DE60023396T2

DE60023396T2 - Dünnschichtthermistor und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60023396T2
Application number: DE60023396T
Authority: DE
Inventors: Eiji Hirakata-shi Fujii; Atsushi Osaka-shi Tomozawa; Hideo Higashiosaka-shi Torii; Ryoichi Suita-Shi Takayama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2020-06-06
Also published as: KR100674692B1; KR20010007148A; EP1058276A2; DE60023396D1; US6475604B1; EP1058276A3; EP1058276B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dünnschicht-Thermistorelement (ein Dünnschicht-NTC-Thermistorelement) zur Verwendung in Temperatursensoren einer Vielzahl von Einrichtungen, wie zum Beispiel Informationsverarbeitungseinrichtungen, Kommunikationseinrichtungen, Geräte der Wohnungseinrichtung, elektrische Fahrzeugeinrichtungen, und ein Verfahren zur Herstellung von diesem.
Ein NTC-Thermistorelement aus einem Oxid-Halbleiter-Material als ein Element der Erfassung der Temperatur wird typischerweise durch Bildung einer Elektrode (zum Beispiel einer Elektrode aus Ag) auf einer Planfläche eines Oxid-Halbleiterkristall-Sinterkörpers, dessen Hauptbestandteil ein Übergangsmetall wie zum Beispiel Mn, Co, Ni und Fe ist und der eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ hat, mittels Aufbringung oder Einbrennen aufgebaut.
Solche NTC-Thermistorelemente haben die folgenden Vorteile gegenüber Platin-Widerstandstemperaturfühlern. Deshalb befand sich das NTC-Thermistorelement laufend im breiten Einsatz.

(1) Die Widerstand-Temperatur-Änderung ist groß, was eine hohe Auflösung der Temperatur erlaubt;
(2) Die Bestimmung kann mit einer einfachen Schaltung ausgeführt werden;
(3) Sie sind aus Material gebildet, das relativ stabil und unempfindlich gegenüber dem Einfluss von Umgebungsbedingungen ist, wodurch eine geringere Verschlechterung mit der Zeit erreicht wird, was eine höhere Zuverlässigkeit darstellt; und
(4) Eine Massenproduktion ist möglich, was die Kosten niedrig hält.

Ferner wird das NTC-Thermistorelement nicht nur zur Messung der Temperatur eines Objekts verwendet, sondern auch zur Steuerung eines Stroms in einer Stromversorgungseinrichtung. Das NTC-Thermistorelement hat die Eigenschaft, dass sein Widerstandswert bei Raumtemperatur hoch ist, sich aber verringert, wenn die Temperatur steigt. Wegen solch einer Eigenschaft dient das NTC-Thermistorelement zum Beispiel in einem Schaltnetzteil als ein Element zur Steuerung eines überhöhten Stromes, das einen überhöhten Strom (zum Beispiel einen Anfangsstromstoß) steuert, der in dem Moment, in dem das Schaltnetzteil eingeschaltet wird, zu fließen beginnt, und welches danach durch eigene Aufheizung einen niedrigen Widerstand annimmt, wodurch der Energieverlust im stationären Zustand niedrig gehalten wird. NTC-Thermistorelemente, die ihren Weg in solch eine Anwendung finden, werden beispielsweise aus dem Oxid eines Seltene-Erden-Übergangsmetalls als ein Thermistormaterial hergestellt. Spezieller wird ein gesinterter Körper aus Lanthan-Kobalt-Oxid mit einer Kristallstruktur vom Perowskit-Typ verwendet, wobei eine Dünnschicht-Elektrode aus Silber oben auf dem Sinterkörper mittels Sputtern gebildet wird (siehe ungeprüftes Japanisches Patentblatt Nr. H07-230902).
Abgesehen von dem obigen gab es in letzter Zeit, einhergehend mit der Reduzierung von Größe und Gewicht von elektronischen Einrichtungen und der Verbesserung der Leistung derselben, starke Forderungen nach der Ultra-Miniaturisierung von Thermistorelementen in der Größe des Elements (zum Beispiel unter 1 mm × 0,5 mm) sowie nach der hohen Genauigkeit des Widerstandswertes und der B-Konstante, das heißt der Änderungsrate des Widerstandes in Bezug auf die Temperatur, bei der Messung von Temperaturen (zum Beispiel eine Abweichung von 3% oder darunter). Jedoch gibt es infolge von einigen Verarbeitungsproblemen Schwierigkeiten bei einem beträchtlichen Verkleinern solch eines Thermistorelements, das einen Oxid-Sinterkörper aufweist. Außerdem entsteht der Nachteil, dass, indem die Thermistorelemente verkleinert werden, sowohl der Widerstandswert als auch die B-Konstante wegen des Problems der Verarbeitungsgenauigkeit eine größere Streuung erleben.
Um solche Probleme zu bewältigen, die mit Thermistorelementen verbunden sind, die ein Oxid verwenden, dessen Hauptanteil ein Übergangsmetall, wie zum Beispiel Mn, Co, Ni und Fe mit einer Kristallstruktur vom Spinell-Typ ist, war nun die Entwicklung von Dünnschicht-Thermistorelementen populär, bei denen eine Dünnschicht-Technologie für die Bildung des Thermistormaterials und der Elektroden eingesetzt wird. Diese Art von Dünnschicht-Thermistorelement wird wie folgt hergestellt. Eine Thermistor-Dünnschicht wird durch eine Sputtertechnik gebildet, wobei auf einen Sinterkörper aus einem komplexen Oxid von zum Beispiel Mn, Ni, Co und Fe gezielt wird, welche von einer Bildung einer vorbestimmten Elektrodenstruktur auf der Thermistor-Dünnschicht gefolgt wird. Jedoch leidet solch eine durch Sputtern gebildete Thermistor-Dünnschicht an verschiedenen Problemen. Erstens ist es unwahrscheinlich, dass man eine gute Kristallinität erhält. Zweitens ist die Stabilität niedrig, was deshalb dazu führt, dass bewirkt wird, dass sowohl der Widerstandswert als auch die B-Konstante eine beträchtliche Streuung mit der Zeit erleben. Das besondere Problem ist, dass die Hochtemperaturbeständigkeit niedrig ist. Wegen dieses Problems war in der Technik ein Verfahren bekannt, bei dem eine durch Sputtern gebildete Thermistor-Dünnschicht einer Wärmebehandlung in Luft bei zum Beispiel von 200 bis 800 Grad Celsius für eine Kristallisation unterworfen wurde, damit sie eine Struktur vom Spinell-Typ hat (siehe ungeprüftes Japanisches Patentblatt Nr. S63-266801, ungeprüftes Japanisches Patentblatt Nr. H03-54842 und "Yashiro Institute of Technology Transactions", Vol. 8, Seiten 25–34, von Masuda und anderen).
Jedoch ist es in dem Fall, dass solch eine durch Sputtern gebildete Thermistor-Dünnschicht aus einem Halbleiter-Oxid vom Spinell-Typ ein durch Wärmebehandlung gezüchteter Kristall ist, wahrscheinlich, dass die Streuung im Kristallkorndurchmesser in der sich ergebenden polykristallinen Substanz groß ist. Deshalb variieren sie in der elektrischen Charakteristik, zum Beispiel dem Widerstandswert und der B-Konstante, beträchtlich, selbst in Bezug auf Thermistorelemente des selben Fertigungsloses. Außerdem wird das, selbst wenn die Wärmebehandlung bei zum Beispiel 400 Grad Celsius oder darüber ausgeführt wird, Schwierigkeiten bei der Verbesserung der Stabilität in einem größeren Ausmaß auftun, und es ist auch schwierig, die Hochtemperaturbeständigkeit zu verbessern.
