JPS6329243A - 薄膜感温素子 - Google Patents
薄膜感温素子Info
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- JPS6329243A JPS6329243A JP17253586A JP17253586A JPS6329243A JP S6329243 A JPS6329243 A JP S6329243A JP 17253586 A JP17253586 A JP 17253586A JP 17253586 A JP17253586 A JP 17253586A JP S6329243 A JPS6329243 A JP S6329243A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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。
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、薄膜感温素子に関する。更に詳しくは、耐環
境性に優れ、しかも中温度領域の温度を精度よく測定し
得る薄膜感温素子に関する。
境性に優れ、しかも中温度領域の温度を精度よく測定し
得る薄膜感温素子に関する。
（従来の技術）
現在使用されている温度センサとしては、ガラス製温度
針、バイメタルなどの熱膨張を利用するもの、白金抵抗
体、サーミスタなどの抵抗変化を利用するもの、熱電対
などの起電力を利用するもの、磁気特性を利用するもの
、電気容量を利用するもの、赤外線を検出するものなど
がある。
針、バイメタルなどの熱膨張を利用するもの、白金抵抗
体、サーミスタなどの抵抗変化を利用するもの、熱電対
などの起電力を利用するもの、磁気特性を利用するもの
、電気容量を利用するもの、赤外線を検出するものなど
がある。
これらの温度セン号のうち、抵抗変化によって温度を検
出する代表的な素子としては、サーミスタや金属抵抗体
が挙げられる。サーミスタはＮＴＣｌＰＴＣ５ＣＴＲに
大別されるが、ＰＴＣおよびＣＴＲは温度に対しリニア
に抵抗変化する領域が狭く、広範囲の温度測定に不向き
である。また、ＮＴＣは、中温度領域では比較的リニア
に抵抗変化するが、負の温度−抵抗係数を示すので、温
度が上昇すると抵抗が次第に小さくなり、遂には自己発
熱して暴走する可能性が大きい（Ｗ＝ Ｚ Ｖ ＝ Ｖ
２／Ｒ）。
出する代表的な素子としては、サーミスタや金属抵抗体
が挙げられる。サーミスタはＮＴＣｌＰＴＣ５ＣＴＲに
大別されるが、ＰＴＣおよびＣＴＲは温度に対しリニア
に抵抗変化する領域が狭く、広範囲の温度測定に不向き
である。また、ＮＴＣは、中温度領域では比較的リニア
に抵抗変化するが、負の温度−抵抗係数を示すので、温
度が上昇すると抵抗が次第に小さくなり、遂には自己発
熱して暴走する可能性が大きい（Ｗ＝ Ｚ Ｖ ＝ Ｖ
２／Ｒ）。
これに対して、正の温度−抵抗係数を有するものとして
は金属抵抗体があり、これの代表的なものとしては白金
抵抗体が挙げられる。しかしながら、白金は高価である
ので、これに代わって廉価なニッケルや銅が一般的に使
用されるが、これらは精度の点で不十分であるばかりで
はなく、高温度領域では酸化されるという欠点がみられ
る。
は金属抵抗体があり、これの代表的なものとしては白金
抵抗体が挙げられる。しかしながら、白金は高価である
ので、これに代わって廉価なニッケルや銅が一般的に使
用されるが、これらは精度の点で不十分であるばかりで
はなく、高温度領域では酸化されるという欠点がみられ
る。
（発明が解決しようとする問題点）
本発明者らは、従来のサーミスタや金属抵抗体にみられ
るこのような欠点を避け、中温度領域の温度を精度よく
抵抗変化から測定することができ、しかも耐環境性の点
でも優れている感温素子を求めて諸々の検討の結果、つ
ぎのような構造を有する薄膜感温素子がかかる課題を効
果的に解決せしめるものであることを見出した。
るこのような欠点を避け、中温度領域の温度を精度よく
抵抗変化から測定することができ、しかも耐環境性の点
でも優れている感温素子を求めて諸々の検討の結果、つ
ぎのような構造を有する薄膜感温素子がかかる課題を効
果的に解決せしめるものであることを見出した。
