JPH04170001A

JPH04170001A - 薄膜サーミスタ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH04170001A
Application number: JP27162290A
Authority: JP
Inventors: Masashi Komabayashi; 正士駒林; Masami Koshimura; 正己越村
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1992-06-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は感熱性抵抗膜が鉄とけい素からなる薄膜サーミ
スタ及びその製造方法に関する。特に高温用に好適な薄
膜すτミスタ及びその製造方法に関するものである。

［従来の技術］従来、薄膜サーミスタの感熱性抵抗膜は酸化物材料又は
非酸化物材料により構成される。前者の酸化物材料とし
ては、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉの金属複合酸化物又はＭｎ、Ｃ
ｏ、Ｎｉの中の２〜３成分にＡ見、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ等
の中の１つ以上の成分を加えた金属複合酸化物が知られ
ている（例えば、特開昭６２−２９１００２．特開昭６
２−２９３７０１．特開平！−５０５０１）。また後者
の非酸化物材料としては、炭化けい素が知られている（
例えば、特公昭５６−２６９６５　、特開昭６１−２４
５５０２．特開平１−１３０５０３）。

［発明が解決しようとする課題］一般にサーミスタ用の材料では、温度係数であるＢ定数
は２０００〜５０００に程度が必要である。

しかし、前者の酸化物材料の場合に上記Ｂ定数の範囲で
はその抵抗率が２５℃において一般に数１０Ω・ｃｍ以
上となるため、電気絶縁性基板上に少なくとも１対の基
底電極を備え、これに薄膜を形成したサーミスタではそ
の膜厚が約２μｍ以下であることから２５℃においてそ
の抵抗値は数１０にΩ以上となり、高抵抗のサーミスタ
しか作れない問題点があった。またこの高抵抗を利用し
て、前者の酸化物材料で高温用サーミスタを作ると、そ
の組成が酸化物であることから高温時において酸化状態
が変化しサーミスタとしての特性が安定しなくなる問題
点があった。

後者の炭化けい素の場合には、この材料は熱的安定性が
高いため高温に耐える特長がある反面、その抵抗率が比
較的高く、膜厚を数μｍとしても２５℃で抵抗値が数Ｌ
ｏｏｋΩ以上となり、やはり高抵抗のサーミスタしか作
れない問題点があった。また炭化けい素はＢ定数が２５
℃付近において２５００に程度と低いため、酸化物材料
と異なり程々の温度係数をもつ薄膜サーミスタを作るこ
とができない問題点があった。更に炭化けい素をサーミ
スタ用の材料とする場合、その構造上けい素と炭素の組
成比の変更は難しいため、成膜条件によってのみサーミ
スタの特性を変えられるに過ぎず、各種用途にきめ細か
に対応し幅広い特性を具備したサーミスタが得がたい不
具合があった。

本発明の目的は、上記問題点を解決するもので電気絶縁
性基板上に少なくとも１対の基底電極を備え、これに薄
膜を形成したサーミスタにおいて、２０００〜５０００
にのＢ定数又は少なくとも１００ＯＫ以上のＢ定数を有
し、膜厚が０．１〜２μｍ程度で一数１０Ω〜数ＭｋΩ
の抵抗値を有し、幅広い特性を具備することができ、し
かも少なくとも３００℃以上の温度で安定性の良い薄膜
サーミスタ及びその製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明者らは耐熱材料として開発されたＦｅＳｉ。

系のバルク材料が耐酸化性にも優れ、しかも大気中で利
用できる高温用熱電材料であること（Ｒ。

Ｋｉｅｆｆｅｒ、　Ｆ、Ｂｅｎｅｓｏｖｓｋｙ　ａｎｄ
　Ｃ，Ｋｏｎｏｐｉｃｋｙ：　Ｂｅｒ。

Ｄｅｕｎｔ、　Ｋｅｒａｍ、　Ｇｅｓ、、３１　（１９
５４）　２２３など）、また９８６℃までは状態図上安
定な材料であって（Ｊ。

Ｐ、Ｐｉｔｏｎ　ａｎｄ　Ｍ、Ｆ、Ｆａｙ：　Ｃ，Ｒ，
Ａｃａｄ、　Ｓｃｉ、、Ｃ２６６（１９６８）　１５４
）　、Ｌかもこの材料が半導体材料としても用いられて
いることに着目し、この材料を薄膜化することにより、
上記目的を達成できることを見出し、本発明に到達した
。

第１図に示すように、本発明の薄膜サーミスタ１は、電
気絶縁性基板２上に１対の電極３．３が゛　設けられ、
これらの電極３．３の上面及び電極が設けられていない
基板２の上面に感熱性抵抗膜４が設けられる。そしてこ
の感熱性抵抗膜４が鉄２９．０〜３７．０原子％と残部
けい素からなることを特徴とする。電極３．３は２対以
上あってもよく、また電極３．３は感熱性抵抗膜４の上
面に設けてもよい。

