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WO2018131170A1 - 歪抵抗素子、力学量検知センサおよびマイクロフォン - Google Patents

歪抵抗素子、力学量検知センサおよびマイクロフォン Download PDF

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WO2018131170A1
WO2018131170A1 PCT/JP2017/001285 JP2017001285W WO2018131170A1 WO 2018131170 A1 WO2018131170 A1 WO 2018131170A1 JP 2017001285 W JP2017001285 W JP 2017001285W WO 2018131170 A1 WO2018131170 A1 WO 2018131170A1
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WO
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electrode
semiconductor
strain
resistance element
piezoelectric body
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/001285
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English (en)
French (fr)
Inventor
雅信 野村
義治 芳井
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
    • H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors

Definitions

  • the present invention relates to a strain resistance element, and more particularly to a strain resistance element with high detection accuracy.
  • the present invention also relates to a mechanical quantity detection sensor. More specifically, the present invention relates to a mechanical quantity detection sensor such as a pressure sensor, a strain gauge, an acceleration sensor, and an angular velocity sensor having high detection accuracy using the strain resistance element of the present invention.
  • the present invention also relates to a microphone, and more particularly to a microphone using the strain resistance element of the present invention and having high detection accuracy.
  • a strain resistance element using a piezoelectric body and a pressure sensor (a kind of mechanical quantity detection sensor) using the strain resistance element are disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 59-124181) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-124181). 2005-249644).
  • FIG. 3 shows a pressure sensor 1100 disclosed in Patent Document 1. However, FIG. 3 is a cross-sectional view of the pressure sensor 1100.
  • the pressure sensor 1100 includes a first insulator (substrate) 101.
  • a semiconductor (semiconductor layer) 102 is formed on the first insulator 101.
  • a first electrode (electrode) 103 and a second electrode (electrode) 104 are formed on the semiconductor 102 so as to be separated from each other.
  • a second insulator (insulating layer) 105 is formed on the semiconductor 102 between the first electrode 103 and the second electrode 104.
  • a third electrode (electrode) 106 is formed on the second insulator 105.
  • a TFT Thin Film Transistor
  • the semiconductor 102 with the first electrode 103 as a source electrode, the second electrode 104 as a drain electrode, and the third electrode 106 as a gate electrode.
  • a piezoelectric body (piezoelectric thin film) 107 is formed under the third electrode 106 in another region of the first insulator 101. Further, a fourth electrode (electrode) 108 is formed under the piezoelectric body 107.
  • the pressure sensor 1100 changes the voltage value of the third electrode 106 by applying a strain due to pressure to the piezoelectric body 107. Then, as the voltage value of the third electrode 106 changes, the resistance value between the first electrode 103 and the second electrode 104 changes.
  • the pressure sensor 1100 detects the magnitude of the pressure (strain) applied to the piezoelectric body 107 from the amount of change in resistance value between the first electrode 103 and the second electrode 104.
  • FIG. 4 shows a pressure sensor (pressure sensor device) 1200 disclosed in Patent Document 2. However, FIG. 4 is a cross-sectional view of the pressure sensor 1200.
  • the pressure sensor 1200 includes a first insulator (flexible substrate) 201.
  • a semiconductor (semiconductor layer) 202 is formed on the first insulator 201.
  • a first electrode (source) 203 and a second electrode (drain) 204 are formed on the semiconductor 202 so as to be separated from each other.
  • a second insulator (insulating layer) 205 is formed on the semiconductor 202 and between the first electrode 203 and the second electrode 204.
  • a third electrode (gate) 206 is formed on the second insulator 205.
  • the semiconductor 202, the second insulator 205, the first electrode 203, the second electrode 204, and the third electrode 206 constitute a transistor (organic FET).
  • the pressure sensor 1200 has a piezoelectric body (piezoelectric polymer layer) 207 formed on the third electrode 206.
  • a protective layer 208 is formed on the piezoelectric body 207.
  • the pressure sensor 1200 also detects the magnitude of the pressure (strain) applied to the piezoelectric body 207 from the amount of change in resistance value between the first electrode 203 and the second electrode 204.
  • the pressure is applied to the piezoelectric body 107 and the voltage value of the third electrode 106 changes, whereby the semiconductor (semiconductor layer) 102 under the third electrode (gate electrode) 106 of the transistor.
  • the Fermi level fluctuates, and the resistance value between the first electrode 103 and the second electrode 104 changes.
  • the spatial region where the Fermi level fluctuates does not reach the bottom of the semiconductor 102, so There is a problem in that a leakage current is generated between the first electrode 103 and the second electrode 104 in a state where no pressure is applied to the body 107.
  • the resistance value between the first electrode 103 and the second electrode 104 does not change greatly even when pressure is applied to the piezoelectric body 107, and the voltage of the third electrode 106 is not changed.
  • the slope of the voltage-resistance characteristic indicating the change in resistance value with respect to the change in value is small, and there is a problem that the magnitude of the pressure applied to the piezoelectric body 107 cannot be detected with high accuracy. The same applies to the pressure sensor 1200.
  • the strain resistance element of the present invention includes a first insulator, a semiconductor formed on the first insulator, A first electrode and a second electrode formed on the semiconductor and spaced apart from each other; a second insulator formed on the semiconductor and between the first electrode and the second electrode; 2 comprising a third electrode formed on the insulator and a piezoelectric body formed in contact with the third electrode, and by applying strain to the piezoelectric body, the voltage value of the third electrode changes, When the voltage value of the third electrode changes, the Fermi level of the semiconductor changes, and when the Fermi level changes, the resistance value between the first electrode and the second electrode changes, and the resistance value is reduced.
  • the strain resistance element of the present invention can constitute a TFT by using the first electrode as a source electrode, the second electrode as a drain electrode, and the third electrode as a gate electrode.
  • the strain resistance element of the present invention has (1) a voltage-resistance characteristic indicating a change in resistance value between the first electrode and the second electrode with respect to a change in voltage value of the third electrode. It has an exponentially changing region, and (2) the inside of the exponentially changing region or the inside and the vicinity of the exponentially changing region is used for detecting the magnitude of the distortion. And (3) a spatial region where the Fermi level varies so as to reach the bottom of the semiconductor in the region used to detect the magnitude of strain. Since the strain resistance element of the present invention has the relationships (1) to (3), the leakage current between the first electrode and the second electrode is suppressed when no strain is applied to the piezoelectric body. On the other hand, when a strain is applied to the piezoelectric body, the voltage-resistance characteristic showing a change in the resistance value between the first electrode and the second electrode with respect to the change in the voltage value of the third electrode changes sharply. .
  • the relations (1) to (3) of the strain resistance element of the present invention can be realized by giving an appropriate carrier concentration to the semiconductor according to the type of semiconductor and the thickness of the semiconductor. . This will be described in detail below.
  • FIG. 5A shows a TFT 500 using Si having a thickness of 1 ⁇ m as a semiconductor as a calculation model.
  • the TFT 500 includes a first insulator made of SiO 2 having a thickness of 1 ⁇ m, a semiconductor made of Si having a thickness of 1 ⁇ m, a source electrode (first electrode), a drain electrode (second electrode), and a thickness of 40 nm.
  • the TFT 500 the carrier concentration of the semiconductor (Si) as a parameter, 1E13 cm -3, 1E14 cm -3, 1E15 cm -3, in the case where either of 1E16 cm -3, respectively, the semiconductor device
  • the voltage-current characteristic which shows the change of the electric current value between a source electrode and a drain electrode with respect to the change of the voltage value of a gate electrode computed with the simulator (semiconductor device simulator which the present applicant produced) is shown.
  • the work function of the gate electrode was set to 4.4 eV
  • the source electrode was set to 0 V
  • the drain electrode was set to 1 V.
  • the semiconductor (Si) has an electron affinity of 4.05 eV, a band gap of 1.12 eV, an electron effective mass of 0.92, a hole effective mass of 0.59, a base electron mobility of 1440 cm / Vs, and a base hole transfer. The degree was set to 480 cm / Vs.
  • a piezoelectric body is connected in series with the gate electrode (third electrode), and the voltage value of the third electrode changes according to the magnitude of strain applied to the piezoelectric body.
  • the degree of change in the current value (resistance value) per unit strain is large. That is, it is desirable that the slope of the voltage-current characteristic (voltage-resistance characteristic) is large.
  • the carrier concentration is 1E13 cm -3, is 1E14 cm -3 is relatively but has high sensitivity, if the carrier concentration is 1E15 cm -3, it is 1E16 cm -3, the sensitivity Is getting worse.
  • the effective thickness X of the spatial region where the Fermi level fluctuates was 0.7 ⁇ m.
  • the effective thickness X of the spatial region where the Fermi level fluctuates was 0.2 ⁇ m.
  • the effective thickness of the Fermi level with respect to the thickness of the semiconductor (Si) of 1 ⁇ m. Since the thickness X is too small, the Fermi level does not reach the bottom of the semiconductor when no strain is applied to the piezoelectric body (when the voltage V G of the gate electrode is 0 V). Accordingly, even when a strain is applied to the piezoelectric body, the degree of change in the current value (resistance value) per unit strain is small.
  • the first electrode and the second electrode with respect to the change in the voltage value of the third electrode can be obtained by setting the carrier concentration of the semiconductor to 1E14 cm ⁇ 3 or less.
