特許 7103600 歪センサ、およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-11

(45)【発行日】2022-07-20

(54)【発明の名称】歪センサ、およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20220712BHJP

【ＦＩ】

G01B7/16 R

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018193492

(22)【出願日】2018-10-12

(65)【公開番号】P2020060519

(43)【公開日】2020-04-16

【審査請求日】2021-07-08

(73)【特許権者】

【識別番号】517132810

【氏名又は名称】地方独立行政法人大阪産業技術研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】594094205

【氏名又は名称】日本リニアックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000475

【氏名又は名称】特許業務法人みのり特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】筧 芳治

(72)【発明者】

【氏名】小栗 泰造

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 和郎

(72)【発明者】

【氏名】松元 光輝

【審査官】山▲崎▼ 和子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１４１１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２０１２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１９４５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８０７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７８９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２８４２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１７４２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ７／００－７／３４

Ｇ０１Ｌ １／００－１／２６

２５／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と該基板の歪に応じて電気抵抗が変化するよう構成された感応層とを備えた歪センサであって、
前記基板と前記感応層との間にバッファ層をさらに備え、
前記感応層は、Ｔｉ、ＣおよびＯを含む材料からなり、
前記バッファ層は、前記感応層と同じ結晶構造を有し、
前記バッファ層の格子定数をａ_ｂ、前記感応層の格子定数をａ_ｓとしたとき、ａ_ｂとａ_ｓとの間にａ_ｓ×Ｎ×０．９５≦ａ_ｂ≦ａ_ｓ×Ｎ×１．０５（ただし、Ｎ＝１，２）の関係がある
ことを特徴とする歪センサ。

【請求項2】

前記バッファ層は、ＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｍｇ_２ＳｎＯ_４およびＺｎ_２ＳｎＯ_４のうちの１つからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の歪センサ。

【請求項3】

前記バッファ層の配向性が、前記感応層の配向性と同一である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の歪センサ。

【請求項4】

前記感応層の表面上にＳｉＣ、またはＳｉＣにＯを添加してなる材料からなる保護層をさらに備える
ことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の歪センサ。

【請求項5】

基板と該基板の歪に応じて電気抵抗が変化するよう構成された感応層とを備えた歪センサの製造方法であって、
前記基板の表面上にバッファ層を形成するバッファ層形成工程と、
前記バッファ層の表面上に、Ｔｉ、ＣおよびＯを含む材料からなる感応層を形成する感応層形成工程と、
を含み、
前記バッファ層は、前記感応層と同じ結晶構造を有し、
前記バッファ層の格子定数をａ_ｂ、前記感応層の格子定数をａ_ｓとしたとき、ａ_ｂとａ_ｓとの間にａ_ｓ×Ｎ×０．９５≦ａ_ｂ≦ａ_ｓ×Ｎ×１．０５（ただし、Ｎ＝１，２）の関係がある
ことを特徴とする歪センサの製造方法。

【請求項6】

前記バッファ層は、ＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｍｇ_２ＳｎＯ_４およびＺｎ_２ＳｎＯ_４のうちの１つからなる
ことを特徴とする請求項５に記載の歪センサの製造方法。

【請求項7】

前記バッファ層形成工程において、前記感応層と同一の配向性を有するように前記バッファ層を形成する
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の歪センサの製造方法。

【請求項8】

前記感応層形成工程の後に実行される、前記感応層の表面上にＳｉＣ、またはＳｉＣにＯを添加してなる材料からなる保護層を形成する保護層形成工程をさらに含む
ことを特徴とする請求項５～請求項７のいずれか一項に記載の歪センサの製造方法。

【請求項9】

前記バッファ層形成工程と前記感応層形成工程との間に実行される、前記バッファ層を予め定められたアニール温度でアニール処理するアニール工程をさらに含む
ことを特徴とする請求項５～請求項８のいずれか一項に記載の歪センサの製造方法。

