(57)【要約】【課題】通過する液体を瞬時に加熱することができ、液体を加熱するヒータ部に電力を供給するための大型の外部スイッチを必要としないマイクロノズルを提供する。【解決手段】ゲート電極２４に印加する電圧を制御することによりマイクロノズル１０内のドレイン領域２７からソース領域２２へ流れる電流を制御することができる。したがって、マイクロノズル１０を加熱するために必要な比較的大きな電流を、ゲート電極２４に低電流を印加するだけで制御することができるので、マイクロノズル１０の加熱を行うための電力を制御する電流制御装置などを外部に備える必要がなくなり、マイクロノズル１０の加熱用の回路の大幅な小型化、簡素化を図ることができる。また貫通孔２８の近傍に集中して電流が流れるため、貫通孔２８の近傍を特に集中して昇温することができ、燃料油の加熱を急速に、かつ効率よく行うことができる。【選択図】図４
2007275729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表裏面を貫通する流路を備え、前記流路を通過する液体の昇温を行うヒータ部を備えたマイクロノズルにおいて、
前記ヒータ部は、
前記半導体基板の外表面に設けられた第１の電極、および第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極を区分けし、少なくとも前記流路の近傍に延びて前記半導体基板と逆の導電型のチャネル形成層と、
前記流路近傍において、前記チャネル形成層上に絶縁膜を挟んで配置された第３の電極と、より構成され、
前記第３の電極に電気信号を加えることにより、該第３の電極と前記絶縁膜を挟んで対向した前記チャネル形成層の電気伝導率を変調させて、前記第１の電極と前記第２の電極間に流れる電流を制御し、該電流によって前記流路壁面を昇温させることを特徴とするマイクロノズル。
【請求項２】
前記チャネル形成層は、前記半導体基板の外表面において少なくとも前記流路周囲を囲むように形成され、
前記第３の電極は、前記チャネル形成層の前記流路側の端部上に、前記流路を囲むようにリング状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロノズル。
【請求項３】
前記チャネル形成層は、少なくとも前記半導体基板の外表面における前記流路周囲から前記流路の内壁の少なくとも一部にかけて形成され、
前記第３の電極は、前記チャネル形成層上において、前記半導体基板の外表面における前記流路周囲から前記流路の内壁の少なくとも一部にかけて配置されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロノズル。
【請求項４】
前記第３の電極と前記第２の電極間に接続された抵抗と、
前記第３の電極と前記第１の電極間に配置され、前記第３の電極にカソード側が接続され、前記第１の電極にアノード側が接続されたダイオードとを備え、
前記ダイオードが所定温度未満の場合には、前記第３の電極に電気信号を加えることによって前記第２の電極側から前記第１の電極側に向けて電流が流れ、
前記ダイオードが所定温度以上の場合には、前記第３の電極と前記第１の電極とが導通し、前記第２の電極側から前記第１の電極側に向けて流れる電流が遮断状態となることを特徴とする請求項１、２または３に記載のマイクロノズル。
【請求項５】
前記抵抗および前記ダイオードは、ポリシリコンによって構成され、前記半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のマイクロノズル。
【請求項６】
前記半導体基板は第１の導電型であり、
前記半導体基板の表面において、少なくとも前記流路周囲を囲むように第２の導電型の前記チャネル形成層が形成され、
該チャネル形成層上において、前記流路を囲むようにリング状に第１の導電型のソース領域が形成されて該ソース領域と前記第１の電極とが接続され、
前記ソース領域のリング形状内側部分において、前記チャネル形成層上に前記絶縁膜を挟んでリング状の第３の電極を配置し、
前記半導体基板の裏面に、前記第２の電極が接続されて前記半導体基板が第１の導電型のドレイン領域を構成していることを特徴とする請求項１に記載のマイクロノズル。
【請求項７】
前記リング状の第３の電極は、その内周部が抵抗を介して前記ドレイン領域に接続され、
外周部がダイオードを介して前記第１の電極に接続され、
