DE69032447T2

DE69032447T2 - Thermistor und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69032447T2
Application number: DE69032447T
Authority: DE
Inventors: Naoji C/O Itami Works Of Sumitomo Itami-Shi Hyogo-Ken Fujimori; Hiedaki C/O Itami Works Of Sumitom Itami-Shi Hyogo-Ken Nakahata
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1990-04-10
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2010-04-11
Also published as: EP0392467B1; DE69032447D1; EP0392467A3; JP2695000B2; JPH02270304A; US5081438A; EP0392467A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Thermistor, der eine gute thermische Ansprechbarkeit und einen guten Wärmewiderstand aufweist, und seine Herstellung, und insbesondere einen Thermistor bestehend aus: einem Temperaturerfassungsteil, umfassend einen Temperaturabtastteil, der aus einem dampfphasenabgeschiedenen Halbleiterdiamantfilm hergestellt ist, eine Metallelektrodenschicht, die auf einer Oberfläche des dampfphasenabgeschiedenen halbleitenden Diamantenfilmes ausgebildet ist und zwei Elektronen bildet, und einen Leitungsdraht, der mit jeder Elektrode verbunden ist.
Solch ein Thermistor ist aus EP-A-0 262 601 bekannt.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Thermistors.

BESCHREIBUNG VERWANDTER TECHNIK

Ein Thermistor ist eine elektronische Einrichtung, welche die Änderung eines Widerstandes verwendet, wenn sich die Temperatur ändert, und wird weit verbreitet als ein Temperatursensor und ein Kompensator für eine elektronische Schaltung verwendet. Der am meisten verwendete Thermistor umfaßt ein Metalloxid und wird in dem Temperaturbereich von 0ºC bis 350ºC verwendet. Um der Anforderung für den Thermistor zu genügen, welcher bei einer höheren Temperatur verwendet werden kann, ist der Thermistor, der SiC oder B&sub4;C umfaßt, der in dem Temperaturbereich von 0ºC bis 500ºC verwendet werden kann, entwickelt worden. Als Thermistor, der bei einer noch höheren Temperatur verwendet werden kann, ist der Thermistor, der einen Diamanten umfaßt, der bei einer hohen Temperatur chemisch stabil ist und in dem Temperaturbereich von 0ºC bis 500ºC verwendet werden kann, entwickelt worden. Da der Diamant eine thermische Leitfähigkeit von 20W/cm K, die die größte unter allen Substraten ist, und eine geringe spezifische Wärme von 0,50 J/g K aufweist, wird erwartet, daß der Thermistor, der einen Diamanten umfaßt, eine hohe thermische Ansprechgeschwindigkeit hat. Der Diamantthermistor umfaßte anfänglich einen Einkristalldiamanten. Obwohl dieser Thermistor eine große thermische Ansprechgeschwindigkeit aufweist, wird er aufgrund schwieriger Steuerung des Widerstandes und schlechter Bearbeitungsfähigkeit nicht weit verbreitet verwendet. Da kürzlich ein Verfahren zum Bilden eines Diamantfilmes durch eine Dampfphasendeposition etabliert wurde, wird der auf einem Substrat aufgewachsene Diamantfilm in dem Thermistor verwendet. Da der Widerstand des Diamantfilmes leicht durch Dotieren einer Verunreinigung während der Dampfphasendeposition des Diamantfilmes gesteuert werden kann, und die Bearbeitungsfähigkeit des Filmes besser ist, als die eines Einkristalldiamants, ist der Thermistor, der einen Diamant verwendet, der durch die Dampfphasendeposition gebildet ist, als der Thermistor entwickelt worden, der in einem weiten Temperaturbereich (Japanisches Patent, Kokai Veröffentlichungsnr. 184304/1988 oder entsprechend EP-A-0 262 601) verwendet werden kann.
Jedoch dominiert in dem herkömmlichen Diamantfilmthermistor, da ein Volumen eines Substrats üblicherweise 100 bis 1000 mal größer als das des Diamantfilmes ist, die thermische Ansprechbarkeit in dem Substrat, das die niedrige thermische Konduktivität hat, die in dem Diamantfilm. Der herkömmliche Thermistor hat ein Problem, daß die Eigenschaft des Diamants nicht effektiv genutzt wird. Der Thermistor, in dem ein natürlicher Einkristalldiamant oder ein Einkristalldiamant, der bei einem ultrahohen Druck synthetisiert wird, als Substrat verwendet wird, und in dem der halbleitende Diamantfilm epitaktisch aufgewachsen wird, weist eine hohe thermische Ansprechgeschwindigkeit auf, aber der Einkristalldiamant ist als Substrat nicht ökonomisch.

ZUSAMMENFASSSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Thermistor zu schaffen, der eine gute thermische Ansprechbarkeit und einen guten Wärmewiderstand aufweist und ökonomischer ist, und ein Verfahren für dessen Herstellung.
Diese Aufgabe wird durch einen Thermistor der anfänglich definierten Art gelöst, der durch den Temperaturerfassungsteil gekennzeichnet ist, der wahlweise einen Teil eines Nicht-Diamantsubstrates umfaßt, auf dem der dampfphasenabgeschiedene halbleitende Diamantfilm aufgewachsen worden ist; und mindestens 50% des Gesamtvolumens des Temperaturerfassungsteil besteht aus einem dampfphasenabgeschiedenen Diamanten.
Des weiteren wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen des Thermistors des Anspruchs 1 gelöst, umfassend die Schritte eines wahlweisen Bildens von mindestens einem isolierenden Diamantfilm auf einem Nicht-Diamantsubstrat durch Dampfphasendeposition; Bilden eines halbleitenden Diamantfilmes auf dem Nicht-Diamantsubstrat bzw. auf mindestens einem isolierenden Diamantfilm durch Dampfphasendeposition; Entfernen von mindestens einem Teil des Nicht-Diamantsubstrates; Bilden einer Metallelektrodenschicht auf einer Oberfläche des halbleitenden Films, der zwei Elektroden bildet; und Bereitstellen eines Leitungsdrahtes, der mit jeder Elektrode verbunden ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

