(57)【要約】【課題】低コストで微小サイズまで小型化することができると共に、自己発熱をなくして高性能化を図ること。【解決手段】一方向に延びるように形成され、該方向に直交する他方向に振動する振動片１０と、該振動片を支持するベース部１１とを有する半導体材料からなる振動子２と、ベース部が固定されるベース基板３と、振動片に対して所定距離を空けた状態で振動片を間に挟むようにベース基板上に設けられ、静電引力を発生させて振動片を振動させる駆動電極部５と、振動片との間の静電容量の変化に基づいて振動片の共振周波数を検出する検出電極部６とからなる一対の電極部４と、検出電極部で検出された共振周波数から温度を算出する算出回路７と、を備え、振動片には、振動片とは温度特性の異なる膜体１３が振動片の周囲を覆うように所定の膜厚で形成されている温度センサ１を提供する。【選択図】図２
2009097951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に延びるように形成され、該一方向に直交する他方向に振動する振動片と、該振動片の一端又は両端を支持するベース部とを有する半導体材料からなる振動子と、
前記ベース部が載置固定されるベース基板と、
前記振動片に対して所定距離を空けた状態で該振動片を間に挟むように前記ベース基板上に設けられ、電圧が印加されたときに静電引力を発生させて振動片を振動させる駆動電極部と、振動片との間の静電容量の変化に基づいて振動片の共振周波数を検出する検出電極部とからなる一対の電極部と、
前記ベース基板上に設けられ、前記検出電極部で検出された共振周波数から温度を算出する算出回路と、を備え、
前記振動片には、該振動片とは温度特性の異なる膜体が振動片の周囲を覆うように所定の膜厚で形成されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の温度センサにおいて、
前記振動片は、前記ベース部に前記両端が支持され、両持ち状態とされていることを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の温度センサにおいて、
前記膜体の膜厚は、前記振動片の共振周波数を温度でテイラー展開することで導き出される二次温度係数を相殺するように調整された膜厚であることを特徴とする温度センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の温度センサにおいて、
前記膜体の膜厚Ｓは、次式で表される膜厚であることを特徴とする温度センサ。
Ｓ＝−Ｗ{（Ｄ＋Ｂ（Ｌ／Ｗ）2}／{（Ａ＋Ｃ（Ｌ／Ｗ）2}
但し、Ｗは前記振動片の幅を示し、Ｌは前記振動片の長さを示し、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは所定の定数を示す。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の温度センサにおいて、
前記振動片は、Ｓｉから形成され、
前記膜体は、ＳｉＯ2からなる酸化膜であることを特徴とする温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ技術を応用した温度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度変化に伴う物性の変化等の物理現象を利用して温度を測定する温度計は、測定対象物や目的等に応じて、様々なものが提供されている。例えば、熱電能の異なる二種の金属を接合し、ゼーベック効果を利用して両者の間の温度差を電圧として出力することで温度を測定する熱電対が知られている。
【０００３】
また、別の温度計として、電気抵抗体の抵抗を測定することで温度を求める抵抗温度計が知られている。この抵抗温度計としては、金属の電気抵抗率が温度に比例して変化することを利用した測温抵抗体や、測温抵抗体よりも温度変化に対して電気抵抗の変化が大きいサーミスタを利用したサーミスタ抵抗体が、広く知られている。
測温抵抗体は、白金抵抗体が代表的なものとして知られている。この白金抵抗体は、抵抗Ｒが温度Ｔに対して正確な比例関係を有するので、測定された抵抗値の温度への変換が容易で且つ測温精度が高く、また使用可能な温度範囲が広いので、温度センサとして好適に用いられている。
【０００４】