前記ダイオードは、第３の電極にカソード側が接続され、前記第１の電極にアノード側が接続され、
前記ダイオードが所定温度未満の場合には、前記第３の電極に電気信号を加えることによって前記第２の電極側から前記第１の電極側に向けて電流が流れ、
前記ダイオードが所定温度以上の場合には、前記第３の電極と前記第１の電極とが導通し、前記第２の電極側から前記第１の電極側に向けて流れる電流が遮断状態となることを特徴とする請求項６に記載のマイクロノズル。
【請求項８】
前記半導体基板は第１の導電型であり、
前記半導体基板の外表面における前記流路周囲から少なくとも前記流路の内壁の一部にかけて第２の導電型の前記チャネル形成層が形成され、
前記半導体基板の外表面において、前記チャネル形成層上に前記流路を囲むようにリング状に第１の導電型のソース領域が形成されて該ソース領域と前記第１の電極とが接続され、
前記チャネル形成層上および前記ソース領域上において、前記半導体基板の外表面における前記流路周囲から前記流路の内壁の一部にかけて、前記絶縁膜を挟んで第３の電極が配置され、
前記半導体基板の裏面に、前記第２の電極が接続されて前記半導体基板が第１の導電型のドレイン領域を構成していることを特徴とする請求項１に記載のマイクロノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に設けられた貫通孔を通過する液体を加熱するマイクロノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃焼器に供給する燃料は、噴霧が細かければ細かいほど燃焼性が良く、熱効率が向上し、かつ排ガス中の有害物質も減少する。
そこで、噴霧を細かくする手段として、燃料油の加圧圧力を上げたり、噴射口を小さくしたりする方法などが知られている。
また、噴射された燃料油の気化を促進するために、噴射する燃料油の温度を上げるなどの方法も知られている。
燃料油の噴霧を微粒化したり、燃料油自体の温度を上げたりすると、噴射後液滴から気化するまでの時間が短くなり、良好な混合気を形成しやすくなるため、燃焼性を良くすることができる。
【０００３】
そこで特許文献１に記載のものにおいては、燃料噴射装置の噴射弁の下流側にＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータを設けて、外部から一定の電圧を印加し、電流によるジュール発熱によって燃料油の昇温を行っている。
燃料油を加熱するヒータとして用いたＰＴＣ素子は、抵抗値の温度特性が正であり、温度が上がると抵抗値が上昇する特性を有する。したがって、一定電圧を印加した状態では、電流が下がり発熱が自動的に抑えられ、過度の加熱を防止できる。
そのためＰＴＣ素子をヒータとして用いることにより、燃料油の温度が必要以上に上昇し、自己発火点以上にまで昇温されることを防止することができる。
また噴射弁の下流側に設けたＰＴＣヒータは、外部スイッチのオンオフによってＰＴＣヒータに流れる電流が制御されている。
【特許文献１】特開２０００−２４９００５号公報
【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、このような従来のものにおいては、燃料油を十分に昇温させるために必要な比較的大きな電流を外部スイッチを制御することによってＰＴＣヒータに供給することとなるため、このような電流を制御するためには、リレーや放熱板の付いた半導体式スイッチを用いる必要があり、外部スイッチのサイズが大きくなるといった問題がある。
具体的には、自動車用内燃機関の燃料噴射弁の先端にマイクロノズルを取り付けた場合、燃料噴射弁の静的流量（Ｑ＝５００［ｍＬ／ｍｉｎ］において、イソオクタン（定圧比熱Ｃｐ：２０８８［Ｊ／ｋｇ／Ｋ］、密度ρ：６８８［ｋｇ／ｍ３］、ただし全て室温での値）をΔＴ＝１００℃昇温させるために必要な電力Ｐ［Ｗ］は、Ｃｐ×Ｑ×ρ×ΔＴより算出することができるため、概ね１２００［Ｗ］であることがわかる。
なお、燃料噴射弁の静的流量とは、燃料噴射弁のニードルバルブを開弁させた状態での燃料油の流量である。
【０００５】
燃料油を燃焼室内に間欠的に噴射する４サイクルエンジンを例にすると、機関回転数ｒ：６０００［ｒｐｍ］で１行程（点火プラグの点火から点火までの時間：２０ｍｓｅｃ）のうち５［ｍｓｅｃ］間燃料油を噴射し続ける場合は、平均では、１２００［Ｗ］×５［ｍｓｅｃ］／２０［ｍｓｅｃ］＝３００［Ｗ］の電力を供給し続ける必要がある。電源電圧を１２［Ｖ］とすれば、２５［Ａ］の平均電流となる。
