p;、2313之間產(chǎn)生約200￥的電位差。
[0045](環(huán)形振子的驅(qū)動(dòng)）
[0046] 在本實(shí)施方式的壓力傳感器2中，對(duì)驅(qū)動(dòng)電極22a、22b施加交流電壓，產(chǎn)生圖4所示 的振動(dòng)。圖4所示的振動(dòng)示出了環(huán)形振子21的兩次振動(dòng)模式，環(huán)形振子21與驅(qū)動(dòng)電極22a、 22b的間隙變窄的圖4(a)所示的狀態(tài)(稱為第一橢圓形狀）以及環(huán)形振子21與驅(qū)動(dòng)電極22a、 22b的間隙變寬的圖4(b)所示的狀態(tài)(稱為第二橢圓形狀)周期性地重復(fù)。上述的橫梁210分 別連接于兩次振動(dòng)模式的振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)（固定點(diǎn))N的部分。
[0047] 如圖4所示，為了對(duì)環(huán)形振子21進(jìn)行靜電驅(qū)動(dòng)而使其激振，需要對(duì)驅(qū)動(dòng)電極22a、 22b施加交流電壓與稱為偏置電壓的直流電壓。直流的偏置電壓進(jìn)行使機(jī)械系統(tǒng)與電氣系 統(tǒng)耦合的動(dòng)作，表示該耦合的力系數(shù)(force factor)在偏置電壓越高時(shí)越大。力系數(shù)示出 了環(huán)形振子21的振動(dòng)時(shí)的電能與機(jī)械能之間的能量轉(zhuǎn)換的程度。作為壓力傳感器，為了使 環(huán)形振子21激振，還取決于環(huán)形振子21的直徑尺寸、寬度尺寸、間隙尺寸等，但需要施加200 ~300V左右的偏置電壓。
[0048] 在上述的以往的壓力檢測(cè)裝置中，是使用直流電源與交流電源從外部施加偏置電 壓以及交流電壓的結(jié)構(gòu)，但在本實(shí)施方式中，是在電極側(cè)形成駐極體薄膜200e，由此施加偏 置電壓的結(jié)構(gòu)。此外，也可以在環(huán)形振子側(cè)形成駐極體薄膜。如上形成駐極體薄膜，從而不 需要從外部施加直流電壓，在與以往的利用粘性阻力的壓力傳感器相比的情況下，能夠?qū)?現(xiàn)低功耗化。
[0049](壓力檢測(cè)原理）
[0050]此處，對(duì)本實(shí)施方式的壓力傳感器2的壓力檢測(cè)進(jìn)行說(shuō)明。如圖4所示，被激振的環(huán) 形振子21以被橫梁210支承的四處為固定點(diǎn)在第一橢圓形狀與第二橢圓形狀之間反復(fù)變 形。此時(shí)，通過(guò)環(huán)形振子21與驅(qū)動(dòng)電極22a、22b以及檢測(cè)電極23a、23b之間的流體(在該情況 下為氣體），對(duì)環(huán)形振子21的振動(dòng)作用壓膜阻尼。
[0051]所謂壓膜阻尼是在面與面之間的流體被擠壓時(shí)以及面與面分離時(shí)導(dǎo)入流體時(shí)作 用的阻尼作用。該阻尼作用由兩個(gè)成分構(gòu)成，一個(gè)是與速度成比例的成分亦即機(jī)械阻力 (Viscous damping)，另一個(gè)是與位移成比例的成分亦即彈簧阻力(Elastic damping)。在 圖4所示的例子中，在驅(qū)動(dòng)電極22a、22b以及檢測(cè)電極23a、23b的全部的位置(四處)C產(chǎn)生壓 膜阻尼效果。
[0052]上述的機(jī)械阻力成分以及彈簧阻力成分通過(guò)解析地解開(kāi)雷諾方程而獲得。例如， 如圖5所示，在假定面積A( = LXw)的平板相對(duì)于固定面向y方向位移的模型的情況下，等溫 條件下的（線性化)雷諾方程如下式（1)來(lái)表示。邊界條件成為式(2)。Ap為壓力的微小變化 量，p a為周圍壓力的時(shí)間平均，u為平板的振動(dòng)方向的位移，ho為間隙尺寸(非振動(dòng)時(shí)）。
[0053][數(shù)學(xué)式1]
[0056] 若通過(guò)使用了格林函數(shù)的解法解析地解開(kāi)式（1)，則機(jī)械阻力η成為下式(3)，彈 簧阻力kf成為下式(4)。此外，在式(3)、（4)中，r = w/L，〇為擠壓數(shù)，ω為環(huán)形振子的角振動(dòng) 數(shù)。擠壓數(shù)σ使用流體的粘度μ并由下式(5)表示。
[0057] [數(shù)學(xué)式2]
[0061] 此處，在將環(huán)形振子21與驅(qū)動(dòng)電極22a、22b以及檢測(cè)電極23a、23b的間隙尺寸設(shè)為 h時(shí)，克努森數(shù)1成為下式(6)。能夠使用該克努森數(shù)Kn，并通過(guò)在下式(7)表示的壓膜阻尼的 有效粘度K ff置換式(5)的流體的粘度(屬性值)μ，從而該情況下的擠壓數(shù)〇@成為下式(8)。
[0062] [數(shù)學(xué)式3]

