使用纵型晶体管的载荷传感器的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本公开基于2013年8月22日提出申请的日本申请号2013 -172293号，在此引用其 记载内容。
技术领域
[0003] 本公开涉及使用用半导体薄膜而构成的纵型晶体管的载荷传感器。
【背景技术】
[0004] 以往，在测量表面压力的载荷传感器中，在薄膜状的感压橡胶的两面各自上形成 相互正交的布线，利用当被施加载荷时这些布线的交点处的感压橡胶的厚度变化，基于该 交点处的感压橡胶的电阻变化，进行载荷检测。但是，在这样的构造的载荷传感器中，由于 是通过单纯矩阵型、即在感压橡胶的两面中相互正交的布线的各交点被配置为矩阵状的构 造的载荷检测，所以如果测量点变多，则容易受到其他交点处的电阻变化的影响。在此情况 下，信号/噪声比（S/N比）变小，测量精度下降，在机器人用途等的需要高速计测的情况下， 外围电路变复杂。
[0005] 为了解决该问题，在专利文献1中，记载了将使用由有机半导体材料等构成的有机 半导体薄膜而形成的横型晶体管应用到载荷传感器中的方案。使用有机半导体薄膜的横型 晶体管，根据被施加的载荷而栅极氧化膜的厚度变化，基于流到漏极一源极间的电流Ids变 化，从而进行载荷检测。对于横型晶体管，因为如果不将栅极开启则不流过电流，所以在使 用横型晶体管的载荷传感器中，能够使得不受相邻的其他横型晶体管的影响，能够使S/N比 适当地变大，所以能够实现测量精度的提高。
[0006] 电流I ds，使用移动性μ、栅极电容C、栅极幅W、栅极长L、栅极电压Vg、阈值电压Vth 如下述的数式那样来表示。如该数式所示，如果栅极氧化膜的膜厚变化，则对移动性μ、栅极 电容C、栅极长L等多个参数带来影响。由此，流到漏极一源极间中的电流Ids呈现非线性的 变化。
[0007]
[0008] 在此情况下，为了将横型晶体管应用到载荷传感器中，对完成的横型晶体管施加 基准载荷，并测量电流Ids，拥有将其映射得到的表。即，通过测量载荷施加时的电流Ids，根 据表导出与测量出的电流Ids对应的载荷，从而测量被施加的载荷。这样，由于电流Ids相对 于被施加的载荷呈现非线性的变化，需要测量实际的载荷来制作表等的处置，导致制品制 作的复杂化。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1:特开2009 - 31045号公报
【发明内容】
[0012]本公开鉴于上述问题点，目的是提供一种相对于被施加的载荷、漏极一源极间的 电流呈现线性的变化的载荷传感器。
[0013]在本公开的第一技术方案中，具有:基板，具有为绝缘体的表面;肋，设在基板之 上，由与基板不同的材料构成，具有侧面及上表面的表面由绝缘体构成；晶体管，具有形成 在肋的一侧面上的栅极电极、栅极绝缘膜及半导体薄膜;底部电极层及顶部电极层，以基板 中的形成有肋的部分为凸部，以没有形成肋的部分为凹部，所述底部电极层在凹部的底面 上与半导体薄膜接触而形成，所述顶部电极层在凸部的上表面上与半导体薄膜接触而形 成;通过对栅极电极施加栅极电压，在半导体薄膜上形成沟道区域，使电流流到底部电极层 与顶部电极层之间；如果对凸部施加载荷，则随着肋的变形，在该肋的高度方向上，半导体 薄膜的长度变化，基于电流变化而进行载荷测量。
[0014] 这样，通过使用肋及半导体薄膜等的纵型晶体管构成载荷传感器。并且，能够基于 纵型晶体管中的沟道长、即由底部电极层和顶部电极层构成的漏极一源极间的间隔的变 化、和构成沟道区域的半导体薄膜的长度的变化来进行载荷测量。在此情况下，能够使得漏 极一源极间的电流(Ids)相对于被施加的载荷呈现线性的变化。由此，能够做成相对于被施 加的载荷、漏极一源极间的电流呈现线性的变化的载荷传感器。
【附图说明】
