以下本発明について、図に示した実施形� ��に基づいて説明する。図1は、本発明を適用 したブリッジ回路の実施形態を示す図である 。このブリッジ回路11は、直列に接続された� ��列抵抗素子R1、R4と直列抵抗素子R2、R3の2組� ��、グランドに接続されるノードと定電流電� ��13からの入力ノードとの間に並列接続され� �定電流電源13から供給された定電流Isが入力� ��れ、直列抵抗素子R1、R4と直列抵抗素子R2、R 3に流れる。そうして直列抵抗素子R1、R4の間� ��生じる中点電圧Vout1及び直列抵抗素子R2、R3� ��間に生じる中点電圧Vout2が、センサ出力と� �て取り出される。この実施形態の抵抗素子R1 乃至R4は、磁気に感応する磁気抵抗素子、又� ��圧力に感応するピエゾ素子などの、感応抵� ��素子である。

 センサ出力として取り出された中点電圧V out1、中点電圧Vout2は、オペアンプ15の非反転� ��力端子、反転入力端子に入力され、差動増� ��されて、出力電圧Voとして出力される。つ� �り、中点電圧Vout1、Vout2の差(Vout1-Vout2)がセン サ出力(電圧)として出力され、オペアンプ15� �より差動増幅され、出力電圧Voとして出力さ れる。

 さらにこのブリッジ回路11では、中点電� �Vout1、Vout2を挟んだ対角位置に、つまり抵抗� ��子R4と中点電圧Vout1の間、及び中点電圧Vout2� ��抵抗素子R2との間に、温度特性調整用抵抗� �子dR4、dR2が直列に配置されている。温度特� �調整用抵抗素子dR4、dR2の抵抗値は、センサ� �力(Vout1-Vout2)の出力レンジの中央値が、オペ� ��ンプ15の出力レンジの中央値となるように� �定されている。

 このブリッジ回路11において、圧力(kPa)と センサ出力(Vout1-Vout2)との関係、及び圧力(kPa) と出力電圧Voとの関係をシミュレートした結� ��を、図2(A)、(B)に示した。このシミュレート では、定電流電源13からの入力電流Isは0.15mA� �センサ出力(Vout1-Vout2)の出力レンジは圧力換� ��で0乃至100(kPa)、オペアンプ15の出力電圧Voの レンジは0乃至5.0(V)であって、圧力レンジの� �央値である圧力50(kPa)のときに、出力電圧Vo� �出力レンジの中央値である2.5(V)となるよう� �、温度特性調整用抵抗素子dR4、dR2の抵抗値� �設定してある。図2(A)において、縦軸はセン� ��出力(Vout1-Vout2)、横軸は圧力(kPa)、図2(B)にお いて、縦軸は出力電圧(V)、横軸は圧力(kPa)で� ��る。

 このような条件に基づき温度特性調整用� ��抗素子dR4、dR2の抵抗値を設定することによ� ��、オペアンプ15の出力レンジ全域を使用す� �ことが可能になり、出力電圧Voのレンジが2� �になり、分解能も2倍になる。

 さらに本発明の実施形態では、温度特性� ��補償するために、温度特性調整用抵抗素子d R4、dR2の温度係数TCRは、他の抵抗素子R1乃至R4 よりも小さく設定し、温度特性を悪化させる ことなくオフセット電圧をシフトさせること を可能にした。

 次に、このブリッジ回路11において、温� �特性調整用抵抗素子dR4、dR2の最適な温度係� �TCRを求めたシミュレーション結果を添付の� �に示したグラフを参照して説明する。

 抵抗素子R1乃至R4は、ピエゾ素子により形成 してある。
温度5℃、圧力100(kPa)のとき、抵抗素子R1、R3� �4.993(ω)抵抗素子R2、R4は4.743(ω)、温度係数TCR� ��、約1500(ppm/℃)である。
 温度特性調整用抵抗素子dR4、dR2は、 dR2=dR4= 160(ω) 温度係数TCRは、1500~-800(ppm/℃)の範囲で 設定できる。以上の通り数値設定されたブリ ッジ回路11において、温度特性調整用抵抗素� ��dR4、dR2の温度係数TCRを500、200、100、0(ppm/℃) に設定した場合のシミュレーション結果を図 3乃至図6にグラフ化して示した。

 なお、上記シミュレーションのように抵� ��素子R1、R3と抵抗素子R2、R4との間に抵抗差� �あるときは、抵抗の小さい方である抵抗素� �R2と中点との間及び抵抗素子R4と中点との間� ��、温度特性調整用抵抗素子dR2、dR4を入れる� ��が好ましい。オフセット方向が逆にならな� ��ようにするためである。