このようにＰＴＣヒータに供給する電流は比較的大きいため、外部スイッチが大きくなってしまう。
【０００６】
また自動車用内燃機関では、触媒コンバータによって排気ガスの浄化が行われている。
しかしながら、エンジン始動直後は吸気ポート、吸気バルブやシリンダー壁面が十分に温まっておらず未燃ガス（ＨＣ）等が多く発生したり、触媒コンバータが十分に温まっていないことにより未燃ガス（ＨＣ）等を十分に浄化することができない。
この場合、触媒コンバータの容量を大きくすることによって未燃ガス等を十分に浄化することが考えられるが、一般に未燃ガスを酸化し浄化する触媒コンバータには、貴金属が用いられており、コストを増大させてしまう。
したがって、エンジンの始動直後から燃料油をすばやく昇温させ、理想的な混合気を形成して完全な燃焼を促すことが一層重要となる。
【０００７】
エンジンの始動初回の噴射から十分に燃料油を昇温させるには、ヒータ部分を極力小型にし、ヒータ部分の熱容量を小さくすればよい。
しかし熱容量を小さくすると、電力の供給に対する昇温の応答性が良くなるため、燃料油が噴射されない期間には外部から電力の供給を停止するか、温度上昇に対する抵抗率の変化が非常に大きいＰＴＣ素子を用い、自動的に加熱を停止する必要がある。
しかし、従来のＰＴＣ素子を用いて燃料油の昇温を行う場合には、温度上昇に伴う抵抗値の上昇度合いが十分とは言えず、精度のよい温度制御が困難であるといった問題がある。
また、燃料油の噴射にあわせて電力の供給を行うためには、高速（〜数ｍｓｅｃ以上）かつ大電流のスイッチング動作を行わねばならないため、機械式リレーではなく、半導体式スイッチが必要となる。
半導体スイッチを用いて電力の供給を行う場合、半導体のスイッチ部分での損失をできるだけ下げるために、半導体チップの面積を大きくする必要があり、駆動回路の大型化、コストの増大を招くといった問題がある。
【０００８】
そこで本発明はこのような問題点に鑑み、通過する液体を瞬時に加熱することができ、液体を加熱するヒータ部に電力を供給するための大型の外部スイッチを必要としないマイクロノズルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、半導体基板の表裏面を貫通する流路を備え、流路を通過する液体の昇温を行うヒータ部を、半導体基板の外表面に設けられた第１の電極、および第２の電極と、第１の電極と第２の電極を区分けし、少なくとも流路の近傍に延びて半導体基板と逆の導電型のチャネル形成層と、流路近傍において、チャネル形成層上に絶縁膜を挟んで配置された第３の電極とより構成し、第３の電極に電気信号を加えることにより、該第３の電極と絶縁膜を挟んで対向したチャネル形成層の電気伝導率を変調させて、第１の電極と第２の電極間に流れる電流を制御し、該電流によって流路壁面を昇温させるものとした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、マイクロノズルを加熱するために供給する電流を、第３の電極により低電流で制御することができるため、加熱の制御を行うために必要な外付けの電流制御装置が不要となり、マイクロノズルの駆動回路の大幅な小型化、簡素化を図ることができる。
また、第３の電極を流路近傍に配置して、第１の電極と第２の電極間に流れる電流を流路近傍に集中させる構造のため、流路近傍を特に集中して昇温することができ、流路を流れる液体の加熱を急速に、かつ効率よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
まず、第１の実施例について説明する。
図１に、マイクロノズルを燃料噴射弁に適用した場合の燃料噴射弁先端部断面を示す。
図示しない燃料ポンプによって加圧された燃料油が、燃料噴射弁１に供給される。
燃料噴射弁１は、筐体２の内部に燃料ポンプによって加圧された燃料油を蓄える油圧室８が形成され、筐体２の底壁（図１中の下方側）には油圧室８と連通する流量調節孔９が形成されている。
【００１２】
油圧室８には図１中の上下方向に移動可能なニードルバルブ３が備えられ、上下に移動させることによりニードルバルブ３の先端によって流量調節孔９を塞いだり、開口させたりすることができる。