一方、サーミスタ抵抗体は、温度係数α（抵抗の温度による変化率）が１〜６％／Ｋであり、上述した白金抵抗体の温度係数と比較すると略１０倍も大きいという特徴を有している。そのため、小さな温度変化に対して大きい抵抗変化を得ることができ、検出感度に優れた温度センサとして利用されている。特に、サーミスタ抵抗体は、その抵抗Ｒが大きい（例えば、１ｋΩ以上の抵抗が容易に得られる）ので、測定回路に組み込んだときに、回路中の他の配線抵抗の影響を受けることが相対的に少なくなり、測定回路を比較的簡単な構成とすることができるという利点がある。加えてサーミスタ抵抗体は、比較的安価であるので、該サーミスタ抵抗体を利用した温度センサの低コスト化を測ることができる。
【０００５】
また、活性炭素繊維抵抗体を利用した温度センサも知られている（特許文献１参照）。
活性炭素繊維の直径は、数μｍであるので僅か数ｍｍの長さで温度センサに適した略１０ｋΩの抵抗値を得ることができる。また、抵抗Ｒの温度係数も数％／Ｋと十分に大きいので、活性炭素繊維抵抗体を利用することで、小型で測温精度に優れた温度センサを得ることができる。
【特許文献１】特開平５−２４８９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来のものには、まだ以下の課題が残されている。
始めに、近年の電子機器や電子部品の小型化に伴って、温度センサのサイズを極力小型化にすることが求められている。この点、熱電対を利用したものは、半導体プロセスを用いることで微小サイズに作り込むことが可能であるが、熱電対は温度差を電圧として出力するので、温度を測るためには０点補正が必要であった。そのため、測定回路が複雑になる問題があった。
【０００７】
また、白金抵抗体は、温度係数αが一般的に０．３〜０．６％／Ｋと小さいので、この白金抵抗体を用いて温度センサを作製した際に、温度センサの測定精度を一定レベルに保つために測定回路を複雑なブリッジ構造にする必要があった。しかしながら、このように複雑なブリッジ構造にしたとしても、白金抵抗体自体が発熱（自己発熱）してしまうので、対象物を正確に測定できない恐れもあった。
また、白金は、抵抗Ｒが小さいので、測定回路に組み込まれたときに、回路抵抗の影響を受け易い。そのため、できるだけ抵抗Ｒを高めるために、白金を０．１μｍ以下の細線に加工する必要があった。よって、白金抵抗体を利用して温度センサを作製する場合には、製造時及び測温時における取り扱いに注意が必要となり、扱い難いものであった。特に、白金抵抗体に応力がかかってしまうと、温度特性が変化するので、この点においても慎重な取り扱いが必要であった。
また、白金は、単価が高いうえ細線にするための加工が必要であり、しかも測定回路が複雑であるので、白金抵抗体を利用した温度センサの高価格化を招いてしまっていた。
【０００８】
また、サーミスタ抵抗体は、白金抵抗体と同様に、サーミスタ抵抗体自体が発熱してしまうので、やはり対象物を正確に測定できない恐れもあった。特に、温度Ｔに対する抵抗Ｒの変化が複雑であり、非線形な変化をする。そのため、抵抗変化から温度変化を検出するのが非常に困難であり、扱い難いものであった。また、抵抗変化が非線形であるため、温度範囲によって感度が変わってしまい、高精度な温度センサとすることが難しかった。
【０００９】
また、活性炭素繊維抵抗体は、抵抗Ｒが次式で表される。
Ｒ＝（ａ／Ｔ）＋ｂ
なお、ａ、ｂは、定数を示し、Ｔは絶対温度を示す。
上記式で表されるように、抵抗Ｒは温度Ｔに反比例する。そのため、抵抗Ｒが温度Ｔに対して線形する温度センサに比べて回路が複雑化してしまい、抵抗変化から温度変化を容易に検出することができなかった。特に、サーミスタ抵抗体と同様に、温度範囲によって感度が変わってしまう不都合があった。
【００１０】
更に、上述した各種の温度計は、実際には測定回路と組み合わされてパッケージングされて製品化されるが、その際ある程度の小型化は可能であるが、限界があるものであった。ところで、現在、半導体を利用した温度センサというものも数多く提供されている。これは、半導体プロセスを利用するので、センサとなる部分と測定回路とを１チップ化することが可能であり、微小サイズまで小型化することが可能である。しかしながら、半導体を利用したセンサは、上述したものと比べるとどうしても感度が劣ってしまうという問題が残されており、温度センサとしての信頼性に劣るものであった。