【請求項10】

前記アニール温度が、３００℃以上である
ことを特徴とする請求項９に記載の歪センサの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板と該基板の歪に応じて電気抵抗が変化するよう構成された感応層とを備えた歪センサ、およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、圧力センサ、加速度センサおよび力覚センサ等として、基板と該基板の歪に応じて電気抵抗が変化するよう構成された感応層（歪抵抗薄膜）とを備えた歪センサが使用されている。歪センサによれば、ホイートストンブリッジ回路等を用いて感応層の電気抵抗変化を検知することにより、基板の歪の程度、すなわち、測定すべき圧力等を測定することができる。

【0003】

上記のような歪センサとしては、例えば、石英等の絶縁性を有する材料からなる基板１１と、Ｔｉ、ＣおよびＯを含む材料（ＴｉＣ_ｘＯ_ｙ。「炭酸化チタン」ともいう）からなる感応層１２とを備えた歪センサ１０が知られている（図１１および特許文献１参照）。感応層１２は、チャンバ内に基板１１およびＴｉＣターゲットを配置した後、チャンバ内にＡｒ等のスパッタガスとともに反応性ガスとしてのＯ_２ガスを導入しながらＴｉＣターゲットにイオンビームを照射するスパッタリングにより形成される。図１２に示すように、形成された感応層１２中のＣおよびＯの濃度は、導入されるＯ_２ガスの流量に応じて変化する。具体的には、Ｏ_２ガスの流量を増加させると、Ｏの濃度は増加し、Ｃの濃度は低下する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－２０１２３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、歪センサの性能を示す指標には、ゲージ率（ＧＦ，Gauge Factor）と抵抗温度係数（ＴＣＲ，Temperature Coefficient of Resistance）とがある。ゲージ率ＧＦは、基板１１の歪に対して感応層１２の電気抵抗がどの程度変化するのかを示す指標であり、大きければ大きいほど好ましい。また、抵抗温度係数ＴＣＲは、感応層１２の電気抵抗が温度に応じてどの程度変化するのかを示す指標であり、歪センサが使用される温度範囲においてゼロに近ければ近いほど好ましい。このため、歪センサの開発においては、より大きなゲージ率ＧＦと、よりゼロに近い抵抗温度係数ＴＣＲとが同時に実現されるよう検討が進められている。

【0006】

しかしながら、上記従来の歪センサ１０では、ゲージ率ＧＦと抵抗温度係数ＴＣＲとの間に図１３に示すトレードオフの関係があるため、一方を悪化させることなく他方を改善することができなかった。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ゼロに近い抵抗温度係数ＴＣＲを有し、かつ従来よりも大きなゲージ率ＧＦを有する歪センサ、およびその製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明に係る歪センサは、基板と該基板の歪に応じて電気抵抗が変化するよう構成された感応層とを備えた歪センサであって、基板と感応層との間にバッファ層をさらに備え、感応層がＴｉ、ＣおよびＯを含む材料（ＴｉＣ_ｘＯ_ｙ）からなり、バッファ層が感応層と同じ結晶構造を有し、バッファ層の格子定数をａ_ｂ、感応層の格子定数をａ_ｓとしたとき、ａ_ｂとａ_ｓとの間にａ_ｓ×Ｎ×０．９５≦ａ_ｂ≦ａ_ｓ×Ｎ×１．０５（ただし、Ｎ＝１，２）の関係がある、との構成を有している。

【0009】

この構成によれば、バッファ層の影響を受けて感応層の結晶化が促進され、感応層の結晶粒径が大きくなり、その結果、バッファ層が存在しない場合、すなわち、基板上に感応層を直接的に形成した場合よりもゲージ率ＧＦを改善することができる。

【0010】

上記歪センサは、バッファ層がＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｍｇ_２ＳｎＯ_４およびＺｎ_２ＳｎＯ_４のうちの１つからなる、との構成を有していてもよい。

【0011】

感応層を構成するＴｉＣ_ｘＯ_ｙ（一例として、ＴＣＲがゼロに近い組成比であるＴｉ_{０．４８３}Ｃ_{０．２２７}Ｏ_{０．２９０}）、並びにバッファ層を構成するＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｍｇ_２ＳｎＯ_４およびＺｎ_２ＳｎＯ_４の結晶構造および格子定数は、以下の通りである。