  • the region where the voltage-resistance characteristic has an exponentially changing region and the spatial region where the Fermi level fluctuates is used to detect the magnitude of strain It can reach the bottom of the semiconductor.
  • the voltage-current characteristics at each carrier concentration shown in FIG. 5B are obtained by controlling the work function of the gate electrode and the space charge amount of the second insulator (gate insulating film), respectively. (Voltage axis) can be shifted in both left and right directions.
  • FIG. 7A shows a TFT 600 in which the thickness of a semiconductor made of Si is 0.65 nm as another calculation model having further excellent detection sensitivity.
  • the TFT 600 the carrier concentration of the semiconductor (Si) as a parameter, 1E13cm -3, 1E14cm -3, 1E15cm -3, 1E16cm -3, 1E17cm -3, in the case where either of 1E18 cm -3
  • the voltage-current characteristics calculated by each semiconductor device simulator are shown. In this calculation, the work function of the gate electrode was set to 4.4 eV, the source electrode was set to 0 V, and the drain electrode was set to 1 V.
  • the voltage-current characteristics are observed in all cases where the carrier concentration is 1E13 cm ⁇ 3 to 1E18 cm ⁇ 3.
  • the slope of (characteristic) is large and the sensitivity is high.
  • the slope of the voltage-current characteristic of the TFT 600 is larger than the slope of the voltage-current characteristic of the TFT 500 using Si having a thickness of 1 ⁇ m as a semiconductor, and is more favorable.
  • the voltage-current characteristics overlap in a region where the inclination is large. Therefore, the TFT 600 can obtain the same voltage-current characteristics even if the semiconductor carrier concentration is slightly shifted in the manufacturing process, and is industrially excellent.
  • the type of semiconductor is not limited to Si, and even with other types of semiconductors, high detection sensitivity can be obtained by giving the semiconductor an appropriate carrier concentration according to the thickness of the semiconductor.
  • FIG. 8A shows a TFT 700 including a semiconductor made of a MoS 2 film having a thickness of 0.65 nm as another calculation model.
  • the TFT 700 the carrier concentration of the semiconductor (MoS 2) as a parameter, 1E13cm -3, 1E14cm -3, 1E15cm -3, 1E16cm -3, 1E17cm -3, when either of 1E18 cm -3
  • the voltage-current characteristics calculated by each semiconductor device simulator are shown.
  • the work function of the gate electrode was set to 5.1 eV
  • the source electrode was set to 0 V
  • the drain electrode was set to 1 V.
  • the semiconductor (MoS 2) is, 4.60EV electron affinity, 1.80 eV band gap, electron effective mass 0.48, hole effective mass of 0.60, based electron mobility 10 cm / Vs, the base hole The mobility was set to 2 cm / Vs.
  • the magnitude of strain applied to the piezoelectric body can be increased with high accuracy by setting the carrier concentration of the semiconductor to 1E18 cm ⁇ 3 or less. Can be detected.
  • MoS 2 (a kind of transition metal dichalcogenide) used for the semiconductor of the TFT 700 also has an advantage that it can be easily formed on the first insulator by a thin film technique, as will be described later.
  • the strain resistance element of the present invention has a high precision of the strain applied to the piezoelectric body by giving an appropriate carrier concentration to the semiconductor according to the type of semiconductor and the thickness of the semiconductor. The size can be detected.
  • the effective thickness of the spatial region where the Fermi level fluctuates is equal to the thickness of the semiconductor.
  • the spatial region where the Fermi level fluctuates reaches the bottom of the semiconductor in the region used for detecting the magnitude of the strain, and the first electrode and the first electrode when the strain is not applied to the piezoelectric body. While the leakage current between the two electrodes is suppressed, when a strain is applied to the piezoelectric body, the change in the resistance value between the first electrode and the second electrode with respect to the change in the voltage value of the third electrode is reduced. The voltage-resistance characteristics shown change sharply. Therefore, the magnitude of the strain applied to the piezoelectric body can be detected with high accuracy.
  • the semiconductor carrier concentration is preferably as high as possible, for example, 1E17 cm ⁇ 3.
  • the above is preferable. That is, as the semiconductor carrier concentration increases, the effective thickness of the spatial region in which the Fermi level varies decreases, but if the spatial region in which the Fermi level varies reaches the bottom of the semiconductor, The carrier concentration is preferably as high as possible.
  • the resistance value between the first electrode and the second electrode is detected by the detection circuit (bridge circuit or the like), the resistance value on the circuit can be reduced, noise is reduced, This is because the magnitude of the strain applied to the piezoelectric body can be detected with high accuracy.
  • the specific semiconductor film thickness is preferably 200 nm or less. This is because the spatial region where the Fermi level fluctuates easily reaches the bottom of the semiconductor in the region used to detect the magnitude of strain.
  • the semiconductor has a single-layer or multi-layer structure depending on at least one material selected from graphene, transition metal dichalcogenide (TMD), hexagonal boron nitride (h-BN), and phosphorene. It is preferable to be formed.
  • TMD transition metal dichalcogenide
  • h-BN hexagonal boron nitride
  • phosphorene phosphorene
  • the above materials are called 2D materials (two-dimensional materials). This is because if these 2D materials are used, a semiconductor (semiconductor film) can be easily and inexpensively formed by thin film technology such as CVD (Chemical Vapor Deposition) as compared with Si or the like.
  • the transition metal dichalcogenide includes, for example, MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 , WSe 2 and the like.
  • a third electrode is formed immediately above the first electrode and the second electrode, a piezoelectric body is formed directly above the third electrode, and a fourth electrode is formed directly above the piezoelectric body.
  • Can do It is preferable to adopt this structure when the detection sensitivity is improved by further applying a strain applied to the piezoelectric body to the semiconductor (strain resistance film). Note that whether the detection sensitivity is improved by applying pressure to the semiconductor depends on the type of the semiconductor.
  • a third electrode is formed immediately above the first electrode and the second electrode, and the third electrode is extended to a region other than between the first electrode and the second electrode.
  • a piezoelectric body may be formed in contact with the third electrode, and a fourth electrode may be formed in contact with the piezoelectric body. It is preferable to adopt this structure when the detection sensitivity is lowered by further applying strain applied to the piezoelectric body to the semiconductor (strain resistance film). As described above, whether or not the detection sensitivity is reduced by applying pressure to the semiconductor depends on the type of the semiconductor. Also, with such a structure, the piezoelectric body can be easily polarized or spontaneously polarized by applying a predetermined voltage between the third electrode and the fourth electrode in the manufacturing process of the strain resistance element. It is possible to increase the polarization of the piezoelectric body.
  • a mechanical quantity detection sensor such as a pressure sensor, a strain gauge, an acceleration sensor, or an angular velocity sensor can be produced using the strain resistance element of the present invention.
  • a mechanical quantity detection sensor with high detection accuracy can be obtained.
  • a microphone can be manufactured using the strain resistance element of the present invention. In this case, a microphone with high detection accuracy can be obtained.
  • the strain resistance element of the present invention has a region in which the voltage-resistance characteristic indicating the change in the resistance value between the first electrode and the second electrode with respect to the change in the voltage value of the third electrode changes exponentially.
  • the mechanical quantity detection sensor of the present invention uses the above-described strain resistance element of the present invention, the detection accuracy is high.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view showing the strain resistance element 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view showing the pressure sensor 200 according to the first embodiment using the strain resistance element 100.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view showing a strain resistance element 300 according to the second embodiment.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view showing a pressure sensor 400 according to the second embodiment using a strain resistance element 300.
  • 10 is a cross-sectional view showing a pressure sensor 1100 disclosed in Patent Literature 1.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a pressure sensor 1200 disclosed in Patent Document 2.
  • FIG. FIG. 5A is a cross-sectional view of a TFT 500 that is a calculation model.
  • FIG. 5B is a graph showing the voltage-current characteristics of the TFT 500.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view of a TFT 600 that is a calculation model.
  • FIG. 7B is a graph showing the voltage-current characteristics of the TFT 600.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view of a TFT 700 which is a calculation model.
  • FIG. 8B is a graph showing the voltage-current characteristics of the TFT 700.
  • each embodiment shows an embodiment of the present invention by way of example, and the present invention is not limited to the content of the embodiment. Moreover, it is also possible to implement combining the content described in different embodiment, and the implementation content in that case is also included in this invention. Further, the drawings are for helping understanding of the embodiment, and may not be drawn strictly. For example, a drawn component or a dimensional ratio between the components may not match the dimensional ratio described in the specification. In addition, the constituent elements described in the specification may be omitted in the drawings or may be drawn with the number omitted.
  • FIG. 1A shows a strain resistance element 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 1B shows a pressure sensor 200 according to the first embodiment using the strain resistance element 100.
  • 1A and 1B are both cross-sectional views.
  • the strain resistance element 100 includes a first insulator 1 made of SiO 2 .
  • the thickness of the first insulator 1 is 0.2 ⁇ m. Note that the strain resistance element 100 uses the SiO 2 layer 53 of the membrane 55 of the pressure sensor 200 described later as the first insulator 1.
  • a semiconductor 2 made of a single-layer MoS 2 film is formed on the first insulator 1.
  • the semiconductor 2 is n-type.
  • the thickness of the semiconductor 2 is 0.65 nm.
  • the carrier concentration of the semiconductor 2 is set to 1E17 cm ⁇ 3 .