（問題点を解決するための手段）
従って、本発明は薄膜感温素子に係り、この薄膜感温素
子は、絶縁性基板上にイオンプレーティング法窒化チタ
ン薄膜を形成させてなる。
子は、絶縁性基板上にイオンプレーティング法窒化チタ
ン薄膜を形成させてなる。
絶縁性基板としては、ガラス、石英、アルミナなどの板
状体あるいはステンレススチール、インコネル、モネル
、ハステロイなどの耐食性合金の板状体上に石英、アル
ミナなどの絶縁性薄膜を形成させたものなどが用いられ
る。
状体あるいはステンレススチール、インコネル、モネル
、ハステロイなどの耐食性合金の板状体上に石英、アル
ミナなどの絶縁性薄膜を形成させたものなどが用いられ
る。
これらの絶縁性基板上へのイオンプレーティングによる
窒化チタン薄膜抵抗体の形成は、例えば第１図に示され
るような装置を用いて行われる。
窒化チタン薄膜抵抗体の形成は、例えば第１図に示され
るような装置を用いて行われる。
まず、イオンプレーティング装置１の基板ホルダ２に対
向する位置に金属チタン３を入れたルツボ４を設置し、
容器内を５ Ｘ １０ Ｔｏｒｒ以下、好ましくはＩ
ＸＩＯＴｏｒｒ以下に排気したのち、アルゴンガスを
ガス導入口５から０．２Ｘ１０ 〜５ Ｘ １Ｏ−３Ｔ
ｏｒｒの圧力になるまで導入し、高周波電力的２００〜
ｌ０００Ｗ、直流電圧約−２００〜−１５００Ｖ、基板
温度室温〜約４００℃、処理時間任意の条件下で、後記
イオンプレーティングの場合と同様にＲＦ主電力よる放
電下でイオンボンバード処理し、基板ホルダ２に下向き
に取り付けられた絶縁性基板６０表面をクリーニングす
る。
向する位置に金属チタン３を入れたルツボ４を設置し、
容器内を５ Ｘ １０ Ｔｏｒｒ以下、好ましくはＩ
ＸＩＯＴｏｒｒ以下に排気したのち、アルゴンガスを
ガス導入口５から０．２Ｘ１０ 〜５ Ｘ １Ｏ−３Ｔ
ｏｒｒの圧力になるまで導入し、高周波電力的２００〜
ｌ０００Ｗ、直流電圧約−２００〜−１５００Ｖ、基板
温度室温〜約４００℃、処理時間任意の条件下で、後記
イオンプレーティングの場合と同様にＲＦ主電力よる放
電下でイオンボンバード処理し、基板ホルダ２に下向き
に取り付けられた絶縁性基板６０表面をクリーニングす
る。
その後−旦、５ Ｘ １０ Ｔｏｒｒ以下、好ましく
はＩＸ １Ｏ−５Ｔｏｒｒ以下に排気したのち、ガス導
入口５から窒素ガスまたはアンモニアガスを０．２Ｘ１
０ 〜５ Ｘ １Ｏ−３Ｔｏｒｒの圧力になるまで導入
し、この圧力を維持しながら下記条件下でイオンプレー
ティングを行い、絶縁性基板表面に窒化チタン薄膜を形
成させる。
はＩＸ １Ｏ−５Ｔｏｒｒ以下に排気したのち、ガス導
入口５から窒素ガスまたはアンモニアガスを０．２Ｘ１
０ 〜５ Ｘ １Ｏ−３Ｔｏｒｒの圧力になるまで導入
し、この圧力を維持しながら下記条件下でイオンプレー
ティングを行い、絶縁性基板表面に窒化チタン薄膜を形
成させる。
到達圧力 ５ Ｘ １０ Ｔｏｒｒ以下高周波
電力 ５００〜１００ＯＷ 直流電力 −５００〜−１５００Ｖ基板温度
室温〜４００℃ 薄膜形成速度 ５〜８０久／秒 Ｎ２ 、ＮＨ３５〜１００ ｍ ｌ ／分絶縁性基板６
上には、例えば第２図に示されるような形状の窒化チタ
ン薄膜１６が形成されるが、そのためにはイオンプレー
ティング処理に付される絶縁性基板には必要なマスキン
グが行われる。
電力 ５００〜１００ＯＷ 直流電力 −５００〜−１５００Ｖ基板温度
室温〜４００℃ 薄膜形成速度 ５〜８０久／秒 Ｎ２ 、ＮＨ３５〜１００ ｍ ｌ ／分絶縁性基板６
上には、例えば第２図に示されるような形状の窒化チタ
ン薄膜１６が形成されるが、そのためにはイオンプレー
ティング処理に付される絶縁性基板には必要なマスキン
グが行われる。
この絶縁性基板が取り付けられる基板ホルダ２は、アー
スされた直流電流７に接続されている。また、イオンプ
レーティングに際しては、ＲＦ電流８に接続されたＲＦ
コイル９にＲＦ主電力がけ、放電させながら電子ビーム
電源１０に接続された電子ビーム１１を金属チタンに発
射させることが行われ、形成された薄膜の膜厚は膜厚モ
ニタ１２により測定される。なお、符号１３は基板加熱
用のヒータであり、１４はガス排気口であり、１５はシ
ャッタであり、これは金属チタンを蒸発させるとき、最
初にシャッタを閉じて金属に付着している不純物を取り