ＴｉＣ_ｘＯ_ｙ： 岩塩構造（立方晶系）， ａ_ｓ ＝０．４３４１ｎｍ
ＭｇＯ： 岩塩構造（立方晶系）， ａ_ｂ１＝０．４２１１ｎｍ
ＮｉＯ： 岩塩構造（立方晶系）， ａ_ｂ２＝０．４１６８ｎｍ
Ｍｇ_２ＳｎＯ_４：スピネル構造（立方晶系），ａ_ｂ３＝０．８６００ｎｍ
Ｚｎ_２ＳｎＯ_４：スピネル構造（立方晶系），ａ_ｂ４＝０．８６６５ｎｍ

すなわち、バッファ層を構成するＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｍｇ_２ＳｎＯ_４およびＺｎ_２ＳｎＯ_４は、感応層を構成するＴｉＣ_ｘＯ_ｙと同様、立方晶系に属する結晶構造を有している。また、ＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｍｇ_２ＳｎＯ_４およびＺｎ_２ＳｎＯ_４の格子定数ａ_ｂ１，ａ_ｂ２，ａ_ｂ３，ａ_ｂ４は、ＴｉＣ_ｘＯ_ｙの格子定数ａ_ｓのＮ倍（ただし、Ｎ＝１，２）との誤差が±５％以内である。具体的には、（ａ_ｂ１－ａ_ｓ）／ａ_ｓ×１００＝－３．０％、（ａ_ｂ２－ａ_ｓ）／ａ_ｓ×１００＝－４．０％、（ａ_ｂ３－２×ａ_ｓ）／（２×ａ_ｓ）×１００＝－０．９％、（ａ_ｂ４－２×ａ_ｓ）／（２×ａ_ｓ）×１００＝－０．２％である。したがって、ＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｍｇ_２ＳｎＯ_４およびＺｎ_２ＳｎＯ_４は、バッファ層としての条件を満たしている。なお、ＴｉＣ_ｘＯ_ｙの組成比は、ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）により測定した。

【0012】

上記歪センサは、バッファ層の配向性が感応層の配向性と同一であることが好ましい。

【0013】

この構成によれば、感応層の結晶化がさらに促進され、ゲージ率ＧＦをさらに改善することができる。

【0014】

上記歪センサは、感応層の表面上にＳｉＣ、またはＳｉＣにＯを添加してなる材料からなる保護層をさらに備えていることが好ましい。

【0015】

この構成によれば、大気中の高温環境下において感応層を構成するＴｉＣ_ｘＯ_ｙが酸化されるのを防ぐことができる。

【0016】

また、上記課題を解決するために、本発明に係る歪センサの製造方法は、基板と該基板の歪に応じて電気抵抗が変化するよう構成された感応層とを備えた歪センサの製造方法であって、基板の表面上にバッファ層を形成するバッファ層形成工程と、バッファ層の表面上にＴｉ、ＣおよびＯを含む材料からなる感応層を形成する感応層形成工程とを含み、バッファ層は感応層と同じ結晶構造を有し、バッファ層の格子定数をａ_ｂ、感応層の格子定数をａ_ｓとしたとき、ａ_ｂとａ_ｓとの間にａ_ｓ×Ｎ×０．９５≦ａ_ｂ≦ａ_ｓ×Ｎ×１．０５（ただし、Ｎ＝１，２）の関係がある、との構成を有している。

【0017】

上記歪センサの製造方法は、バッファ層がＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｍｇ_２ＳｎＯ_４およびＺｎ_２ＳｎＯ_４のうちの１つからなる、との構成を有していてもよい。

【0018】

上記歪センサの製造方法は、バッファ層形成工程において、感応層と同一の配向性を有するようにバッファ層を形成することが好ましい。

【0019】

上記歪センサの製造方法は、感応層形成工程の後に実行される、感応層の表面上にＳｉＣ、またはＳｉＣにＯを添加してなる材料からなる保護層を形成する保護層形成工程をさらに含むことが好ましい。

【0020】

さらに、上記歪センサの製造方法は、バッファ層形成工程と感応層形成工程との間に実行される、バッファ層を予め定められたアニール温度（例えば、３００℃以上）でアニール処理するアニール工程をさらに含むことが好ましい。