  • the first electrode 3 and the second electrode 4 are formed on the semiconductor 2 so as to be separated from each other.
  • the first electrode 3 and the second electrode 4 are each formed in a two-layer structure in which the first layer is made of 20 nm of Cr and the second layer is made of 100 nm of Al.
  • the first electrode 3 and the second electrode 4 are each drawn as one layer for easy viewing.
  • a second insulator 5 made of SiO 2 is formed on the semiconductor 2 so as to partially cover the first electrode 3 and the second electrode 4.
  • the thickness of the second insulator 5 is 40 nm.
  • a third electrode 6 made of Pd is formed on the second insulator 5.
  • the thickness of the third electrode 6 is 100 nm.
  • the work function of the third electrode 6 is set to 5.1 eV.
  • the semiconductor 2, the second insulator 5, the first electrode 3, the second electrode 4, the second insulator 5, and the third electrode 6 are TFT (Thin Film Transistor; Thin film transistor).
  • the first electrode 3 corresponds to the source electrode
  • the second electrode 4 corresponds to the drain electrode
  • the third electrode 6 corresponds to the gate electrode.
  • the configured TFT is the same as the TFT 700 shown as the calculation model in the column “Means for Solving the Problems”.
  • a piezoelectric body 7 made of an AlN film is formed on the third electrode 6.
  • the thickness of the piezoelectric body 7 is 100 nm.
  • a fourth electrode 8 is formed on the piezoelectric body 7.
  • the fourth electrode 8 is formed in a two-layer structure in which the first layer is made of 20 nm of Cr and the second layer is made of 100 nm of Al. However, in the drawing, the fourth electrode 8 is drawn as one layer for easy viewing. The electrode area is 0.01 mm 2 . In the present embodiment, the fourth electrode 8 is grounded.
  • the strain resistance element 100 according to the first embodiment having the above structure has a current value between the source electrode (first electrode 3) and the drain electrode (second electrode 4) when strain is applied to the piezoelectric body 7. Changes.
  • first electrode 3 the source electrode
  • second electrode 4 the drain electrode
  • the source electrode - current flowing between the drain electrode based on the calculation result of the calculation model TFT700 shown in FIG. 8 (B), becomes 13.7 ⁇ A / cm 2.
  • the gauge factor K 23000. This value is two or more digits higher than that of a strain resistance element having a gauge factor K ⁇ 180 using Si as a semiconductor, which is generally used at present, and the strain resistance element 100 according to the present embodiment. However, it shows that the strain resistance element is very sensitive.
  • the resistance value of the strain resistance element 100 is desirably small from the viewpoint of reducing electrical noise in detection.
  • the pressure sensor 200 includes a membrane 55.
  • the membrane 55 is produced by preparing a membrane substrate 51 composed of a stacked Si layer 52 and SiO 2 layer 53 and providing an opening 54 on the back surface of the Si layer 52.
  • the thickness of the membrane 55 is 10 ⁇ m for the Si layer 52 and 0.2 ⁇ m for the SiO 2 layer 53.
  • the strain resistance element 100 described above is formed on the SiO 2 layer 53 in the membrane 55.
  • the pressure sensor 200 has four strain resistance elements 100 formed at predetermined positions.
  • the strain resistance element 100 uses the SiO 2 layer 53 of the membrane 55 as the first insulator 1 as described above.
  • the pressure sensor 200 can detect the magnitude of the pressure applied to the membrane 55 by detecting the resistance value of the strain resistance element 100.
  • the pressure sensor 200 of the present embodiment is highly sensitive because it uses the highly sensitive strain resistance element 100 of the present embodiment.
  • a membrane substrate 51 in which a Si layer 52 and a SiO 2 layer 53 are laminated to form the membrane 55 of the pressure sensor 200 is prepared.
  • a MoS 2 film is formed on the surface of the SiO 2 layer 53 of the membrane substrate 51 as the semiconductor 2 by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition).
  • MoS 2 is patterned by a commonly used photolithography technique and etching technique.
  • the first electrode 3 and the second electrode 4 are formed on the semiconductor 2 (MoS 2 film) formed on the SiO 2 layer 53 by using a film formation technique and a photolithography technique that are generally used.
  • the second insulator 5, the third electrode 6, the piezoelectric body 7, and the fourth electrode 8 are formed, and the four strain resistance elements 100 are formed.
  • an opening 54 is formed in the Si layer 52 of the membrane substrate 51 by etching to form a membrane 55, thereby completing the pressure sensor 200 in which the four strain resistance elements 100 are formed.
  • FIG. 2A shows a strain resistance element 300 according to the second embodiment.
  • FIG. 2B shows a pressure sensor 400 according to the first embodiment using the strain resistance element 300.
  • 2A and 2B are cross-sectional views.
  • the strain resistance element 300 includes a first insulator 11 made of SiO 2 .
  • the thickness of the first insulator 11 is 5 ⁇ m.
  • the strain resistance element 300 uses the SiO 2 layer 63 of the membrane 65 of the pressure sensor 400 described later as the first insulator 11.
  • a semiconductor 12 made of Si is formed on the first insulator 11.
  • the semiconductor 12 is n-type.
  • the thickness of the semiconductor 12 is 0.65 nm.
  • the carrier concentration of the semiconductor 12 is set to 1E18 cm ⁇ 3 .
  • the first electrode 13 and the second electrode 14 are formed on the semiconductor 12 so as to be separated from each other.
  • the first electrode 13 and the second electrode 14 are each made of 100 nm Al.
  • the semiconductor 12 on the first electrode 13 partially covers, and the second electrode 14 completely covers, and providing the second insulator extension 15a which is further extended in the right direction on the drawings, of SiO 2
  • a second insulator 15 is formed.
  • the thickness of the second insulator 15 is 40 nm.
  • a third electrode 16 made of Ti is formed on the second insulator 15.
  • the third electrode 16 has a third electrode extension 16a formed on the second insulator extension 15a.
  • the thickness of the third electrode 16 is 100 nm.
  • the work function of the third electrode 16 is set to 4.4 eV.
  • the semiconductor 12, the second insulator 15, the first electrode 13, the second electrode 14, the second insulator 15, and the third electrode 16 constitute a TFT.
  • the first electrode 13 corresponds to the source electrode
  • the second electrode 14 corresponds to the drain electrode
  • the third electrode 16 corresponds to the gate electrode.
  • the configured TFT is the same as the TFT 600 shown as the calculation model in the column “Means for Solving the Problems”.
  • a piezoelectric body 17 made of a ZnO film is formed on the third electrode extension 16a.
  • the thickness of the piezoelectric body 17 is 100 nm.
  • a fourth electrode 18 is formed on the piezoelectric body 17.
  • the fourth electrode 18 is made of 100 nm Al.
  • the electrode area is 0.01 mm 2 .
  • the strain resistance element 300 when a strain is applied to the piezoelectric body 17, a current flows between the source electrode (first electrode 13) and the drain electrode (second electrode 14). Flowing.
  • first electrode 13 the source electrode
  • second electrode 14 the drain electrode
  • the strain resistance element 300 in the initial state (a state in which no strain is applied to the piezoelectric body 17), spontaneous polarization occurs in the piezoelectric body 17 itself, but a voltage is applied to the third electrode 16 in contact with the piezoelectric body 17. Does not occur. At this time, the current flowing between the source electrode and the drain electrode is 1.01 ⁇ A / cm 2 based on the calculation result of the calculation model TFT 600 shown in FIG.
  • the gauge factor of the strain resistance element 300 is calculated.
  • the gauge factor K 18000. This value is at least two orders of magnitude higher than that of a strain resistance element having a gauge factor K ⁇ 180 using Si as a semiconductor that is generally used at present, and the strain resistance element 300 according to the present embodiment. However, it shows that the strain resistance element is very sensitive.
  • the pressure sensor 400 includes a membrane 65.
  • the membrane 65 is composed of a SiO 2 layer 63 and is supported by a pedestal 62 whose periphery is composed of Si.
  • the thickness of the SiO 2 layer 63 is 5 ⁇ m.
  • the pressure sensor 400 has four strain resistance elements 300 formed therein.
  • Each strain resistance element 300 is formed such that the piezoelectric body (ZnO film) 17 is disposed immediately above the membrane 65 and the semiconductor (Si film) 12 is disposed immediately above the pedestal 62. That is, the semiconductor 12 is formed immediately above the pedestal 62 that is not easily affected by strain.
  • This structure is preferably adopted when the detection sensitivity is lowered by applying the strain applied to the piezoelectric body 17 to the semiconductor 12.
  • the semiconductor of the strain resistance element 100 as in the pressure sensor 200 of the first embodiment. 2 and the piezoelectric body 7 are preferably overlapped in the vertical direction so as to be disposed immediately above the membrane 55.
  • the pressure sensor 400 when a differential pressure is applied to the top and bottom of the membrane 65, the membrane 65 bends and strain is applied to the strain resistance element 300.
  • the pressure sensor 400 can detect the magnitude of the pressure applied to the membrane 65 by detecting the resistance value of the strain resistance element 300.
  • the pressure sensor 400 of the present embodiment is highly sensitive because it uses the highly sensitive strain resistance element 300 of the present embodiment.
  • strain resistance element 100 and the pressure sensor 200 according to the first embodiment and the strain resistance element 300 and the pressure sensor 400 according to the second embodiment have been described.