Aus JP05283205 ist ein Thermistor vom Halbleiterkristall-Typ mit einem Thermistor-Hauptkörper bekannt, der aus einer kubischen Spinell-Kristall-Phase gebildet ist. EP0694930 lehrt einen Thermistor mit einem Hauptkörper, der aus einer Verbindung eines Perowskit-Typs besteht. GB1115937 offenbart ein Verfahren für die Herstellung von Thermistor-Dünnschichten durch Sputtern.
Die oben beschriebenen Punkte berücksichtigend, wurde die vorliegende Erfindung geschaffen.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Dünnschicht-Thermistorelement, dass in der Lage ist, beispielsweise die Streuung im Widerstandswert für das Erreichen einer hohen Genauigkeit niedrig zu halten, und in der Lage ist, die Hochtemperaturbeständigkeit für das Erreichen einer hohen Zuverlässigkeit zu verbessern, und ein Verfahren für die Herstellung solch eines Dünnschicht-Thermistorelements bereitzustellen.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung Dünnschicht-Thermistorelemente mit den durch die Ansprüche 1, 3 oder 5 definierten Merkmalen bereit. Die Dünnschicht-Thermistorelemente der vorliegenden Erfindung weisen eine Thermistor-Dünnschicht und ein Paar von auf der Thermistor-Dünnschicht gebildeten Elektroden auf, wobei die Thermistor-Dünnschicht entweder eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ, die hauptsächlich in einer (100)-Richtung orientiert ist, eine Kristallstruktur vom Bixbit-Typ (insbesondere eine Kristallstruktur vom Bixbit-Typ, die hauptsächlich in einer (100)- oder (111)-Richtung orientiert ist), oder eine Kristallstruktur vom rhomboedrischen Perowskit-Typ (insbesondere eine Kristallstruktur vom rhomboedrischen Perowskit-Typ, die hauptsächlich nach (012) orientiert ist) auf. Eine Thermistor-Dünnschicht mit einer Kristallstruktur vom Spinell-Typ mit einer (100)-Richtungsorientierung oder einer Kristallstruktur vom Bixbit-Typ kann zum Beispiel aus einer Dünnschicht eines Oxids gebildet werden, dessen Hauptbestandteil Mangan ist. Ferner kann eine Thermistor-Dünnschicht mit einer Kristallstruktur vom rhomboedrischen Perowskit-Typ beispielsweise aus einer Zusammensetzung gebildet werden, die Lanthan-Kobalt-Oxid enthält. Ferner ist es bevorzugt, dass eine Thermistor-Dünnschicht mit einer Kristallstruktur vom Spinell-Typ mit einer (100)-Richtungsorientierung ein Kristallkorn aufweist, das durch Kristallisation in eine stängelige Form in einer Richtung senkrecht in Bezug auf die Thermistor-Dünnschicht gewachsen ist.
Im folgenden Text werden die Begriffe "(100)-Fläche", "(111)-Fläche" und "(012)-Fläche" im Sinne von "(100)-Richtung", "(111)-Richtung" beziehungsweise "(012)-Richtung" verwendet.
Die oben beschriebenen Thermistor-Dünnschichten der vorliegenden Erfindung zeigen jeweils eine kleinere Streuung in dem Kristallkorndurchmesser im Vergleich zu Thermistoren eines Sinterkörpers und Thermistor-Dünnschichten mit einer Kristallstruktur vom Spinell-Typ ohne Orientierung, weswegen die Streuung in der elektrischen Charakteristik (wie zum Beispiel des Widerstandswertes und der B-Konstante (das heißt die Änderungsrate des Widerstandes zur Temperatur)) niedrig gehalten werden kann, außerdem ist der Kristallzustand relativ stabil, so dass die Verschlechterung mit der Zeit solcher elektrischer Charakteristika niedrig gehalten werden kann und die Hochtemperaturbeständigkeit hoch ist. Dementsprechend wird es mit solch einer Kristallstruktur möglich, hochgenaue, hochzuverlässige Thermistorelemente zu erzielen. Ferner wird die Bildung durch die Verwendung der Dünnschicht-Technologie ausgeführt, wodurch das Verkleinern im Vergleich zu dem Fall, bei dem ein Sinterkörper-Thermistor eingesetzt wird, leichter zu erreichen ist.
Thermistor-Dünnschichten der oben beschriebenen Art können durch abwechselndes Ausführen eines Schichtbildungs-Schritts, zum Beispiel durch Sputtern, und eines Glüh-Schrittes gebildet werden. Spezieller wird eine Anordnung geschaffen, bei der zumindest einer von einem Substrathalter zum Halten eines Stützsubstrats und einem Target, das dem Substrathalter gegenüberliegend angeordnet ist, gedreht wird, und wobei das Stützsubstrat an einer Position exzentrisch von der Achse der Drehung in dem Substrathalter gehalten wird, während das Target mit einer Schutzabdeckung so abgedeckt ist, dass ein Teil mit einer Position exzentrisch von der Drehachse in dem Target bloßgelegt ist, wodurch der Schichtbildungs-Schritt durch Sputtern auf dem Stützsubstrat an einer Drehposition ausgeführt werden kann, an der das Stützsubstrat dem bloßgelegten Teil des Targets gegenüberliegt, während andererseits der Glüh-Schritt an einer Drehposition ausgeführt werden kann, an der das Stützsubstrat der Position des mit der Schutzabdeckung abgedeckten Targets gegenüberliegt. Es ist ferner möglich, ein Thermistorelement einer höheren Genauigkeit, einer höheren Zuverlässigkeit durch Ausführen einer Wärmebehandlung nach der Bildung einer Thermistor-Dünnschicht der oben beschriebenen Art zu bilden, wobei die Substrattemperatur und die Temperatur der Wärmebehandlung während der Schichtbildung durch Sputtern auf verschiedene Werte entsprechend der Zusammensetzung und der Schichtbildungszeit einer Thermistor-Dünnschicht, die gebildet wird, eingestellt werden. Zum Beispiel wird ein Schichtbildungs-Schritt mit einem Substrat ausgeführt, das auf 200–600 Grad Celsius erwärmt ist, und eine Wärmebehandlung wird in Luft bei 600–1000 Grad Celsius ausgeführt, wodurch das vorhergehende Thermistorelement leicht hergestellt werden kann. Wenn die Bildung der Thermistor-Dünnschicht in einer Atmosphäre ausgeführt wird, in der das Verhältnis des Flusses zwischen Argongas und Sauerstoffgas 3 oder größer ist, erleichtert das ziemlich die Bildung einer Thermistor-Dünnschicht mit einer Kristallstruktur vom Spinell-Typ mit einer (100)-Flächen-Orientierung, und wenn die Wärmebehandlung bei 1100 Grad oder niedriger ausgeführt wird, erleichtert das ziemlich die Bildung einer Thermistor-Dünnschicht mit einer Kristallstruktur vom Bixbit-Typ.
Außerdem ist bei dem oben beschriebenen Dünnschicht-Thermistorelement eine Elektrode mit einem Trimmabschnitt zur Einstellung des Widerstandes versehen, und der Trimmabschnitt wird unter Verwendung einer Laserlichtbestrahlung oder ähnlichem geschnitten, um eine Widerstandseinstellung zu schaffen, wodurch es möglich wird, die Herstellung von Dünnschicht-Thermistorelementen einer höheren Genauigkeit zu erleichtern.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur eines Dünnschicht-Thermistorelements gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur einer Einrichtung darstellt, die zur Herstellung eines Dünnschicht-Thermistorelements gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur einer anderen Einrichtung darstellt, die zur Herstellung eines Dünnschicht-Thermistorelements gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Es folgt nun eine kurze Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
Zuerst ist mit Bezug auf 1 ein Dünnschicht-Thermistorelement 10 gezeigt, bei dem eine Thermistor-Dünnschicht 12 und ein Paar von Kammelektroden 13 und 14, die eine Dünnschicht aus Pt aufweisen, auf einem Stützsubstrat aus Aluminium gebildet sind. Die Thermistor-Dünnschicht 12 besteht beispielsweise aus einem komplexen Oxid von Mn-Co-Ni, das eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ aufweist, die vorrangig in einer (100)-Fläche orientiert ist, mit anderen Worten, die hauptsächlich in einer (100)-Fläche orientiert ist. Außerdem weist die Kammelektrode 13 einen Basiswiderstandsabschnitt 13a und einen Trimmabschnitt 13b auf, wohingegen die Kammelektrode 14 eine Basiswiderstandsabschnitt 14a und einen Trimmabschnitt 14b aufweist. Jeder Basiswiderstandsabschnitt 13a und 14a ist zum groben Einstellen des Widerstandes des Dünnschicht-Thermistorelements 10 auf einen Zielwert. Auf der anderen Seite ist jeder Trimmabschnitt 13b und 14b zum Durchführen einer Feineinstellung, damit Widerstandswerte bei einer vordefinierten Genauigkeit erzielt werden. Solch eine Feineinstellung des Widerstandswertes wird später ausführlich diskutiert.
