专利名称：角速度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于飞机，汽车，机器人，船舶，车辆等的姿势控制及导航系统等的角速度传感器。
背景技术：
作为现有技术的角速度传感器，已知有美国专利第5438231号公报描述的传感器。下面，利用图8对这种角速度传感器进行说明。
图8是现有技术的角速度传感器的透视图。在图8中，角速度传感器101，由以下部分构成由硅等非压电材料构成的音叉102，臂103，臂104，基部105，设于臂103上的下部电极106，设于臂104上的下部电极107，设于下部电极106上的压电膜108，设于下部电极107上的压电膜109，设于压电膜108上的上部电极110及上部电极111，设于压电膜109上的上部电极112及上部电极113。同时，通过向上部电极110、111、112、113上外加交流电压，音叉102共振。
上述角速度传感器101的音叉102，具有正交的两个振动模(X方向的振动模和Z方向振动模)。音叉102，仅仅一个振动模(例如X方向振动模)被驱动。在这种状态下，以与上述正交的两个振动模的轴(X轴，Z轴)相互垂直的轴(Y轴)为中心，外加旋转角速度时，音叉102借助科利奥里(Corioli)力，另外一个(Z方向)振动模被激振。角速度传感器101利用这一原理。在这种角速度传感器101的结构中，为了相对于外加的角速度获得可靠性高的检测信号，音叉102的正交的两个振动模(X方向的振动模和Z方向的振动模)的共振频率有必要分离。但是，为了相对于外加角速度提高检测信号灵敏度，音叉102的正交的两个振动模(X方向振动模和Z方向振动模)的共振频率相互接近是有利的。即，从相对于外加角速度的检测信号的可靠性和灵敏度的角度出发，两个共振频率最好是十分接近但不相互结合。但是，有关相对于外加角速度的检测信号的灵敏度的可靠性，从由构成音叉的材料的结晶的面方位引起的弹性模量的不同与共振频率的观点考察的文献，包括上述美国专利第5438231号公报到目前为止并不存在。
下面，对于上述问题进行详细描述。共振频率f用公式(1)表示。这里，c表示弹性模量，ρ表示密度，d表示臂的宽度，l表示臂的长度。
f∝(c/ρ)*d/l2]]>(公式1)由上述公式(1)，可以看出，音叉102的X方向的振动模的共振频率，随着弹性模量c的改变而变化。这里，在现有技术的角速度传感器中，存在着以下问题，即，对于臂103、104的侧面，作为结晶的面方位选择不同的面，音叉102的X方向(驱动方向)的弹性模量c会产生波动，对外加的角速度的检测信号的灵敏度会引起波动，导致可靠性降低。

发明内容
本发明提供一种角速度传感器，在配备有振动体的角速度传感器中，该振动体由将面方位(100)为主面的硅基板形成，与该振动体的驱动方向基本上正交的面，是弹性模量相对于方位角的偏移变化小的面方位。


图1、是本发明的角速度传感器的实施形式1的透视图；图2、是图1所示的角速度传感器的A-A剖面图；图3、是本发明中角速度传感器的硅基板内的配置图；图4、是硅基板的面方位图；图5、是表示硅基板的弹性模量与方位角的关系的特性图；图6A～图6H、是利用图3的D-D剖面图说明根据本发明的角速度传感器的制造工艺图；图7、是根据本发明的角速度传感器的实施形式2的硅基板内的配置图；图8、是现有技术的角速度传感器的透视图。
具体实施例方式
本发明的目的是，解决上述现有方式中存在的课题，提供一种抑制振动体的驱动共振频率的波动，提高相对于外加角速度的检测信号的灵敏度的可靠性的角速度传感器。