【0021】

この構成によれば、バッファ層の結晶粒径が大きくなり、それに引きずられるように感応層の結晶粒径がさらに大きくなり、その結果、アニール処理を行わない場合よりもゲージ率ＧＦを改善することができる。なお、この構成は、バッファ層形成工程における基板の温度が比較的低く、十分に結晶化されたバッファ層が得られていない場合に特に有用である。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、ゼロに近い抵抗温度係数ＴＣＲを有し、かつ従来よりも大きなゲージ率ＧＦを有する歪センサ、およびその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第１実施形態に係る歪センサの概略的な構成を示す断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る歪センサの製造方法を示すフロー図である。

【図3】バッファ層を厚さ５０ｎｍのＭｇＯとした場合の、第１実施形態に係る歪センサのゲージ率ＧＦ、抵抗温度係数ＴＣＲ、バッファ層および感応層の結晶粒径の測定結果を示すグラフである。

【図4】バッファ層を厚さ１００ｎｍのＭｇＯとした場合の、第１実施形態に係る歪センサのゲージ率ＧＦ、抵抗温度係数ＴＣＲ、バッファ層および感応層の結晶粒径の測定結果を示すグラフである。

【図5】バッファ層を厚さ５０ｎｍのＭｇＯとした場合の、ＭｇＯの配向性が第１実施形態に係る歪センサのゲージ率ＧＦに与える影響を示すグラフである。

【図6】バッファ層を厚さ１００ｎｍのＭｇＯとした場合の、ＭｇＯの配向性が第１実施形態に係る歪センサのゲージ率ＧＦに与える影響を示すグラフである。

【図7】本発明の第２実施形態に係る歪センサの概略的な構成を示す断面図である。

【図8】本発明の第２実施形態に係る歪センサの製造方法を示すフロー図である。

【図9】３００Ｋ～７７３Ｋの範囲での複数回の昇降温が第２実施形態に係る歪センサの比抵抗に与える影響を示すグラフである。

【図10】アニール処理がバッファ層を構成するＭｇＯの結晶粒径に与える影響を示すグラフである。

【図11】従来の歪センサの概略的な構成を示す断面図である。

【図12】ＴｉＣ_ｘＯ_ｙからなる感応層を形成する際にチャンバ内に導入する酸素の流量と形成された感応層の組成との関係を示すグラフである。

【図13】ＴｉＣ_ｘＯ_ｙからなる感応層を形成する際にチャンバ内に導入する酸素の流量とゲージ率ＧＦおよび抵抗温度係数ＴＣＲとの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る歪センサ、およびその製造方法の実施形態について説明する。

【0025】

［第１実施形態］
［歪センサ、およびその製造方法の構成］
図１に、本発明の第１実施形態に係る歪センサ１Ａを示す。同図に示すように、歪センサ１Ａは、石英からなる基板２と、Ｔｉ、ＣおよびＯを含む材料（ＴｉＣ_ｘＯ_ｙ）からなる感応層４と、これらの間に位置するＭｇＯからなるバッファ層３とを備えている。本実施形態では、バッファ層３の厚みは５０ｎｍまたは１００ｎｍである。また、本実施形態では、感応層４の厚みは１００ｎｍである。

【0026】

図２に、歪センサ１Ａの製造方法ＦＡを示す。同図に示すように、製造方法ＦＡは、基板２の表面上にＭｇＯからなるバッファ層３を形成するバッファ層形成工程Ｓ１と、バッファ層３の表面上にＴｉＣ_ｘＯ_ｙからなる感応層４を形成する感応層形成工程Ｓ３とを含んでいる。

【0027】

バッファ層形成工程Ｓ１では、チャンバ内に基板２およびＭｇＯターゲットを配置した後、チャンバ内にスパッタガスとしてのＡｒガスを導入しながら高周波プラズマを発生させ、基板２の表面にＭｇＯ薄膜を堆積させる。つまり、本工程Ｓ１では、スパッタリングによってバッファ層３としてのＭｇＯ薄膜を形成する。なお、本工程Ｓ１では、チャンバ内に導入するＡｒガスの流量を変化させることにより、ＭｇＯの配向を制御することができる。