  • present invention is not limited to the contents described above, and various modifications can be made in accordance with the spirit of the invention.
  • the strain resistance element 100 uses a MoS 2 film as the semiconductor 2 and the strain resistance element 300 uses a Si film as the semiconductor 12, the materials of the semiconductors 2 and 12 are not limited to these, and various materials are used. can do. However, when 2D materials such as graphene, transition metal dichalcogenide, hexagonal boron nitride, and phospholene are used as the semiconductor material, it is easier and cheaper to use a thin film technology than when using Si or the like. Can be formed.
  • the strain resistance element 100 using the SiO 2 layer 53 of the membrane 55 of the pressure sensor 200 to the first insulator 1, the strain resistance element 300, the membrane 65 of the pressure sensor 400 to the first insulator 11 SiO 2 Layer 63 is used.
  • the first insulator 1, 11, instead of using the SiO 2 layer 53 and 63 of the membrane 55, 65 may be used its own insulation layer.
  • the pressure sensors 200 and 400 are manufactured as the mechanical quantity detection sensors, but the type of the mechanical quantity detection sensor is arbitrary, for example, a strain gauge, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, or the like. It may be.
  • a microphone may be constituted by the strain resistance element (pressure sensor) of the present invention.

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Abstract

検出精度の高い歪抵抗素子を提供する。　第３電極６の電圧値の変化に対する、第１電極３と第２電極４との間の抵抗値の変化を示す、電圧‐抵抗特性が、指数関数的に変化する領域を有し、指数関数的に変化する領域の内側、または、指数関数的に変化する領域の内側および近傍を、歪の大きさを検出するのに使用する領域にする。また、フェルミ準位が変動する空間的領域が歪の大きさを検出するのに使用する領域において半導体２の底部に達するようにする。

Description

歪抵抗素子、力学量検知センサおよびマイクロフォン
　本発明は歪抵抗素子に関し、さらに詳しくは、検出精度の高い歪抵抗素子に関する。
　また、本発明は力学量検知センサに関し、さらに詳しくは、上記本発明の歪抵抗素子を使用した、検出精度の高い、圧力センサ、歪ゲージ、加速度センサ、角速度センサなどの力学量検知センサに関する。また、本発明はマイクロフォンに関し、さらに詳しくは、上記本発明の歪抵抗素子を使用した、検出精度の高い、マイクロフォンに関する。
　圧電体を使用した歪抵抗素子、および、その歪抵抗素子を使用した圧力センサ（力学量検知センサの一種）が、特許文献１（特開昭５９-１２４１８１号公報）や特許文献２（特開２００５-２４９６４４号公報）に開示されている。
　図３に、特許文献１に開示された圧力センサ１１００を示す。ただし、図３は、圧力センサ１１００の断面図である。
　圧力センサ１１００は、第１絶縁体（基板）１０１を備える。そして、第１絶縁体１０１上に、半導体（半導体層）１０２が形成されている。また、半導体１０２上に、相互に離間して、第１電極（電極）１０３と第２電極（電極）１０４とが形成されている。さらに、半導体１０２上であって、第１電極１０３と第２電極１０４との間に、第２絶縁体（絶縁層）１０５が形成されている。そして、第２絶縁体１０５上に、第３電極（電極）１０６が形成されている。
　圧力センサ１１００は、第１電極１０３をソース電極、第２電極１０４をドレイン電極、第３電極１０６をゲート電極として、半導体１０２によって、ＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）が構成されている。
　また、圧力センサ１１００は、第１絶縁体１０１の別の領域において、第３電極１０６の下に、圧電体（圧電性薄膜）１０７が形成されている。さらに、圧電体１０７の下に、第４電極（電極）１０８が形成されている。
　圧力センサ１１００は、圧電体１０７に、圧力による歪が印加されることによって、第３電極１０６の電圧値が変化する。そして、第３電極１０６の電圧値が変化することによって、第１電極１０３と第２電極１０４との間の抵抗値が変化する。
　圧力センサ１１００は、第１電極１０３と第２電極１０４との間の抵抗値の変化量から、圧電体１０７に印加された圧力（歪）の大きさを検出する。
　図４に、特許文献２に開示された圧力センサ（圧力センサデバイス）１２００を示す。ただし、図４は、圧力センサ１２００の断面図である。
　圧力センサ１２００は、第１絶縁体（フレキシブル基板）２０１を備える。そして、第１絶縁体２０１上に、半導体（半導体層）２０２が形成されている。また、半導体２０２上に、相互に離間して、第１電極（ソース）２０３と第２電極（ドレイン）２０４とが形成されている。さらに、半導体２０２上であって、第１電極２０３と第２電極２０４との間に、第２絶縁体（絶縁層）２０５が形成されている。そして、第２絶縁体２０５上に、第３電極（ゲート）２０６が形成されている。
　圧力センサ１２００は、半導体２０２と、第２絶縁体２０５と、第１電極２０３と、第２電極２０４と、第３電極２０６とで、トランジスタ（有機ＦＥＴ）が構成されている。
　圧力センサ１２００は、第３電極２０６の上に、圧電体（圧電ポリマー層）２０７が形成されている。
　圧力センサ１２００は、圧電体２０７の上に、保護層２０８が形成されている。
　圧力センサ１２００も、圧電体２０７に印加された圧力（歪）の大きさを、第１電極２０３と第２電極２０４との間の抵抗値の変化量から検出する。
特開昭５９-１２４１８１号公報 特開２００５-２４９６４４号公報
　特許文献１に開示された圧力センサ１１００においては、半導体１０２の膜厚が大きい場合や、半導体１０２の膜厚に対してキャリア濃度が高すぎる場合に、第１電極１０３と第２電極１０４との間に漏れ電流が発生し、検出感度が低下してしまうという問題があった。また、特許文献２に開示された圧力センサ１２００においても、同様に、半導体２０２の膜厚が大きい場合や、半導体２０２の膜厚に対してキャリア濃度が高すぎる場合に、第１電極２０３と第２電極２０４との間に漏れ電流が発生し、検出感度が低下してしまうという問題があった。
　上述したとおり、圧力センサ１１００においては、圧電体１０７に圧力が印加され、第３電極１０６の電圧値が変化することによって、トランジスタの第３電極（ゲート電極）１０６下の半導体（半導体層）１０２のフェルミ準位が変動し、第１電極１０３と第２電極１０４との間の抵抗値が変化する。しかしながら、半導体１０２の膜厚が大きい場合や、半導体１０２の膜厚に対してキャリア濃度が高すぎる場合には、フェルミ準位の変動する空間的領域が半導体１０２の底部に達しておらず、圧電体１０７に圧力が印加されていない状態において、第１電極１０３と第２電極１０４との間に漏れ電流が発生するという問題があった。そして、漏れ電流が発生していると、圧電体１０７に圧力が印加されても、第１電極１０３と第２電極１０４との間の抵抗値は大きくは変化せず、第３電極１０６の電圧値の変化に対する抵抗値の変化を示す電圧‐抵抗特性の傾きが小さく、高い精度で、圧電体１０７に印加された圧力の大きさを検知することができないという問題があった。圧力センサ１２００においても、同様である。