この薄膜サーミスタを製造するには、不活性ガス雰囲気
中において、鉄とけい素からなるターゲットを用いて電
気絶縁性基板上にスパッタリング蒸着により鉄２９．０
〜３７．０原子％と残部けい素からなる感熱性抵抗膜を
形成する。

本発明の電気絶縁性基板は、耐熱性を有し、鉄けい化物
の熱膨張率（ＩＯＸ　１０””ｄｅｇ’″１）に近い熱
膨張率を有し、鉄けい化物の付着性の大きいものであれ
ばよい。例示すればアルミナ、フォルスライト、ステア
ライト、ベリリア、Ｍｇ−Ａｎスピネル等のいずれかの
材料からなる基板が好ましい。

また電極は、耐熱性と耐蝕性に優れた導電性材料により
作られる。例えば銀、金、白金、白金−金、金−パラジ
ウム−白金等が挙げられる。この電極は上記金属ペース
トを基板端部に印刷して焼付けて形成される。

更に感熱性抵抗膜は、気相成長法、電子ビーム蒸着法、
イオンビーム蒸着法、真空蒸着法、スパッタリング蒸着
法等により形成される。スパッタリング蒸着法が量産に
適しているため好ましい。

スパッタリング蒸着は、Ａｒガスのような不活性ガス雰
囲気中で行われ、ターゲットには鉄とけい素の各粉末を
所定の比率で配合し、円盤状に粉末冶金したものを使用
する。蒸着した抵抗膜は結晶構造上、Ｆｅ５ｉｔ化合物
を形成している必要があるため、基板を３００〜９５０
℃の温度で加熱した状態で蒸着することが望ましい。し
かし室温で蒸着した後に、次に述べる熱処理によりＦｅ
５ｉｉ化合物を得てもよい。

本発明の感熱性抵抗膜は鉄２９．０〜３７．０原子％と
残部けい素からなることを特徴とする。鉄が２９．０原
子％未満か又は３７，０原子％を越えると、Ｂ定数が１
００ＯＫ以下となりサーミスタの特性上好ましくない。

この抵抗膜の厚さは０．１〜２μｍの範囲からサーミス
タの用途に応じて作られる。０．１μｍ未満の場合、電
極に接続されるリード線の電気的抵抗の影響を受は昌＜
、また２μｍを越えると基板との熱膨張率の違いにより
膜が剥離し易くなるため、上記範囲内で作られる。

スパッタリング蒸着した後、感熱性抵抗膜を形成した電
気絶縁性基板を４００〜９８５℃の温度範囲で熱処理す
ると、サーミスタとしての感熱性の再現性がよく、かつ
熱的安定性に優れるため好ましい。この熱処理は不活性
ガス雰囲気中又は真空中がより安定した特性を得るため
に好ましいが、大気中でも特性が安定しているためよい
。また熱処理は４００℃未満であるとその効果が乏しく
、９８５℃を越えると抵抗膜が熱的損傷を受は易くなる
。

［作　用］基板上に感熱性抵抗膜を鉄とけい素の組成比を所定の範
囲内で変えてスパッタリング蒸着することにより、一般
にサーミスタに要求されるＢ定数及び抵抗値の中から所
望の特性を具備することができる。また、基板上に形成
された鉄けい化物薄膜は耐熱性にも耐酸化性にも優れ、
しかも大気中で利用できる高温用熱電材料であるため、
３００℃以上の温度でも感熱性の再現性が良好になる。

［発明の効果］以上述べたように、本発明のＦｅ−５Ｌ薄膜サーミスタ
は鉄とけい素の組成比に応じてＢ定数が１０００に以上
で５０００に近くまでの幅広い、サーミスタとして好ま
しい値を有し、しかも室温での抵抗率が１０Ω・ｃｍ以
下と従来のサーミスタと比べて低いため、薄膜状態での
室温における抵抗値がサーミスタ抵抗素子として極めて
好ましい、数１０Ω〜数ＭΩの幅広い値となる。これに
より用途に的確に応じた特性を有するサーミスタが得ら
れる。

特に薄膜に対してトリミング等を行えば、更に高抵抗化
することができ、高温における特性がより向上する。ま
た鉄けい化物は耐熱性に優れているため、本発明の薄膜
サーミスタは高温用に好適である。

［実施例］次に本発明の実施例を比較例とともに説明する。

〈実施例１〉電気絶縁性基板として、この例ではアルミナ基板を選定
した。ガラス粉末が混入された、所謂ガラスフリット入
り白金ペーストを基板の上面にスクリーン印刷法により
印刷し大気中にて１０００℃の温度で１時間焼付けて１
対の電極を形成した。