【0028】

感応層形成工程Ｓ３では、チャンバ内にバッファ層３が形成された基板２およびＴｉＣターゲットを配置した後、チャンバ内にスパッタガスとしてのＡｒガスとともに反応性ガスとしてのＯ_２ガスを導入しながらＴｉＣターゲットにイオンビームを照射することにより、ＴｉＣターゲットから飛び出したＴｉ原子およびＣ原子をバッファ層３の表面に堆積させる。つまり、本工程Ｓ３では、スパッタリングによって感応層４としてのＴｉＣ_ｘＯ_ｙ薄膜を形成する。なお、本工程Ｓ３では、導入するＯ_２ガスの流量を変化させることにより、ＴｉＣ_ｘＯ_ｙ中のＣおよびＯの濃度を制御することができる（図１３参照）。

【0029】

図２に示すように、本実施形態に係る製造方法ＦＡは、バッファ層形成工程Ｓ１と感応層形成工程Ｓ３との間に実行される、大気中においてバッファ層３を予め定められたアニール温度でアニール処理するアニール工程Ｓ２をさらに含んでいてもよい。後述するように、アニール工程Ｓ２によれば、バッファ層３を構成するＭｇＯの結晶粒径を大きくし、その結果、感応層４を構成するＴｉＣ_ｘＯ_ｙの結晶粒径も大きくすることができる。アニール工程Ｓ２は、バッファ層形成工程Ｓ１における基板２の温度が比較的低く、バッファ層３を十分に結晶化させることができていない場合に特に有用である。

【0030】

［性能評価試験］
続いて、第１実施形態に係る歪センサ１Ａに対して行った各種性能評価試験の結果について説明する。

【0031】

基板２上に（１００）に配向した厚さ５０ｎｍのＭｇＯからなるバッファ層３を形成し、その上に（１００）に配向した厚さ１００ｎｍのＴｉＣ_ｘＯ_ｙからなる感応層４を形成してなる実施例１に係る歪センサ１Ａと、バッファ層３に対して５００℃、１０時間のアニール処理を行った以外は実施例１と同様にして作成した実施例２に係る歪センサ１Ａと、基板１１上に厚さ１００ｎｍのＴｉＣ_ｘＯ_ｙからなる感応層１２を直接的に形成してなる比較例１に係る歪センサ１０（図１１参照）とを用意し、それぞれのゲージ率ＧＦ、抵抗温度係数ＴＣＲ、バッファ層３および感応層４，１２の結晶粒径を測定した。その結果を、表１および図３に示す。

【表1】

【0032】

このように、基板２と感応層４の間にバッファ層３を設けると、抵抗温度係数ＴＣＲはほとんど変化せずに、ゲージ率ＧＦが大幅に改善した。また、バッファ層３に対してアニール処理を行うと、バッファ層３を構成するＭｇＯおよび感応層４を構成するＴｉＣ_ｘＯ_ｙの結晶粒径が大きくなり、その結果、ゲージ率ＧＦがさらに改善した。

【0033】

次に、バッファ層３の厚みを１００ｎｍとした以外は実施例１と同様にして作成した実施例３に係る歪センサ１Ａと、バッファ層３の厚みを１００ｎｍとした以外は実施例２と同様にして作成した実施例４に係る歪センサ１Ａと、比較例１と同様にして作成した比較例２に係る歪センサ１０とを用意し、それぞれのゲージ率ＧＦ、抵抗温度係数ＴＣＲ、バッファ層３および感応層４，１２の結晶粒径を測定した。その結果を、表２および図４に示す。

【表2】

【0034】

このように、基板２と感応層４の間に厚さ１００ｎｍのバッファ層３を設けても、抵抗温度係数ＴＣＲはほとんど変化せずに、ゲージ率ＧＦが大幅に改善した。また、厚さ１００ｎｍのバッファ層３に対してアニール処理を行っても、バッファ層３を構成するＭｇＯおよび感応層４を構成するＴｉＣ_ｘＯ_ｙの結晶粒径が大きくなり、その結果、ゲージ率ＧＦがさらに改善した。

【0035】

次に、バッファ層３であるＭｇＯを無配向とした以外は実施例１と同様にして作成した実施例５に係る歪センサ１Ａと、ＭｇＯを無配向とした以外は実施例２と同様にして作成した実施例６に係る歪センサ１Ａと、比較例１と同様にして作成した比較例３に係る歪センサ１０とを用意し、それぞれのゲージ率ＧＦを測定した。その結果を表３および図５（Ａ）に示す。なお、ΔＧＦ／ＧＦは、比較例３を基準とした改善率である。