　本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その手段として、本発明の歪抵抗素子は、第１絶縁体と、第１絶縁体上に形成された半導体と、半導体上に、相互に離間して形成された、第１電極および第２電極と、半導体上であって、第１電極と前記第２電極との間に形成された第２絶縁体と、第２絶縁体上に形成された第３電極と、第３電極に接して形成された圧電体と、を備え、圧電体に歪が印加されることによって、第３電極の電圧値が変化し、第３電極の電圧値が変化することによって、半導体のフェルミ準位が変動し、フェルミ準位が変動することによって、第１電極と第２電極との間の抵抗値が変化し、抵抗値を測定することによって、歪の大きさを検出するものであって、第３電極の電圧値の変化に対する、第１電極と第２電極との間の抵抗値の変化を示す、電圧‐抵抗特性が、指数関数的に変化する領域を有し、指数関数的に変化する領域の内側、または、指数関数的に変化する領域の内側および近傍を、歪の大きさを検出するのに使用する領域とし、フェルミ準位が変動する空間的領域が歪の大きさを検出するのに使用する領域において半導体の底部に達するようにした。なお、本発明の歪抵抗素子は、第１電極をソース電極、第２電極をドレイン電極、第３電極をゲート電極とすることにより、ＴＦＴを構成することができる。
　上記のように、本発明の歪抵抗素子は、（１）第３電極の電圧値の変化に対する、第１電極と第２電極との間の抵抗値の変化を示す、電圧‐抵抗特性が、指数関数的に変化する領域を有し、（２）指数関数的に変化する領域の内側、または、指数関数的に変化する領域の内側および近傍を、歪の大きさを検出するのに使用する領域とし、（３）フェルミ準位が変動する空間的領域が歪の大きさを検出するのに使用する領域において半導体の底部に達するようにしている。本発明の歪抵抗素子は、（１）～（３）の関係を備えているため、圧電体に歪が印加されていないときに、第１電極と第２電極との間の漏れ電流が抑制される一方、圧電体に歪が印加されると、第３電極の電圧値の変化に対する第１電極と第２電極間との抵抗値の変化を示す、電圧‐抵抗特性が、急峻に変化する。
　本発明の歪抵抗素子の、上記（１）～（３）の関係は、半導体の種類、および、半導体の膜厚に応じて、半導体に、適切なキャリア濃度をもたせることにより実現することができる。以下に、詳細に説明する。
　図５（Ａ）に、計算モデルとして、半導体に厚さ１μｍのＳｉを使用したＴＦＴ５００を示す。ＴＦＴ５００は、厚さ１μｍのＳｉＯ２からなる第１絶縁体と、上述した厚さ１μｍのＳｉからなる半導体と、ソース電極（第１電極）と、ドレイン電極（第２電極）と、厚さ４０ｎｍのＳｉＯ２からなる第２絶縁体と、ゲート電極（第３電極）とを備える。
　また、図５（Ｂ）に、ＴＦＴ５００において、半導体（Ｓｉ）のキャリア濃度をパラメーターとして、１Ｅ１３ｃｍ－３、１Ｅ１４ｃｍ－３、１Ｅ１５ｃｍ－３、１Ｅ１６ｃｍ－３のいずれかとした場合の、それぞれの、半導体デバイスシュミレーター（本件出願人が作製した半導体デバイスシュミレーター）で計算した、ゲート電極の電圧値の変化に対する、ソース電極とドレイン電極との間の電流値の変化を示す、電圧‐電流特性を示す。なお、本計算においては、ゲート電極の仕事関数を４．４ｅＶ、ソース電極を０Ｖ、ドレイン電極を１Ｖに設定した。また、半導体（Ｓｉ）は、電子親和力を４．０５ｅＶ、バンドギャップを１．１２ｅＶ、電子有効質量を０．９２、ホール有効質量を０．５９、ベース電子移動度を１４４０ｃｍ／Ｖｓ、ベースホール移動度を４８０ｃｍ／Ｖｓに設定した。
　本発明の歪抵抗素子においては、ゲート電極（第３電極）と直列に圧電体が接続されており、圧電体に印加される歪の大きさに応じて、第３電極の電圧値が変化する。上記計算モデルにおいては、圧電体に歪みが印加されていないときのゲート電極の電圧値をＶＧ＝０Ｖ、圧電体に歪みが印加されたときのゲート電極の電圧値をＶＧ＝Ｖε（Ｖ）とした。そして、圧電体に歪みが印加されていないとき、ソース電極とドレイン電極との間にＩＤＳ＝Ｉ０（Ａ／ｃｍ２）の電流が流れ、圧電体に歪みが印加されたとき、ソース電極とドレイン電極との間にＩＤＳ＝Ｉε（Ａ／ｃｍ２）の電流が流れるものとした。
　なお、本計算モデルにおいては、ソース電極とドレイン電極との間の電流値ＩＤＳの変化を見ているが、これは、ソース電極とドレイン電極との間の抵抗値の変化を、ソース電極とドレイン電極との間の電流値の変化に置換えて見ているものである。
　歪抵抗素子の検出感度を上げるためには、単位歪み当たりの電流値（抵抗値）の変化度が大きいことが望ましい。すなわち、電圧‐電流特性（電圧‐抵抗特性）の傾きが大きいことが望ましい。本計算モデルにおいては、キャリア濃度が１Ｅ１３ｃｍ－３、１Ｅ１４ｃｍ－３である場合には、比較的、高感度になっているが、キャリア濃度が１Ｅ１５ｃｍ－３、１Ｅ１６ｃｍ－３である場合には、感度が悪くなっている。キャリア濃度が１Ｅ１５ｃｍ－３、１Ｅ１６ｃｍ－３である場合に感度が悪くなるのは、フェルミ準位の変動する空間的領域の実効厚さ（ゲート電極の電圧値に応じて変動するフェルミ準位の最大変動厚さ）が、半導体（Ｓｉ）の厚さ１μｍよりも小さいため、半導体の厚み方向においてゲート電極と反対側の領域で漏れ電流が発生したことに起因している。図６（Ａ）に、キャリア濃度が１Ｅ１５ｃｍ－３の場合において、ゲート電極の電圧ＶＧ＝０Ｖのときの、計算結果から抽出した電子濃度分布を示す。この場合のフェルミ準位の変動する空間的領域の実効厚さＸは０．７μｍであった。また、図６（Ｂ）に、キャリア濃度が１Ｅ１６ｃｍ－３の場合において、ゲート電極の電圧ＶＧ＝０Ｖのときの、計算結果から抽出した電子濃度分布を示す。この場合のフェルミ準位の変動する空間的領域の実効厚さＸは０．２μｍであった。
　図６（Ａ）、（Ｂ）からわかるように、キャリア濃度が１Ｅ１５ｃｍ－３および１Ｅ１６ｃｍ－３である場合は、いずれも、半導体（Ｓｉ）の厚さ１μｍに対して、フェルミ準位の実効厚さＸが小さすぎるため、圧電体に歪が印加されていないとき（ゲート電極の電圧ＶＧ＝０Ｖのとき）に、フェルミ準位が、半導体の底部に達していない。そして、それにともなって、圧電体に歪が印加されたときにも、単位歪み当たりの電流値（抵抗値）の変化度が小さい。
　以上より、厚さ１μｍのＳｉからなる半導体を備えたＴＦＴ５００においては、半導体のキャリア濃度を１Ｅ１４ｃｍ－３以下とすることにより、第３電極の電圧値の変化に対する、第１電極と第２電極との間の抵抗値の変化を示す、電圧‐抵抗特性が、指数関数的に変化する領域を有し、フェルミ準位が変動する空間的領域が歪の大きさを検出するのに使用する領域において半導体の底部に達するものとすることができる。
　なお、図５（Ｂ）に示す、各キャリア濃度における電圧‐電流特性は、それぞれ、ゲート電極の仕事関数や、第２絶縁体（ゲート絶縁膜）の空間電荷量を制御することにより、Ｘ軸（電圧軸）の左右両方向に、それぞれシフトさせることができる。
　さらに優れた検出感度を備えた別の計算モデルとして、図７（Ａ）に、Ｓｉからなる半導体の厚さを０．６５ｎｍにしたＴＦＴ６００を示す。
　図７（Ｂ）に、ＴＦＴ６００において、半導体（Ｓｉ）のキャリア濃度をパラメーターとして、１Ｅ１３ｃｍ－３、１Ｅ１４ｃｍ－３、１Ｅ１５ｃｍ－３、１Ｅ１６ｃｍ－３、１Ｅ１７ｃｍ－３、１Ｅ１８ｃｍ－３のいずれかとした場合の、それぞれの、半導体デバイスシュミレーターで計算した、電圧‐電流特性を示す。なお、本計算においても、ゲート電極の仕事関数を４．４ｅＶ、ソース電極を０Ｖ、ドレイン電極を１Ｖに設定した。
　図７（Ｂ）からわかるように、半導体に厚さ０．６５μｍのＳｉを使用したＴＦＴ６００においては、キャリア濃度が１Ｅ１３ｃｍ－３～１Ｅ１８ｃｍ－３の全ての場合において、電圧‐電流特性（電圧‐抵抗特性）の傾きが大きく、高感度になっている。ＴＦＴ６００の電圧‐電流特性の傾きは、半導体に厚さ１μｍのＳｉを使用したＴＦＴ５００の電圧‐電流特性の傾きよりも大きく、より好感度になっている。しかも、ＴＦＴ６００においては、１Ｅ１３ｃｍ－３～１Ｅ１７ｃｍ－３の場合において、電圧‐電流特性が傾きが大きな領域において重なっている。したがって、ＴＦＴ６００は、半導体のキャリア濃度が、製造プロセスにおいて若干ずれたとしても、同じ電圧‐電流特性を得ることができ、工業的に優れたものになっている。
　半導体の種類はＳｉには限られず、他の種類の半導体であっても、半導体の膜厚に応じて、半導体に適切なキャリア濃度をもたせることにより、高い検出感度を得ることができる。