Fig. 1 und Fig. 2 sind Querschnittsansichten von bevorzugten Ausführungsformen eines Thermistor der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Thermistors, der der gleiche wie in Fig. 1 ist, außer das ein isolierender Schutzfilm und Leitungsdrähte nicht ausgebildet sind, und
Fig. 4 und 5 sind perspektivische Ansichten der Ausführungsformen eines Thermistors der vorliegenden Erfindung, der ein Substrat aufweist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der Temperaturerfassungsteil kann weiterhin umfassen: mindestens einen ausgewählten von der Gruppe, bestehend aus einem Substrat einschließlich dem optionalen Nicht- Diamantsubstrat, auf der anderen Oberfläche des halbleitenden Diamantfilmes, einen Schutzfilm zum Schützen des halbleitenden Diamantfilmes, ein Abdeckmaterial zum Bedecken des Thermistors und ein Haft- bzw. Klebemittel zum Verbinden des Leitungsdrahtes mit der Elektrodenschicht. 100% pro Volumen des Temperaturabtastteils, 0 bis 100% pro Volumen des Substrates einschließlich des optionalen Nicht- Diamantsubstrates, und 0 bis 100% pro Volumen des Schutzfilmes sind aus dem dampfphasenabgeschiedenen Diamanten gemacht, vorausgesetzt, daß mindestens 50% des Gesamtvolumens des Temperaturabtastteiles, der Metallelektrodenschicht, des Substrates einschl. des optionalen Nicht-Diamantsubstrates, des Schutzfilmes, des Abdeckmateriales und des Haftmittels aus dem dampfphasenabgeschiedenen Diamantfilm besteht.
Der dampfphasenabgeschiedene Film ist ein Diamantfilm, der durch eine Dampfphasendeposition gebildet wird, und ist üblicherweise aus polykristallinem Diamant. Ein Diamantfilm, der den temperaturempfindlichen Teil bildet, ist ein halbleitender Diamantfilm. Ein Diamantfilm, der mindestens einen Teil des Substrates einschließlich des optionalen Nicht-Diamantsubstrates und mindestens einen Teil des optionalen Schutzfilmes bilden kann, ist ein isolierender Diamantfilm. Das gesamte Substrat einschließlich des optionalen Nicht-Diamantsubstrates, oder der gesamte Schutzfilm ist nicht notwendigerweise der Diamant. Die Metallelektrodenschicht ist eine ohmsche Elektrode, die auf dem halbleitenden Diamantfilm ausgebildet ist.
Der Thermistor der vorliegenden Erfindung kann einen Schutzfilm aufweisen. Der Schutzfilm kann den gesamten Thermistor bedecken, oder einen Teil des Thermistors, z. B. einen exponierten Teil des Diamantfilmes.
Der Thermistor der vorliegenden Erfindung kann durch Bilden des halbleitenden und optional isolierenden Diamantfilmes auf einem Substrat (nachfolgend als "ein Substrat zum Aufwachsen des Diamantfilmes" bezeichnet, um somit eine Verwechslung mit dem Substrat auf dem Temperaturabtastteil zu vermeiden), verschieden von Diamant, durch die Dampfphasendeposition erzeugt werden, und mindestens ein Teil des Substrats zum Aufwachsen des Diamantfilmes wird dann entfernt.
Der Diamantfilm kann auf dem Substrat zum Aufwachsen des Diamantfilmes durch eine Dampfphasendeposition aus einem Zuführgas gebildet werden. Das Verfahren zum Bilden des Diamantfilmes umfaßt (1) ein Verfahren, das ein Aktivieren des Zuführgases durch Bewirken einer Entladung in einem direkten oder wechselnden elektrischen Feld umfaßt, (2) ein Verfahren, das ein Aktivieren des Zuführgases durch Erwärmen eines Thermo- Emissionsmaterials umfaßt, (3) ein Verfahren, das ein Ionenbombardieren auf der Oberfläche, auf der der Diamant aufgewachsen ist, umfaßt, (4) ein Verfahren, das ein Anregen des Zuführgases mit Licht, wie beispielsweise Laser oder ultraviolettes Licht, umfaßt, und (5) ein Verfahren, das ein Verbrennen des Zuführgases umfaßt. Jedes dieser Verfahren kann gute Effekte in der vorliegenden Erfindung bewirken.
Ein Wasserstoffgas, eine kohlenstoffhaltige Verbindung und ein Dotierstoff werden als Zuführgas verwendet. Eine sauerstoffhaltige Verbindung oder ein Inertgas können wahlweise verwendet werden.
Beispiele für die kohlenstoffhaltige Verbindung sind eine paraffinische Kohlenwasserstoffverbindung, wie beispielsweise Methan, Ethan, Propan und Butan; eine olefinische Kohlenwasserstoffverbindung, wie beispielsweise Ethylen, Propylen und Bythylen; eine acethylene Kohlenwasserestoffverbindung, wie beispielsweise Acetylen und Allylen; eine diolifinische Kohlenwasserstoffverbindung wie beispielsweise Butadin; eine alycyklische Kohlenwasserstoffverbindung, wie beispielsweise Cyclopropan, Cyclobutan, Cyclopentan und Cyclohexan; eine aromatische Kohlenwasserstoffverbindung, wie beispielsweise Cyclobutadien, Benzin, Toluol, Xylool und Naphtalin; ein Keton, wie beispielsweise Aceton, Diethylketon und Benzophenon; und Alkohol, wie beispielsweise Methanol und Ethanol; ein Amin, wie beispielsweise Trimethylamin und Triethylamin und Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Sie können unabhängig verwendet werden, oder als Mischung von mindestens zwei davon. Die kohlenstoffhaltige Verbindung kann ein Material sein, das aus Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise Graphit, Kohle und Koks besteht.