Die Thermistor-Dünnschicht 12 der vorhergehenden Art kann beispielsweise unter Verwendung einer wie in 2 gezeigten Sputtereinrichtung 21 hergestellt werden. In der Sputtereinrichtung 21 sind ein Substrathalter 22 zum Halten des Stützsubstrats 11 und ein Sinterkörper-Target 23, beispielsweise aus einem komplexen Oxid, das aus Mn-Co-Ni gebildet ist, mit einem Durchmesser von 8 inch, sich einander gegenüberliegend in einem Abstand von 50 mm montiert. Das Sinterkörper-Target 23 ist mit einer Schutzabdeckung 24 bedeckt, die eine Aussparung 24a, deren Zentriwinkel 90 Grad beträgt, derart aufweist, dass ein Teil des Sinterkörper-Targets 23 bloßgelegt ist. An das Sinterkörper-Target 23 ist eine Hochfrequenz-Energieversorgung 25 (13,56 MHz) gekoppelt. Auf der anderen Seite ist sie so angeordnet, dass der Substrathalter 22 durch eine Antriebseinrichtung (in der Figur nicht gezeigt) bei einer vordefinierten Drehgeschwindigkeit gedreht wird. Sowohl der Substrathalter 22 als auch das Sinterkörper-Target 23 sind in einer Kammer (in der Figur nicht gezeigt) platziert, die beispielsweise mit einem Mischgas aus Argon und Sauerstoff gefüllt ist.
Bei dem durch den Substrathalter 22 gehaltenen Stützsubstrat 11 wird eine Erwärmung ausgeführt, und der Substrathalter 22 wird mit einer vordefinierten Drehgeschwindigkeit gedreht, während gleichzeitig eine hochfrequente Spannung an das Sinterkörper-Target 23 angelegt wird. Zu der Zeit, wenn das Stützsubstrat 11 über die Aussparung 24a der Schutzabdeckung 24 hinwegläuft, werden Körner gesputtert, die aus dem Sinterkörper-Target 23 fliegen, um die Thermistor-Dünnschicht 12 zu bilden. Auf der anderen Seite wird zu der Zeit, wenn das Stützsubstrat 11 über die Schutzabdeckung 24 hinwegläuft, die Thermistor-Dünnschicht 12 oxidiert und geglüht. Mit anderen Worten, Sputtern, Oxidation und Glühen werden zur Bildung der Thermistor-Dünnschicht 12 abwechselnd ausgeführt. Um das Sputtern und die Oxidation/das Glühen abwechselnd auszuführen, ist das Drehen des Substrathalters 22, wie oben beschrieben, ein möglicher Weg, und ein anderer möglicher Weg ist, eine Schutzplatte ausziehbar und zurückziehbar zwischen dem Substrathalter 22 und dem Sinterkörper-Target 23 anzuordnen.
Die so gebildete Thermistor-Dünnschicht 12 wird einer Wärmebehandlung bei einer vordefinierten Temperatur unterworfen. Die resultierende Thermistor-Dünnschicht 12 hat eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ, die hauptsächlich in einer (100)-Fläche orientiert ist, die im Kristallkorndurchmesser gleichmäßig ist.
BILDUNGSBEDINGUNGEN UND CHARAKTERISTIKA
Nachstehend werden die Bildungsbedingungen der Thermistor-Dünnschicht 12 (das heißt, die Bedingung des Sputterns und die Bedingung der Wärmebehandlung) in einer konkreteren Art und Weise beschrieben, zusammen mit den Charakteristika der resultierenden Thermistor-Dünnschicht 12 und des Dünnschicht-Thermistorelements 10.
Mit Bezug auf die Versuchsbeispiele A1–A8 und ihre korrespondierenden Vergleichsbeispiele A1–A8 wurden Thermistor-Dünnschichten 12 unter Bedingungen gebildet, wie sie in TABELLE 1 gezeigt sind. Dann wurden diese so gebildeten Thermistor-Dünnschichten 12 einer Wärmebehandlung in Luft unter den Bedingungen unterworden, wie sie in der Tabelle gezeigt sind. Der Hauptunterschied zwischen VERSUCHSBEISPIEL (A1–A8) und VERGLEICHSBEISPIEL (A1–A8) ist das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein der Drehung des Substrathalters 22. Das heißt, in den wie oben beschriebenen VERSUCHSBEISPIELEN A1–A8 werden Sputtern und Oxidation/Glühen abwechselnd ausgeführt, während auf der anderen Seite bei den VERGLEICHSBEISPIELEN A1–A8 das Sputtern fortlaufend ohne die Bereitstellung der Schutzabdeckung 24 ausgeführt wird. Hier wurden als das Stützsubstrat 11 Aluminiumsubstrate verwendet, die zugeschnitten wurden, dass sie Abmessungen von 50 mm × 50 mm × 0,3 mm haben, und dermaßen poliert wurden, dass ihre Unregelmäßigkeit der Oberfläche unter 0,03 μm fiel. Der Substrathalter wurde hergestellt, dass er zusätzlich zu dem Stützsubstrat 11 ein Glassubstrat 31 zum Zweck der Beurteilung der Kristallinität hält.
TABELLE 1
Das Folgende wurde an den Thermistor-Dünnschichten 12 ausgeführt, die auf den jeweiligen Glassubstraten 31 gebildet sind und dann einer Wärmebehandlung in der wie oben beschriebenen Weise unterworfen wurden.

(1) Zusammensetzungsanalyse durch Röntgenstrahl-Mikroanalysator;
(2) Kristall-Strukturbeobachtung durch Röntgenbeugungs (XRD)-Analyse; und
(3) Schichtoberfläche-/Teilschnitt-Beobachtung durch Rasterelektronenmikroskop (REM)

Die Ergebnisse sind in TABELLE 2 gezeigt.
TABELLE 2

(*) Mittelwert und Streuung: Mittelwert und Streuung für 1000 Proben
(**) Veränderung der Hochtemperaturbeständigkeit: Für 1000 Stunden in Luft belassen

Beispielsweise zeigt die Zusammensetzungsanalyse des VERSUCHSBEISPIELS A1 und des VERGLEICHSBEISPIELS A1 durch einen Röntgenstrahl-Mikroanalysator, dass die Thermistor-Dünnschicht 12 des VERSUCHSBEISPIELS A1 nach der Wärmebehandlung eine Schichtzusammensetzung von Mn:Co:Ni = 53:19:28 hat, wohingegen die Thermistor-Dünnschicht 12 des VERGLEICHSBEISPIELS A1 nach der Wärmebehandlung eine Schichtzusammensetzung von Mn:Co:Ni = 51:20:29 hat. Hier wurde sowohl beim VERSUCHSBEISPIEL A1 als auch beim VERGLEICHSBEISPIEL A1 ein Sinterkörper aus einem komplexen Mn-Co-Ni-Oxid, dessen Zusammensetzung Mn:Co:Ni = 55:20:25 ist, als das Sinterkörper-Target 23 verwendet; jedoch sieht es so aus, dass die Zusammensetzung jeder der resultierenden Thermistor-Dünnschichten 12 von dem gezeigten VERSUCHSBEISPIEL A1 und dem VERGLEICHSBEISPIEL A1, die in TABELLE 2 gezeigt sind, etwas verschieden von der ursprünglichen Zusammensetzung (das heißt der Zusammensetzung des Sinterkörper-Targets 23) sind. Es ist ferner auch in den verbleibenden Beispielen durch geeignetes Auswählen einer Zusammensetzung für das Sinterkörper-Target 23 möglich, eine Thermistor-Dünnschicht 12 mit einer Schichtzusammensetzung, wie sie in der Tabelle gezeigt ist, zu bilden.