【００１１】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、低コストで微小サイズまで小型化することができると共に、自己発熱をなくした高性能な温度センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る温度センサは、一方向に延びるように形成され、該一方向に直交する他方向に振動する振動片と、該振動片の一端又は両端を支持するベース部とを有する半導体材料からなる振動子と、前記ベース部が載置固定されるベース基板と、前記振動片に対して所定距離を空けた状態で該振動片を間に挟むように前記ベース基板上に設けられ、電圧が印加されたときに静電引力を発生させて振動片を振動させる駆動電極部と、振動片との間の静電容量の変化に基づいて振動片の共振周波数を検出する検出電極部とからなる一対の電極部と、前記ベース基板上に設けられ、前記検出電極部で検出された共振周波数から温度を算出する算出回路と、を備え、前記振動片には、該振動片とは温度特性の異なる膜体が振動片の周囲を覆うように所定の膜厚で形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明に係る温度センサにおいては、まず、駆動電極部と振動片との間に電圧を印加させて両者の間に静電引力を発生させる。すると振動片は、この静電引力を受けて、一対の電極部間で他方向に沿って振動する。即ち、駆動電極部及び検出電極部に対して接近離間するように振動する。この際、振動片は、ベース基板上に載置固定されたベース部によって片持ち状態或いは両持ち状態で支持されているので、安定して振動する。振動片が振動すると、該振動片と検出電極部との距離が変化するので、両者の静電容量が変化する。検出電極部は、この静電容量の変化に基づいて振動片の共振周波数を検出する。そして、算出回路は、この検出された共振周波数に基づいて温度を測定することができる。
【００１４】
ここで、共振周波数と温度との関係について、簡単に説明する。
一般的にヤング率は、温度に依存することが知られている。そのため振動片のヤング率も温度変化によって変化してしまう。従って振動片の共振周波数は、温度変化によって変化する。これを言い換えると、振動片の共振周波数をモニタすることで、温度を測定することが可能となる。そのため、上述したように、振動片の共振周波数に基づいて温度を測定することができる。
ところで、温度に対する周波数の変化、即ち、温度特性は、振動片の長さや幅等の設計段階で決定されてしまう。特に温度特性の傾き（温度に対する周波数の変化の傾き）は、温度センサとしての感度を決定するものである。そのため、一定の感度を維持するために振動片の設計は制約を受けてしまう。
【００１５】
しかしながら、振動片には、温度特性の異なる膜体が所定の膜厚で振動片の周囲を覆うように形成されている。そのため、膜体を形成したことによる応力を振動片に作用させることができ、振動片の設計にそれほど影響されることなく、振動片のヤング率を自由にコントロールすることができる。これにより、温度特性の傾きを自由にコントロールすることができ、傾きを急峻にして感度を高めるといったことが可能である。また、所望の温度範囲内だけ感度を高めることもでき、この温度範囲だけの分解能を高めるといったことも可能である。
【００１６】
このように、膜体を形成するだけで容易に感度を高めることができるので、高性能な温度センサとすることができる。また、振動片を比較的自由に設計することができるので、設計の自由度を向上することができる。しかも、従来の各種の抵抗体のように自己発熱しないので、振動片の周波数に基づいて温度を正確に測定することができる。
また、半導体プロセスを利用したＭＥＭＳ技術で作製できるので、ベース基板上に各構成品を容易且つ微小サイズに作り込むことができ、１チップ化を図ることができる。また、半導体プロセスにより作製できることに加え、白金抵抗体のような高価なものを用いないので、低コスト化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明に係る温度センサにおいては、上記本発明の温度センサにおいて、前記振動片が、前記ベース部に前記両端が支持され、両持ち状態とされていることを特徴とするものである。
【００１８】
この発明に係る温度センサにおいては、振動片がベース部に両持ち状態で支持されているので、振動片をより安定して振動させることができる。従って、温度変化以外の要因によって共振周波数が変化してしまう可能性を低減することができるので、より高精度に温度を測定することができる。