Beispiele der sauerstoffhaltigen Verbindung sind Sauerstoff, Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserperoxid.
Beispiele für das Inertgas sind Argon, Helium, Neon, Krypton, Xenon und Radon.
Als Dotierstoff wird eine einzelne Substanz oder eine Verbindung verwendet, die Bor, Lizium, Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Chlor, Arsen oder Selen enthält. Durch Beimengen des Dotierstoffes in das Zuführgas kann die Verunreinigung in den wachsenden Diamantkristall leicht eindotiert werden, und der Widerstand des Diamantfilmes kann gesteuert werden. Wenn die Verunreinigung nicht eindotiert wird, oder wenn die Dotierbedingungen ausgewählt werden, kann ein isolierender Diamantfilm gebildet werden.
Der Diamantfilm kann eine einzelne Schicht oder eine laminierte Schicht sein. Der Einzelschichtdiamantfilm ist eine einzelne Schicht eines halbleitenden Diamantfilmes, der den Temperaturabtastteil bildet. Der laminierte Diamantfilm ist z. B. eine laminierte Schicht des halbleitenden Diamantfilmes für den Temperaturabtastteil und der insulierende Diamantfilm für mindestens einen Teil eines Substrates einschließlich des optionale Nicht- Diamantsubstrates. Z. B. ist der Diamantfilm der Zweilagen- Diamantfilm, in dem die obere Schicht der Diamantfilm mit der halbleitenden elektrischen Eigenschaft ist, der durch Dotieren von Bor (B) gebildet ist, und die untere Schicht ist der isolierende Diamantfilm, der einen mindestens zwei Größenordnung höheren Widerstand, als der der oberen Schicht aufweist. Eine Gesamtdicke des halbleitenden Diamantfilmes und des isolierenden Diamantfilms liegt zwischen 50 um und 1 mm, in Hinblick auf die Stärke. Da es vorzuziehen ist, daß das Volumen des Thermistors so klein ist, um die thermische Ansprechgeschwindigkeit zu erhöhen, liegt die Dicke des Diamants vorzugsweise zwischen 50 und 30 um. Je kleiner die Fläche des Diamantfilmes ist, je höher ist die thermische Ansprechgeschwindigkeit. Aber die Bildung der Elektrode, des Haftmittels des Leitungsdrahtes und die Bildung des Schutzfilmes sind schwierig, wenn der Oberflächenbereich zu klein ist. Deswegen hat der Diamantfilm vorzugsweise eine Fläche von 0,2 mm x 0,3 mm bis 1,5 mm x 3,0 mm.
Da das Substrat zum Aufwachsen des Diamantfilmes eine einzelne Substanz aus B, Al, Si, Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta und W, und deren Oxid, Carbic, Nitrid, Borid und Carbonitrid veranschaulicht. Das Substrat zum Aufwachsen des Diamantfilmes ist vorzugsweise ein Metall oder Si, da es einfach nach dem Aufwachsen des Diamantfilmes entfernt werden kann. Der isolierende Diamantfilm, der separat durch die Dampfphasendeposition gebildet wird, kann als Substrat zum Aufwachsen des halbleitenden Diamantfilmes verwendet werden.
Wenn der Diamantfilm mindestens zwei Schichten aufweist, wird der Diamantfilm durch sukzessives Andern der Bedingungen hergestellt. Wenn der Diamantfilm in der endgültig gewünschten Form gewachsen ist, wird die gewünschte Form erhalten, und die Nachbearbeitung des Diamantfilmes ist nicht notwendig nachdem das Substrat zum Aufwachsen des Diamantfilmes entfernt ist. Der durch die Dampfphasendeposition gebildete Diamantfilm kann in mehreren Schichten und in einer gewünschten Form auf dem gleichen Substrat zum Aufwachsen des Diamantfilmes ausgebildet werden, und dies reduziert die Kosten.
Nach dem Aufwachsen des halbleitenden Diamantfilmes für den Temperaturabtastteil, wird die ohmsche Elektrode auf dem halbleitenden Diamantfilm ausgebildet, und dann wird wahlweise der Schutzfilm, der das isolierende Oxid und dergleichen umfaßt, gebildet. Nach dem Bilden des Diamantfilmes oder der ohmschen Elektrode oder des Schutzfilmes, kann mindestens ein Teil des Substrats zum Aufwachsen des Diamantfilmes entfernt werden. Da die thermische Ansprechbarkeit schnell ist, wenn der Diamantfilm ein größeres Volumenverhältnis in dem Temperaturerfassungsteil hat, ist die Entfernmenge des Substrates zum Aufwachsen des Diamantfilmes vorzugsweise groß. Am besten ist vorzuziehen das Gesamte des Substrats zum Aufwachsen des Diamantfilmes zu entfernen.