Ferner zeigt die Röntgenbeugungsanalyse, dass die Thermistor-Dünnschichten 12 nach der Wärmebehandlung bei den VERSUCHSBEISPIELEN A1–A8 jeweils eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ haben, die hauptsächlich in einer (100)-Fläche orientiert ist, während auf der anderen Seite die Thermistor-Dünnschichten 12 der VERGLEICHSBEISPIELE A1–A8 jeweils eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ haben, die zufällig orientiert ist (keine Eigenschaft der Kristallorientierung zeigt).
Ferner zeigt die Schichtoberfläche-/Teilschnitt-Beobachtung durch REM, dass die Thermistor-Dünnschichten 12 nach der Wärmebehandlung bei den VERSUCHSBEISPIELEN A1–A8 jeweils ein Kristallkorn mit einer stängeligen Struktur aufweisen. Wie TABELLE 2 zeigt, wird bei den VERSUCHSBEISPIELEN A1–A8 eine kleinere Streuung im Korndurchmesser (des Wertebereichs) im Vergleich zu den VERGLEICHSBEISPIELEN A1–A8 aufgezeigt. Außerdem weist keine der VERGLEICHSBEISPIELE A1–A8 eine stängelige Struktur auf.
Eine Dünnschicht aus Pt mit einer Dicke von 0,1 μm und eine Fotolack-Struktur wurden auf der gesamten Fläche der auf dem Stützsubstrat 11 gebildeten und dann wärmebehandelten Thermistor-Dünnschicht 12 gebildet. Dies wurde von einem Strukturieren mittels einer Photolithographietechnik unter Verwendung des Trockenätzens mit Ar (Argongas) gefolgt, um dadurch die Kammelektroden 13 und 14 zu bilden. Dann wurde eine Trenneinrichtung verwendet, um das Stützsubstrat 11 (außer seine Peripherie) zu einer Größe von 1 × 0,5 mm zu schneiden, um 1000 einzelne Dünnschicht-Thermistorelemente 10 mit einer Struktur bereitzustellen, wie sie in 1 gezeigt ist, und es wurden ihre jeweiligen Widerstandswerte und B-Konstanten (die Änderungsrate des Widerstandes zur Temperatur) gemessen, um Mittelwerte und Streuungen ((maximaler Wert – minimaler Wert)/Mittelwert) festzustellen. Außerdem wurde, nachdem das Testen der Hochtemperaturbeständigkeit ausgeführt wurde, bei der die Dünnschicht-Thermistorelemente 10 für 1000 Stunden in Luft bei 200 Grad Celsius belassen wurden, ihre Widerstandswerte und B-Konstanten erneut gemessen, um Änderungsraten vor und nach dem Testen der Hochtemperaturbeständigkeit zu berechnen. TABELLE 2 zeigt Mittelwerte des Widerstandswertes, Mittelwerte der B-Konstante, Streuungen und Änderungen der Hochtemperaturbeständigkeit.
Wie man offensichtlich aus den VERSUCHSBEISPIELEN A1–A8 und den VERGLEICHSBEISPIELEN A1–A8 sehen kann, wird es durch Bilden einer Oxid-Dünnschicht einer Kristallstruktur vom Spinell-Typ, die hauptsächlich in einer (100)-Fläche orientiert ist, in der Thermistor-Dünnschicht 12 möglich, ein hochgenaues, hochzuverlässiges Thermistorelement herzustellen, das im Vergleich zu dem Fall, bei dem eine Oxid-Dünnschicht mit einer Kristallstruktur vom Spinell-Typ ohne Orientierung in der Thermistor-Dünnschicht 12 gebildet wird, im Widerstandswert und der B-Konstante weniger veränderlich ist und bei der Hochtemperaturbeständigkeit überlegen ist.
Jegliche anderen Thermistor-Dünnschichten, solange sie eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ haben, die hauptsächlich in einer (100)-Fläche orientiert ist, ergaben gleichermaßen gute Ergebnisse, selbst bei Verwendung einer Zusammensetzung des komplexen Oxids, die sich von der einen in TABELLE 2 gezeigten unterscheidet.
Außerdem sind die Bildungsbedingung und die Bedingung der Wärmebehandlung der Thermistor-Dünnschichten nicht auf die in der Tabelle gezeigten Bedingungen beschränkt und können deshalb in verschiedener Weise gemäß der Zusammensetzung des Sinterkörper-Targets eingestellt werden. Wenn der Partialdruck des Sauerstoffs generell niedrig ist und wenn die Argon/Sauerstoff-Flussrate drei oder größer ist, erleichtert das die Bildung einer Kristallstruktur vom Spinell-Typ, die hauptsächlich in einer (100)-Fläche orientiert ist.
Ferner kann zusätzlich zu der einen, die die vorhergehende Kristallstruktur über die gesamte Thermistor-Dünnschicht aufweist, jede andere anwendbar sein, die teilweise eine Kristallphase vom Bixbit-Typ oder eine Kristallphase vom NaCl-Typ in einer Kristallphase vom Spinell-Typ aufweist. Ferner, selbst wenn es eine Schicht auf der Oberfläche der Thermistor-Dünnschicht gibt, die zu einer andersartigen Kristallfläche orientiert ist, was benötigt wird, ist, dass das Innere der Thermistor-Dünnschicht im wesentlichen in einer (100)-Fläche orientiert ist. Spezieller, wenn das Verhältnis des Spitzenwertes gemäß der vorhergehenden Kristallstruktur zu der Summe der Spitzenwerte gemäß der Kristallstrukturen in der Röntgenstrahlbeugung grob 50% oder größer (vorzugsweise 75% oder größer) ist, wird das dazu beitragen, für gute Charakteristika (in Bezug auf das Spitzenwert-Verhältnis, das selbe wird auf die folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angewendet) zu sorgen.
AUSÜHRUNGSFORM 2
Es wird ein weiteres Beispiel des Dünnschicht-Thermistorelements 10 beschrieben. Das Dünnschicht-Thermistorelement 10 der zweiten Ausführungsform hat augenscheinlich die gleiche Struktur wie die ersten Ausführungsform (siehe 1), unterscheidet sich jedoch von der ersten Ausführungsform darin, dass die Thermistor-Dünnschicht 12 aus beispielsweise einem komplexen Oxid von Mn-Co-Ni mit einer Kristallstruktur vom Bixbit-Typ gebildet ist. Die Thermistor-Dünnschicht 12 von solch einer Art kann beispielsweise durch die in 2 gezeigte Sputtereinrichtung 21 wie in der ersten Ausführungsform gebildet werden.
BILDUNGSBEDINGUNGEN UND CHARAKTERISTIKA
Nachstehend werden die Bildungsbedingungen der Thermistor-Dünnschicht 12 (das heißt, die Bedingung des Sputterns und die Bedingung der Wärmebehandlung) in einer konkreteren Art und Weise beschrieben, zusammen mit den Charakteristika der resultierenden Thermistor-Dünnschicht 12 und des Dünnschicht-Thermistorelements 10.