このニードルバルブ３を上下に移動させることによって、油圧室８内から流量調節孔９を通って噴出される燃料油の流量を制御することができる。
筐体２の燃料噴射側には、流量調節孔９を覆うようにして保持構造体４が取り付けられる。
【００１３】
保持構造体４は、流量調節孔９の開口と対向する位置にマイクロノズル１０を保持している。
また、マイクロノズル１０から伸びる１組の主電流端子７Ａ、７Ｂと、制御端子６は、保持構造体４の内部を通って外部まで伸びている。
制御端子６に印加する電圧を制御することによって、主電流端子７Ａ、７Ｂ間に電流が流れてマイクロノズル１０が発熱し、マイクロノズル１０に設けられた流路を通過する燃料油を昇温することができる。
このように、油圧室８に供給された燃料油は、ニードルバルブ３の動作によって流量調節孔９から噴出される流量が制御され、流量調節孔９から噴出された燃料油はマイクロノズル１０によって昇温されて燃焼室内（図１中における燃料噴射弁１の下方側）に噴射される。
【００１４】
次にマイクロノズル１０の詳細について説明する。
図２に、マイクロノズル１０の断面を示し、図３に、主要部の平面配置を示す。
なお図２は、図３におけるＡ−Ａ部断面を拡大して示し、図３は、ｎ型拡散層２２、第３の電極２４、貫通孔２８のみを示してある。
マイクロノズル１０はｎ型半導体基板２０（ｎ−型）を主要構成要素とし、表裏面をつなぐ複数の貫通孔２８が設けられている。
なお、マイクロノズル１０は図２中の上側面が流量調節孔９と対向する向きに取り付けられ、燃料油は貫通孔２８を図２中の上側から下側に向かって流れる。
また以下において、マイクロノズル１０の図２中の上側面を表面、下側面を裏面とも呼ぶ。
【００１５】
各貫通孔２８の壁面は、例えばＳｉＯ２等の絶縁保護膜２９によって覆われている。
ｎ型半導体基板２０の表面には、貫通孔２８付近を除く部分にｐ型拡散層２１が形成されている。
またｐ型拡散層２１の領域内において、ｎ型拡散層２２が表面に露出するように、かつ、貫通孔２８を囲むようにリング状に形成されている。
ｐ型拡散層２１とｎ型拡散層２２が形成されたｎ型半導体基板２０の表面にはＡｌ等で構成された第１の電極２５が設けられている。
貫通孔２８の周りを除いて、ｐ型拡散層２１とｎ型拡散層２２の表面の一部は、第１の電極２５とオーミック接続されている。
したがって、第１の電極２５とリング状のｎ型拡散層２２の外周部分とが導通している。
【００１６】
ｐ型拡散層２１とｎ型拡散層２２が形成されたｎ型半導体基板２０の表面と、第１の電極２５との間に挟まれて、貫通孔２８を囲むようにリング状の第３の電極２４が配置されている。
また第３の電極２４は、高濃度に不純物がドープされたポリシリコンで構成されている。
なお第３の電極２４は、その周囲がＳｉＯ２酸化膜２３によって覆われて、ｐ型拡散層２１、ｎ型拡散層２２および第１の電極２５から絶縁されている。
特に図３に示すように、複数の貫通孔２８の周囲にそれぞれ第３の電極２４が配置されるが、第３の電極２４は互いに隣接するもの同士がｎ型半導体基板２０の表面において接続されている。
【００１７】
一方、ｎ型半導体基板２０の裏面には、良好なオーミック接続を確保するために高濃度ｎ型拡散層２７（ｎ＋型）が全面に形成され、さらに高濃度ｎ型拡散層２７の上から（図２中の下側から）Ａｌ等で構成された第２の電極２６が重ねられ、高濃度ｎ型拡散層２７と第２の電極２６とがオーミック接続されている。
【００１８】
ｎ型半導体基板２０の表裏面にそれぞれ第１の電極２５や第２の電極２６が形成された状態で、その外周面、および貫通孔２８の内周面はＳｉＯ２等の絶縁保護膜２９によって覆われてマイクロノズル１０が構成される。
なお、図１に示す制御端子６が、第３の電極２４と接続され、主電流端子７Ａ、７Ｂがそれぞれ第１の電極２５、第２の電極２６と接続されている。
【００１９】
以上に述べた電気的な構造は、いわゆるＭＯＳＦＥＴと同様のものであるので、マイクロノズル１０の動作の説明では、第１の電極２５をソース電極２５、ｎ型拡散層２２をソース領域２２、ｐ型拡散層２１をｐ型領域２１、第２の電極２６をドレイン電極２６と呼び、さらに第３の電極２４をゲート電極２４、ＳｉＯ２酸化膜２３をゲート酸化膜２３と呼ぶ。また、ｎ型半導体基板２０と高濃度ｎ型拡散層２７とがドレイン領域となるが、以下の説明において、ドレイン領域として高濃度ｎ型拡散層２７を代表させ、ドレイン領域２７として示す。