Wenn das Substrat zum Aufwachsen des Diamantfilmes aus Si oder dem Metall hergestellt ist, kann es einfach mit einer Säure und dergleichen aufgelöst werden. Wenn das Substrat nicht einfach aufgelöst werden kann, kann es gemahlen werden, oder durch die thermische Bombardierung und dergleichen von dem Diamantfilm getrennt werden. Wenn mehrere Diamantfilme, die seitlich getrennt sind, gleichzeitig auf einem Substrat zum Aufwachsen des Diamantfilms gebildet werden, wird das Substrat zum Aufwachsen des Diamantfilmes vorzugsweise nach einem gleichzeitigen Bilden der Elektroden und der Schutzfilme auf den mehreren Diamantfilmen entfernt. Wenn das Ganze des Substrats zum Aufwachsen des Diamantfilmes unmittelbar nach dem Aufwachsen des Diamantfilmes entfernt wird, werden die ohmschen Elektroden und Schutzfilme auf den getrennten Diamantfilmen gebildet.
Nachdem die ohmsche Elektrode und dann wahlweise ein Schutzfilm auf dem halbleitenden Diamantfilm, der die gewünschte Widerstandsfähigkeit aufweist, gebildet werden, kann der Thermistor der vorliegenden Erfindung durch Anhaften des Leitungsdrahtes an die Elektrode mit einem Silberlötmittel und dergleichen, und durch ein wahlweises Abdecken des Thermistors mit einem Isolieroxid hergestellt werden.
Ein Gesamtvolumen der Elektrode und des Schutzfilms, der das Isolieroxid und dergleichen umfaßt, ist vorzugsweise kleiner, aufgrund einer schnellen thermischen Ansprechbarkeit des Thermistor. Das Abdeckmaterial und das Material, das zum Anhaften des Leitungsdrahtes verwendet wird, haben vorzugsweise ein kleines Volumen. Wenn das Bedecken nicht absolut notwendig ist, ist es vorzuziehen die Abdeckung weg zu lassen.
Der durch die Dampfphasendeposition gebildete Film bedeckt mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 95 % des Gesamtvolumens des Temperaturabtastteils, der Elektrodenschicht, des Substrates einschl. des optionalen Nicht-Diamantsubstrates, des optionalen Schutzfilms, des optionalen Abdeckmaterials und des optionalen Anhaftmittels für einen Leitungsdraht, der den Temperaturerfassungsteil bildet. Wenn der Diamantfilm nicht mindestens 50 % des Volumens abdeckt, werden Materialien, die eine niedrigere thermische Leitfähigkeit haben, dominant, und die thermische Ansprechbarkeit ist so langsam wie in dem herkömmlichen Thermistor.
Der Thermistor der vorliegenden Erfindung hat eine schnelle thermische Ansprechbarkeit, da ein großer Teil seines Volumens aus Diamant besteht, welcher die größte thermische Leitfähigkeit unter allen Substanzen, und eine niedrige spezifische Wärme aufweist. Je kleiner das Volumen des Thermistor ist, desto schneller ist die thermische Ansprechbarkeit, und der Thermistor der vorliegenden Erfindung kann einfach verkleinert werden, da er durch den Dünnfilmprozeß hergestellt werden kann.
Der Diamant ist bis 600ºC in Luft stabil, und ist bei 800ºC stabil, wenn er von Luft durch Passivierung abgeschirmt ist. Er weist stabil die lineare Thermistoreigenschaft (Widerstand-Temperatur-Eigenschaft) in einem weiten Temperaturbereich von -50ºC bis 600ºC oder höher auf. Der Thermistor der vorliegenden Erfindung kann in dem Temperaturbereich von -50ºC bis 600ºC oder höher verwendet werden, und hat eine schnellere Temperaturansprechbarkeit als die herkömmlichen Thermistoren.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Thermistor gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieser Thermistor weist einen isolierenden Diamantfilm 11, einen halbleitenden Diamantfilm 12, ohmsche Elektroden 13, Leitungsdrähte 14 und einen isolierenden Schutzfilm 15 auf.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Thermistors gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieser Thermistor weist einen halbleitenden Diamantfilm 21, ohmsche Elektroden 22, Leitungsdrähte 23 und einen isolierenden Schutzfilm 24 auf.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Thermistors, der der gleiche wie der in Fig. 1 ist, außer daß der isolierende Schutzfilm und die Leitungsdrähte nicht ausgebildet sind. Dieser Thermistor weist einen isolierenden Diamantfilm 31, einen halbleitenden Diamantfilm 32 und ohmsche Elektroden 33 auf. Die ohmschen Elektroden 33 haben z. B. eine Drei-Lagen-Struktur aus Au/Mo/Ti (von oben nach unten) auf.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Thermistors gemäß der vorliegenden Erfindung, der ein Substrat aufweist. Dieser Thermistor weist das Substrat 41, einen halbleitenden Diamantfilm 42 und ohmsche Elektroden 43 auf. Das Substrat 41 besteht z. B. aus Si&sub3;N&sub4;.
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Thermistors gemäß der vorliegenden Erfindung, die ein Substrat aufweist. Dieser Thermistor weist das Substrat zum Aufwachsen des Diamantfilmes 51, einen isolierenden Diamantfilm 52, einen halbleitenden Diamantfilm 53 und ohmsche Elektroden 54 auf.
Die vorliegende Erfindung wird durch folgende Beispiele dargestellt. Beispiele 1, 4 und 5 sind die Beispiele der vorliegenden Erfindung, und Beispiele 2 und 3 sind die Vergleichsbeispiele.