Mit Bezug auf die Versuchsbeispiele B1–B8 und ihre korrespondierenden Vergleichsbeispiele B1–B8 wurden Thermistor-Dünnschichten 12 unter Bedingungen gebildet, wie sie in TABELLE 3 gezeigt sind. Dann wurden diese so gebildeten Thermistor-Dünnschichten 12 einer Wärmebehandlung in Luft unter den Bedingungen unterworden, wie sie in der Tabelle gezeigt sind. Der Hauptunterschied zwischen VERSUCHSBEISPIEL (B1–B8) und VERGLEICHSBEISPIEL (B1–B8) ist das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein der Drehung des Substrathalters 22. Das heißt, in den wie oben beschriebenen VERSUCHSBEISPIELEN B1–B8 werden Sputtern und Oxidation/Glühen abwechselnd ausgeführt, während auf der anderen Seite bei den VERGLEICHSBEISPIELEN B1–B8 das Sputtern fortlaufend ohne die Bereitstellung der Schutzabdeckung 24 ausgeführt wird. Hier wurden als das Stützsubstrat 11 Aluminiumsubstrate verwendet, die zugeschnitten wurden, dass sie Abmessungen von 50 mm × 50 mm × 0,3 mm haben, und dermaßen poliert wurden, dass ihre Unregelmäßigkeit der Oberfläche unter 0,03 μm fiel. Der Substrathalter 22 wurde hergestellt, dass er zusätzlich zu dem Stützsubstrat 11 ein Glassubstrat 31 zum Zweck der Beurteilung der Kristallinität hält.
TABELLE 3
Das Folgende wurde an den Thermistor-Dünnschichten 12 ausgeführt, die auf den jeweiligen Glassubstraten 31 gebildet sind und dann einer Wärmebehandlung in der wie oben beschriebenen Weise unterworfen wurden.

(1) Zusammensetzungsanalyse durch Röntgenstrahl-Mikroanalysator;
(2) Kristall-Strukturbeobachtung durch Röntgenbeugungs (XRD)-Analyse

Die Ergebnisse sind in TABELLE 4 gezeigt.
TABELLE 4

(*) Mittelwert und Streuung: Mittelwert und Streuung für 1000 Proben
(**) Verschlechterung mit der Zeit: Für 1000 Tage bei Raumtemperatur belassen
(***) Veränderung der Hochtemperaturbeständigkeit: Für 1000 Stunden in Luft bei 300 °C belassen

Beispielsweise zeigt die Zusammensetzungsanalyse des VERSUCHSBEISPIELS B1 und des VERGLEICHSBEISPIELS B1 durch einen Röntgenstrahl-Mikroanalysator, dass die Thermistor-Dünnschicht 12 des VERSUCHSBEISPIELS B1 nach der Wärmebehandlung eine Schichtzusammensetzung von Mn:Co:Ni = 73:19:8 hat, wohingegen die Thermistor-Dünnschicht 12 des VERGLEICHSBEISPIELS B1 nach der Wärmebehandlung eine Schichtzusammensetzung von Mn:Co:Ni = 71:20:9 hat. Hier wurde sowohl beim VERSUCHSBEISPIEL B1 als auch beim VERGLEICHSBEISPIEL B1 ein Sinterkörper aus einem komplexen Mn-Co-Ni-Oxid, dessen Zusammensetzung Mn:Co:Ni = 75:20:5 ist, als das Sinterkörper-Target 23 verwendet; die resultierenden Thermistor-Dünnschichten 12 hatten jedoch jeweils eine Zusammensetzung, die etwas verschieden von der des oben genannten Sinterkörper-Targets 23 ist. Es ist ferner auch in den verbleibenden Beispielen durch geeignetes Auswählen einer Zusammensetzung für das Sinterkörper-Target 23 möglich, eine Thermistor-Dünnschicht 12 mit einer Schichtzusammensetzung, wie sie in der Tabelle gezeigt ist, zu bilden.
Ferner zeigt die Röntgenbeugungsanalyse, dass die Thermistor-Dünnschichten 12 nach der Wärmebehandlung bei den VERSUCHSBEISPIELEN B1–B8 jeweils eine Kristallstruktur vom Bixbit-Typ haben, während auf der anderen Seite die Thermistor-Dünnschichten 12 der VERGLEICHSBEISPIELE B1–B8 jeweils eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ haben. Außerdem haben unter den VERSUCHSBEISPIELEN B1–B8, (i) die VERSUCHSBEISPIELE B2, B3 und B5 jeweils eine Vorzugsorientierung in einer (100)-Fläche, (ii) die VERSUCHSBEISPIELE B4, B6 und B8 jeweils eine Vorzugsorientierung in einer (111)-Fläche, und (iii) weder VERSUCHSBEISPIEL B1 noch VERSUCHSBEISPIEL B7 zeigt irgendeine Vorzugsorientierung, mit anderen Worten, sie sind in der Orientierung zufällig.
Eine Dünnschicht aus Pt mit einer Dicke von 0,1 μm und eine Fotolack-Struktur wurden auf der gesamten Fläche der auf dem Stützsubstrat 11 gebildeten und dann wärmebehandelten Thermistor-Dünnschicht 12 gebildet. Dies wurde von einem Strukturieren mittels einer Photolithographietechnik unter Verwendung des Trockenätzens mit Ar (Argongas) gefolgt, um dadurch die Kammelektroden 13 und 14 zu bilden. Dann wurde eine Trenneinrichtung verwendet, um das Stützsubstrat 11 (außer seine Peripherie) zu einer Größe von 1 × 0,5 mm zu schneiden, um 1000 einzelne Dünnschicht-Thermistorelemente 10 mit einer Struktur bereitzustellen, wie sie in 1 gezeigt ist, und es wurden ihre jeweiligen Widerstandswerte und B-Konstanten (die Änderungsrate des Widerstandes zur Temperatur) gemessen, um Mittelwerte und Streuungen ((maximaler Wert – minimaler Wert)/Mittelwert) festzustellen. Außerdem wurden, nachdem das Testen der Verschlechterung mit der Zeit, bei welchem die Dünnschicht-Thermistorelemente für 100 Tage bei Raumtemperatur belassen wurden, und das Testen der Hochtemperaturbeständigkeit, bei welchem die Dünnschicht-Thermistorelemente 10 für 1000 Stunden in Luft bei 300 Grad Celsius belassen wurden, ausgeführt wurde, ihre Widerstandswerte und B-Konstanten erneut gemessen, um Änderungsraten vor und nach dem Testen der Verschlechterung mit der Zeit und dem Testen der Hochtemperaturbeständigkeit zu berechnen. TABELLE 4 zeigt Mittelwerte des Widerstandswertes, Mittelwerte der B-Konstante, Streuungen, Änderungen der Verschlechterung mit der Zeit und Änderungen der Hochtemperaturbeständigkeit.
Wie man offensichtlich aus den VERSUCHSBEISPIELEN B1–B8 und den VERGLEICHSBEISPIELEN B1–B8 sehen kann, wird es durch Bilden einer Oxid-Dünnschicht mit einer Kristallstruktur vom Spinell-Typ in der Thermistor-Dünnschicht 12 möglich, ein hochgenaues, hochzuverlässiges Thermistorelement herzustellen, das im Vergleich zu dem Fall, bei dem eine Oxid-Dünnschicht mit einer Kristallstruktur vom Spinell-Typ ohne Orientierung in der Thermistor-Dünnschicht 12 gebildet wird, im Widerstandswert und der B-Konstante weniger veränderlich ist, weniger einer Verschlechterung mit der Zeit unterworfen ist und bei der Hochtemperaturbeständigkeit überlegen ist.