下面，利用图1至图7说明本发明的实施形式。本发明的角速度传感器，具有振动体，但在下面的实施形式中，作为该振动体以采用音叉时为例进行说明。
(实施形式1)图1是本发明的角速度传感器的实施形式1的透视图，图2是图1的角速度传感器的A-A剖面图，图3是硅基板内的角速度传感器的配置图，图4是图3所示的硅基板的面方位图，图5是表示图3所示的硅基板的弹性模量与方位角度的关系的特性图。
图1中的箭头X，箭头Y，箭头Z，分别表示相互正交的三个方向。此外，在下面的描述中，箭头X，箭头Y，箭头Z，分别也描述为方向X，方向Y，方向Z。如图1、图2、图3所示，具有平行的两个臂1及臂2，连接该两个臂1及臂2的基部3的作为振动体的音叉4，由非压电材料的硅构成。音叉4的主面5，是硅基板30的面方位(100)。此外，该主面5以图3所示的硅基板30的方向平面(オリフラ)31为基准，臂1以及臂2的各自的侧面6及侧面7是面方位(001)，与臂1及臂2的长度方向(Y方向)正交的面以成为面方位(010)的方式形成。第一电极10位于臂1的主面5上，设置在臂1的中心线8的内侧。第二电极11，位于臂1的主面5上，设置在中心线8的外侧。第一电极10和第二电极11相互分离。第一电极12位于臂2的主面5上，设于臂2的中心线9的内侧。第二电极13位于主面5上，设于中心线9的外侧。第一电极12和第二电极13相互分离。第一压电薄膜14、16分别位于中心线8、9的内侧，并且，分别设于第一电极10、12上。第二压电薄膜15、17分别位于中心线8、9的外侧，并且，分别设于第二电极11、13上。第三电极18、20分别设于第一压电薄膜14、16上。第四电极19、21分别设于第二压电薄膜15、17上。
以上的第一电极10、12，第二电极11、13，第一压电薄膜14、16，第二压电薄膜15、17，第三电极18、20，第四电极19、21构成驱动部。
第五电极22位于臂1的主面5上，设于靠近基部3侧。并且，第五电极22相对于第一电极10和第二电极11分离地设置。第六电极23设置在设于第五电极22上的第三压电薄膜26上。此外，第三压电薄膜26，在图1和图3中被第六电极23掩盖看不到，但在作为剖面图的图6D中表示出来。同样，第五电极24位于臂2的主面5上设于靠近基部3侧。并且，第五电极24相对于第一电极12及第二电极13分开设置。第六电极25设置在设于第五电极24上的第三压电薄膜27上。此外，第三压电薄膜27，在图1和图3中，被第六电极25隐蔽看不到，但在作为剖面图的图6D中明确地表示出来。
以上的第五电极22、24，第三压电薄膜26、27，第六电极23、25构成检测部。
这样，构成角速度传感器51。
下面，对角速度传感器51的动作原理进行说明。
在图1、图2中，当在第一电极10和第三电极18之间，第一电极12和第三电极20之间，第二电极11和第四电极19之间，第二电极13和第四电极21之间分别外加大约20V左右的直流电压时，第一压电薄膜14、16，第二压电薄膜15、17的极化分别与一定的方向一致。同样，当在第五电极22和第六电极23之间，第五电极24和第六电极25之间分别外加20V左右的直流电压时，第三压电薄膜26、27的极化与一定的方向一致。