 この実施形態において、感度温度測定の変� ��率、オフセット温度特性の変化率、オフセ� ��ト温度特性の変化レンジを、以下の通り定� ��する。
 感度温度特性の変化率:
 圧力をある範囲、この実施形態では26から11 0(kPa)に変化させたときに得られる出力電圧の レンジが感度となるが、この感度は温度毎に 変化する。そこでこの実施形態では、10℃環� ��での感度を基準として、-20、-10、10、25、40� ��環境における感度差を求め、これらを10℃� �おける感度で除算し、パーセント(%)表示し� �ものを感度温度特性の変化率としてある。
 オフセット温度特性の変化率:
 ある圧力で得られる出力電圧がオフセット� ��圧であるが、温度が変化するとオフセット� ��圧も変化する。この実施形態では、10℃環� �でのオフセット電圧を基準として、各温度� �おけるオフセット電圧との差を求め、基準� �オフセット電圧で除算して%表示したものが� ��フセット温度特性の変化率である。この実� ��形態では、圧力が、26、68、110(kPa)の場合に� ��いて、環境温度を-20、-10、10、25、40℃と変� ��させてシミュレーションしている。
 オフセット温度特性の変化レンジ:
 ある圧力でのオフセット温度特性の変化率� ��ついて、最大値と最小値の差を算出したも� ��がオフセット温度特性の変化レンジである� ��

 図3(A)乃至(D)は、圧力(kPa)と出力電圧(Vout1- Vout2)との関係を異なる温度係数TCR毎にシミュ レーションした結果をグラフで示した図であ る。温度係数TCRは、(A)が500(ppm/℃)、(B)が200(pp m/℃)、(C)が100(ppm/℃)、(D)が0(ppm/℃)である。� �3において、黒塗り三角形、菱形、正方形は� ��れぞれ温度特性調整用抵抗素子dR4、dR2を有� ��ない場合の、温度-20℃、25℃、40℃の場合の シミュレーション結果、白抜き三角形、菱形 、正方形はそれぞれ本発明のブリッジ回路11� ��おける、温度-20℃、25℃、40℃の場合のシミ ュレーション結果である。このグラフによれ ば、温度特性調整用抵抗素子dR4、dR2の温度係 数TCRが大きいほど温度によるオフセット電圧 のバラツキが大きくなる傾向があることが分 かる。

 図4(A)乃至(D)は、温度特性調整用抵抗素子 dR4、dR2と感度温度特性の関係を異なる温度係 数TCR毎にシミュレーションした結果をグラフ で示した図である。温度係数TCRは、(A)が500(pp m/℃)、(B)が200(ppm/℃)、(C)が100(ppm/℃)、(D)が0(p pm/℃)である。図4において、縦軸は感度温度� ��性の変化率(%)、横軸は温度(℃)であって、� �形は温度特性調整用抵抗素子dR4、dR2を有し� �いブリッジ回路、正方形は本実施形態のブ� �ッジ回路11であるが、グラフは重なっている 。このグラフによれば、温度特性調整用抵抗 素子dR4、dR2の有無にかかわらず、特性が一定 であること、つまり、温度特性調整用抵抗素 子dR4、dR2の温度係数TCRは感度温度特性には影 響を与えないことが分かる。

 図5(A)乃至(C)は、温度特性調整用抵抗素子 dR4、dR2の値と温度特性変化の関係を異なる圧 力毎にシミュレーションした結果をグラフで 示した図であって、(A)は圧力26(kPa)の場合、(B )は68(kPa)の場合、(C)は110(kPa)の場合である。� �5の各グラフにおいて、縦軸はオフセット温� ��特性の変化率(%)、横軸は温度(℃)であって� �温度係数TCRは、菱形が1500(ppm/℃)、正方形が8 00(ppm/℃)、三角形が500(ppm/℃)、X印が200(ppm/℃) 、*印が0(ppm/℃)、黒丸が-200(ppm/℃)、+印が-500( ppm/℃)、-印が-800(ppm/℃)である。

 このシミュレーション結果から、温度補� ��特性TCRは、0(ppm/℃)のときに温度特性調整用 抵抗素子dR4、dR2が無い場合と同じ特性となる こと、及び各圧力毎に、温度特性調整用抵抗 素子dR4、dR2の最適温度係数TCRがあることが分 かる。

 図6には、温度特性調整用抵抗素子dR4、dR2 の温度係数TCRとオフセット温度特性の変化レ ンジとの関係をシミュレーションした結果を グラフで示した図である。図6において、縦� �はオフセット温度特性の変化レンジ(%、パー セント)、横軸は温度係数TCR(ppm/℃)であって� �菱形は圧力26(kPa)の場合、正方形は圧力68(kPa) の場合、三角形は圧力110(kPa)の場合のシミュ� ��ーション結果である。

 このシミュレーション結果から、このブリ� ��ジ回路11における温度特性調整用抵抗素子dR 4、dR2の温度係数TCRは、0乃至200(ppm/℃)が最適� ��あることが分かる
。したがって、温度特性調整用抵抗素子dR4、 dR2の温度係数TCRの値は、ブリッジ回路11の仕� ��に応じて変動するが、前記シミュレーショ� ��によって設定することができる。