Jegliche anderen Thermistor-Dünnschichten, solange sie eine Kristallstruktur vom Bixbit-Typ haben, ergaben gleichermaßen gute Ergebnisse, selbst bei Verwendung einer Zusammensetzung des komplexen Oxids, die sich von der einen in TABELLE 4 gezeigten unterscheidet.
Außerdem sind die Bildungsbedingung und die Bedingung der Wärmebehandlung der Thermistor-Dünnschichten nicht auf die in der Tabelle gezeigten Bedingungen beschränkt und können deshalb in verschiedener Weise gemäß der Zusammensetzung des Sinterkörper-Targets eingestellt werden. Wenn der Partialdruck des Sauerstoffs generell hoch ist oder wenn es viel Mn in der Zusammensetzung gibt (zum Beispiel, wenn das Mn, das die Mischung enthält, 55% oder mehr von dem Molarverhältnis beträgt), ist es wahrscheinlich, dass die vorhergehende Kristallstruktur vom Bixbit-Typ gebildet wird. Ferner ist es in dem Fall des Bildens einer Kristallstruktur vom Bixbit-Typ (i) wahrscheinlich, dass sich eine Vorzugsorientierung in einer (100)-Fläche zeigt, wenn der Partialdruck des Sauerstoffs generell hoch ist und die Substrattemperatur niedrig ist, (ii) wahrscheinlich, dass sich eine Vorzugsorientierung in einer (111)-Fläche zeigt, wenn der Partialdruck des Sauerstoffs niedrig ist und die Substrattemperatur hoch ist. Außerdem ist es wahrscheinlich, dass eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ gebildet wird, wenn die Temperatur der Wärmebehandlung beispielsweise 1100 Grad Celsius übersteigt.
Ferner kann zusätzlich zu der einen, die die vorhergehende Kristallstruktur über die gesamte Thermistor-Dünnschicht aufweist, jede andere anwendbar sein, die teilweise eine Kristallphase vom Spinell-Typ oder eine Kristallphase vom NaCl-Typ in einer Kristallphase vom Bixbit-Typ aufweist.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
Es wird noch ein weiteres Beispiel des Dünnschicht-Thermistorelements 10 beschrieben. Das Dünnschicht-Thermistorelement 10 der dritten Ausführungsform hat augenscheinlich die gleiche Struktur wie die erste Ausführungsform (siehe 1), unterscheidet sich jedoch von der ersten Ausführungsform darin, dass die Thermistor-Dünnschicht 12 aus beispielsweise LaCoO₃ mit einer Kristallstruktur vom rhomboedrischen Perowskit-Typ gebildet ist. Die Thermistor-Dünnschicht 12 von solch einer Art kann beispielsweise durch die in 2 gezeigte Sputtereinrichtung 21 wie in der ersten Ausführungsform gebildet werden.
BILDUNGSBEDINGUNGEN UND CHARAKTERISTIKA
Nachstehend werden die Bildungsbedingungen der Thermistor-Dünnschicht 12 (das heißt, die Bedingung des Sputterns und die Bedingung der Wärmebehandlung) in einer konkreteren Art und Weise beschrieben, zusammen mit den Charakteristika der resultierenden Thermistor-Dünnschicht 12 und des Dünnschicht-Thermistorelements 10.
Mit Bezug auf die Versuchsbeispiele C1–C8 wurden Thermistor-Dünnschichten 12 unter Bedingungen gebildet, wie sie in TABELLE 5 gezeigt sind. Dann wurden diese so gebildeten Thermistor-Dünnschichten 12 einer Wärmebehandlung in Luft unter den Bedingungen unterworden, wie sie in der Tabelle gezeigt sind. Hier wurden als das Stützsubstrat 11 Aluminiumsubstrate verwendet, die zugeschnitten wurden, dass sie Abmessungen von 120 mm × 60 mm × 0,3 mm haben, und dermaßen poliert wurden, dass ihre Unregelmäßigkeit der Oberfläche unter 0,03 μm fiel. Der Substrathalter 22 wurde hergestellt, dass er zusätzlich zu dem Stützsubstrat 11 ein Glassubstrat 31 zum Zweck der Beurteilung der Kristallinität hält.
TABELLE 5
Das Folgende wurde an den Thermistor-Dünnschichten 12 ausgeführt, die auf den jeweiligen Glassubstraten 31 gebildet sind und dann einer Wärmebehandlung in der wie oben beschriebenen Weise unterworfen wurden.

Die Ergebnisse sind in TABELLE 6 gezeigt.
TABELLE 6
Beispielsweise zeigt die Zusammensetzungsanalyse des VERSUCHSBEISPIELS C1 durch einen Röntgenstrahl-Mikroanalysator, dass die Thermistor-Dünnschicht 12 des VERSUCHSBEISPIELS C1 eine Schichtzusammensetzung von La:Co = 48,9:51,1 hat. Hier wurde in dem Fall des VERSUCHSBEISPIELS C1 ein Sinterkörper aus einem komplexen La-Co-Oxid, dessen Zusammensetzung La:Co = 48,4:51,6 ist, als das Sinterkörper-Target 23 verwendet; die resultierende Thermistor-Dünnschicht 12 hatte jedoch eine Zusammensetzung, die etwas verschieden von der des oben genannten Sinterkörper-Targets 23 ist. Es ist ferner auch in den verbleibenden Beispielen durch geeignetes Auswählen einer Zusammensetzung für das Sinterkörper-Target 23 möglich, eine Thermistor-Dünnschicht 12 mit einer Schichtzusammensetzung, wie sie in der Tabelle gezeigt ist, zu bilden.
Ferner zeigt die Röntgenbeugungsanalyse, dass die Thermistor-Dünnschichten 12 nach der Wärmebehandlung bei den VERSUCHSBEISPIELEN C1 und C2 jeweils eine Kristallstruktur vom rhomboedrischen Perowskit-Typ haben. Außerdem haben die VERSUCHSBEISPIELE C1 und C2 jeweils eine Vorzugsorientierung in einer (012)-Fläche, wohingegen das VERSUCHSBEISPIEL C3 keine Vorzugsorientierung aufweist, mit anderen Worten, es ist in der Orientierung zufällig.
Eine Dünnschicht aus Pt mit einer Dicke von 0,1 μm und eine Fotolack-Struktur wurden auf der gesamten Fläche der auf dem Stützsubstrat 11 gebildeten und dann einer Wärmebehandlung unterworfenen Thermistor-Dünnschicht 12 gebildet. Dies wurde von einem Strukturieren mittels einer Photolithographietechnik unter Verwendung des Trockenätzens mit Ar (Argongas) gefolgt, um dadurch die Kammelektroden 13 und 14 zu bilden. Dann wurde eine Trenneinrichtung verwendet, um das Stützsubstrat 11 (außer seine Peripherie) zu einer Größe von 3,2 × 1,6 mm zu schneiden, um 1000 einzelne Dünnschicht-Thermistorelemente 10 mit einer Struktur bereitzustellen, wie sie in 1 gezeigt ist, und es wurden ihre jeweiligen Widerstandswerte und B-Konstanten (die Änderungsrate des Widerstandes zur Temperatur, B0: die Änderungsraten bei 0–25 Grad Celsius, B150: die Änderungsraten bei 25–150 Grad Celsius) gemessen, um Mittelwerte und Streuungen ((maximaler Wert – minimaler Wert)/Mittelwert) festzustellen. Die Ergebnisse davon sind in TABELLE 6 gezeigt.