例如，当外加直流电压令第一电极10、12，第二电极11、13及第五电极22、24变成高电位侧时，第一压电薄膜14、16，第二压电薄膜15、17及第三压电薄膜26、27的极化方向，从第一电极10、12，第二电极11、13及第五电极22、24指向第三电极18、20，第四电极19、21及第六电极23、25的方向。即使停止外加上述直流电压，该极化方向也原封不动地保持在一定的方向。这称之为自发极化。当第一压电薄膜14、16，第二压电薄膜15、17及第三压电薄膜26、27具有这种自发极化时，在第三电极18、20，第四电极19、21及第六电极23、25的电位比第一电极10、12，第二电极11、13及第五电极22、24的电位高的情况下，第一压电薄膜14、16，第二压电薄膜15、17及第三压电薄膜26，27，向各自的极化方向缓和的方向运动。从而，第一压电薄膜14、16，第二压电薄膜15、17及第三压电薄膜26、27沿与极化平行的方向收缩，沿垂直方向伸长。反之，在第三电极18、20，第四电极19、21及第六电极23、25的电位比第一电极10、12，第二电极11、13及第五电极22、24的电位低的情况下，第一压电薄膜14、16，第二压电薄膜15、17及第三压电薄膜26、27沿与极化平行的方向伸长，沿垂直方向收缩。
从而，当把第一电极10作为GND电极或假想GND电极，向第三电极18上外加交流电压时，第一压电薄膜14向Y轴方向伸缩。上面，对设于臂1上的内侧的驱动部进行了说明，设于臂1上的外侧的驱动部，设于臂2的内侧、外侧的驱动部，也进行同样的动作。
此外，通过向图1、图2所示的第三电极18和第四电极19上外加相位相互差180°的交流电压，在第一压电薄膜14伸长时，第二压电薄膜15收缩。反之，第一压电薄膜14收缩时，第二压电薄膜15伸长。
基于上述原理，当向第三电极18、20外加相同相位的交流电压，向第四电极19、21外加与第三电极18、20相反相位的交流电压时，臂1和臂2相互沿相反方向(X方向)进行音叉振动。
此外，臂1、2，具有依赖于形状的固有共振频率。如果外加到第三电极18、20，第四电极19、21上的交流电压的频率和该形状的固有共振频率相同的话，将臂1、2向X方向(驱动方向)驱动共振。当在X方向(驱动方向)共振的状态下外加绕Y轴的角速度时，臂1、2借助科里奥利力沿Z方向(检测方向)相互反向弯曲。借助该弯曲在分别设于臂1、2上的第三压电薄膜26、27上产生分别反向的电荷。通过第六电极23、25检测出该反向电荷，可以获得对应于外加的角速度的输出。
此外，臂1、2具有向X方向(驱动方向)运动的振动模，和向Z方向(检测方向)运动的振动模。当将这两个振动模的共振频率设定得相同时，由于驱动共振在检测侧(Z方向)也发生共振，所以，难以辨别由科里奥利力产生的变形。因此，有必要将检测侧(Z方向)的共振频率设定得与驱动侧(X方向)的共振频率稍有不同，抑制检测侧(Z方向)的共振频率与驱动侧(X方向)的共振频率的结合。
但是，当设定成差别很大的频率时，即使在检测侧(Z方向)产生科里奥利力，由于远离驱动侧(X方向)的共振频率，检测侧(Z方向)不会产生大的振动。即，有必要将驱动侧(X方向)的共振频率和检测侧(Z方向)的共振频率设定成相互离开不引起结合的程度，并且为了提高检测侧(Z方向)的灵敏度，将两个共振频率设定得比较接近。
在本实施形式中，对臂1、2的驱动方向(X方向)的宽度比检测方向(Z方向)的厚度大的例子进行了说明。作为一个例子，如图2所示，令臂1、2的宽度为0.2mm，厚度为0.19mm。该音叉4的驱动方向(X方向)的共振频率，例如为22kHz，检测方向(Z方向)的共振频率，例如为20kHz。
这里，如图4所示，硅的面方位(100)，面方位(010)，面方位(001)分别具有垂直面的关系，<010>方位和<011>方位，<011>方位和<001>方位分别具有相差45°的关系。