[0015] 以下，基于附图对本公开的实施例进行说明。另外，在以下的各实施例相互中，对 于相互相同或等同的部分在图中赋予相同的标号。
[0016] 图1是有关本公开的第1实施方式的使用纵型晶体管的载荷传感器的剖视图。
[0017] 图2是图1所示的使用纵型晶体管的载荷传感器的俯视图。
[0018] 图3是表示载荷施加时的电流Ids的变化的图。
[0019 ]图4是表示载荷与电流Ids的变化率的关系的图。
[0020] 图5是表示肋的应变与金属布线的电阻变动的关系的图。
[0021] 图6是表示图1所示的纵型晶体管的制造工序的剖视图。
[0022] 图7是有关本公开的第2实施方式的使用纵型晶体管的载荷传感器的俯视图。
[0023] 图8是有关本公开的第3实施方式的使用纵型晶体管的载荷传感器的剖视图。
【具体实施方式】
[0024] 以下，基于附图对本公开的实施方式进行说明。另外，在以下的各实施方式相互 中，对于相互相同或等同的部分赋予相同的标号而进行说明。
[0025] (第丨实施方式）
[0026] 对本公开的第1实施方式进行说明。在本实施方式中，使用用有机半导体薄膜构成 的纵型晶体管来构成载荷传感器。参照图1及图2对使用该纵型晶体管的载荷传感器的构造 进行说明。
[0027] 如图1所示，本实施方式的使用纵型晶体管的载荷传感器100形成在由如玻璃或塑 料膜等那样至少表面为绝缘体的绝缘性基板构成的基板1上。具体而言，载荷传感器1〇〇如 以下这样构成。
[0028] 在基板1上，形成有肋2。肋2由与基板1相比杨氏模量小而容易变形的材质构成，例 如由作为光致抗蚀剂使用的SU - 8光刻胶或聚二甲基硅氧烷(PDMS)等的绝缘材料构成。在 本实施方式中，肋2如图1所示那样截面形状为四边形，并且如图2所示，上表面形状也为四 边形。具体而言，肋2上表面形状为2mmX 2mm的正方形，作为厚度方向尺寸的高度为Ιμπι以 上，例如为50μπι，在图2的宽度方向上延伸设置。此外，在肋2的一侧面上，作为导电层而形成 有例如依次层叠有Au和Cr的栅极电极3。例如，在本实施方式中，通过将Au以60nm、将Cr以 3nm的厚度成膜，形成栅极电极3。这些肋2及栅极电极3多个例如以等间隔排列而配置、或以 矩阵状配置，形成有肋2的位置为凸部，没有形成它们的位置为凹部。
[0029] 在基板1的表面或肋2及栅极电极3的表面上，形成有由派瑞林（聚对二甲苯、 Parylene、（注册商标））、Si〇2、氧化错或有机材料等的绝缘材料构成的栅极绝缘膜4。例如， 在本实施方式中，将栅极绝缘膜4以450nm的厚度形成。此外，以从肋2的一侧面上的栅极绝 缘膜4的表面延伸到肋2的上表面及基板1上的没有形成肋2的位置的方式形成有机半导体 薄膜5。有机半导体薄膜5通过例如高分子有机材料、低分子有机材料或由它们的层叠构造 等形成的有机半导体材料来构成。
[0030] 并且，在有机半导体薄膜5中的凹部的底面、即在基板1上没有形成肋2的位置处被 配置的部分之上，以与有机半导体薄膜5接触的方式形成有由Au等的电极材料构成的底部 电极层6。进而，在有机半导体薄膜5中的凸部的上表面、即在基板1上形成有肋2的位置处被 配置的部分之上，以与有机半导体薄膜5接触的方式形成有由Au等的电极材料构成的顶部 电极层7。这些底部电极层6及顶部电极层7被离开地配置从而被电气地分离。在本实施方式 中，将这些底部电极层6及顶部电极层7以例如20nm的厚度形成。
[0031] 另外，如图2所示，将底部电极层6及顶部电极层7形成与肋2中的形成有栅极电极3 的侧面相同宽度的四边形状，但在基板1的表面中的图2的宽度方向上延伸设置有第1引出 布线部6a、第2引出布线部7a。关于底部电极层6,由于形成在基板1中的没有形成肋2的凹部 上，所以在该凹部上与第1引出布线部6a连接。关于顶部电极层7,基本上形成在