　図８（Ａ）に、別の計算モデルとして、厚さ０．６５ｎｍのＭｏＳ２膜からなる半導体を備えたＴＦＴ７００を示す。
　図８（Ｂ）に、ＴＦＴ７００において、半導体（ＭｏＳ２）のキャリア濃度をパラメーターとして、１Ｅ１３ｃｍ－３、１Ｅ１４ｃｍ－３、１Ｅ１５ｃｍ－３、１Ｅ１６ｃｍ－３、１Ｅ１７ｃｍ－３、１Ｅ１８ｃｍ－３のいずれかとした場合の、それぞれの、半導体デバイスシュミレーターで計算した、電圧‐電流特性を示す。なお、本計算においては、ゲート電極の仕事関数を５．１ｅＶ、ソース電極を０Ｖ、ドレイン電極を１Ｖに設定した。また、半導体（ＭｏＳ２）は、電子親和力を４．６０ｅＶ、バンドギャップを１．８０ｅＶ、電子有効質量を０．４８、ホール有効質量を０．６０、ベース電子移動度を１０ｃｍ／Ｖｓ、ベースホール移動度を２ｃｍ／Ｖｓに設定した。
　図８（Ｂ）からわかるように、半導体に厚さ０．６５ｎｍのＭｏＳ２を使用したＴＦＴ７００においても、キャリア濃度が１Ｅ１３ｃｍ－３～１Ｅ１８ｃｍ－３の全ての場合において、電圧‐電流特性（電圧‐抵抗特性）の傾きが大きく、高感度になっている。また、１Ｅ１３ｃｍ－３～１Ｅ１７ｃｍ－３の場合において、電圧‐電流特性が重なっている。
　以上より、厚さ０．６５ｎｍのＭｏＳ２からなる半導体を備えたＴＦＴ７００においても、半導体のキャリア濃度を１Ｅ１８ｃｍ－３以下とすることにより、高い精度で、圧電体に印加された歪の大きさを検知することができる。
　なお、ＴＦＴ７００の半導体に使用したＭｏＳ２（遷移金属ダイカルコゲナイドの一種）は、後述するように、第１絶縁体上に、薄膜技術によって容易に形成できるという利点も備えている。
　以上のように、本発明の歪抵抗素子は、半導体の種類、および、半導体の膜厚に応じて、半導体に適切なキャリア濃度をもたせることにより、高い精度で、圧電体に印加された歪の大きさを検知できるものとしている。
　フェルミ準位が変動する空間的領域の実効厚みと、半導体の厚みとが等しいことが好ましい。この場合には、フェルミ準位が変動する空間的領域が歪の大きさを検出するのに使用する領域において半導体の底部に達し、圧電体に歪が印加されていないときに第１電極と第２電極との間の漏れ電流が抑制される一方、圧電体に歪が印加されると、第３電極の電圧値の変化に対する、第１電極と第２電極との間の抵抗値の変化を示す電圧‐抵抗特性が急峻に変化する。したがって、高い精度で、圧電体に印加された歪の大きさを検知することができる。
　なお、フェルミ準位が変動する空間的領域が歪の大きさを検出するのに使用する領域において半導体の底部に達していれば、半導体のキャリア濃度は、できるだけ高いことが好ましく、たとえば１Ｅ１７ｃｍ－３以上であることが好ましい。すなわち、半導体のキャリア濃度が高くなると、フェルミ準位が変動する空間的領域の実効厚みが小さくなるが、フェルミ準位が変動する空間的領域が半導体の底部に達しているのであれば、半導体のキャリア濃度は、できるだけ高い方が好ましい。この場合には、第１電極と第２電極との間の抵抗値を検出回路（ブリッジ回路等）で検出する際の、回路上の抵抗値を小さくすることができ、ノイズを低減して、高い精度で、圧電体に印加された歪の大きさを検知することができるからである。
　具体的な半導体の膜厚は、２００ｎｍ以下であることが好ましい。この場合には、フェルミ準位が変動する空間的領域が歪の大きさを検出するのに使用する領域において、半導体の底部に達するものとしやすくなるからである。
　半導体は、グラフェン、遷移金属ダイカルコゲナイド（ＴＭＤ；Transition Metal Dichalcogenide）、ヘキサゴナル窒化ホウ素（ｈ-ＢＮ）、フォスフォレン（Phosphorene）から選択された少なくとも１種の材質によって、単層または複数層からなる構造に形成されたものとすることが好ましい。上記の材料は、２Ｄ材料（二次元材料）と呼ばれている。これらの２Ｄ材料を使えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの薄膜技術により、Ｓｉなどに比べて、容易に、安価に半導体（半導体膜）を形成することができるからである。なお、上記の遷移金属ダイカルコゲナイドには、たとえば、ＭｏＳ２、ＭｏＳｅ２、ＷＳ２、ＷＳｅ２などが含まれている。
　第１電極と第２電極との間の直上に第３電極が形成され、その第３電極の直上に圧電体が形成され、その圧電体の直上に第４電極が形成されたものとすることができる。圧電体に印加される歪みが、さらに半導体（歪抵抗膜）に印加されることにより、検出感度が向上する場合には、この構造をとることが好ましい。なお、半導体に圧力が印加されることにより、検出感度が向上するか否かは、半導体の種類などに依存する。
　あるいは、第１電極と第２電極との間の直上に第３電極が形成され、その第３電極が第１電極と第２電極との間以外の領域にまで延長され、延長された、その第３電極に接して圧電体が形成され、その圧電体に接して第４電極が形成されたものとすることができる。圧電体に印加される歪みが、さらに半導体（歪抵抗膜）に印加されることにより、検出感度が低下する場合には、この構造をとることが好ましい。上述したとおり、半導体に圧力が印加されることにより、検出感度が低下するか否かは、半導体の種類などに依存する。また、このような構造であれば、歪抵抗素子の製造工程において、第３電極と第４電極との間に所定の電圧を印加することによって、容易に、圧電体を分極する、あるいは自発分極していた圧電体の分極を強めることができる。
　本発明の歪抵抗素子を使用して、圧力センサ、歪ゲージ、加速度センサ、角速度センサなどの力学量検知センサを作製することができる。この場合には、検出精度の高い、力学量検知センサを得ることができる。また、本発明の歪抵抗素子を使用して、マイクロフォンを作製することができる。この場合には、検出精度の高い、マイクロフォンを得ることができる。
　本発明の歪抵抗素子は、第３電極の電圧値の変化に対する、第１電極と第２電極との間の抵抗値の変化を示す電圧‐抵抗特性が、指数関数的に変化する領域を有し、指数関数的に変化する領域の内側、または、指数関数的に変化する領域の内側および近傍を、歪の大きさを検出するのに使用する領域とし、フェルミ準位が変動する空間的領域が歪の大きさを検出するのに使用する領域において半導体の底部に達しているため、圧電体に印加された歪の大きさを検出する精度が高い。
　また、本発明の力学量検知センサは、上述した本発明の歪抵抗素子を使用したものであるため、検出精度が高い。
図１（Ａ）は、第１実施形態にかかる歪抵抗素子１００を示す断面図である。図１（Ｂ）は、歪抵抗素子１００を使用した、第１実施形態にかかる圧力センサ２００を示す断面図である。 図２（Ａ）は、第２実施形態にかかる歪抵抗素子３００を示す断面図である。図２（Ｂ）は、歪抵抗素子３００を使用した、第２実施形態にかかる圧力センサ４００を示す断面図である。 特許文献１に開示された圧力センサ１１００を示す断面図である。 特許文献２に開示された圧力センサ１２００を示す断面図である。 図５（Ａ）は、計算モデルであるＴＦＴ５００の断面図である。図５（Ｂ）は、ＴＦＴ５００の電圧‐電流特性を示すグラフである。 図６（Ａ）は、ＴＦＴ５００において、キャリア濃度＝１Ｅ１５ｃｍ－３、ゲート電極の電圧ＶＧ＝０Ｖのときの、計算結果から抽出した電子濃度分布を示す説明図である。図６（Ｂ）は、ＴＦＴ５００において、キャリア濃度＝１Ｅ１６ｃｍ－３、ゲート電極の電圧ＶＧ＝０Ｖのときの、計算結果から抽出した電子濃度分布を示す説明図である。 図７（Ａ）は、計算モデルであるＴＦＴ６００の断面図である。図７（Ｂ）は、ＴＦＴ６００の電圧‐電流特性を示すグラフである。 図８（Ａ）は、計算モデルであるＴＦＴ７００の断面図である。図８（Ｂ）は、ＴＦＴ７００の電圧‐電流特性を示すグラフである。
　以下、図面とともに、本発明を実施するための形態について説明する。
　なお、各実施形態は、本発明の実施の形態を例示的に示したものであり、本発明が実施形態の内容に限定されることはない。また、異なる実施形態に記載された内容を組合せて実施することも可能であり、その場合の実施内容も本発明に含まれる。また、図面は、実施形態の理解を助けるためのものであり、必ずしも厳密に描画されていない場合がある。たとえば、描画された構成要素ないし構成要素間の寸法の比率が、明細書に記載されたそれらの寸法の比率と一致していない場合がある。また、明細書に記載されている構成要素が、図面において省略されている場合や、個数を省略して描画されている場合などがある。
　［第１実施形態］
　図１（Ａ）に、第１実施形態にかかる歪抵抗素子１００を示す。また、図１（Ｂ）に、歪抵抗素子１００を使用した、第１実施形態にかかる圧力センサ２００を示す。なお、図１（Ａ）、（Ｂ）は、いずれも断面図である。