此外，图5表示硅的方位角和弹性模量的关系。横轴表示以<010>方位为基准的方位角度，纵轴表示弹性模量。如图5所示，面方位(100)的硅的弹性模量在<010>方位附近(即，方位角0°附近)，<011>方位附近(即，方位角45°附近)，<001>方位附近(即方位角90°附近)，弹性模量相对于方位角的变化量很小。<010>方位和<001>方位的弹性模量相同。这样，关于面方位(100)的硅弹性模量，方位角以45°为周期弹性模量对方位角的依赖性小，弹性模量本身表示以方位角90°为周期变化。即，如图3所示，通过使用面方位(100)的硅基板30以<010>方位构成形成立体的音叉4的臂1、2的长度方向(Y方向)，音叉4的驱动方向(X方向)成为<001>方位。此外，由于检测方向(Z方向)为<100>方位，在驱动方向(X方向)和检测方向(Z方向)的振动模中，可以使弹性模量基本上相同，同时，可以使弹性模量相对于方位角偏移的变化小。从而，由于缩小驱动方向(X方向)的共振频率的波动，提高精度，所以，提高外加的角速度的检测信号的灵敏度的可靠性。同样，即使以<001>方位构成音叉4的臂1、2的长度方向(Y方向)，驱动方向(X方向)成为<010>方位，也可以获得同样的效果。
此外，在上面的说明中，着眼于面方位(100)，描述了在面方位(100)中方位<100>，方位<010>，方位<001>和弹性模量的关系。在面方位(010)，面方位(001)的情况下，弹性模量依赖于方位<100>，方位<010>，方位<001>变化。这是由于硅的结晶性具有对称轴，<100>、<010>、<001>是对称轴的缘故。从而，在本发明中，以(100)作为主面，或以(010)，(001)作为主面也可以，这只不过是为了方便，改变方位的名称，实质上它们是完全同样适应的。即，如果决定面方位的话，与之相对的3个方位就被惟一地决定了。这样，在这两个面方位中，方位角和弹性模量的关系，具有和图5所示的关系相同的特征。
其次，下面对本实施形式所示的角速度传感器的制造方法进行说明。
图6A～6H，是用图3所示的角速度传感器的D-D截面说明的制造工艺图。
如图6A所示，准备面方位为(100)，厚度200μm左右的硅基板30。其次，如图6B所示，在硅基板30的主面5上，利用溅射或蒸镀形成厚度为2000左右的贵金属材料和容易氧化的材料的合金膜。作为贵金属材料和容易氧化的材料的合金膜，有铂(Pt)-钛(Ti)或者铱(Ir)-钛(Ti)等。通过这种成膜，形成下部电极膜40。进而，在该下部电极膜40上，利用溅射形成厚度1～4μm左右的钛锆酸铅(PZT)等压电材料薄膜，形成压电薄膜41。在该压电薄膜41上，通过溅射或蒸发形成厚度2000左右的由金(Au)，铬(Cr)。铝(Al)，铜(Cu)，钛(Ti)等材料构成的上部电极膜42。
其次，如图6C所示，在上部电极膜42上形成光致抗蚀剂图案43。该光致抗蚀剂43，是为了利用光刻技术形成规定形状的第三电极18、20，第四电极19、21，第六电极23、25，第一压电薄膜14、16，第二压电薄膜15、17，第三压电薄膜26、27，而制成图案。接着，如图6D所示，蚀刻上部电极42以及压电薄膜41。同时，如图6E所示，形成光致抗蚀剂44的图案。该光致抗蚀剂44，是为了利用光刻技术形成规定形状的第一电极10、12，第二电极11、13，第五电极22、24而制成的。光致抗蚀剂44，以覆盖第三电极18、20，第四电极19、21，第六电极23、25，第一压电薄膜14、16，第二压电薄膜15、17，第三压电薄膜26、27的方式形成，制成图案。同时，如图6F所示，将下部电极40蚀刻成规定的形状。
