Siのピエソ抵抗効果は最近次の2点から注目されている。
- 血圧モニタ、自動車エンジンに用いられている圧力センサに代表される機械量～電気量変換センサとしての積極的利用
- VLSIの高集積化に伴い各素子の高精度化が要求され、プロセスやパッケージの段階でピエソ抵抗効果の影響が無視できなくなった。
われわれは、ずれ応力を積極的に利用する四端子素子を用いた圧力センサ及び加速度センサを開発した。従来の圧力センサは四個のゲージを形成し、ホイートストン・ブリッジを組んで用いるため四個のゲージのばらつきにより誤差が生じる。四端子素子は一個で上記ブリッジの出力と同程度であり、ゲージ間の不均衡、熱応力の不均衡の影響を除いては信頼性を向上させ得た。四端子素子は小さいので、4ヶの素子を同一ダイアプラム上に異った半径で形成し、使用圧力範囲により最適素子を選べるようにし、カスタムIC圧力センサを可能にした。四端子素子を用いた加速度センサはニゲージをハーフ・ブリッジとして用いる従来のセンサに比較して感度が2倍であった。センサに用いられているのはp型Siであるが、これのピエソ抵抗効果の原理は不明であった。われわれは一軸応力を加えたSi中の正孔のサイクロトロン共鳴に用いられたモデルを使って縮退したバンドをもつ半導体のピエソ抵抗効果係数の簡単な表式を導き、p型Siのピエソ抵抗効果発生機構を解明することができた。この理論の結果は観測値とピエソ抵抗効果の大きさ、異方性、温度依存性とよく一致した。ピエソ抵抗効果係数を結晶面、結晶軸依存性、温度依存性、不純物濃度依存性について詳細な計算を行い、これらをグラフ化し、センサ技術者、VLSI技術者に設計指針と便宜を与えた。今後応用が期待されているSi非単結晶薄膜のピエソ抵抗効果の評価法として異方性が重要な事を示した。また、微小な単結晶が粒界で隔てられた系を考え、微結晶の結晶学的方位が様々な秩序をもつときの薄膜のピエソ抵抗効果を統計的に求めた。