除き、基板に付着させない働きをしている。
スされた直流電流７に接続されている。また、イオンプ
レーティングに際しては、ＲＦ電流８に接続されたＲＦ
コイル９にＲＦ主電力がけ、放電させながら電子ビーム
電源１０に接続された電子ビーム１１を金属チタンに発
射させることが行われ、形成された薄膜の膜厚は膜厚モ
ニタ１２により測定される。なお、符号１３は基板加熱
用のヒータであり、１４はガス排気口であり、１５はシ
ャッタであり、これは金属チタンを蒸発させるとき、最
初にシャッタを閉じて金属に付着している不純物を取り
除き、基板に付着させない働きをしている。
イオンプレーティング法によって形成される窒化チタン
薄膜は、共にＲＦ主電力よりイオン化される金属チタン
と窒素ガスまたはアンモニアガスとから容易に製造でき
るばかりではなく、得られるＮ膜抵抗体は本発明の目的
としている温度特性を得るのに必要な高結晶性膜であり
、しかもそれの絶縁性基板に対する密着性も良好である
。なお、この密着性は、直流電圧により絶縁性基板側を
陰極にすることにより高められる。
薄膜は、共にＲＦ主電力よりイオン化される金属チタン
と窒素ガスまたはアンモニアガスとから容易に製造でき
るばかりではなく、得られるＮ膜抵抗体は本発明の目的
としている温度特性を得るのに必要な高結晶性膜であり
、しかもそれの絶縁性基板に対する密着性も良好である
。なお、この密着性は、直流電圧により絶縁性基板側を
陰極にすることにより高められる。
金属チタンと反応させる窒素源ガスとしては、窒素ガス
あるいはアンモニアガスが用いられるが、アンモニアガ
スを用いた場合は窒化チタン薄膜中に水素が入り込み、
それが薄膜感温素子作製後に抜けてピンホールが生じる
こともあるので、好ましくは窒素ガスが用いられる。
あるいはアンモニアガスが用いられるが、アンモニアガ
スを用いた場合は窒化チタン薄膜中に水素が入り込み、
それが薄膜感温素子作製後に抜けてピンホールが生じる
こともあるので、好ましくは窒素ガスが用いられる。
ただし、窒素ガスが用いられた場合でも、イオンプレー
ティング法が採用される限り、イオンプレーティング気
相中にはＴｉＮ 、 Ｔｉ０２ 、ＴｉＸＴｉｃ、グラ
ファイトＣなどの混在が僅かな量であっても避けられな
い。例えば、Ｔｉ（１２は使用ガス中に不純物として含
まれる０２の量にしたがって多く生成し、これは半導体
的性質を有しており、負の温度−抵抗係数を有している
。
ティング法が採用される限り、イオンプレーティング気
相中にはＴｉＮ 、 Ｔｉ０２ 、ＴｉＸＴｉｃ、グラ
ファイトＣなどの混在が僅かな量であっても避けられな
い。例えば、Ｔｉ（１２は使用ガス中に不純物として含
まれる０２の量にしたがって多く生成し、これは半導体
的性質を有しており、負の温度−抵抗係数を有している
。
このような観点から、形成される窒化チタン薄膜の構成
が元素比で、チタン１に対して窒素が０゜７〜１、好ま
しくは０．８〜１、酸素が０．７〜０、好ましくは０．
４〜０、炭素が０．１〜０であるように窒素源ガスが精
製して用いられる。なお、この場合のチタンと窒素との
元素比あるいは膜厚などによって、初期抵抗を任意に変
えることができる。
が元素比で、チタン１に対して窒素が０゜７〜１、好ま
しくは０．８〜１、酸素が０．７〜０、好ましくは０．
４〜０、炭素が０．１〜０であるように窒素源ガスが精
製して用いられる。なお、この場合のチタンと窒素との
元素比あるいは膜厚などによって、初期抵抗を任意に変
えることができる。
（発明の効果）
本発明に係る薄膜感温素子は、つぎのような特徴を有し
ている。
ている。
（１）抵抗体部分が金属チタンと窒素ガスとから容易に
形成されるため、量産化が可能である。
形成されるため、量産化が可能である。
（２）従来のサーミスタや金属抵抗体と比較して、耐食
性および密着性に優れ、耐環境性も良好である。
性および密着性に優れ、耐環境性も良好である。
（３）温度−抵抗係数が正でしかもリニアであるため、
中湿度領域を中心として一４０〜＋４００℃の広い範囲
での温度測定が可能である。
中湿度領域を中心として一４０〜＋４００℃の広い範囲
での温度測定が可能である。
（４）回路上も簡単で出力の検出が容易である。
（実施例）
つぎに、実施例について本発明を説明する。
実施例１
ガラス板（２６Ｘ ４８ Ｘ ２ ｍｕ）上にステンレ