其次，如图6G所示，将以覆盖第一电极10、12，第二电极11、13，第五电极22、24，第一压电薄膜14、16，第二压电薄膜15、17，第三压电薄膜26、27，第三电极18、20，第四电极19、21，第六电极23、25和硅基板30的主面5上的方式形成的光致抗蚀剂45形成图案。该光致抗蚀剂45，为了利用光刻技术形成由规定的形状的硅构成的音叉4，制成图案。同时，如图6H所示，将硅基板30进行电感耦合型的反应性离子蚀刻。
在上述角速度传感器的制造方法中，在进行图6C，图6E，图6G所示的光致抗蚀剂43、44、45的图案成形时，如图3所示，将方向平面31的位置作为<011>方位，调整该方向平面31与光刻掩模的位置，以臂1、2的各个侧面46、47成为(001)的面方位的方式形成图案。此外，由于如图6H所示的臂1、2的宽度，以稍大于硅基板30的厚度的方式形成，所以，驱动侧(X方向)的共振频率高于检测侧(Z方向)的共振频率。
在电感耦合性的反应性离子蚀刻硅基板30时，至少使用两种以上的气体。两种以上的气体，至少是促进蚀刻的气体和抑制蚀刻的气体，借此，可以高精度地进行蚀刻的促进和抑制。其结果是，可以相对于硅基板30的主面5只沿垂直方向进行蚀刻。作为其结果，获得相对于硅基板30的主面5垂直的侧面46、47。
进而，如图6H所示，音叉4在硅基板30内基本上以成为相同间隔D1、D2、D3的方式配置，由于反应性离子蚀刻的宽度是均匀的，所以，蚀刻状态稳定，音叉4的切割出来的截面变得更加垂直。即，通过臂1、2的加工方法，提高宽度的尺寸精度，缩小音叉4的驱动方向(X方向)的共振频率的波动，通过高精度化，进一步提高外加角速度的检测灵敏度的可靠性。
在本实施形式中，对于作为第一电极、第二电极、第五电极的下部的电极膜40使用铂(Pt)-钛(Ti)或铱(Ir)-钛(Ti)的例子进行了说明。但是，作为下部电极膜40，更优选地，由设于下部(硅基板30)侧的Ti膜和上部(第一压电薄膜14、16，第二压电薄膜15、17，第三压电薄膜26、27)侧的Pt-Ti膜或Ir-Ti膜构成。通过该结构，Ti膜与硅以及Pt-Ti膜或Ir-Ti膜的紧密性强，Pt-Ti膜或Ir-Ti膜可以使PZT等压电薄膜的取向良好。
此外，在本实施形式中，以在由铂(Pt)-钛(Ti)或铱(Ir)-钛(Ti)构成的下部电极膜40上直接设置压电薄膜41的结构为例进行了说明。但是，更优选地，采用在Pt-Ti膜和压电薄膜之间进一步设置添加镧(La)和镁(Mg)的钛酸铅(PLMT)膜的结构。采用这种结构，可以扩大为了获得PZT等压电薄膜的良好的取向的制造条件的允许范围。
此外，在本实施形式中，作为压电薄膜，对利用钛锆酸铅(PZT)的例子进行了说明。但是，也能够用在压电薄膜中至少添加镁(Mg)、铌(Nb)，锰(Mn)中至少其中之一的钛锆酸铅(PZT)系构成。通过采用这种结构，与PZT同样，压电薄膜的压电常数大，电、机械转换效率高，可以达到对外加角速度的检测信号的高灵敏度。此外，在本实施形式中，压电薄膜41用PZT或添加Mg、Nb、Mn中至少其中之一的PZT系构成，该压电薄膜41的结晶结构中任何一个面，优先地与臂1、2的主面平行地取向。因此，相对于外加的驱动电场方向，多个极化向量的角度相应于所述优先的取向度而相等，提高相对于外加的角速度的检测信号的稳定性。