【表3】

【0036】

このように、基板２と感応層４の間に無配向のＭｇＯからなるバッファ層３を設けても、ゲージ率ＧＦは改善した。また、無配向のＭｇＯからなるバッファ層３に対してアニール処理を行っても、ゲージ率ＧＦはさらに改善した。

【0037】

次に、実施例１に係る歪センサ１Ａと、実施例２に係る歪センサ１Ａと、比較例１に係る歪センサ１０とを用意し、それぞれのゲージ率ＧＦを測定した。その結果を表４および図５（Ｂ）に示す。なお、ΔＧＦ／ＧＦは、比較例１を基準とした改善率である。

【表4】

【0038】

このように、（１００）に配向したＭｇＯからなるバッファ層３を用いると、無配向のＭｇＯからなるバッファ層３を用いた場合に比べ、ゲージ率ＧＦの改善率が大幅に上昇した。

【0039】

次に、バッファ層３の厚みを１００ｎｍとした以外は実施例５と同様にして作成した実施例７に係る歪センサ１Ａと、バッファ層３の厚みを１００ｎｍとした以外は実施例６と同様にして作成した実施例８に係る歪センサ１Ａと、比較例２と同様にして作成した比較例４に係る歪センサ１０とを用意し、それぞれのゲージ率ＧＦを測定した。その結果を表５および図６（Ａ）に示す。なお、ΔＧＦ／ＧＦは、比較例４を基準とした改善率である。

【表5】

【0040】

このように、基板２と感応層４の間に厚さ１００ｎｍの無配向のＭｇＯからなるバッファ層３を設けても、ゲージ率ＧＦは改善した。また、厚さ１００ｎｍの無配向のＭｇＯからなるバッファ層３に対してアニール処理を行っても、ゲージ率ＧＦはさらに改善した。

【0041】

次に、実施例３に係る歪センサ１Ａと、実施例４に係る歪センサ１Ａと、比較例２に係る歪センサ１０とを用意し、それぞれのゲージ率ＧＦを測定した。その結果を表６および図６（Ｂ）に示す。なお、ΔＧＦ／ＧＦは、比較例２を基準とした改善率である。

【表6】

【0042】

このように、（１００）に配向したＭｇＯからなる厚さ１００ｎｍのバッファ層３を用いると、無配向のＭｇＯからなる厚さ１００ｎｍのバッファ層３を用いた場合に比べ、ゲージ率ＧＦの改善率が大幅に上昇した。

【0043】

［第２実施形態］
［歪センサ、およびその製造方法の構成］
図７に、本発明の第２実施形態に係る歪センサ１Ｂを示す。同図に示すように、歪センサ１Ｂは、石英からなる基板２と、（１００）に配向したＭｇＯからなるバッファ層３と、（１００）に配向したＴｉＣ_ｘＯ_ｙからなる感応層４とに加え、感応層４の表面上に位置するＳｉＣからなる保護層５をさらに備えている。本実施形態では、バッファ層３の厚みは５０ｎｍであり、感応層４の厚みは１００ｎｍである。また、本実施形態では、保護層５の厚みは３０ｎｍである。

【0044】

図８に、歪センサ１Ｂの製造方法ＦＢを示す。同図に示すように、製造方法ＦＢは、バッファ層形成工程Ｓ１と、感応層形成工程Ｓ３とに加え、感応層４の表面上にＳｉＣからなる保護層５を形成する保護層形成工程Ｓ４をさらに含んでいる。製造方法ＦＡと同様、製造方法ＦＢは、バッファ層形成工程Ｓ１と感応層形成工程Ｓ３との間に実行されるアニール工程Ｓ２をさらに含んでいてもよい。

【0045】

保護層形成工程Ｓ４では、チャンバ内にバッファ層３および感応層４が形成された基板２およびＳｉＣターゲットを配置した後、チャンバ内にＯ_２ガスを導入することなくＳｉＣターゲットにイオンビームを照射することにより、ＳｉＣターゲットから飛び出したＳｉ原子およびＣ原子を感応層４の表面に堆積させる。つまり、本工程Ｓ４では、スパッタリングによって保護層５としてのＳｉＣ薄膜を形成する。