【００２０】
次に、マイクロノズル１０の貫通孔２８を通過する燃料油を加熱する動作手順について説明する。
図４に、マイクロノズル１０内を流れる電流の経路を示す。
ニードルバルブ３を開弁させると、油圧室８からマイクロノズル１０に向けて燃料油が供給される。
ニードルバルブ３を開弁させると同時に、ゲート電極２４に正の電圧を印加すると、ｐ型領域２１のゲート電極２４と対向する部分に反転層チャネルＣが形成され、図４に示すように、電流がドレイン領域２７から反転層チャネルＣを通ってソース領域２２に向けて流れる。
したがって、反転層チャネルＣが貫通孔２８の周囲に形成されるため、電流は貫通孔２８に集まってくることとなる。
ｎ型半導体基板２０は電流が流れた部位でジュール発熱するため、電流が集まる貫通孔２８周囲を集中して加熱することができ、貫通孔２８を流れる燃料油を効率的に加熱することができる。
【００２１】
次に、燃焼室への燃料油の供給を停止させるために、ニードルバルブ３を閉弁し、マイクロノズル１０への燃料油の流入を停止する。
ここで、マイクロノズル１０への通電加熱を継続すると、マイクロノズル１０の温度が急激に上昇してしまうため、ゲート電極２４の電位を閾値電圧以下に落とし、ＭＯＳＦＥＴの反転層チャネルＣを消失させ電流の流れを遮断し、加熱を停止する。
一般に自動車用内燃機関では、最短数ｍｓｅｃで燃料油の供給を停止させる必要があるが、本発明では、貫通孔２８付近のみに電流を流して局所的に加熱を行うため、非常に高応答でｎ型半導体基板２０の加熱の制御が可能となる。
【００２２】
次に、マイクロノズル１０の製造方法について説明する。
図５の（ａ）〜（ｄ）に、マイクロノズル１０の製造過程を示す。
まず図５の（ａ）に示すように、ｎ型半導体基板２０の表面の所定位置にｐ型拡散層２１を形成する。
このｐ型拡散層２１は、平面形状において所定部位に孔が設けられた形状となっている。なお、この所定部位に設けられた孔の部分を通るように後述の貫通孔２８が形成される。
ｐ型拡散層２１に設けられた孔を囲むようにリング状にｎ型拡散層２２が設けられ、ｐ型拡散層２１に設けられた孔からｎ型拡散層２２のリング状の内側部分に重なる位置まで円状にＳｉＯ２酸化膜２３、第３の電極２４を形成する。
この際、一般的なパワーＭＯＳＦＥＴの製造方法と同様に、チャネル領域（図４中、反転層チャネルＣとなる部分）はＤＳＡ構造で形成してもよく、またフォトリソグラフィーの繰り返しで形成してもよい。
なお第３の電極２４は、図示しない断面において隣接する第３の電極２４同士が接続されている。
【００２３】
一般的なパワーＭＯＳＦＥＴでは、オン抵抗をできるだけ小さくする必要があるため、チャネル長（図４中、反転層チャネルＣとなる部分）をできるだけ短くする必要があるが、本発明の場合は、必ずしも低抵抗にする必要はなく、むしろ発熱させることを目的としているため、扱い易い電流、電圧になるように抵抗値を設定すればよく、パターンレイアウトや製造プロセスも抵抗値に応じた設計をすればよい。
ｎ型半導体基板２０の裏面には、高濃度ｎ型拡散層２７を形成する。
【００２４】
次に図５の（ｂ）に示すように、第３の電極２４、ＳｉＯ２酸化膜２３、ｎ型半導体基板２０、高濃度ｎ型拡散層２７を貫通するようにエッチングを行い、基板の表裏面を貫通する貫通孔２８を形成する。
このエッチングには、Ｄｅｅｐ  ＲＩＥ等を用いることができる。
次に図５の（ｃ）に示すように、第３の電極２４をＳｉＯ２酸化膜２３によって完全に覆う。
その後、ｎ型半導体基板２０の表面において、貫通孔２８を除く部位に第１の電極２５を形成する。
【００２５】
図５の（ｄ）に示すように、ｎ型半導体基板２０の裏面において貫通孔２８を除く部位に第２の電極２６を形成し、さらに第１の電極２５や第２の電極２６の外面と貫通孔２８の内周面とを絶縁保護膜２９によって覆うことによってマイクロノズル１０が形成される。
【００２６】
本実施例は以上のように構成され、ゲート電極２４に印加する電圧を制御することによりマイクロノズル１０内のドレイン領域２７からソース領域２２へ流れる電流を制御することができる。したがって、マイクロノズル１０を加熱するために必要な比較的大きな電流を、ゲート電極２４に低電流を印加するだけで制御することができるので、マイクロノズル１０の加熱を行うための電力を制御する電流制御装置などを外部に備える必要がなくなり、マイクロノズル１０の加熱用の回路の大幅な小型化、簡素化を図ることができる。