【００１９】
また、本発明に係る温度センサは、上記本発明の温度センサにおいて、前記膜体の膜厚が、前記振動片の共振周波数を温度でテイラー展開することで導き出される二次温度係数を相殺するように調整された膜厚であることを特徴とするものである。
【００２０】
この発明に係る温度センサにおいては、温度特性の傾き（温度に対する周波数の変化の傾き）を線形に極力近づけることができる。つまり、温度に対する周波数の変化は、共振周波数を温度でテイラー展開することで導き出される二次温度係数の影響を受けるので、このままでは線形に変化しない。しかしながら、二次温度係数の成分をキャンセル（相殺）するように膜体の膜厚を調整するので、温度特性の傾きを極力線形に近づけることができる。従って、温度範囲によって感度が変化してしまうことを防止することができ、さらなる高性能化を図ることができる。特に、広い測定レンジに亘って均一の感度で測定できるので、利便性を高めることができ、センサとしての価値を高めることができる。また、温度に対する共振周波数の変化が線形になるので、算出回路の構成を簡素化することができる。
【００２１】
また、本発明に係る温度センサは、上記本発明の温度センサにおいて、前記膜体の膜厚Ｓが、次式で表される膜厚であることを特徴とする温度センサ。
Ｓ＝−Ｗ{（Ｄ＋Ｂ（Ｌ／Ｗ）2}／{（Ａ＋Ｃ（Ｌ／Ｗ）2}  
但し、Ｗは前記振動片の幅を示し、Ｌは前記振動片の長さを示し、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは所定の定数を示す。
【００２２】
この発明に係る温度センサにおいては、振動片の幅Ｗ及び長さＬと、所定の定数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとで算出される膜厚Ｓで膜体を形成することで、温度に対する周波数の変化から、二次温度係数の成分を確実にキャンセルすることができる。従って、線形性をより高めることができる。
【００２３】
また、本発明に係る温度センサは、上記本発明の温度センサにおいて、前記振動片が、Ｓｉから形成され、前記膜体が、ＳｉＯ2からなる酸化膜であることを特徴とするものである。
【００２４】
この発明に係る温度センサにおいては、特別な半導体材料ではなく、半導体プロセスで一般的に使用されるシリコン（Ｓｉ）を利用するので、低コストで所望の形状の振動片を得ることができる。また、膜体に関しても特殊なものではなく、半導体プロセスで一般的に使用されるＳｉＯ2の酸化膜であるので、この点においても取り扱い易く、膜厚調整を容易且つ確実に行えるうえ、低コスト化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る温度センサによれば、低コストで微小サイズまで小型化して１チップ化を容易に図ることができると共に、自己発熱をなくして高感度で高性能な温度センサとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る温度センサの第１実施形態を、図１から図３を参照して説明する。
図１から図３に示すように、温度センサ１は、振動子２と、ベース基板３と、一対の電極部４である駆動アイランド（駆動電極部）５及び検出アイランド（検出電極部）６と、算出回路７を有するＩＣ駆動部８と、備えており、半導体プロセス技術によって製造されるものである。
【００２７】
上記振動子２は、半導体材料であるシリコン（Ｓｉ）から形成されており、振動片１０と、該振動片１０の両端を支持する振動部アイランド（ベース部）１１とで一体的に形成されている。
振動片１０は、一方向（図１に示す矢印Ａ方向)に延びるように形成され、駆動アイランド５との間に発生した静電引力を受けて一方向に直交する他方向（図１に示す矢印Ｂ方向)に振動するようになっている。この振動片１０は、中空に浮いた状態、即ち、ベース基板３に対して所定のギャップを空けた状態で、上述したように振動部アイランド１１によって両端が支持されている。
【００２８】
振動片１０の一端を支持する振動部アイランド１１は、ベース基板３の上面に載置された状態で固定されている。この振動部アイランド１１は、ワイヤ１２を介してＩＣ駆動部８に電気的に接続されている。これにより、振動片１０及び振動部アイランド１１は、ワイヤ１２を介して所定の電位（例えばＧＮＤ）に保たれている。