Beispiel 1

Nach dem Kratzen eines Si-Substrats, das eine Größe von 2 cm x 2 cm x 250 um aufweist, mit Diamantpuder, wurde ein polykristalliner Diamantfilm mit einer Dicke von 250 um auf dem Substrat durch ein Mikrowellenplasma CVD-Verfahren (Zuführgas: CH&sub4;/H&sub2; = 1%, Reaktionsdruck: 40 Torr, Mikrowellenleistung: 400 W) gewachsen. Dann wurde ein bordotierter polykristalliner Diamantfilm mit einer Dicke von 3 um auf dem polykristallinem Diamantfilm durch das Mikrowellenplase CVD-Verfahren (Zuführgas: CH&sub4;/H&sub2; = 1 % B&sub2;H&sub6;/CH&sub4; = 200 ppm, Reaktionsdruck: 40 Torr, Mikrowellenleistung: 400 W) gewachsen. Dreißig Diamantfilme, die jeweils eine Fläche von 1,5 mm x 3 mm haben, wurden auf dem Si-Substrat aufgewachsen, unter Verwendung einer Mo- Maske währende des Wachstums.
Dann wurden eine Ti-Schicht, eine Mo-Schicht und eine Au- Schicht in dieser Reihenfolge durch Elektronenstrahl- Deposition abgeschieden, um ohmsche Elektroden zu bilden. Nachdem die gesamte Elektrodenoberfläche durch Auftragen eines Photolackes geschützt wurde, wurde das gesamte Si- Substrat durch Ätzen mit Fluorsalpetersäure entfernt. Der Photolack wurde mit Aceton entfernt, um dreißig in Fig. 3 gezeigte Thermistorkörper zu erhalten. Der isolierende Diamantfilm hatte eine Dicke von 250 um, der B-dottierte halbleitende Diamantfilm hatte eine Dicke von 3 um und die ohmsche Elektrode hatte eine Dicke von 2 um. Ein Verhältnis der Diamantfilme in dem Temperaturerfassungsteil, nämlich ein Verhältnis:
Volumen des Diamantfilms/Gesamtvolumen von Diamantfilm und Elektrode
war 99%. Ni-Leitungsdrähte wurden mit einer Hochtemperatur- Silbertaste an den Elektroden angebracht, um somit die Thermistoren fertig zu stellen. Mit diesen Thermistoren wurde eine thermische Zeitkonstante (eine Zeit, in der ein Thermistor 63 % der Temperaturdifferenz erreicht) von 20ºC bis 100ºC gemessen. Das Ergebnis ist in der Tabelle gezeigt.

