアレイからなるチャネルに対して静電的に結合した電極をさらに配置することによっても、クーロン・ブロッケイドの発生を抑制することができる（図１６を参照）。当該電極は、チャネルとの間に有意なトンネル電流が流れないように配置されればよく、ゲート電極と称される。この構造は単電子トランジスタと呼ばれる構造であるが、ゲート電極に印加する電圧を調整することにより、クーロン・ブロッケイドを生じさせるか否かを調整することができる。また、ゲート電極の電圧を調整することにより、そのチャネルにより測定可能な変形量の範囲を調整することもできる。
【００３９】
２．本発明の変形量測定装置の製造方法について
本発明の変形量測定装置は任意の方法で製造されうる。当該製造方法には、絶縁基板に対して導電体（金属、例えば金）を真空中で蒸着するか、またはスパッタすることにより、そのチャネルを形成するステップが含まれうる。このようにして形成されるチャネルは、ドットアレイ状の膜となりうる。導電体によるドットの大きさや、ドット間の距離は、蒸着量またはスパッタ量を調整したり、チャネルが形成される絶縁基板の温度を調整したりすることによって、適宜に変更することができる。
【００４０】
また、絶縁基板にあらかじめ電極対を取り付けておけば、電極間を流れる電流や電極間の抵抗などをモニターしながら、導電体を蒸着またはスパッタすることにより、所望の特性を有するチャネルを再現性よく作製することができる。
【００４１】
絶縁基板に導電体を蒸着またはスパッタして形成されたチャネル上に、絶縁性の膜を蒸着またはスパッタしてもよい。このようにして形成されるチャネルは、ドットアレイのドットの表面およびドット間が絶縁体で埋められたチャネルとなりうる。
【００４２】
本発明の変形量測定装置の製造方法には、絶縁基板に対して、絶縁性物質と導電体を同時に蒸着するか、または同時にスパッタすることにより、そのチャネルを形成するステップが含まれうる。このようにして形成されるチャネルは、絶縁体からなる膜に導電体からなるドットが分散されたグラニュラー膜となりうる。同時蒸着される絶縁性物質と導電体の蒸着量の比率を調整することにより、チャネルに流れるトンネル電流（トンネル抵抗）を調整することができる。絶縁性物質の例には酸化マグネシウムが含まれ、導電体の例には鉄が含まれる。
また前記グラニュラー膜からなるチャネルは、絶縁基板上に形成された絶縁膜に、導電体を含むイオンを電界などで加速して、いわゆるイオン注入することによっても形成されうる。
【００４３】
さらに前記のように、絶縁基板にあらかじめ電極対を取り付けておけば、電極間を流れる電流や電極間の抵抗などをモニターしながら、絶縁性物質と導電体を同時蒸着または同時スパッタすることにより、所望の特性を有するチャネルを再現性よく作製することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の変形量測定装置は、トンネル電流またはトンネル抵抗に基づいて変形量を測定するので、わずかな変形さえも高感度に測定することができるとともに、装置自体が小型化されうる。したがって、例えばマイクロマシンやナノマシンなどのような小型機器に取り付けることができる変形量測定装置が提供され、また人体などの生体中に取り付けて、血圧や血流などを測定するための装置が提供されうる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ドットアレイからなるチャネルを有する、本発明の変形量測定装置の概略図である。（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】（ａ）は非変形時、（ｂ）は変形時の、本発明の変形量測定装置の概略図である。
【図３】応力を加えられて変形した状態の、本発明の変形量測定装置を示す図である。
【図４】本発明の変形量測定装置において、加えられた応力の大きさと、変形量の対応関係を評価する方法を説明する図である。
【図５】シールド電極が設けられている、本発明の変形量測定装置の概略図である。（ａ）は上面図（シールド電極は不図示）であり、（ｂ）は断面図である。
【図６】絶縁基板の両面にドットアレイからなるチャネルが形成されている、本発明の変形量測定装置の概略図である。（ａ）は断面図であり、（ｂ）等価回路図である。
【図７】分散された導電体のドットを含む絶縁性薄膜（グラニュラー膜）からなるチャネルを有する、本発明の変形量測定装置の概略図である。
【図８】電極対が絶縁基板の同じ側に配置されている、本発明の変形量測定装置の概略図である。（ａ）は上面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図９】多数の電極が絶縁基板に配置されている、本発明の変形量測定装置の概略図である。
【図１０】絶縁基板の端部に錘が取り付けられた、本発明の変形量測定装置の概略図である。加速度を測定するために用いられうる。
【図１１】絶縁基板の端部に羽が取り付けられた、本発明の変形量測定装置の概略図である。流体速度を測定するために用いられうる。
【図１２】絶縁基板の端部にプローブが取り付けられた、本発明の変形量測定装置の概略図である。物質の表面形状を評価するために用いられうる。
【図１３】図１２の装置にピエゾ駆動体を組み合わせた、本発明の変形量測定装置の概略図である。表面形状を評価する状態を示す。
【図１４】ドットを含むチャネルを有する、本発明の変形量測定装置の概略図である。（ａ）は上面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図１５】２の導電体（金属膜）からなるチャネルを有する、本発明の変形量測定装置の概略図である。（ａ）は上面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図１６】ドットを含むチャネルに静電的に結合した電極（ゲート電極）を有する、本発明の変形量測定装置の概略図である。
【図１７】従来の変形量測定装置の概略図である。金属薄膜の抵抗に基づいて変形量を測定する。
【符号の説明】
【００４６】
１  電極
２  導電体ドット
３  絶縁基板
４  絶縁性薄膜
５  応力
６  支持体
７  高さ（位置）検出器
８  シールド電極
９  接地電極
１０  電圧電極
１１  電圧出力電極
１２  錘
１３  羽（Ｆｉｎ）
１４  プローブ
１５  被測定体
１６  ピエゾ駆動体
１７  金属膜
１８  チャネルと静電的に結合した電極
１９  金属薄膜
【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】
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【図１６】
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【図１７】
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