 温度係数TCRは、0乃至200(ppm/℃)を満足する 温度特性調整用抵抗素子dR4、dR2の材料、組成 及び構造に関する実施例を表1に示した。こ� �らの実施例1乃至9は、NiFeCr(ニッケル、鉄、� �ロム)と、Ta(タンタル)又はTaN(窒化タンタル)� ��より二層薄膜構造とし、抵抗値Rs及び温度� �数TCRを測定した。なお、各実施例1乃至9は、 スパッタリング装置、真空蒸着装置等による 薄膜形成工程によって二層に製造される。

 表1において、温度係数TCRは、雰囲気温度85� ��と25℃における測定結果から下記式によっ� �求めている。
TCR[ppm/℃]=[R(85℃)-R(25℃)]/[R(25℃)×(85℃-25℃)]× 1000000
 但し、R(85℃)は雰囲気温度85℃のときの抵抗 値、R(25℃)は雰囲気温度25℃のときの抵抗値� �ある。
 NiFeCrの組成比は、NiとFeの比が0.8:0.2のNiFeが6 0at%と、Crが40at%である。つまり、組成式、(Ni _x Fe _(1-x) ) _(100-y) Cr _y  において、x=0.8、y=40at%である。

 実施例1乃至5は、NiFeCr層上にTa層を積層して おり(図7(A))、実施例6はTa層上にNiFeCr層を積層 し(図7(B))、実施例7乃至実施例9は、NiFeCr層上� ��TaN層を積層している(図7(A))。なお、図7(C)の ように、NiFeCr層の上下にTa層又はTaN層を積層� ��てもよい。また、温度特性調整用抵抗素子d R4、dR2と直列抵抗素子R1、R4、直列抵抗素子R2� ��R3を導通する導電層17は、例えばAlで形成さ� ��る。
 実施例7乃至9は、Taによる薄膜を形成するス パッタリング工程において、アルゴンArに対� ��て窒素N ₂ をそれぞれ、3体積パーセント(Vol%)、6体積パ� ��セント(Vol%)
、8体積パーセント(Vol%)加えて、TaN層を形成� �てある。
 実施例2、5の結果から、これらの実施例に� �いて、NiFeCr層とTa層又はTaN層の積層順は問わ ず、いずれを下層に形成してもよいことが分 かる。

 図8には、Ta層の厚さ(膜厚)を一定とし、Ni FeCr層の厚さ(膜厚)変えた場合のシート抵抗Rs� ��温度係数TCRの変化をグラフにして示し、図9 にはNiFeCr層の厚さ(膜厚)を一定とし、Ta層の� �さ(膜厚)を変えた場合のシート抵抗Rsと温度� ��数TCRの変化をグラフにして示した。図8では 、NiFeCr層の厚さを、41.5(nm)、43.5(nm)、45.5(nm)に 設定し、図9ではTa層の厚さを、41.5(nm)、43.5(nm )、45.5(nm)に設定してある。各図において、横 軸は膜厚、縦軸はシート抵抗Rs(ω/□)、温度� �数TCR(ppm/℃)である。

 図8及び図9のグラフでは、シート抵抗Rsの 値は膜厚が増加すると、いずれの場合も減少 するが、温度係数TCRはNiFeCr層の厚さ増加で増 加傾向となり、Ta層の厚さ増加で減少傾向と� ��っている。つまり温度係数TCRに対してはNiFe Crはプラスの効果、Taはマイナスの効果があ� �ことが分かる。

 図8及び図9の測定結果及び実施例1乃至9か ら、NiFeCr層の厚さとTa層の厚さを適切な膜厚� ��することで、シート抵抗Rsと温度係数TCRを� �路に合わせた所望の値に容易に設定可能で� �ることが分かる。

 またNiFeCrの組成については、組成式 (Ni _x Fe _(1-x) ) _(100-y) Cr _y  において、x=0.3~1、y=20~45at%になる範囲で設� �すればよい。より好ましい範囲は、x=0.8~1、y =35~42at%である。なお、xが0.3~1の下限を下回る (30at%未満になる)と、Feの割合が多くなり、錆 びやすくなるという問題が生じる。

 一方、Taについては、窒化物のTaNとすれば� �Nの添加量を増やすことでTCRのマイナス側寄� ��を大きくできるので、温度係数TCRの調整幅� ��大きくすることができる。
 単層のNiCr又はNiFeCrを組成調整のみでTCRを改 善することはばらつきが大きくなる。本発明 は、積層して各層の膜厚を調整することでば らつきを吸収し、目的のTCRに設定することが 容易になる。

 図示したブリッジ回路の場合、温度特性調� ��用抵抗素子dR4、dR2は、2組の直列抵抗素子R1� ��R4と直列抵抗素子R2、R3の中点を挟んだ対角� ��置であれば、いずれの対角位置に配置して� ��よい。図示実施形態では感応抵抗素子とし� ��圧力に感応する感応抵抗素子を使用したが� ��本発明は、加速度、磁場、磁気等他の物理� ��に感応する感応抵抗素子、例えば磁気抵抗� ��果素子を使用したブリッジ回路に適用する� ��ともできる。
 同実施形態は定電流電源を使用したブリッ� ��回路であるが、本発明は、定電圧電源を使� ��したブリッジ回路にも適用できる。