また貫通孔２８の近傍に集中してマイクロノズル１０の加熱用の電流が流れるため、貫通孔２８の近傍を特に集中して昇温することができ、貫通孔２８を通過する燃料油の加熱を急速に、かつ効率よく行うことができる。
【００２７】
次に、第２の実施例について説明する。
なお、本実施例におけるマイクロノズル１０Ａは、第１の実施例におけるマイクロノズル１０の内部構造を変更したものであり、第１の実施例と同様に燃料噴射弁先端に取り付けられる。
マイクロノズル１０Ａの詳細について説明する。
図６に、マイクロノズル１０Ａの断面を示す。
マイクロノズル１０Ａは、ｎ型半導体基板２０Ａ（ｎ−型）を主要構成要素とし、マイクロノズル１０Ａの表裏面をつなぐ複数の貫通孔２８Ａが設けられている。
ｎ型半導体基板２０Ａの表面にはｐ型拡散層２１Ａが形成され、裏面には高濃度ｎ型拡散層２７Ａ（ｎ＋型）が形成される。
ｎ型半導体基板２０Ａに設けられた貫通孔２８Ａの内周面近傍にも、ｐ型拡散層２１Ａが形成される。
ｎ型半導体基板２０Ａの表面側において、貫通孔２８Ａの周囲にはｎ型拡散層２２Ａ（ｎ型）が形成される。
【００２８】
ｎ型半導体基板２０Ａの表裏面において、貫通孔２８Ａの周囲には絶縁保護膜２９Ａで包まれたリング状の第３の電極部２４ａがｎ型拡散層２２Ａ上に形成されている。
なおｎ型半導体基板２０Ａの表面における第３の電極部２４ａの径はｎ型拡散層２２Ａよりも小さい。
ｎ型半導体基板２０Ａの表裏面に形成された第３の電極部２４ａは、貫通孔２８Ａに通されて絶縁保護膜２９Ａによって包まれた円筒形状の第３の電極部２４ｂによって接続されて第３の電極２４Ａが構成される。
これにより貫通孔２８Ａの内周面は絶縁保護膜２９Ａが露出している。
ｎ型半導体基板２０Ａの表面側は貫通孔２８Ａの周囲を除いて第１の電極２５Ａによって覆われ、裏面側は貫通孔２８Ａの周囲を除いて第２の電極２６Ａによって覆われている。
【００２９】
以上に述べた電気的な構造は、いわゆるＭＯＳＦＥＴと同様のものであるので第１の実施例と同様に、マイクロノズル１０Ａの動作の説明では、第１の電極２５Ａをソース電極２５Ａ、ｎ型拡散層２２Ａをソース領域２２Ａ、ｐ型拡散層２１Ａをｐ型領域２１Ａ、第２の電極２６Ａをドレイン電極２６Ａと呼び、さらに第３の電極２４Ａをゲート電極２４Ａと呼ぶ。また、ｎ型半導体基板２０Ａと高濃度ｎ型拡散層２７Ａとがドレイン領域となるが、以下の説明において、ドレイン領域として高濃度ｎ型拡散層２７Ａを代表させ、ドレイン領域２７Ａとして示す。
【００３０】
次に、マイクロノズル１０Ａの貫通孔２８Ａを通過する燃料油を加熱する動作手順について説明する
ニードルバルブ３を開弁させると同時に、ゲート電極２４Ａに正の電圧を印加すると、ｐ型領域２１Ａにおける貫通孔２８Ａの内壁全面に反転層チャネルＣ’が形成され、図６中に矢印で示すように、電流がドレイン領域２７Ａからソース領域２２Ａに向けて貫通孔２８Ａの内壁に沿って流れる。
したがってドレイン領域２７Ａからソース領域２２Ａに流れる電流を貫通孔２８Ａの周囲に集中させることができるので、効率よく貫通孔２８Ａを通過する燃料油を昇温することができる。
ゲート電極２４Ａの電位を閾値電圧以下に落として、マイクロノズル１０Ａの加熱を停止する構成は第１の実施例と同様の構成であり説明を省略する。
【００３１】
次に、マイクロノズル１０Ａの製造方法について説明する。
図７の（ａ）〜（ｃ）、図８の（ａ）〜（ｃ）に、マイクロノズル１０Ａの製造工程を示す。
まず図７の（ａ）に示すように、ｎ型半導体基板２０Ａの表面の全面にｐ型拡散層２１Ａを形成し、ｐ型拡散層２１Ａ上の所定位置に円形のｎ型拡散層２２Ａを所定数形成する。
ｎ型半導体基板２０Ａの裏面の全面に高濃度ｎ型拡散層２７Ａ（ｎ＋型）を形成する。
次に、ｎ型拡散層２２Ａの円形状に形成された部分を貫通するようにＤｅｅｐ  ＲＩＥ等で貫通孔２８Ａを形成する。
【００３２】
図７の（ｂ）に示すように、貫通孔２８Ａの内周壁にｐ型不純物を拡散し、貫通孔２８Ａの内壁にもｐ型拡散層２１Ａを形成する。
図７の（ｃ）に示すように、貫通孔２８Ａの内壁、およびｎ型半導体基板２０Ａの表裏面を絶縁保護膜２９Ａで覆う。
その後、絶縁保護膜２９Ａの上から、貫通孔２８Ａの内壁、およびｎ型半導体基板２０Ａの表裏面における貫通孔２８Ａの周囲にリング状の第３の電極部２４ａおよび円筒形状の第３の電極部２４ｂより構成される第３の電極２４Ａを形成する。