Zum Vergleich wurde ein Sinterkörper mit einer Kristallstruktur vom rhomboedrischen Perowskit-Typ gebildet (Brennbedingung: 1500 Grad Celsius, Brennzeit: 4 Stunden), der die selbe Zusammensetzung des Targets wie die VERSUCHSBEISPIELE C1–C3 (d.h. La:Co = 48,4:51,6) aufweisen. Nach der Bildung von Dünnschichtelektroden aus Silber durch ein Sputterverfahren wurde der Sinterkörper zu einer Größe von 3,2 × 1,6 mm geschnitten, um 1000 einzelne Sinterkörper-Thermistorelemente bereitzustellen, und es wurden ihre jeweiligen Widerstandswerte und B-Konstanten (die Änderungsrate des Widerstandes zur Temperatur, B0: die Änderungsraten bei 0–25 Grad Celsius, B150: die Änderungsraten bei 25–150 Grad Celsius) gemessen, um Mittelwerte und Streuungen ((maximaler Wert – minimaler Wert)/Mittelwert) festzustellen. Die Ergebnisse davon sind bei dem VERGLEICHSBEISPIEL C in TABELLE 6 gezeigt.
Wie man offensichtlich aus den VERSUCHSBEISPIELEN C1–C3 und dem VERGLEICHSBEISPIEL C sehen kann, sind die Dünnschicht-Thermistorelemente dieser Beispiele im Vergleich zu herkömmlichen Sinterkörper-Elementen im Widerstandswert und der B-Konstante viel weniger veränderlich und haben eine hohe Genauigkeit erreicht.
LaCoO₃ mit einer Kristallstruktur vom rhomboedrischen Perowskit-Typ wird als Seltenerd-Übergangsmetall-Oxid zum Bilden der Thermistor-Dünnschicht 12 verwendet, das jedoch nicht als einschränkend zu betrachten ist. Zum Beispiel sind anstelle von La andere Seltenerdelemente einschließlich Ce, Pr, Nd, Sm, Gd und Tb anwendbar, und anstelle vom Co sind andere Übergangsmetallelemente einschließlich Ti, V, Cr, Mn, Fe und Ni anwendbar. In den beiden Fällen wurden die selben guten Ergebnisse erhalten. Ferner wurden die selben guten Ergebnisse sogar erhalten, wenn das Seltenerd-Übergangsmetall-Oxid, als einen Zusatz dazu, Al-Oxid oder Si-Oxid enthält.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
Es wird eine Feineinstellung des Widerstandswertes des Dünnschicht-Thermistorelements 10 der ersten bis dritten Ausführungsform (VERSUCHSBEISPIELE A1–A8, B1–B8 und C1–C3) beschrieben. Solch eine Feineinstellung des Wertes ist nicht immer erforderlich, die es jedoch ermöglicht, das Dünnschicht-Thermistorelement 10 mit einer höheren Genauigkeit zu bilden.
Zuerst wird der Mechanismus der Feineinstellung des Widerstandswertes beschrieben. Wie vorher beschrieben, ist die Kammelektrode (13, 14) mit dem Basiswiderstandsabschnitt (13a, 14a) und dem Trimmabschnitt (13b, 14b) versehen, wobei ein Basiswiderstand von einem Abschnitt gebildet wird, der zwischen den Basiswiderstandsabschnitten 13a und 14a in der Thermistor-Dünnschicht 12 definiert ist, während auf der anderen Seite ein Widerstand für die Feineinstellung von einem Abschnitt gebildet wird, der zwischen dem Trimmabschnitt 13b und jedem Trimmabschnitt 14b definiert ist. Der Basiswiderstand und jeder Feineinstellungswiderstand sind parallel zueinander geschaltet. Ferner unterscheidet sich jeder Feineinstellungswiderstand im Widerstandswert von den anderen Feineinstellungswiderständen, und der Widerstandswert von jedem der Feineinstellungswiderstände wird größer als der des Basiswiderstandes eingestellt. Ferner wird der Widerstandswert des Basiswiderstandes etwas größer als der Zielwiderstandswert des Dünnschicht-Thermistorelements 10 eingestellt und wird außerdem so eingestellt, dass der Widerstandswert des Basiswiderstand/Feineinstellungswiderstand-Verbundes um etwa 10% niedriger als der Zielwiderstandswert ist. Dann wird der Trimmabschnitt 14b selektiv geschnitten, so dass der Widerstandswert des Dünnschicht-Thermistorelements 10 fein eingestellt werden kann. Damit die Feineinstellung durch das Schneiden des Trimmabschnitts 14b akkurat ausgeführt werden kann, kann zuvor eine Anordnung hergestellt werden, in welcher die Gestaltung der Thermistor-Dünnschicht so ausgeführt wird, dass die Thermistor-Dünnschicht 12 nur zwischen jedem Trimmabschnitt 14b und dem Trimmabschnitt 13b vorhanden ist. So eine Gestaltung kann mittels Maskierung während der Bildung der Thermistor-Dünnschicht 12 oder durch Photolithographie ausgeführt werden, nachdem die Thermistor-Dünnschicht gebildet ist.
Als nächstes wird ein konkretes Beispiel der Feineinstellung beschrieben. In jeder der ersten bis dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Widerstandswert jedes Dünnschicht-Thermistorelements 10 gemessen, nachdem eine Pt-Dünnschicht gestaltet wurde, um die Kammelektroden 13 und 14 zu bilden. Entsprechend des gemessenen Widerstandswertes wird der Trimmabschnitt 14b mit beispielsweise YAG-Laserlicht zum selektiven Schneiden des Trimmabschnitts 14b bestrahlt. Dies wird zur Separierung in 1000 einzelne Dünnschicht-Thermistorelemente 10 vom Schneiden des Stützsubstrats 11 in einer Größe von 1 × 0,5 mm (in der ersten und der zweiten Ausführungsform) und einer Größe von 3,2 × 1,6 mm (in der dritten Ausführungsform) gefolgt. Danach wurde der Widerstandswert jedes Dünnschicht-Thermistorelements 10 erneut gemessen, um die Mittelwerte und Streuungen ((maximaler Wert – minimaler Wert)/Mittelwert) festzustellen. Die Ergebnisse sind in TABELLE 7 gezeigt. Wie TABELLE 7 deutlich zeigt, ist es möglich, durch Ausführen der Feineinstellung des Widerstandswertes durch Trimmen eines Abschnitts der Kammelektrode (13, 14), die eine auf der Thermistor-Dünnschicht 12 geformte Elektrode ist, Thermistorelemente mit einer viel höheren Genauigkeit zu erhalten.
TABELLE 7
Die vorhergehende Feineinstellung des Widerstandswertes kann nach der Separierung in die einzelnen Dünnschicht-Thermistorelemente 10 (d.h. nach dem Schneiden des Stützsubstrats 11) durchgeführt werden. Jedoch ist es im allgemeinen günstig, die Feineinstellung des Widerstandswertes im Hinblick auf die Leichtigkeit der Handhabung für die Messung des Widerstandswertes und für das Schneiden des Trimmabschnitts 14b vor solch einer Separierung durchzuführen.
In jeder der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Aluminiumsubstrat als das Stützsubstrat 11 verwendet. Die selben guten Ergebnisse wären jedoch selbst für den Fall der Verwendung eines Keramiksubstrats oder eines Glassubstrats als das Stützsubstrat 11 erreichbar.
Außerdem wird Pt als Elektrodenmaterial verwendet. Die selben guten Ergebnisse würden selbst für den Fall der Verwendung von Palladium, Iridium, Ruthenium, Gold, Silber, Nickel, Kupfer, Chrom oder ihrer Legierung als Elektrodenmaterial erreicht werden.