　歪抵抗素子１００は、ＳｉＯ２からなる第１絶縁体１を備える。第１絶縁体１の厚さは０．２μｍである。なお、歪抵抗素子１００は、後述する圧力センサ２００のメンブレン５５のＳｉＯ２層５３を、第１絶縁体１として使用している。
　第１絶縁体１上に、単層のＭｏＳ２膜からなる半導体２が形成されている。半導体２はｎ型である。半導体２の厚さは０．６５ｎｍである。半導体２のキャリア濃度は、１Ｅ１７ｃｍ－３に設定されている。
　半導体２上に、相互に離間して、第１電極３と第２電極４とが形成されている。第１電極３、第２電極４は、それぞれ、第１層が２０ｎｍのＣｒ、第２層が１００ｎｍのＡｌからなる２層構造に形成されている。ただし、図面においては、見やすくするために、第１電極３、第２電極４を、それぞれ１層として描いている。
　半導体２上に、第１電極３と、第２電極４とを、それぞれ部分的に覆うようにして、ＳｉＯ２からなる第２絶縁体５が形成されている。第２絶縁体５の厚さは４０ｎｍである。
　第２絶縁体５上に、Ｐｄからなる第３電極６が形成されている。第３電極６の厚さは１００ｎｍである。第３電極６の仕事関数は、５．１ｅＶに設定されている。
　歪抵抗素子１００においては、半導体２と、第２絶縁体５と、第１電極３と、第２電極４と、第２絶縁体５と、第３電極６とで、ＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）が構成されている。この場合、第１電極３がソース電極、第２電極４がドレイン電極、第３電極６がゲート電極に該当する。なお、構成されたＴＦＴは、「課題を解決するための手段」の欄において、計算モデルとして示したＴＦＴ７００と同一のものである。
　第３電極６上に、ＡｌＮ膜からなる圧電体７が形成されている。圧電体７の厚さは１００ｎｍである。
　圧電体７上に、第４電極８が形成されている。第４電極８は、第１層が２０ｎｍのＣｒ、第２層が１００ｎｍのＡｌからなる２層構造に形成されている。ただし、図面においては、見やすくするために、第４電極８を１層として描いている。電極面積は０．０１ｍｍ２である。本実施形態においては、第４電極８は、接地されている。
　以上の構造からなる、第１実施形態にかかる歪抵抗素子１００は、圧電体７に歪みが印加されると、ソース電極（第１電極３）‐ドレイン電極（第２電極４）間の電流値が変化する。以下、具体例をあげて説明する。
　歪抵抗素子１００は、初期状態（圧電体７に歪みが印加されていない状態）では、圧電体７自体に自発分極が生じているが、圧電体７と接している第３電極６には電圧は発生していない状態になる。このとき、ソース電極‐ドレイン電極間に流れる電流は、図８（Ｂ）に示す計算モデルＴＦＴ７００の計算結果に基づくと、１３．７μＡ／ｃｍ２になる。
　そして、圧電体７に、たとえば１Ｅ‐５の歪が印加されると、第３電極６には８．３Ｅ-１４Ｃの電荷が発生する（電荷Ｑ＝ｄ３１×Ｙ×Ｓ×ε、圧電定数ｄ３１＝２．７８Ｅ-１２ｍ／Ｖ、ヤング率Ｙ＝３Ｅ１１Ｐａ、電極面積Ｓ＝１Ｅ-８ｍ２、歪ε＝１Ｅ-５として算出）。発生した電荷は圧電体キャパシタ容量ＣＰとＴＦＴのゲート容量ＣＧで分配され、ＴＦＴのゲートには電圧ＶＧ＝Ｑ／（ＣＰ+ＣＧ）が発生する。圧電体キャパシタ容量ＣＰを９．５Ｅ-１２Ｆ（ＣＰ＝ε０×εｒ×Ｓ／ｔ、比誘電率εｒ＝１０．７、電極面積Ｓ＝１Ｅ-８ｍ２、厚みｔ＝１Ｅ-７ｍ）、ゲート容量ＣＧを４．３Ｅ-１２Ｆ（ＣＧ＝ε０×εｒ×Ｓ／ｔ、比誘電率εｒ＝３．９、電極面積Ｓ＝５Ｅ-９ｍ２、厚みｔ＝４Ｅ-８ｍ）とすると、ＶＧ＝６．０Ｅ-３Ｖとなる。このとき、ソース電極‐ドレイン電極間に流れる電流は、図８（Ｂ）に示す計算モデルＴＦＴ７００の計算結果に基づくと、１７．２μＡ／ｃｍ２になる。
　１Ｅ‐５の歪量と、上述した１３．７μＡ／ｃｍ２から１７．２μＡ／ｃｍ２への電流値変化を抵抗値変化に換算した値とから、歪抵抗素子１００のゲージ率を算出すると、ゲージ率Ｋ＝２３０００になる。この値は、現在、一般的に使用されている、半導体にＳｉを使用したゲージ率Ｋ≦１８０の歪抵抗素子に比べて、２桁以上高い値であり、本実施形態にかかる歪抵抗素子１００が、非常に高感度な歪抵抗素子であることを示している。
　なお、歪抵抗素子１００の抵抗値は、検知上の電気的ノイズ低減の観点から、小さいことが望ましい。そのためには、第１電極３と第２電極４の間隔を小さくするとともに、図１（Ａ）において、奥行き方向を長く設計することが望ましい。また、所望の電圧‐抵抗特性（電圧‐電流特性）を得られる限りにおいて、半導体（ＭｏＳ２膜）１は、キャリア濃度や移動度が高いことが望ましい。
　次に、図１（Ｂ）を参照して、本実施形態にかかる圧力センサ２００について説明する。
　圧力センサ２００は、メンブレン５５を備える。メンブレン５５は、積層されたＳｉ層５２とＳｉＯ２層５３とからなるメンブレン基材５１を用意し、Ｓｉ層５２の裏面に開口５４を設けることによって、作製したものである。メンブレン５５の厚さは、Ｓｉ層５２が１０μｍ、ＳｉＯ２層５３が０．２μｍである。
　圧力センサ２００は、メンブレン５５において、ＳｉＯ２層５３上に、上述した歪抵抗素子１００が形成されている。図１（Ｂ）からは分からないが、圧力センサ２００には、所定の位置に、４個の歪抵抗素子１００が形成されている。なお、歪抵抗素子１００は、上述したとおり、メンブレン５５のＳｉＯ２層５３を、第１絶縁体１として利用している。
　圧力センサ２００は、メンブレン５５の上下に差圧が加わると、メンブレン５５がたわみ、歪抵抗素子１００に歪が加わる。圧力センサ２００は、歪抵抗素子１００の抵抗値を検出することにより、メンブレン５５に印加された圧力の大きさを検知することができる。
　本実施形態の圧力センサ２００は、高感度な本実施形態の歪抵抗素子１００を使用しているため、高感度である。
　次に、歪抵抗素子１００および圧力センサ２００の製造方法の一例について、簡潔に説明する。
　まず、圧力センサ２００のメンブレン５５を形成するための、Ｓｉ層５２とＳｉＯ２層５３とが積層されたメンブレン基材５１を用意する。
　次に、メンブレン基材５１のＳｉＯ２層５３の表面に、たとえばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により、半導体２としてＭｏＳ２膜を製膜する。
　次に、一般的に使用されている、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術によりＭｏＳ２をパターンニングする。
　次に、ＳｉＯ２層５３上に形成された半導体２（ＭｏＳ２膜）上に、一般的に使用されている、成膜技術、フォトリソグラフィ技術を使って、第１電極３、第２電極４、第２絶縁体５、第３電極６、圧電体７、第４電極８を形成し、４つの歪抵抗素子１００を形成する。
　最後に、メンブレン基材５１のＳｉ層５２に、エッチングによって開口５４を形成し、メンブレン５５を形成して、４つの歪抵抗素子１００が形成された圧力センサ２００を完成させる。
　［第２実施形態］
　図２（Ａ）に、第２実施形態にかかる歪抵抗素子３００を示す。また、図２（Ｂ）に、歪抵抗素子３００を使用した、第１実施形態にかかる圧力センサ４００を示す。なお、図２（Ａ）、（Ｂ）は、いずれも断面図である。
　歪抵抗素子３００は、ＳｉＯ２からなる第１絶縁体１１を備える。第１絶縁体１１の厚さは５μｍである。なお、歪抵抗素子３００は、後述する圧力センサ４００のメンブレン６５のＳｉＯ２層６３を、第１絶縁体１１として使用している。
　第１絶縁体１１上に、Ｓｉからなる半導体１２が形成されている。半導体１２はｎ型である。半導体１２の厚さは０．６５ｎｍである。半導体１２のキャリア濃度は、１Ｅ１８ｃｍ－３に設定されている。
　半導体１２上に、相互に離間して、第１電極１３と第２電極１４とが形成されている。第１電極１３、第２電極１４は、それぞれ、１００ｎｍのＡｌからなる。
　半導体１２上に、第１電極１３を部分的に覆い、かつ、第２電極１４を完全に覆い、さらに図面上において右方向に延長された第２絶縁体延長部１５ａを設けて、ＳｉＯ２からなる第２絶縁体１５が形成されている。第２絶縁体１５の厚さは４０ｎｍである。
　そして、第２絶縁体１５上に、Ｔｉからなる第３電極１６が形成されている。第３電極１６は、第２絶縁体延長部１５ａ上に形成された第３電極延長部１６ａを有している。第３電極１６の厚さは１００ｎｍである。第３電極１６の仕事関数は、４．４ｅＶに設定されている。
　歪抵抗素子３００においては、半導体１２と、第２絶縁体１５と、第１電極１３と、第２電極１４と、第２絶縁体１５と、第３電極１６とで、ＴＦＴが構成されている。この場合、第１電極１３がソース電極、第２電極１４がドレイン電極、第３電極１６がゲート電極に該当する。なお、構成されたＴＦＴは、「課題を解決するための手段」の欄において、計算モデルとして示したＴＦＴ６００と同一のものである。
　第３電極延長部１６ａ上に、ＺｎＯ膜からなる圧電体１７が形成されている。圧電体１７の厚さは１００ｎｍである。