优选地，压电薄膜41的结晶结构，是菱形晶体结构或正方晶体结构，其(001)面与臂1、2的主面平行地优先取向。采用这种结构，压电薄膜41的压电特性，相对于外加电压不具有非线性，可以进行更稳定的角速度传感器的驱动及角速度的检测。
此外，为了其它的目的，优选地，压电薄膜41的结晶结构是菱形结晶结构或正方结晶结构，它们的(111)面与臂1、2的主面平行地优先取向。借助这种结构，压电薄膜41的压电特性相对于外加电压具有非线性特性，但外加电压越是高电压越显示高的压电特性，在需要大的驱动振幅的情况下是有效的。
此外，在本实施形式中，对于驱动部设置在比臂1、2的中央部更靠近前端侧、检测部设置在从臂1、2的中央部起至基部3的附近之间的结构例进行了说明。但是，更优选地，将驱动部设置在从臂1、2的至少一个的至少一个主面的基本上中央部至基部3的附近之间，检测部设置在比构成驱动部的第一电极10、12和第二电极11、13更靠近臂1、2的前端侧。通过这种结构，可以缩小在臂1、2的二次模的共振频率中的导纳，提高振动的稳定性，提高相对于外加角速度的检测信号的精度。
(实施形式2)图7是本发明的角速度传感器的实施形式2中的硅基板内的配置图。在本实施形式2中，对和实施形式1中描述的结构相同的部分，付与相同的标号，省略其详细说明，只详细说明其不同的部分。在本实施形式2中，与实施形式1不同的部分是在硅基板内的角速度传感器的配置。
在图7中，方向平面50，垂直于面方位(100)的硅基板30的主面5，并且，垂直于<01-1>方位。由于选择臂1、2的长度方向(Y方向)为<01-1>方位，所以，驱动方向(X方向)成为<011>方位。从而，如图5所示，成为驱动方向(X方向)的<011>方位，相对于方位角的偏移，弹性模量的变化小，并且，相对于驱动方向(X方向)弹性模量变得更大。借此，将音叉4的驱动方向(X方向)的共振频率的变化抑制得很小，并且，弹性模量本身也大。因此，可以加大音叉4的驱动方向(X方向)的共振频率，提高相对于外加角速度的检测信号的灵敏度的可靠性，并且，灵敏度本身也可以增大。
此外，在实施形式1及2中，对于由两个臂1、2和基部3构成的音叉4进行了说明。但是，即使臂为一个或3个以上，本发明也能够适用。即，如果选择作为本发明的技术思想的相对于方位角的偏移，弹性模量变化小的面方位的话，可以将驱动方向的共振频率的变动抑制得很小，可以提高相对于外加角速度的检测信号的灵敏度的可靠性。
所述所述，本发明，在配备有振动体的角速度传感器中，其振动体由以面方位(100)为主面的硅基板形成，进而，与该振动体的驱动方向基本上垂直的面，成为弹性模量对方位角的依赖性少的面方位。因此，即使面方位稍有偏移，也可以将振动体的驱动共振频率的变化抑制得很小，可以提高相对于外加角速度的检测信号的灵敏度的可靠性。
此外，本发明指出，臂的侧面以弹性模量对方位角的依赖性小的面方位的方式进行选择。借此，即使面方位稍稍偏移，也可以将音叉的驱动共振频率的变化抑制得很小，可以提高相对于外加角速度的检测信号的灵敏度的可靠性。
此外，本发明也指出，臂的侧面为(010)或(001)的面方位。借此，即使面方位稍稍偏移，也可以将音叉的驱动共振频率的变化抑制得很小，可以提高相对于外加角速度的检测信号的灵敏度的可靠性。
此外，本发明也指出，臂的侧面为<011>方位。借此，即使面方位稍稍偏移，也可以将音叉的驱动共振频率的变化抑制得很小。进而，弹性模量本身也大，所以，可以增大音叉的驱动共振频率，可以提高对外加角速度的检测信号的灵敏度的可靠性，并且灵敏度本身也大。