Vergleichsbeispiel 2

In der gleichen Weise wie in Beispiel 1, außer das der isolierende Diamantfilm nicht ausgebildet wurde, wurde ein Bor-dotierter halbleitender Diamantfilm auf einem Si&sub3;N&sub4;- Keramiksubstrat mit einer Größe von 1,5 mm x 3 mm x 250 um aufgewachsen, und ohmsche Elektroden wurden ausgebildet, um einen in Fig. 4 gezeigten Thermistor herzustellen. Das Si&sub3;N&sub4;- Keramiksubstrat hatte eine Dicke von 250 um, der Bor-dotierte halbleitende Diamantfilm hatte eine Dicke von 3 um, und die Au/Mo/Ti ohmschen Elektroden hatten eine Dicke von 2 um.
Volumen des Diamantfilms/Gesamtvolumen von Substrat, Diamantfilm und Elektrode
war 1 %.
In der gleichen Weise wie in Beispiel 1, wurden Ni- Leitungsdrähte an die Elektroden angebracht, um somit die Thermistoren zu vervollständigen. Dann wurde eine thermische Zeitkonstante bestimmt. Das Ergebnis ist in der Tabelle gezeigt.

Vergleichsbeispiel 3 und Beispiele 4 und 5.

In der gleichen Weise wie in Beispiel 1, wurden ein nichtdotierter und ein Bor-dotierter Diamantfilm aufgewachsen, und dann wurden ohmsche Elektroden auf einem Si&sub3;N&sub4;-Keramiksubstrat mit einer Größe von 1,5 mm x 3 mm x 250 um gebildet.
Die in Fig. 5 gezeigte Struktur wurde durch Schleifen eines Teils des Si&sub3;N&sub4;-Substrats von dem Boden gebildet. Das Si&sub3;N&sub4;- Substrat hatte eine Dicke von 150 um (Beispiel 3), von 125 um (Beispiel 4) und 100 um (Beispiel 5), der nichtdotierte Diamantfilm hatte eine Dicke von 100 um (Beispiel 3), von 125 um (Beispiel 4) und 150 um (Beispiel 5), und der Bor-dotierte Diamantfilm hatte eine Dicke von 3 um (Beispiele 3 bis 5).
Volumen des Diamantfilms/Gesamtvolumen von Substrat, Diamantfilm und Elektrode
war 40 % (Beispiel 3), 50 % (Beispiel 4) und 60 % (Beispiel 5). In der gleichen Weise wie in Beispiel 1, wurden die Ni- Leitungsdrähte an die Elektroden angebracht, um somit die Thermistoren zu vervollständigen. Die thermischen Zeitkonstanten wurden bestimmt. Die Resultate sind in der Tabelle gezeigt. Tabelle
Bemerkung: * Verhältnis =
Volumen des Diamantfilms/Gesamtvolumen von Substrat, Diamantfilm und Elektrode
Wenn das Volumenverhältnis des Diamantfilmes mindestens 50 & ist, die thermische Zeitkonstante kleiner als 1,0 Sekunden ist, und der Thermistor der vorläufigen Erfindung eine schnelle thermische Ansprechbarkeit hat.