　圧電体１７上に、第４電極１８が形成されている。第４電極１８は、１００ｎｍのＡｌからなる。電極面積は０．０１ｍｍ２である。
　以上の構造からなる、第２実施形態にかかる歪抵抗素子３００は、圧電体１７に歪みが印加されると、ソース電極（第１電極１３）‐ドレイン電極（第２電極１４）間に電流が流れる。以下、具体例をあげて説明する。
　歪抵抗素子３００は、初期状態（圧電体１７に歪みが印加されていない状態）では、圧電体１７自体に自発分極が生じているが、圧電体１７と接している第３電極１６には電圧は発生していない状態になる。このとき、ソース電極‐ドレイン電極間に流れる電流は、図７（Ｂ）に示す計算モデルＴＦＴ６００の計算結果に基づくと、１．０１μＡ／ｃｍ２になる。
　そして、圧電体１７に、たとえば１Ｅ‐５の歪が印加されると、第３電極１６には５．７Ｅ-１４Ｃの電荷が発生する（電荷Ｑ＝ｄ３１×Ｙ×Ｓ×ε、圧電定数ｄ３１＝５．２Ｅ-１２ｍ／Ｖ、ヤング率Ｙ＝１．１Ｅ１１Ｐａ、電極面積Ｓ＝１Ｅ-８ｍ２、歪ε＝１Ｅ-５として算出）。発生した電荷は圧電体キャパシタ容量ＣＰとＴＦＴのゲート容量ＣＧで分配され、ＴＦＴのゲートには電圧ＶＧ＝Ｑ／（ＣＰ+ＣＧ）が発生する。圧電体キャパシタ容量ＣＰを７．８Ｅ-１２Ｆ（ＣＰ＝ε０×εｒ×Ｓ／ｔ、比誘電率εｒ＝８．８、電極面積Ｓ＝１Ｅ-８ｍ２、厚みｔ＝１Ｅ-７ｍ）、ゲート容量ＣＧを４．３Ｅ-１２Ｆ（ＣＧ＝ε０×εｒ×Ｓ／ｔ、比誘電率εｒ＝３．９、電極面積Ｓ＝５Ｅ-９ｍ２、厚みｔ＝４Ｅ-８ｍ）とすると、ＶＧ＝４．７Ｅ-３Ｖとなる。このとき、ソース電極‐ドレイン電極間に流れる電流は、図７（Ｂ）に示す計算モデルＴＦＴ６００の計算結果に基づくと、１．２０μＡ／ｃｍ２になる。
　１Ｅ‐５の歪量と、上述した１．０１μＡ／ｃｍ２から１．２０μＡ／ｃｍ２への電流値変化を抵抗値変化に換算した値とから、歪抵抗素子３００のゲージ率を算出すると、ゲージ率Ｋ＝１８０００になる。この値は、現在、一般的に使用されている、半導体にＳｉを使用したゲージ率Ｋ≦１８０の歪抵抗素子に比べて、２桁以上高い値であり、本実施形態にかかる歪抵抗素子３００が、非常に高感度な歪抵抗素子であることを示している。
　次に、図２（Ｂ）を参照して、本実施形態にかかる圧力センサ４００について説明する。
　圧力センサ４００は、メンブレン６５を備える。メンブレン６５はＳｉＯ２層６３からなり、周囲がＳｉからなる台座６２により支持されている。ＳｉＯ２層６３の厚さは５μｍである。
　圧力センサ４００には、４個の歪抵抗素子３００が形成されている。各歪抵抗素子３００は、メンブレン６５の直上に圧電体（ＺｎＯ膜）１７が配置され、台座６２の直上に半導体（Ｓｉ膜）１２が配置されるように形成されている。すなわち、半導体１２は、歪の影響を受けにくい、台座６２の直上に形成されている。この構造は、圧電体１７に印加される歪みが、半導体１２にも印加されることにより、検出感度が低下する場合に、採用することが好ましい。なお、逆に、圧電体に印加される歪みが、半導体にも印加されることにより、検出感度が向上する場合には、第１実施形態の圧力センサ２００のように、歪抵抗素子１００の半導体２と圧電体７とを上下方向に重ね、メンブレン５５の直上に配置されるように形成することが好ましい。
　圧力センサ４００は、メンブレン６５の上下に差圧が加わると、メンブレン６５がたわみ、歪抵抗素子３００に歪が加わる。圧力センサ４００は、歪抵抗素子３００の抵抗値を検出することにより、メンブレン６５に印加された圧力の大きさを検知することができる。
　本実施形態の圧力センサ４００は、高感度な本実施形態の歪抵抗素子３００を使用しているため、高感度である。
　以上、第１実施形態にかかる歪抵抗素子１００、圧力センサ２００、第２実施形態にかかる歪抵抗素子３００、圧力センサ４００について説明した。しかしながら、本発明が上述した内容に限定されることはなく、発明の趣旨に沿って、種々の変更が可能である。
　たとえば、歪抵抗素子１００では半導体２にＭｏＳ２膜を用い、歪抵抗素子３００では半導体１２にＳｉ膜を用いたが、半導体２、１２の材質はこれらには限定されず、種々の材質を使用することができる。ただし、半導体の材質に、グラフェン、遷移金属ダイカルコゲナイド、ヘキサゴナル窒化ホウ素、フォスフォレンなどの２Ｄ材料を使用した場合には、薄膜技術により、Ｓｉなどを使用する場合に比べて、容易に、安価に半導体を形成することができる。
　また、歪抵抗素子１００では、第１絶縁体１に圧力センサ２００のメンブレン５５のＳｉＯ２層５３を使用し、歪抵抗素子３００では、第１絶縁体１１に圧力センサ４００のメンブレン６５のＳｉＯ２層６３を使用している。しかしながら、第１絶縁体１、１１は、メンブレン５５、６５のＳｉＯ２層５３、６３を使用するのではなく、独自の絶縁層を使用するようにしても良い。
　さらに、第１実施形態、第２実施形態では、力学量検知センサとして圧力センサ２００、４００を作製したが、力学量検知センサの種類は任意であり、たとえば、歪ゲージ、加速度センサ、角速度センサなどであっても良い。
　また、本発明の歪抵抗素子（圧力センサ）により、マイクロフォンを構成しても良い。
１、１１・・・第１絶縁体
２、１２・・・半導体
３、１３・・・第１電極（ソース電極）
４、１４・・・第２電極（ドレイン電極）
５、１５・・・第２絶縁体
１５ａ・・・第２絶縁層延長部
６、１６・・・第３電極（ゲート電極）
１６ａ・・・第３電極延長部
７、１７・・・圧電体
８、１８・・・第４電極
５１、６１・・・メンブレン基材
５２、６２・・・Ｓｉ層
５３、６３・・・ＳｉＯ２層
５５、６５・・・メンブレン
１００、３００・・・歪抵抗素子
２００、４００・・・圧力センサ
 
 
 

Claims (9)

  1. 　第１絶縁体と、
    　前記第１絶縁体上に形成された半導体と、
    　前記半導体上に、相互に離間して形成された、第１電極および第２電極と、
    　前記半導体上であって、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された第２絶縁体と、
    　前記第２絶縁体上に形成された第３電極と、
    　前記第３電極に接して形成された圧電体と、を備え、
    　前記圧電体に歪が印加されることによって、前記第３電極の電圧値が変化し、前記第３電極の電圧値が変化することによって、前記半導体のフェルミ準位が変動し、前記フェルミ準位が変動することによって、前記第１電極と前記第２電極との間の抵抗値が変化し、前記抵抗値を測定することによって、前記歪の大きさを検出する歪抵抗素子であって、
    　前記第３電極の前記電圧値の変化に対する、前記第１電極と前記第２電極との間の前記抵抗値の変化を示す、電圧‐抵抗特性が、指数関数的に変化する領域を有し、
    　前記指数関数的に変化する領域の内側、または、前記指数関数的に変化する領域の内側および近傍を、前記歪の大きさを検出するのに使用する領域とし、
    　前記フェルミ準位が変動する空間的領域が前記歪の大きさを検出するのに使用する領域において前記半導体の底部に達している歪抵抗素子。
  2. 　前記フェルミ準位が変動する空間的領域の実効厚みと、前記半導体の厚みとが等しい、請求項１に記載された歪抵抗素子。
  3. 　前記半導体のキャリア濃度が１Ｅ１７ｃｍ－３以上である、請求項１または２に記載された歪抵抗素子。
  4. 　前記半導体の厚みが、２００ｎｍ以下である請求項１ないし３のいずれか１項に記載された歪抵抗素子。
  5. 　前記半導体が、グラフェン、遷移金属ダイカルコゲナイド、ヘキサゴナル窒化ホウ素、フォスフォレンから選択された少なくとも１種の材質によって、単層または複数層からなる構造に形成された請求項１ないし４のいずれか１項に記載された歪抵抗素子。
  6. 　前記第１電極と前記第２電極との間の直上に前記第３電極が形成され、当該第３電極の直上に前記圧電体が形成され、当該圧電体の直上に第４電極が形成された、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された歪抵抗素子。
  7. 　前記第１電極と前記第２電極との間の直上に前記第３電極が形成され、当該第３電極が前記第１電極と前記第２電極との間以外の領域にまで延長され、延長された当該第３電極に接して前記圧電体が形成され、さらに当該圧電体に接して第４電極が形成された、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された歪抵抗素子。
  8. 　請求項１ないし７のいずれか１項に記載された歪抵抗素子を使用した、力学量検知センサ。
  9. 　請求項１ないし７のいずれか１項に記載された歪抵抗素子を使用した、マイクロフォン。
     
     
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