ススチール板製マスクを密着させ、第２図に示されるよ
うな形状の窒化チタン薄膜（マスク開口部の寸法；薄膜
抵抗体の幅が１．２ｆｌで、抵抗体１間隔が１゜２ｎの
ものを２４Ｘ ３２．４ｍｍの寸法内に形成させた）を
、第１図に示される態様に従って形成させた。
ススチール板製マスクを密着させ、第２図に示されるよ
うな形状の窒化チタン薄膜（マスク開口部の寸法；薄膜
抵抗体の幅が１．２ｆｌで、抵抗体１間隔が１゜２ｎの
ものを２４Ｘ ３２．４ｍｍの寸法内に形成させた）を
、第１図に示される態様に従って形成させた。
まず、容器内をＩ Ｘ １０ Ｔｏｒｒに排気した後
、ＩＸ １Ｏ−３Ｔｏｒｒのアルゴンガスを導入し、基
板ホルダに一５００Ｖの電圧をかけ、５００ＷのＲＦ電
力により、イオンボンバード処理を１０分間行った。次
いで、ｌ Ｘ １０ Ｔｏｒｒに排気した後、基板ホ
ルダを２５０℃に加熱し、２４ｍ１１分の流量で窒素ガ
スを導入し、５００ＷのＲＦ電力をかけ、放電させなが
ら、電子ビームをルツボ中の金属チタンに発射してチタ
ンを蒸発させ、薄膜形成速度２４Ａ／秒、イオンプレー
ティング時の圧力３ Ｘ １Ｏ−４Ｔｏｒｒ、時間約１
２分間の条件下でイオンプレーティングを行い、膜厚１
．７μｍの窒化チタン薄膜抵抗体を形成させた。
、ＩＸ １Ｏ−３Ｔｏｒｒのアルゴンガスを導入し、基
板ホルダに一５００Ｖの電圧をかけ、５００ＷのＲＦ電
力により、イオンボンバード処理を１０分間行った。次
いで、ｌ Ｘ １０ Ｔｏｒｒに排気した後、基板ホ
ルダを２５０℃に加熱し、２４ｍ１１分の流量で窒素ガ
スを導入し、５００ＷのＲＦ電力をかけ、放電させなが
ら、電子ビームをルツボ中の金属チタンに発射してチタ
ンを蒸発させ、薄膜形成速度２４Ａ／秒、イオンプレー
ティング時の圧力３ Ｘ １Ｏ−４Ｔｏｒｒ、時間約１
２分間の条件下でイオンプレーティングを行い、膜厚１
．７μｍの窒化チタン薄膜抵抗体を形成させた。
これに、第２図に図示された如く、リード線を銀ペース
ト付けし、その上に湿度などの影響を避けるためにシリ
コーンシール材を一面に塗布し、測定試料とした。この
測定試料を低高温恒温槽に入れ、温度を一１０〜＋１０
０″Ｃの間で変化させて抵抗値を測定した。
ト付けし、その上に湿度などの影響を避けるためにシリ
コーンシール材を一面に塗布し、測定試料とした。この
測定試料を低高温恒温槽に入れ、温度を一１０〜＋１０
０″Ｃの間で変化させて抵抗値を測定した。
実施例２
実施例１において、薄膜抵抗体部分の長さを約２倍とし
た薄膜感温素子（マスク開口部の寸法；薄膜抵抗体の幅
が０．８ｕで、抵抗体７間隔が０．８鶴のものを、２０
Ｘ ２１．２ｗｍの寸法内に形成させた）を形成させ、
抵抗値を測定した。
た薄膜感温素子（マスク開口部の寸法；薄膜抵抗体の幅
が０．８ｕで、抵抗体７間隔が０．８鶴のものを、２０
Ｘ ２１．２ｗｍの寸法内に形成させた）を形成させ、
抵抗値を測定した。
実施例３
実施例１において、基板ホルダへの電圧を一１０００Ｖ
に、窒素流量を２６ｍ１！／分に、薄膜形成速度を２３
Ｘ ／秒に、またイオンプレーティング時の圧力を４
．ＯＸ １０＝ Ｔｏｒｒにそれぞれ変更して薄膜感温
素子を形成させ、抵抗値を測定した。
に、窒素流量を２６ｍ１！／分に、薄膜形成速度を２３
Ｘ ／秒に、またイオンプレーティング時の圧力を４
．ＯＸ １０＝ Ｔｏｒｒにそれぞれ変更して薄膜感温
素子を形成させ、抵抗値を測定した。
以上の各実施例での測定結果は、第３図のグラフに示さ
れる。この結果から、温度変化に対する抵抗値の変化は
リニアであり、また温度−抵抗係数は正で、７６０ｐｐ
ｍ／ ’ｃの値を示していることが分る。
れる。この結果から、温度変化に対する抵抗値の変化は
リニアであり、また温度−抵抗係数は正で、７６０ｐｐ
ｍ／ ’ｃの値を示していることが分る。
第１図は、イオンプレーティング装置の概略図である。
第２図は、本発明に係る薄膜感温素子の一態様を示すそ
の平面図である。また、第３図は、実施例１〜３でそれ
ぞれ得られた温度と抵抗との関係を示すグラフである。 （符号の説明） １１６．イオンプレーティング装置 ２９０．基板ホルダ ３０８．金属チタン ４０９．ルツボ ６１０．絶縁性基板 １１、、、電子ビーム
の平面図である。また、第３図は、実施例１〜３でそれ