此外，本发明指出，使臂的检测方向(Z方向)的厚度，比驱动方向(X方向)的厚度薄。这样，可以使角速度传感器薄型化。
此外，本发明指出，第一电极，第二电极，第五电极由贵金属材料和易于氧化的材料的合金膜构成。借此，贵金属材料和易于氧化的材料的合金膜可以使PZT等压电薄膜进行良好的取向。
此外，本发明指出，该贵金属材料由Pt或Ir构成。借此，由Pt或Ir构成的贵金属材料可以使PZT等压电薄膜进行良好的取向。
此外，本发明指出，与易于氧化的材料的合金膜用Pt-Ti膜或Ir-Ti膜构成。借此，由Pt-Ti膜或Ir-Ti膜构成的合金膜，可以使PZT等压电薄膜进行良好的取向。
此外，本发明指出，第一电极、第二电极、第五电极由设于下部的Ti膜和设于上部的Pt-Ti膜或Ir-Ti膜构成。借此，Ti膜与硅及Pt-Ti膜或Ir-Ti膜的紧密性牢固，Pt-Ti膜或Ir-Ti膜可以使PZT等压电薄膜良好地取向。
此外，本发明指出，在Pt-Ti膜和压电薄膜或Ir-Ti膜与压电薄膜之间，进一步设置添加镧和镁的钛酸铅(PLMT)膜。借此，可以扩大为了获得PZT等的压电薄膜良好的取向的制造条件的允许范围。
此外，发明指出，作为压电薄膜，用钛锆酸铅(PZT)或添加Mg，Nb，Mn中至少其中之一的钛锆酸铅(PZT)系构成。借此，压电薄膜的压电常数增大，电、机械转换效率提高，可以提高相对于外加角速度的检测信号的灵敏度。
此外，本发明指出，作为压电薄膜，其结晶结构的任何一个面，由沿臂的主面优先取向的结构构成。借此，相对于外加的驱动电场的方向，多个极化向量的角度，与所述优先的取向度相对应，且相等，获得相对于外加角速度的检测信号的稳定性。
此外，本发明指出，作为压电薄膜，由其结晶结构为菱形结晶结构或正方结晶结构，其(001)面由与臂主面平行地优先取向的结构构成。借此，压电薄膜的压电特性相对于外加电压不具有非线性，可以更稳定地进行角速度传感器的驱动及角速度的检测。
此外，为了的另外的目的，本发明指出，作为压电薄膜，由其结晶结构使菱形结晶结构或正方结晶结构，其(111)面由与臂的主面平行地优先取向的结构构成。借此，压电薄膜的压电特性，相对于外加电压，具有非线性，当外加电压其电压越高时，越显示出高压电特性，在需要更大的驱动振幅时是有效的。
此外，本发明还指出，作为驱动部，设置在从任何一个臂的至少任一个的主面的基本上中央部到基部附近之间，检测部设置在比第一电极和第二电极更靠近臂的前端侧。借此，可以缩小臂的二次模的共振频率中的导纳，提高振动的稳定性，相对于外加角速度的检测信号的精度变高。
此外，本发明指出，通过利用至少两种以上的气体的电感耦合性的反应性离子蚀刻，相对于以面方位(100)作为主面的硅基板沿垂直方向进行蚀刻，形成音叉。借此，能够以高精度形成臂的侧面相对于主面的垂直度。
工业上的可利用性根据本发明的角速度传感器，备有用面方位(100)为主面的硅基板形成的振动体，与该振动体的驱动方向基本上正交的面成为弹性模量对方位角的依赖性小的面方位。借此，根据本发明的角速度传感器，可以将振动体的驱动共振频率的变动抑制得很小，可以提高相对于外加角速度检测信号的灵敏度的可靠性。
权利要求
1.一种角速度传感器，备有振动体，其中，所述振动体用以面方位(100)作为主面的硅基板形成，与所述振动体的驱动方向基本上正交的面，是弹性模量相对于的方位角的偏移变化少的面方位。