この基板を７枚用意した後、各基板の上面に高周波スパ
ッタリング法によりＦｅＳｉ薄膜を形成し、７種類の薄
膜サーミスタを作製した。即ち、鉄とけい素の原子比を
変えた７種類のターゲットを用意して、各ターゲットを
高周波スパッタリング装置の陰極に各別に設け、数ｍＴ
ｏｒｒ程度のＡｒガス雰囲気中で、高周波電力３００Ｗ
、成膜速度３μｍ／時の条件でスパッタリングし基板の
上面に薄膜を形成した。

蒸着後、薄膜を形成した基板を６００℃の温度で熱処理
した。

く比較例１〉実施例１の７種類のターゲットの中で、鉄の原子比が最
低のものより更に低いターゲット及び鉄の原子比が最高
のものより更に高いターゲットを用いた以外は、実施例
１と同様にして２種類の薄膜サーミスタを作製した。

実施例１及び比較例１で作製したサーミスタの特性を第
１表に示す。９種類の薄膜サーミスタはいずれも膜厚約
１μｍ１電極間距離１ｍｍ、薄膜の幅１ｍｍであった。

第　　１　　表第１表の結果から鉄の原子％が２９．Ｏを下回ると或い
は３７．０を上回るとＢ定数が１０００に以下となり、
サーミスタとして好ましくないことが判った。

また実施例１の７種類の薄膜サーミスタはいずれも３０
０〜５００℃付近の温度まではＢ定数がほぼ一定で、５
００℃までの高温でも熱的に安定していた。５００℃を
上回ると、Ｂ定数が大きくなる傾向を示し、これらの特
性は高温用サーミスタとして極めて好ましい結果であっ
た。

一方比較例１の２種類の薄膜サーミスタはＢ定数が１０
０ＯＫ以下と温度係数が小さいため、温度センサ或いは
温度補償用のサーミスタとしては不向きであった。

〈実施例２〉実施例１のサーミスタの電極間距離を０．１ｍｍにした
以外は、実施例１と同様にして薄膜サーミスタを作製し
た。この結果、実施例２のサーミスタの抵抗値は実施例
１の抵抗値の約１０分の１になった。

〈実施例３〉実施例１のサーミスタの膜厚を１００ＯＡにした以外は
、実施例１と同様にして薄膜サーミスタを作製した。こ
の結果、実施例３のサーミスタの抵抗値は実施例１の抵
抗値の約１０倍になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法により製造した薄膜サーミスタの
断面図。１：薄膜サーミスタ、２：電気絶縁性基板、３：電極、４：感熱性抵抗膜。特許出願人　三菱鉱業セメント株式会社１薄膜サーミス
タ第１図手続補正書（、え、平成３年８月５日２、発明の名称　薄膜サーミスタ及びその製造方法３、
補正をする者事件との関係　　　特許出願人住所（居所）東京都千代田区大手町−丁目６番１号氏名
（名称）　　　三菱マテリアル株式会社４、代理人８、補正の内容（１）明細書第２頁第２０行目「・・・２０００〜５０００Ｋ・・・」を「・・・１０
００〜５０００Ｋ・・・」と訂正する。（２）明細書第３頁第２０行目「・・・２５００に程度と低いため、・・・」を「・・
・２５００に程度であり、・・・」と訂正する。（３）明細書第４頁第１１行目「・・・２０００〜５０００Ｋ・・・」を［・・・１０
００〜２５００Ｋ・・・］と訂正する。（４）明細書第４頁第１２行目「・・・１００ＯＫ以上・・・」を「・・・５００に以上・・・」と訂正する。（５）明細書第７頁第１１行目「・・・１００ＯＫ以下・・・」を「・・・５００に以下・・・」と訂正する。（６）明細書第９頁第１行目「１０００に以上で５０００に近く・・・」をｒ５００
に以上で２５００に近く・・・」と訂正する。（７）明細書第１１頁第１表第　　１　　表を（以下本頁余白）第　　１　　表と訂正する。（８）明細書第１１頁下から第４行目「・・・１００ＯＪを「・・・５００Ｊと訂正する。（９）明細書第１２頁第７行目「・・・１０００に以下・・・」を「・・・５００に以下・・・」と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】１）電気絶縁性基板（２）上に感熱性抵抗膜（４）とこ
の抵抗膜（４）の上面又は下面に少なくとも１対の電極
（３，３）がそれぞれ設けられた薄膜サーミスタ（１）
において、前記感熱性抵抗膜（４）が鉄２９．０〜３７
．０原子％と残部けい素からなることを特徴とする薄膜
サーミスタ。２）不活性ガス雰囲気中において、鉄とけい素からなる
ターゲットを用いて電気絶縁性基板上にスパッタリング
蒸着により鉄２９．０〜３７．０原子％と残部けい素か
らなる感熱性抵抗膜を形成する薄膜サーミスタの製造方
法。３）スパッタリング蒸着した後、感熱性抵抗膜を形成し
た電気絶縁性基板を不活性ガス雰囲気中又は真空中で４
００〜９８５℃の温度範囲で熱処理する請求項２記載の
薄膜サーミスタの製造方法。