医用半導体圧力センサの動向(特集)(センサ)

「1. 半導体圧力センサの動作原理」IC, LSI材料としてよく知られているシリコン単結晶に応力を加えると, その結晶方向によって著しい電気抵抗変化が生ずる. この理由は結晶の内部エネルギ状態が変化し電子や正孔の動きやすさに大きい影響を与えるからである. これらの効果はピエゾ抵抗効果と呼ばれている. ここで, 抵抗Ro, 比抵抗ρoの薄形シリコン単結晶に力を加えたときのひずみ感度を求めると次式のごとくである. ΔR/Ro・ε=1+2μ+Δρ/ρoε…………… (1) (ΔR/Ro : 抵抗変化率, Δρ/ρo : 比抵抗変化率, μ : ポアソン比, ε : 力によって生ずるひずみ) シリコン単結晶のΔρ/ρo・1/εの値は1+2μの項を無視できる程大きく, 金属の約100倍程度である. 半導体圧力センサは, このような原理を用いたもので, シリコン単結晶板をそのままダイヤフラムとし, 表面の所定の位置にIC技術を用いて不純物を拡散し, 下地結晶と異なる伝導型を有する受感素子を作り出し, これらを集積して圧力センサとするものである.