また、本実施形態の振動片１０には、図３に示すように、振動片１０とは温度特性の異なるＳｉＯ2の酸化膜（膜体）１３が振動片１０の周囲を覆うように所定の膜厚Ｓで形成されている。
【００２９】
上記駆動アイランド５及び検出アイランド６からなる一対の電極部４は、振動子２と同様にシリコンから形成されており、図１及び図２に示すように、振動片１０に対して所定距離を空けた状態で該振動片１０を間に挟むようにベース基板３上に固定されている。つまり、駆動アイランド５及び検出アイランド６は、振動片１０が振動する他方向に沿って振動片１０を間にして対向配置されている。これら駆動アイランド５及び検出アイランド６は、振動片１０の長さＬとできるだけ同じ長さになるように設計されている。これにより、駆動アイランド５と振動片１０との間で形成される静電容量と、検出アイランド６と振動片１０との間で形成される静電容量とができるだけ大きな容量になるように設計されている。なお、上述した所定距離とは、振動片１０が振動したときに、該振動片１０が両アイランド５、６に対して接触しない間隔とされている。
【００３０】
両アイランド５、６のうち、駆動アイランド５は、ワイヤ１４を介してＩＣ駆動部８に電気的に接続されている。そして、駆動アイランド５は、ワイヤ１４を介して電圧が印加されたときに、振動片１０との間に静電引力を発生させて振動片１０を他方向（即ち、駆動アイランド５及び検出アイランド６に対して接近離間する方向）に振動させるようになっている。
また、検出アイランド６は、駆動アイランド５と同様にワイヤ１５を介してＩＣ駆動部８に電気的に接続されている。そして、検出アイランド６は、振動する振動片１０との間の距離変化を静電容量の変化として検出すると共に、該変化に基づいて振動片１０の共振周波数を検出し、ワイヤ１５を介して共振周波数を算出回路７に出力するようになっている。
なお、本実施形態の駆動アイランド５及び検出アイランド６には、ワイヤ１４、１５が接続される部分を除いて、図３に示すようにＳｉＯ2等の酸化膜１６が形成されている。
【００３１】
上記ベース基板３は、ＳｉＯ2等の絶縁性材料からなる絶縁性基板である。なお、ベース基板３の厚さは、上面と下面とが確実に電気的に絶縁される厚さであれば良い。
上記ＩＣ駆動部８は、振動子２に隣接するようにベース基板３上に設けられている。このＩＣ駆動部８は、図示しない外部導通回路を介して外部に対して電気的に接続されるようになっており、内部に上述した算出回路７と駆動アイランド５に所定の電圧を印加するための図示しない作動回路とが組み込まれている。このうち、算出回路７は、検出アイランド６で検出された共振周波数に基づいて温度を算出するようになっている。
【００３２】
次に、このように構成された温度センサ１を利用して、温度を測定する場合について説明する。
まず、図示しない外部導通回路を介してＩＣ駆動部８に外部から電源を供給すると共に、作動を開始させる信号を入力する。すると、ＩＣ駆動部８は、ワイヤ１４を介して駆動アイランド５に対して所定の電圧（交流電圧）を印加する。すると、駆動アイランド５と振動片１０との間に電圧が印加されるので、両者の間に静電引力が発生する。すると振動片１０は、この静電引力を受けて、一対の電極部４間で他方向に沿って振動する。つまり、駆動アイランド５及び検出アイランド６に対して接近離間するように振動する。この際、振動片１０は、ベース基板３に固定された振動部アイランド１１によって支持されているので、安定して振動する。そして振動片１０が振動すると、該振動片１０と検出アイランド６との間の距離が変化するので、両者の間の静電容量が変化する。検出アイランド６は、この静電容量の変化に基づいて振動片１０の共振周波数を検出すると共に、検出した共振周波数を算出回路７に出力する。これにより、算出回路７は、送られてきた共振周波数に基づいて温度を測定することができる。
【００３３】
ここで、共振周波数と温度との関係について、簡単に説明する。
一般的にヤング率は、温度に依存することが知られている。そのため、振動片１０のヤング率も温度変化によって変化してしまう。従って、振動片１０の共振周波数は、温度変化によって変化してしまう。
ここで共振周波数ｆの理論式を下記に示す。なお、Ｅは振動片１０を形成するシリコンのヤング率、Ｗは振動片１０の幅、Ｌは振動片１０の長さ、ρは振動片１０を形成するシリコンの密度、ｍは波数定数である。
