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JP2587147B2 - 半導体センサ - Google Patents

半導体センサ

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JP2587147B2
JP2587147B2 JP3142360A JP14236091A JP2587147B2 JP 2587147 B2 JP2587147 B2 JP 2587147B2 JP 3142360 A JP3142360 A JP 3142360A JP 14236091 A JP14236091 A JP 14236091A JP 2587147 B2 JP2587147 B2 JP 2587147B2
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勝樹 一瀬
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Honda Motor Co Ltd
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    • GPHYSICS
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    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体センサ、特に電界
効果トランジスタ(以下FETと称する)で応力等の検
出を行なうようにした半導体センサに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来から、FETに応力を加えるとドレ
イン電流が変化することは知られている。従来の半導体
センサ100は、図5に示すように、圧力、速度等の外
力を検出するFET101と、このFET101のドレ
イン電流IDを入力として対応する電圧出力を発生する
電流−電圧(I−V)変換回路102と、FET101
のゲートバイアス電圧VGを印加するための抵抗R1、
R2、および電源VDDから構成している。FET10
1のドレインDは、電源VDDに接続され、そのゲート
Gは前記抵抗R1、R2で分圧されたゲートバイアス電
圧VGが印加される。電流−電圧(I−V)変換回路1
02は、演算増幅器102aと帰還抵抗102bから構
成している。FET101のソースSは演算増幅器10
2aの反転入力端子102cへ接続されている。演算増
幅器102aの非反転入力端子102dを接地して、各
入力端子102c、102d間の電位差がほぼ零である
ことを利用してFET101を定電圧駆動する構成とし
ている。この従来の半導体センサでは、消費電力を減ら
すために、応力検出を行なわない待機時には、その電源
電圧VDDを遮断もしくは0Vにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、待機時にドレ
イン、ゲート、ソースの全端子を遮断もしくは0Vにし
てしまうと、応力検出を行なう測定時に、電源を印加し
てから安定な測定状態になるまでに時間(数秒から数
分、場合によっては数日)がかかってしまう。特に、立
上がり時に出力変化したり、ドレイン電流が数秒から数
時間に亘って増加(または減少)し続けるドリフト現象
が生じ、直ちに安定した動作に入らず、そのため消費電
力が増加してしまう。本発明は、ドリフト現象を抑制し
て消費電力を減らすと共に立上がり時の出力変化を少な
くすることができる半導体センサを得ることを目的とす
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】ところで、このドレイン
電流のドリフト原因は、動作時にドレイン−ソース間の
電流が変化することによって生じるのではなく、ドレイ
ン、ゲート、ソースの各端子に印加される電圧の変化に
よって生じることは、既に実験により確かめられてい
る。本発明は、この事実に鑑みてなされたもので、上記
目的を達成するため、本発明に係る半導体センサは、応
力検出を行なう動作状態と応力検出を行なわない待機状
態でのFETのドレイン−ソース間電圧を同じまたはほ
ぼ同じとしつつ、待機状態でのドレイン電流を動作状態
よりも減少させる手段を備えたことを特徴と する。ま
た、本発明に係る半導体センサは、応力検出を行なう動
作状態と応力検出を行なわない待機状態でのFETのド
レイン−ソース間電圧を同じまたはほぼ同じとしつつ、
待機状態でのゲート−ソース間電圧をゲート−ソースカ
ットオフ電圧とするか若しくはこれに近くして待機状態
でのドレイン電流を動作状態よりも減少させる手段を備
えたことを特徴とする。本発明に係る半導体センサは、
半導体センサを用いて応力検出を行なわない待機状態に
おいては、ドレイン−ソース間またはゲート−ソース間
に印加する電圧変化を小さく抑え、ドレイン電流を大き
く減少するようにして消費電力を抑制するようにした。
【0005】
【作用】本発明に係る半導体センサによれば、待機時に
おけるドレイン、ゲート、ソースの各端子電圧を動作
(測定)時の電圧とそれ程変えないでドレイン電流を大
きく減少させる。
【0006】
【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を
説明する。なお、以下の実施例では、従来例で説明した
構成については、その説明を省略する。図1は、本発明
の第1実施例に係る半導体センサの回路構成図、図2は
その回路構成におけるドレイン、ゲート、ソースの各端
子電圧を示すタイムチャートである。この半導体センサ
1は、FET2のゲートGへ印加するゲートバイアス電
圧を制御回路4からの指示によりスイッチ回路5をオン
・オフして制御するよう構成したものである。電流−電
圧(I−V)変換回路3の出力3eが入力される制御回
路4は待機状態であるか動作状態であるかを指示し、そ
の出力でスイッチ回路5をオン・オフすることにより抵
抗R1、R2、およびR3で構成される抵抗の分圧比を
変えてFET2のゲートGへ印加するゲートバイアス電