2.如权利要求1所述的角速度传感器，其中，所述振动体配备有一个或多个臂，具有连接所述臂的至少一个基部的音叉，具有隔着至少一个所述臂的至少一个主面上的中心线，分别分开地设置的第一电极及第二电极，分别设置在所述第一电极及所述第二电极上的第一压电膜及第二压电薄膜，分别设于所述第一压电薄膜及所述第二压电薄膜上的第三电极及第四电极的驱动部；以及具有相对于所述第一电极及第二电极分开地设置的第五电极，设于所述第五电极上的第三压电薄膜，设于所述第三压电薄膜上的第六电极的检测部；与所述臂的驱动方向(X方向)基本上正交的侧面是弹性模量相对于方位角的偏移变化小的面方位，通过向所述第三电极及所述第四电极外加相互相位相反的交流电压，所述音叉沿X方向共振，所述第六电极检测出，由于外加角速度在作为与所述臂的主面成直角方向的检测方向(Z方向)产生的科里奥利力引起的振动而生成的电荷。
3.如权利要求2所述的角速度传感器，其中，所述臂的侧面为(010)面方位或(001)面方位。
4.如权利要求2所述的角速度传感器，其中，所述臂的侧面为(011)面方位。
5.如权利要求2所述的角速度传感器，其中，所述臂，其所述检测方向(Z方向)的厚度比所述驱动方向(X方向)的厚度薄。
6.如权利要求2所述的角速度传感器，其中，所述第一电极和所述第二电极和所述第五电极，由贵金属材料和易于氧化的材料的合金膜构成。
7.如权利要求6所述的角速度传感器，其中，所述贵金属材料至少包括铂(Pt)和铱(Ir)中的任一种。
8.如权利要求6所述的角速度传感器，其中，所述合金膜是铂(Pt)-钛(Ti)膜或铱(Tr)-钛(Ti)膜。
9.如权利要求2所述的角速度传感器，其中，所述第一电极和所述第二电极和所述第五电极，由设于下层的钛(Ti)膜，设于上层的铂(Pt)-钛(Ti)膜或铱(Ir)-钛(Ti)膜构成。
10.如权利要求9所述的角速度传感器，其中，所述铂(Pt)-钛(Ti)膜和所述压电薄膜之间，或者所述铱(Ir)-钛(Ti)膜和所述压电薄膜之间，进一步具有添加镧(La)和镁(Mg)的钛酸铅(PLMT)膜。
11.如权利要求2所述的角速度传感器，其中，所述第一压电薄膜和所述第二压电薄膜和所述第三压电薄膜，由钛锆酸铅(PZT)或钛锆酸铅(PZT)系构成，所述钛锆酸铅(PZT)系，添加Mg，Nb，Mn中至少其中之一。
12.如权利要求11所述的角速度传感器，其中，所述第一压电薄膜和所述第二压电薄膜和所述第三压电薄膜，它们的结晶结构的任一个面，与所述臂的主面平行地优先取向。
13.如权利要求12所述的角速度传感器，其中，所述结晶结构是菱形结晶结构或正方结晶结构，所述优先取向的面是(001)面方位。
14.如权利要求12所述的角速度传感器，其中，所述结晶结构是菱形结晶结构或正方结晶结构，所述优先取向的面是(111)面方位。
15.如权利要求2所述的角速度传感器，其中，所述驱动部，设置在从至少任一个的所述臂的主面的中央部至所述基部之间，所述检测部设置为比所述第一电极及所述第二电极更靠近臂的前端侧。
全文摘要
提供一种抑制振动体的驱动共振频率的波动，提高对外加角速度的检测信号的灵敏度的可靠性的角速度传感器。该角速度传感器具有振动体，作为该振动体的音叉，用以面方位(100)为主面的硅基板形成，与该音叉的臂的驱动方向(X方向)大致正交的侧面，成为弹性模量对方位角的依赖性小的面方位。
文档编号G01C19/56GK1545611SQ0380084
公开日2004年11月10日 申请日期2003年6月5日 优先权日2002年6月10日
发明者林道彦, 多鹿博文, 中谷将也, 也, 文 申请人:松下电器产业株式会社