[0066]式(6)所包含的平均自由行程λ與流體的壓力p成反比例，因此由式(8)表示的擠壓 數(shù)取決于壓力ρ。即，明確若壓力ρ變化，則由式(3)表示的機(jī)械阻力也與由式(4)表示的 彈簧阻力一同變化。其結(jié)果，壓力P的變化對(duì)環(huán)形振子21的振動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生影響。在式(3)、（4) 的任一個(gè)均包括面積A，面積A越大，阻尼效果越大。在圖4所示的例子中，環(huán)形振子21的外側(cè) 面的除了固定點(diǎn)之外的大部分隔著間隙G與驅(qū)動(dòng)電極22a、22b以及檢測(cè)電極23a、23b對(duì)置， 因此能夠?qū)毫ψ兓行У夭蹲綖樽枘岬淖兓?br>[0067]圖6是表示具備上述的壓力傳感器2的壓力檢測(cè)裝置1的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的框圖。壓力檢 測(cè)裝置1具備壓力傳感器2、驅(qū)動(dòng)部3以及檢測(cè)部4。設(shè)置于驅(qū)動(dòng)部3的交流電源31對(duì)壓力傳感 器2的驅(qū)動(dòng)電極22a、22b施加交流電壓。該交流電壓也輸入檢測(cè)部4。壓力傳感器2的檢測(cè)電 極23a、23b連接于檢測(cè)部4。壓力傳感器2的振動(dòng)環(huán)形21形成接地電位。
[0068] 若從交流電源31對(duì)驅(qū)動(dòng)電極22a、22b施加交流電壓，則環(huán)形振子21被靜電驅(qū)動(dòng)而 振動(dòng)。若環(huán)形振子21振動(dòng)，則在檢測(cè)電極23a、23b產(chǎn)生與該振動(dòng)對(duì)應(yīng)的交流電壓信號(hào)。被檢 測(cè)電極23a、23b檢測(cè)出的交流電壓信號(hào)輸入至檢測(cè)部4。在檢測(cè)部4中，計(jì)算被檢測(cè)電極23a、 23b檢測(cè)出的交流電壓信號(hào)與從交流電源31輸入的交流電壓信號(hào)的比亦即增益。
[0069] 圖7是表示增益特性的圖，縱軸是增益(dB)，橫軸是施加的交流電壓的頻率(kHz)。 此外，此處通過(guò)交流電源31施加了4Vp-p的交流電壓。在圖7中，示出了使氣體(空氣）的壓力 (絕對(duì)壓）變化為IOkPa(線LI)、40kPa(線L2)、IOOkPa(線L3)、190kPa(線L4)、400kPa(線L5)、 700kPa(線L6)、IMPa(線L7)時(shí)的增益特性的變化。
[0070] 若將各共振峰值（由圓圈表示)相比，則明確壓力最低的IOkPa時(shí)的共振峰值最大， 共振峰值伴隨著壓力增高而縮小。即，壓力越高，壓膜阻尼的振動(dòng)能量的散逸越大。圖7所示 的共振峰值在駐極體薄膜200e的帶電量越大時(shí)越大，另外在間隙G越來(lái)越窄時(shí)越尖銳，從而 能夠以更高靈敏度捕捉壓力變化。
[0071] 圖8表示增益差與壓力的關(guān)系。所謂增益差是圖7的共振時(shí)的增益與510kHz時(shí)的增 益的差。如圖8所示，明確壓力與增益差存在恒定的關(guān)系，示出了能夠通過(guò)一個(gè)壓力傳感器2 對(duì)大氣壓以下的壓力區(qū)域(真空區(qū)域）、大氣壓附近的壓力區(qū)域、比大氣壓高的壓力區(qū)域的 各區(qū)域進(jìn)行壓力計(jì)測(cè)。
[0072](壓力傳感器2的制造方法）
[0073]接下來(lái)，參照?qǐng)D9~圖14的工序圖對(duì)壓力傳感器2的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō) 明。在本實(shí)施方式中，對(duì)SOKSilicon on Insulator:絕緣體上娃)晶片進(jìn)行加工，從而形成 壓力傳感器2。首先，準(zhǔn)備圖9(a)所示的SOI晶片500 JOI晶片500是由成為基體基板的Si層 (以下稱為處理層)501、構(gòu)成中間層的Si〇2層（以下稱為BOX層(Buried Oxide:埋氧層））502 以及構(gòu)成上層的Si層（以下稱為設(shè)備層）503構(gòu)成的三層構(gòu)造的基板。此處，使用了處理層 501的厚度為400μπι、Β0Χ層502的厚度為2μπι、設(shè)備層503的厚度為30μπι的SOI晶片500。
[0074] 在圖9(b)所示的第一工序中，通過(guò)LPCVD，在SOI晶片500的設(shè)備層503的上表面使 Si3N4膜504成膜。該Si3N4膜504用于在后述的SiO 2膜形成時(shí)防止焊盤(pán)形成區(qū)域的氧化。
[0075]在圖10(a)所示的第二工序中，通過(guò)光刻形成用于將Si3N4膜504圖案成形為焊盤(pán)形 狀的光致抗蝕圖案505a、505b。光致抗蝕圖案505a是與環(huán)形振子21的焊盤(pán)211對(duì)應(yīng)的圖案， 光致抗蝕圖案505b是與電極22a、22b以及23a、23b的焊盤(pán)221、222、231、232對(duì)應(yīng)的圖案。 [0076] 在圖10(b)所示的第三工序中，通過(guò)在掩模使用了光致抗蝕圖案505a、505b的RIE (Reactive Ion Et