ぞれ得られた温度と抵抗との関係を示すグラフである。 （符号の説明） １１６．イオンプレーティング装置 ２９０．基板ホルダ ３０８．金属チタン ４０９．ルツボ ６１０．絶縁性基板 １１、、、電子ビーム
Claims (2)
- １． 絶縁性基板上にイオンプレーティング法窒化チタ
ン薄膜を形成させてなる薄膜感温素子。 - ２． 金属チタンと窒素ガスとから窒化チタンが形成さ
れた特許請求の範囲第１項記載の薄膜感温素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17253586A JPS6329243A (ja) | 1986-07-22 | 1986-07-22 | 薄膜感温素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17253586A JPS6329243A (ja) | 1986-07-22 | 1986-07-22 | 薄膜感温素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6329243A true JPS6329243A (ja) | 1988-02-06 |
Family
ID=15943701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17253586A Pending JPS6329243A (ja) | 1986-07-22 | 1986-07-22 | 薄膜感温素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6329243A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009150889A (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-09 | General Electric Co <Ge> | ガス・センサ及び製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5552936A (en) * | 1978-10-13 | 1980-04-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Humidity detector |
| JPS5768001A (en) * | 1980-10-16 | 1982-04-26 | Osaka Prefecture | Titanium nitride moisture sensor |
| JPS58167767A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-10-04 | Clarion Co Ltd | 薄膜形成方法 |
-
1986
- 1986-07-22 JP JP17253586A patent/JPS6329243A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5552936A (en) * | 1978-10-13 | 1980-04-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Humidity detector |
| JPS5768001A (en) * | 1980-10-16 | 1982-04-26 | Osaka Prefecture | Titanium nitride moisture sensor |
| JPS58167767A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-10-04 | Clarion Co Ltd | 薄膜形成方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009150889A (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-09 | General Electric Co <Ge> | ガス・センサ及び製造方法 |
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