Ferner ist das Sinterkörper-Target 23, das beim Bilden der Thermistor-Dünnschicht 12 durch Sputtern verwendet wird, nicht notwendig jenes oben beschriebene, einstückig ausgebildete. Mit anderen Worten, um die Thermistor-Dünnschicht 12 zu bilden, die gleichmäßig ist, ist es erforderlich, dass das Sinterkörper-Target 23 größer als die Schichtbildungsfläche der Thermistor-Dünnschicht 12 ist, und außerdem, um eine große Anzahl der Dünnschicht-Thermistorelemente 10 gleichzeitig herzustellen, ist es bevorzugt, ein Target so groß wie möglich (zum Beispiel Durchmesser: 10 inch; Dicke: 5 mm) zu verwenden. Da jedoch das Material des Sinterkörper-Targets 23 hart und zerbrechlich ist, ist es ziemlich schwierig, das Bonden an die Stützplatte nach dem Sintern in einer gleichmäßigen und festen Weise an einer großen Fläche auszuführen. Um solch eine Schwierigkeit zu bewältigen, kann eine Anordnung hergestellt werden, wie sie in 3 gezeigt ist, bei welcher beispielsweise LaCoO₃-Oxid-Sinterkörper-Blöcke 43 von drei Arten von Größen, d.h. 40 × 40 mm (× 5 mm: Dicke), 40 × 20 mm (× 5 mm: Dicke) und/oder 20 × 20 mm (× 5 mm: Dicke) alle über eine Cu-Stützplatte 46 mit einem Durchmesser von 250 mm bei Zwischenräumen von 0,5 mm verteilt sind und das Bonden ausgeführt wird, und ihr peripherer Abschnitt mit einer Masseabschirmung 47 bedeckt ist, deren Öffnungsteil-Durchmesser 200 mm beträgt (in 3 ist die in 2 gezeigte Schutzabdeckung weggelassen). Auf diese Weise wird es durch den Vorzug der Verwendung der Sinterkörper-Blöcke 43 möglich, die Thermistor-Dünnschicht 12 leicht zu erhalten, die eine große Fläche hat und eine hohe Gleichmäßigkeit aufweist.
Ferner wird eine Hochfrequenz-Energieversorgung verwendet, um die Thermistor-Dünnschicht 12 zu sputtern, die jedoch nicht als einschränkend zu betrachten ist. Zum Beispiel kann das Sputtern durch Erzeugung eines Plasmas durch ECR (Elektronenzyklotronresonanz) ausgeführt werden.
Ferner ist die Art und Weise der Bildung der Thermistor-Dünnschicht 12 (insbesondere beispielsweise einer mit einer Kristallstruktur vom Bixbit-Typ, die hauptsächlich in einer (100)- oder (111)-Fläche orientiert ist) nicht auf das vorangehende intermittierende Sputtern beschränkt. Beispielsweise kann solch eine Thermistor-Dünnschicht durch kontinuierliches Sputtern nach geeignetem Einstellen der Schichtbildungsbedingungen gebildet werden. Auch in solch einem Fall ist es möglich, die Gleichmäßigkeit der Thermistor-Dünnschichten durch Drehen des Substrathalters 22 oder des Sinterkörper-Targets 23 leicht zu verbessern.

Claims

Dünnschicht-Thermistorelement (10), das eine Thermistor-Dünnschicht (12) mit einer Kristallstruktur vom Spinell-Typ und ein Paar von Elektroden (13, 14) aufweist, die auf der Thermistor-Dünnschicht (12) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallstruktur vom Spinell-Typ in einer (100)-Richtung orientiert ist.
Dünnschicht-Thermistor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermistor-Dünnschicht (12) ein Kristallkorn hat, welches durch Kristallisation in eine stengelige Form in einer Richtung senkrecht bezüglich der Thermistor-Dünnschicht (12) gewachsen ist.
Dünnschicht-Thermistorelement (10), das eine Thermistor-Dünnschicht (12) und ein Paar von Elektroden (13, 14) aufweist, die auf der Thermistor-Dünnschicht (12) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermistor-Dünnschicht (12) eine Kristallstruktur vom Bixbit-Typ hat, die entweder in einer (100)-Richtung oder in einer (111)-Richtung orientiert ist.
Dünnschicht-Thermistorelement (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermistor-Dünnschicht (12) eine Oxid-Dünnschicht ist, deren Hauptbestandteil Mangan ist.
Dünnschicht-Thermistorelement (10), das eine Thermistor-Dünnschicht (12) mit einer Kristallstruktur vom rhomboedrischen Perowskit-Typ und ein Paar von Elektroden (13, 14) aufweist, die auf der Thermistor-Dünnschicht (12) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallstruktur vom rhomboedrischen Perowskit-Typ in einer (012)-Richtung orientiert ist.
Dünnschicht-Thermistorelement (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermistor-Dünnschicht (12) Lanthan-Kobalt-Oxid enthält.
Dünnschicht-Thermistorelement (10) nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine von dem Paar von Elektroden (13, 14) einen Trimmabschnitt (13b, 14b) zur Einstellung des Widerstandswertes aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Thermistorelements (10), das eine Thermistor-Dünnschicht (12) und ein Paar von Elektroden (13, 14) aufweist, die auf der Thermistor-Dünnschicht (12) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermistor-Dünnschicht (12) durch abwechselndes Ausführen eines Schichtbildungs-Schritts durch Sputtern und eines Glüh-Schritts gebildet wird, und dass die Thermistor-Dünnschicht (12) eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ hat, die in einer (100)-Richtung orientiert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Thermistorelements nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren ferner einen Schritt des Unterziehens der Thermistor-Dünnschicht (12) einer Wärmebehandlung aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Thermistorelements nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermistor-Dünnschicht (12) in einer Umgebung gebildet wird, in der das Verhältnis des Flusses zwischen Argongas und Sauerstoffgas drei oder größer ist.
Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Thermistorelements (10), das eine Thermistor-Dünnschicht (12) und ein Paar von Elektroden (13, 14) aufweist, die auf der Thermistor-Dünnschicht (12) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermistor-Dünnschicht (12) durch abwechselndes Ausführen eines Schichtbildungs-Schritts durch Sputtern und eines Glüh-Schritts und durch Ausführen einer spezifizierten Wärmebehandlung gebildet wird, und dass die Thermistor-Dünnschicht (12) eine Kristallstruktur vom Bixbit-Typ aufweist, die entweder in einer (100)-Richtung oder in einer (111)-Richtung orientiert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Thermistorelements nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei 1100 Grad Celsius oder niedriger ausgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Thermistorelements (10), das eine Thermistor-Dünnschicht (12) und ein Paar von Elektroden (13, 14) aufweist, die auf der Thermistor-Dünnschicht (12) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermistor-Dünnschicht (12) durch abwechselndes Ausführen eines Schichtbildungs-Schritts durch Sputtern und eines Glüh-Schritts gebildet wird, und dass die Thermistor-Dünnschicht (12) eine Kristallstruktur vom rhomboedrischen Perowskit-Typ hat, die in einer (012)-Richtung orientiert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Thermistorelements nach Anspruch 8, 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer von einem Substrathalter (22) zum Halten eines Stützsubstrats (11) und einem Target (23), das dem Substrathalter (22) gegenüberliegend angeordnet ist, gedreht wird, und wobei das Stützsubstrat (11) an einer Position exzentrisch von der Achse der Drehung in dem Substrathalter (22) gehalten wird, während das Target (23) mit einer Schutzabdeckung (24) so abgedeckt ist, dass ein Teil mit einer Position exzentrisch von der Drehachse in dem Target bloßgelegt ist, wodurch der Schichtbildungs-Schritt durch Sputtern auf dem Stützsubstrat (11) an einer Drehposition ausgeführt werden kann, an der das Stützsubstrat (11) dem bloßgelegten Teil des Targets (23) gegenüberliegt, während andererseits der Glüh-Schritt an einer Drehposition ausgeführt werden kann, an der das Stützsubstrat (11) der Position des Targets (23) gegenüberliegt, die mit der Schutzabdeckung abgedeckt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Thermistorelements nach den Anspruch 8, 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine von dem Paar von Elektroden (13, 14) einen Trimmabschnitt (13b, 14b) zur Einstellung des Widerstandswertes hat und wobei diese Einstellung des Widerstandswertes durch Schneiden zumindest eines Teils des Trimmabschnitts (13b, 14b) ausgeführt wird.