圧を直接制御してドレイン電流を制御するよう構成して
いる。なお、3aは演算増幅器、3bは帰還抵抗を示
す。
【0007】この第1の実施例は、待機時にはドレイン
−ソース間電圧を動作時と同じ電圧(この実施例では2
V)にしておき、制御回路4からの指示によりスイッチ
回路5をオンとして、抵抗R1、R2、およびR3で構
成される抵抗の分圧比を変えることによりゲート電位を
下げて(この実施例においては0.1V)ゲート−ソー
スカットオフ電圧(以下閾値(VTH)と称する)に近い
電圧とするとドレイン電流は、ほとんど流れなくなる
(閾値(VTH)以下の電圧とすればドレイン電流は、流
れなくなる)。すなわち、ドレイン電位およびソース電
位は変わらず、ゲート電位も僅かしか変わらない(電圧
変化は非常に小さい)ので、動作状態になってゲート電
位が0.1V増加したとき、ドレイン電流は急激に増加
するが、その後の電流のドリフトは非常に小さく、すぐ
に安定状態となる。
【0008】図3は、本発明の第2実施例に係る半導体
センサの回路構成図、図4はその回路構成におけるドレ
イン、ゲート、ソースの各端子電圧を示すタイムチャー
トであり、第1実施例と同じ構成部分には同一符号を付
する。この半導体センサ11は、電流−電圧(I−V)
変換回路13内の演算増幅器3の非反転入力端子3dに
印加する電圧を電流−電圧(I−V)変換回路13の出
力3eが入力される制御回路4からの指示によりスイッ
チ回路6をオン・オフして制御するよう構成したもので
ある。抵抗R1およびR2の分圧によってFET2のゲ
ートGに与えられる電圧を固定電圧とし、FET2のソ
ース電圧VSを、待機状態であるか動作状態であるかを
指示する制御回路4の出力でスイッチ回路6をオン・オ
フして、FET2のゲート−ソース間電圧を制御してド
レイン電流を制御するよう構成したものである。
【0009】この第2の実施例は、待機時においてはゲ
ート電圧は動作時と同じ電圧(この実施例では−1V)
にしておき、制御回路4からの指示によりスイッチ回路
6をオンとして、演算増幅器3の非反転入力端子3dに
印加する電位を上げて(この実施例においては0.1
V)ゲート−ソースカットオフ電圧(以下閾値(VTH)
と称する)に近い電圧とするとドレイン電流は、ほとん
ど流れなくなる(閾値(VTH)以下の電圧とすればドレ
イン電流は、流れなくなる)。すなわち、ドレイン電位
およびゲート電位は変わらず、ソース電位も僅かしか
わらず(電圧変化は非常に小さい)ほぼ同じとしている
ので、動作状態になってソース電位が0.1V減少した
とき、ドレイン電流は急激に増加するが、第1実施例と
同様、その後の電流のドリフトは非常に小さく、すぐに
安定となる。
【0010】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る半
導体センサによれば、半導体センサを用いて応力検出を
行なわない待機状態において、FETの増幅作用を利用
してドレイン電流の減少は大きいがドレイン−ソース間
またはゲート−ソース間に印加する電圧の変化は小さく
抑えたので、ドレイン電流のドリフト現象を極めて小さ
く抑えることができ、従って消費電力を減らすことがで
きる。また、ドレイン電流の減少により待機状態の消費
電力を低減することができる。なお、ソース−ゲート間
の電圧を変えないで、ドレイン電位をソース電位と同じ
にしてしまう方法も考えられるが、前述の実施例と比較
すると電圧変化が大きいことから、その効果は劣る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る半導体センサの回路
構成図である。
【図2】本発明の第1実施例に係る半導体センサの回路
構成におけるドレイン、ゲート、ソースの各端子電圧を
示すタイムチャートである。
【図3】本発明の第2実施例に係る半導体センサの回路
構成図である。
【図4】本発明の第2実施例に係る半導体センサの回路
構成におけるドレイン、ゲート、ソースの各端子電圧を
示すタイムチャートである。
【図5】従来の実施例に係る半導体センサの回路構成図
である。
【符号の説明】1,11 …半導体センサ、2…FET(電界効果トラン
ジスタ)、3,13…電流−電圧(I−V)変換回路、
3a…演算増幅器、3b…帰還抵抗、4…制御回路、
5,6…スイッチ回路、R1,R2,R3…抵抗。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に電界効果トランジスタを
    形成し、この電界効果トランジスタで応力検出を行なう
    ようにした半導体センサにおいて、応力検出を行なう動作状態と応力検出を行なわない待機
    状態での電界効果トランジスタのドレイン−ソース間電
    圧を同じまたはほぼ同じとしつつ、待機状態でのドレイ
    ン電流を動作状態よりも減少させる手段を備えた ことを
    特徴とする半導体センサ。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に電界効果トランジスタを
    形成し、この電界効果トランジスタで応力検出を行なう
    ようにした半導体センサにおいて、 応力検出を行なう動作状態と応力検出を行なわない待機
    状態での電界効果トランジスタのドレイン−ソース間電
    圧を同じまたはほぼ同じとしつつ、待機状態でのゲート
    −ソース間電圧をゲート−ソースカットオフ電圧とする
    か若しくはこれに近くして待機状態でのドレイン電流を
    動作状態よりも減少させる手段を備えたことを特徴とす
    る半導体センサ。
JP3142360A 1991-05-17 1991-05-17 半導体センサ Expired - Fee Related JP2587147B2 (ja)

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EP92108233A EP0513815B1 (en) 1991-05-17 1992-05-15 Semiconductor stress sensor
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