Claims

1. Ein Thermistor, bestehend aus:

einem Temperaturerfassungsteil, umfassend

- einen Temperaturabtastteil, der aus einem dampfphasenabgeschiedenen halbleitenden Diamantfilm (12; 21; 32; 42; 53) hergestellt ist;

- eine Metallelektrodenschicht (13; 22; 33; 43; 54), die auf einer Oberfläche des dampfphasenabgeschiedenen halbleitenden Diamantfilmes ausgebildet ist und zwei Elektroden bildet;

- einen Leitungsdraht (14; 23), der mit jeder Elektrode verbunden ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

der Temperaturerfassungsteil wahlweise einen Teil eines Nicht-Diamantsubstrates (41; 51) umfaßt, auf dem der dampfphasenabgeschiedene halbleitende Diamantfilm (12; 21, 32; 42; 53) aufgewachsen worden ist; und

mindesten 50 % des Gesamtvolumens des Temperaturerfassungsteils aus dem dampfphasenabgeschiedenen Diamanten besteht.

2. Der Thermistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturerfassungsteil weiterhin umfaßt: mindestens einen dampfphasenabgeschiedenen isolierenden Diamantfilm (11; 31; 52) auf der anderen Oberfläche des dampfphasenabgeschiedenen halbleitenden Diamantfilmes (12; 21; 32; 42; 53).

3. Der Thermistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturerfassungsteil weiterhin mindestens ein Element umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus

- einem Schutzfilm (15; 24), hergestellt aus 0 bis 100 % pro Volumen eines dampfphasenabgeschiedenen Diamanten, der mindestens einen Teil des dampfphasenabgeschiedenen halbleitenden Diamantfilmes (12; 21) bedeckt;

- einem Abdeckmaterial zum Bedecken des Thermistors;

- einem Haftmittel zum Verbinden von Leitungsdrähten (14; 23) mit der Metallelektrodenschicht (13; 22; 33; 43; 54).

4. Der Thermistor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 95 % des Gesamtvolumens des Temperaturerfassungsteils aus einem dampfphasenabgeschiedenen Diamanten besteht.

5. Der Thermistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine isolierende Diamantfilm (11; 31; 52) mindestens einen zwei Größenordnung höheren Widerstand aufweist, als der des halbleitenden Diamantfilmes (12; 21; 32; 42; 53).

6. Der Thermistor nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke des halbleitenden Diamantfilmes (12; 21; 32; 42; 53) und des mindestens einen isolierenden Diamantfilmes (11; 31, 32) in dem Bereich von 50 um bis 1 mm liegt.

7. Der Thermistor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des halbleitenden Diamantfilmes (12; 21; 32; 42; 53) in dem Bereich von 0,2 mm x 0,3 mm bis 1,5 mm x 3,0 mm liegt.

8. Der Thermistor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der halbleitende Diamantfilm (12; 21; 32; 42; 53) mindestens einen Dotierstoff enthält, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Bor, Lithium, Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Chlor, Arsen und Selen besteht.

9. Ein Verfahren zum Herstellen des Thermistors des Anspruchs 1, umfassend die Schritte

a) wahlweises Bilden von mindestens einem isolierenden Diamantfilm auf einem Nicht-Diamantsubstrat durch Dampfphasendeposition;

b) Bilden eines halbleitenden Diamantfilmes auf dem Nicht- Diamantsubstrat bzw. auf dem mindestens einen isolierenden Diamant film durch Dampfphasendeposition;

c) Entfernen von mindestens einem Teil des Nicht- Diamantsubstrates;

d) Bilden einer Metallelektrodenschicht auf einer Oberfläche des halbleitenden Filmes, die zwei Elektroden bildet; und

e) Bereitstellen eines Leitungsdrahtes, der mit jeder Elektrode verbunden ist.

10. Das Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Nicht-Diamantsubstrat aus mindestens einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer einzelnen Substanz von B, Al, Si, Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta und W, und deren Oxid, Karbid, Nitrid, Borid und Carbonitrid besteht.

11. Der Thermistor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Nicht-Diamantsubstrat aus mindestens einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer einzelnen Substanz von B, Al, Si, Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta und W, und deren Oxid, Karbid, Nitrid, Borid und Carbonitrid besteht.