【0046】

［性能評価試験］
続いて、第２実施形態に係る歪センサ１Ｂに対して行った高温安定性試験の結果について説明する。本試験では、大気が導入された測定室内に歪センサ１Ｂを配置した後、３００Ｋ（室温）～７７３Ｋ（５００℃）の範囲での３往復の昇降温を行いながら感応層４の比抵抗を測定した。

【0047】

図９に比抵抗の測定結果を示す。この結果は、上記の温度範囲で昇降温を繰り返しても、感応層４の組成にほとんど変化がなかったことを示している。なお、保護層５を備えていない第１実施形態に係る歪センサ１Ａに対して同様の試験を行うと、大気中のＯ_２によって感応層４が酸化され、感応層４中のＯの濃度が増加し、その結果、比抵抗だけでなく、ゲージ率ＧＦおよび抵抗温度係数ＴＣＲが変化すると考えられる（図１３参照）。

【0048】

［その他の実施形態］
以上、本発明に係る歪センサおよびその製造方法の第１および第２実施形態について説明してきたが、本発明の構成はこれらに限定されるものではない。

【0049】

例えば、基板２は、絶縁性を有する石英以外の材料からなっていてもよい。

【0050】

また、バッファ層３は、以下の（１）～（３）の条件を満たすＭｇＯ以外の材料からなっていてもよい。
（１）立方晶系に属する結晶構造を有していること。
（２）ＴｉＣ_ｘＯ_ｙの格子定数のＮ倍（ただし、Ｎ＝１，２）に対する誤差が±５％以内である格子定数を有していること。
（３）ＴｉＣ_ｘＯ_ｙに対して十分に高抵抗であること。
このような材料としては、例えば、岩塩構造を有するＮｉＯ（格子定数：０．４１６８ｎｍ）、スピネル構造を有するＭｇ_２ＳｎＯ_４（格子定数：０．８６００ｎｍ）、およびスピネル構造を有するＺｎ_２ＳｎＯ_４（格子定数：０．８６６５ｎｍ）がある。

【0051】

また、バッファ層３は、任意の配向性を有していてもよい。ただし、感応層４としてのＴｉＣ_ｘＯ_ｙが（１００）に配向している場合は、（１００）に配向した材料をバッファ層３とすることが好ましい。図５および図６に示した結果から明らかなように、バッファ層３の配向性を感応層４の配向性と同一にすると、ゲージ率ＧＦの改善率が高まるからである。

【0052】

また、保護層５は、ＳｉＣ_ｘＯ_ｙ薄膜であってもよい。この場合、チャンバ内にバッファ層３および感応層４が形成された基板２およびＳｉＣターゲットを配置した後、チャンバ内にＡｒ等のスパッタガスとともに反応性ガスとしてのＯ_２ガスを導入しながらＳｉＣターゲットにイオンビームを照射することにより、ＳｉＣターゲットから飛び出したＳｉ原子およびＣ原子とともにＯ原子を感応層４の表面に堆積させる。ＳｉＣにＯを添加することにより、保護層５と感応層４との間の密着性が向上し、高温時の保護層５の剥離を抑制することができる。

【0053】

また、アニール工程Ｓ２におけるアニール温度を、３００℃以上の任意の温度としてもよい。図１０に示すように、３００℃以上であれば、アニール処理によってバッファ層３を構成するＭｇＯの結晶粒径を大きくすることができるからである。なお、図１０は、（１００）に配向した厚さ１００ｎｍのＭｇＯからなるバッファ層３の、アニール前後のＸ線回折強度を示している。

【0054】

なお、前述した通り、バッファ層形成工程Ｓ１において基板２の温度を十分に高温にすることができる場合は、バッファ層形成工程Ｓ１においてバッファ層３が十分に結晶化されるので、アニール工程Ｓ２を不要とすることができる。

【符号の説明】

【0055】

１Ａ，１Ｂ 歪センサ
２ 基板
３ バッファ層
４ 感応層
５ 保護層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】