【００３４】
【数１】
2009097951.tif 000003
【００３５】
上記式（１）でも表されるように、温度変化によってヤング率が変化した場合には、共振周波数が変化してしまうことが分かる。これを言い換えると、振動片１０の共振周波数をモニタすることで、温度を測定することが可能である。そのため、上述したように、振動片１０の共振周波数に基づいて温度を測定することができる。つまり、測定温度範囲における共振周波数の変化を予め把握しておくことで、測定された共振周波数から温度を算出することができる。その結果、実際の温度を測定することが可能である。
【００３６】
ところで、温度に対する周波数の変化、即ち、温度特性は、上記式（１）からも分かるように、振動片１０の長さＬや幅Ｗ等の設計段階で決定されてしまう。特に温度特性の傾き（温度に対する周波数の変化の傾き)は、センサとしての感度を決定するものである。そのため、一定の感度を維持するために振動片１０の設計は制約を受けてしまう。
しかしながら、本実施形態の振動片１０には、温度特性の異なる酸化膜１３が所定の膜厚Ｓで振動片１０の周囲を覆うように形成されている。そのため、酸化膜１３を形成したことによる応力を振動片１０に作用させることができ、振動片１０の設計にそれほど影響されることなく、振動片１０のヤング率を自由にコントロールすることができる。
これにより、温度特性の傾きを自由にコントロールすることができ、傾きを急峻にして感度を高めるといったことが可能である。また、所望する温度範囲内だけ感度を高めることもでき、この温度範囲だけ分解能を高めるといったことも可能である。
【００３７】
上述したように、酸化膜１３を形成するだけで容易に感度を高めることができるので、高性能な温度センサ１とすることができる。また、振動片１０を比較的自由に設計できるので、設計の自由度を向上することができる。しかも、従来の各種の抵抗体のように自己発熱しないので、振動片１０の周波数に基づいて温度を正確に測定することができる。
また、半導体プロセスを利用したＭＥＭＳ技術で製造できるので、ベース基板３上に各構成品を容易且つ微小サイズに作り込むことができ、１チップ化を図ることができる。また、半導体プロセスにより製造できることに加え、従来の白金抵抗体のような高価なものを用いないので、低コスト化を図ることができる。
【００３８】
このように、本実施形態の温度センサ１によれば、低コストで微小サイズまで小型化して１チップ化を容易に図ることができると共に、自己発熱をなくして高感度で高性能な温度センサ１とすることができる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について、図４から図７を参照して説明する。なお、第２実施形態において第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、振動片１０が振動部アイランド１１によって片持ち状に支持されていたが、第２実施形態では振動片１０が両持ち状態で支持されている点である。
【００４０】
即ち、本実施形態の温度センサ２０は、図４から図６に示すように、振動部アイランド１１が振動片１０の両端に設けられており、振動片１０の両端を支持している。
このように構成された温度センサ２０によれば、第１実施形態と同様の効果を奏することができることに加え、振動片１０を両持ち状態で支持するので、より安定して振動させることができる。従って、温度変化以外の要因によって共振周波数が変化してしまう可能性を低減することができるので、より高精度に温度を測定することができる。
【００４１】
特に、本実施形態のように振動片１０を両持ち状態で支持する場合において、酸化膜１３の膜厚Ｓを次のように調整することが好ましい。即ち、振動片１０の共振周波数を温度でテイラー展開することで導き出される二次温度係数を相殺するように膜厚Ｓを調整することが好ましい。具体的には、以下の式（２）で算出される膜厚となるように酸化膜１３の膜厚Ｓを調整する。
【００４２】
【数２】
2009097951.tif 000004
【００４３】
なお、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、共に所定の定数である。より詳細には、Ａは、１〜１０の範囲の定数であり、例えば５．３８８である。また、Ｂは、−１．０×１０−４〜−１０．０×１０−４の範囲の定数であり、例えば−２．３８３×１０−４である。また、Ｃは、１．０×１０−３〜１０．０×１０−３の範囲の定数であり、例えば２．３１８×１０−３である。また、Ｄは、−０．１〜−１．０の範囲の定数であり、例えば−０．１２４である。