なお、ｎ型半導体基板２０の表面において、図示しない断面において隣接する第３の電極部２４ａ同士が接続されている。
【００３３】
次に図８の（ａ）に示すように、第３の電極２４Ａの表面を覆うようにさらに絶縁保護膜２９Ａを形成する。
図８の（ｂ）に示すように、ｎ型半導体基板２０Ａの表裏面の絶縁保護膜２９Ａにおいて、オーミックコンタクトを形成するために不要となる部分、すなわち貫通孔２８Ａの周辺以外の部分を除去する。
図８の（ｃ）に示すように、貫通孔２８Ａの開口部周囲を除いたｎ型半導体基板２０Ａの表裏面に、Ａｌ等によってそれぞれ第１の電極２５Ａ、第２の電極２６Ａを形成することによってマイクロノズル１０Ａが形成される。
【００３４】
本実施例は以上のように構成され、貫通孔２８Ａの内周面および開口部近傍にゲート電極２４Ａを形成し、ｎ型半導体基板２０Ａの表面および貫通孔２８Ａの内周面にｐ型領域２１Ａを形成し、さらに、ｎ型半導体基板２０Ａの表面側において貫通孔２８Ａの開口部周囲のｐ型領域２１Ａ上にソース領域２２Ａを形成することにより、ゲート電極２４Ａに電圧を印加した場合、貫通孔２８Ａの側壁部分の全面に反転層チャネルＣ’が形成され、ドレイン領域２７Ａからソース領域２２Ａに流れる電流は貫通孔２８Ａの側壁部分のみとなる。
したがって電流が流れた部位でジュール発熱するため、貫通孔２８Ａの内壁近傍のみを発熱させることができ、貫通孔２８Ａ内を流れる燃料油の加熱をより急速に、かつより効率よく行うことができる。
【００３５】
次に、第３の実施例について説明する。
本実施例では、抵抗とダイオードを介して、ゲート電極を自己バイアスさせるものである。
図９に、マイクロノズルの断面を示し、図１０に、主要部の平面配置を示す。
なお図９は、図１０におけるＢ−Ｂ部断面を拡大して示し、図１０は、抵抗３４、ゲート電極３５、ダイオード３６、ｎ型拡散層２２、貫通孔２８Ｂのみを示してある。
第３の電極３５が、抵抗３４、ｎ＋層３１を介してｎ型半導体基板２０Ｂ（ｎ−型）に接続されている。
第３の電極３５は貫通孔２８Ｂの周囲を囲むようにリング状に形成され、第３の電極３５の内側にリング状の抵抗３４が配置されている。
抵抗３４、第３の電極３５、ダイオード３６は、ＳｉＯ２酸化膜２３Ｂによって覆われている。
また第３の電極３５の外側にはリング状のダイオード３６が接続されている。
【００３６】
ｎ型半導体基板２０Ｂの表面側には、貫通孔２８Ｂを除いて第１の電極２５Ｂによって覆われ、ダイオード３６と第１の電極２５Ｂとが接続している。
なお、貫通孔２８Ｂの周囲に形成された複数の第３の電極３５は、図示しない断面において、隣接する物同士が接続されている。
ｎ型半導体基板２０Ｂ上に第１の電極２５Ｂや第２の電極２６が形成された状態で、ｎ型半導体基板２０Ｂの表裏面、および貫通孔２８Ｂの内周面が絶縁保護膜２９Ｂによって覆われてマイクロノズル１０Ｂが形成される。
他の構成は第１の実施例と同じであり、同一番号を付して説明を省略する。
【００３７】
抵抗３４は、ポリシリコンの不純物濃度とその形状を規定することで、所望の抵抗値を得ることができる。
第３の電極３５は、ポリシリコンの不純物をボロン等で形成したｐ型とする。
ダイオード３６は、リン等で形成したｎ型とし、第３の電極３５側をカソードに、ソース電極２５Ｂ側をアノードにする。
したがって、第３の電極３５周りの電気的構成は、図１１に示す等価回路と同様の構成となる。
【００３８】
以上に述べた電気的な構造は、いわゆるＭＯＳＦＥＴと同様のものであるので第１の実施例と同様に、マイクロノズル１０Ｂの動作の説明では、第１の電極２５Ｂをソース電極２５Ｂ、ｎ型拡散層２２をソース領域２２、ｐ型拡散層２１をｐ型領域２１、第２の電極２６をドレイン電極２６と呼び、さらに第３の電極３５をゲート電極３５、ＳｉＯ２酸化膜２３Ｂをゲート酸化膜２３Ｂと呼ぶ。また、ｎ型半導体基板２０Ｂと高濃度ｎ型拡散層２７とがドレイン領域となるが、以下の説明において、ドレイン領域として高濃度ｎ型拡散層２７を代表させ、ドレイン領域２７として示す
【００３９】
次に、マイクロノズル１０Ｂの貫通孔２８Ｂを通過する燃料油を加熱する動作手順について説明する
まず、マイクロノズル１０Ｂのドレイン電極２６に、ソースに対して正となる電位を印加しておく。
マイクロノズル１０Ｂの温度が低い場合は、ゲートソース間のインピーダンスが非常に高いため、ゲート電極３５には、ドレイン電圧とほぼ同じ電圧が印加される。