【００４４】
酸化膜１３の膜厚Ｓを、上記式（２）で算出される膜厚にすることで、温度特性（温度に対する周波数の変化の傾き）を線形に極力近づけて線形性も持たせることができる。つまり、温度に対する周波数の変化は、共振周波数を温度でテイラー展開することで導き出される二次温度係数の影響をどうしても受けているので、このままでは線形に変化しない。しかしながら、上記式（２）で算出される膜厚Ｓにすることで、二次温度係数の成分をキャンセル（相殺）できるので、温度特性の傾きを極力線形に近づけることができる。
【００４５】
ここで、上記式（２）の根拠について簡単に説明する。
始めに、共振周波数温度係数Ｆ＝Ｆ（Ｔ）を、基準温度Ｔ０の近傍でテイラー展開すると、次式（３）が得られる。
【００４６】
【数３】
2009097951.tif 000005
【００４７】
この式（３）からさらに周波数変化率を求めると、次式（４）が得られる。
【００４８】
【数４】
2009097951.tif 000006
【００４９】
これにより、図７に示すように、温度係数を定義することができる。なお、図７においては、一次温度係数α、二次温度係数β、三次温度係数γまで定義している。次に、二次温度係数βを、酸化膜１３の膜厚Ｓ、振動片１０の幅Ｗ、振動片１０の長さＬ及び定数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに置き換えて表すと、次式（５）が得られる。
【００５０】
【数５】
2009097951.tif 000007
【００５１】
そして、二次温度係数βをキャンセルするためには、β＝０になれば良い。そこで、β＝０としたうえで、上記式（５）を膜厚Ｓで表すと、上述した式（２）を求めることができる。従って、この式（２）で算出される膜厚Ｓで酸化膜１３を形成することで、二次温度係数の成分を確実にキャンセルすることができ、温度特性の傾きを線形にすることができる。
その結果、温度範囲によって感度が変化してしまうことを防止することができ、さらなる高性能化を図ることができる。特に、広い測定レンジに亘って均一の感度で測定できるので、利便性を高めることができ、センサとしての価値を高めることができる。また、温度に対する共振周波数の変化が線形になるので、算出回路７の構成を簡素化することができる。
【００５２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５３】
例えば、上記各実施形態では、振動子２をシリコンで形成した場合を例に挙げて説明したが、シリコンに限定されるものではなく、他の半導体材料で形成しても構わない。また、振動片１０の周囲を覆うように酸化膜１３を形成したが、酸化膜１３に限定されず、振動片１０と異なる温度特性を有する膜体であれば構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る第１実施形態の温度センサの斜視図である。
【図２】図１に示す温度センサの上面図である。
【図３】図２に示すＣ−Ｃ断面を示す図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態の温度センサの斜視図である。
【図５】図４に示す温度センサの上面図である。
【図６】図５に示すＤ−Ｄ断面を示す図である。
【図７】振動片の共振周波数を温度でテイラー展開することで導き出される温度係数を定義した図である。
【符号の説明】
【００５５】
Ａ    一方向
Ｂ    他方向
１、２０    温度センサ
２    振動子
３    ベース基板
４    一対の電極部
５    駆動アイランド（駆動電極部）
６    検出アイランド（検出電極部）
７    算出回路
１０    振動片
１１    振動部アイランド（ベース部）
１３    酸化膜（膜体）
【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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【図７】
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