これにより、電流がマイクロノズル１０Ｂ内をドレイン領域２７からソース領域２２に向かって流れる。
流れる電流は、第１の実施例と同様に貫通孔２８Ｂの周辺に沿って流れるため、貫通孔２８Ｂを流れる燃料油を効果的に加熱することができる。
【００４０】
燃料油が所望の温度まで加熱されるか、あるいは、燃料油の供給が止まることで、マイクロノズル１０Ｂ自身の温度が上昇し、ダイオード３６の真性キャリア濃度を超えると、ダイオード３６のリーク電流が急激に増え、ゲートソース間が低インピーダンスとなり、ドレイン領域２７からソース領域２２へ向けて電流が流れなくなる。
したがって、マイクロノズル１０Ｂの温度上昇とともにマイクロノズル１０Ｂの加熱が自動的に停止される。
【００４１】
本実施例は以上のように構成され、ゲート電極３５をダイオード３６を介してソース電極２５Ｂに接続し、マイクロノズル１０Ｂの温度が上昇した場合に、ダイオード３６のリーク電流が増えてゲートソース間が低インピーダンスとなる構成としたので、マイクロノズル１０Ｂの温度に応じて自動的にマイクロノズル１０Ｂ内を流れる電流が遮断されて、発熱を停止することができる。
自動的にマイクロノズル１０内に流れる電流を遮断することができるので、外部にマイクロノズル１０Ｂの発熱を制御するための装置を必要とすることなく、マイクロノズル１０Ｂを２端子素子として使用することができる。
【００４２】
また、ダイオード３６を用いたことにより、温度変化に対する抵抗値の変化が非常に大きいため、従来のようにＰＴＣ素子の温度特性を用いて過熱の防止を行う場合に比べて、マイクロノズルの温度を精度よく一定に保つことが可能である。
マイクロノズル１０Ｂに流れる電流が、貫通孔の周辺近傍のみであるため、貫通孔２８Ｂの内壁周辺のみが発熱し、貫通孔２８Ｂ内を流れる燃料油を効率よく加熱することができる。
また。温度によって特性の大きく異なる素子（ダイオード３６）が、加熱領域（貫通孔２８Ｂ周囲）に非常に隣接した部位に形成されているため、貫通孔２８Ｂを通過する燃料油を、応答性がよく、かつ精度よく一定温度に保つことができる。
【００４３】
なお、上記各実施例において、マイクロノズル１０を燃料油を噴射する燃料噴射弁に適用した例を示したが、これに限定されず他の流体を噴射する流体噴射装置にマイクロノズルを適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】マイクロノズルを適用した燃料噴射弁先端部断面を示す図である。
【図２】第１の実施例におけるマイクロノズルの断面を示す図である。
【図３】マイクロノズルの主要部の平面配置を示す図である。
【図４】マイクロノズル内を流れる電流の経路を示す図である。
【図５】マイクロノズルの製造工程を示す図である。
【図６】第２の実施例におけるマイクロノズルの断面を示す図である。
【図７】マイクロノズルの製造工程を示す図である。
【図８】マイクロノズルの製造工程を示す図である。
【図９】第３の実施例におけるマイクロノズルの断面を示す図である。
【図１０】マイクロノズルの主要構成要素を示す図である。
【図１１】ゲート電極周りの等価回路を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    燃料噴射弁
２    筐体
３    ニードルバルブ
４    保持構造体
６    制御端子
７Ａ、７Ｂ    主電流端子
８    油圧室
９    流量調節孔
１０、１０Ａ、１０Ｂ    マイクロノズル
２０、２０Ａ、２０Ｂ    ｎ型半導体基板
２１、２１Ａ    ｐ型拡散層（ｐ型領域）
２２、２２Ａ    ｎ型拡散層（ソース領域）
２３、２３Ｂ    ＳｉＯ２酸化膜（ゲート酸化膜）
２４、２４Ａ、３５    第３の電極（ゲート電極）
２５、２５Ａ、２５Ｂ    第１の電極（ソース電極）
２６、２６Ａ    第２の電極（ドレイン電極）
２７、２７Ａ    高濃度ｎ型拡散層（ドレイン領域）
２８、２８Ａ、２８Ｂ    貫通孔
２９、２９Ａ、２９Ｂ    絶縁保護膜
３４    抵抗
３６    ダイオード
【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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