JP2002296121A

JP2002296121A - 温度測定装置

Info

Publication number: JP2002296121A
Application number: JP2001103318A
Authority: JP
Inventors: Mitsuteru Kimura; 光照木村; Katsuto Koyama; 克人小山; Tadashi Matsudate; 直史松舘
Original assignee: Ishizuka Electronics Corp
Current assignee: Ishizuka Electronics Corp
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2002-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】高感度、高速応答、小型、高精度、経時変化が
少なく高信頼性の温度測定装置を安価に供給する。【解決手段】基板１から熱分離した半導体薄膜１５にバ
イポーラ型またはＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタ１０を
１個又は複数個形成し、そのトランジスタ１０をトラン
ジスタサーミスタ１０３としての温度センサ２０とコレ
クタ抵抗またはドレイン抵抗の損失による発熱をヒータ
３０として利用する。そして、トランジスタ１０での発
熱を利用して、トランジスタサーミスタ１０３で温度を
測定する。また、必要に応じこれらのトランジスタ１０
の周辺回路なども同一基板１に集積化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラ型また
はＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタをヒータと温度センサ
として用いる温度測定装置に関するもので、流体のフロ
ーセンサやピラニー真空計などに利用できるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】本出願の発明者の一人が発明した特開平
１１−２８７７１３号、「温度測定装置、熱型赤外線イ
メージセンサ及び温度測定方法」には、バイポーラ型ま
たはＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタがサーミスタとして
取り扱うことができることが記してあり、通常の半導体
集積回路中のトランジスタが温度センサとして利用でき
ることが分っている（このサーミスタ型温度センサを、
以下トランジスタサーミスタ１０３と呼ぶ）。

【０００３】また、従来、ヒータと温度センサとを支持
基板から浮かせて熱分離を図ると共に、気体の流れに沿
ってヒータを一対の同等な温度センサの間に配置し、下
流側の温度センサの温度が上昇することを利用して、気
体の流れを検出するフローセンサや、真空圧によってヒ
ータからの放熱状態が異なることに基づいてヒータ兼温
度センサの抵抗変化から真空度を測定するピラニー真空
計があった。これらのフローセンサやピラニー真空計の
温度センサとヒータには、従来、白金薄膜やポリシリコ
ンが用いられていた。また、温度センサとしてアルミニ
ウムとシリコンの熱電堆を用いたものもあった。

【０００４】従来のフローセンサの一例として、その構
成を図２の（ａ）及びそのＢ−Ｂ’線断面図を図２
（ｂ）に示す。このフローセンサは、絶縁膜２０２を形
成したシリコンの基板１を用い、ダイヤフラム２１０上
に白金薄膜抵抗の温度センサ２０４、２０５でやはり白
金薄膜抵抗のヒータ２０６を気体の流れに対し挟むよう
に形成している。ダイヤフラム２１０上にヒータ２０６
と上流側温度センサ２０４、下流側温度センサ２０５と
を形成したのは、基板１からの熱分離のためと熱容量を
小さくするためで、シリコンの基板１に形成されたダイ
ヤフラム２１０の下部をエッチング除去して空隙部２０
７を形成している。なお、各白金薄膜抵抗の電極２０３
a、２０４a、２０５a、２０６aは、流れを妨げないよう
にヒータ２０６と上流側温度センサ２０４、下流側温度
センサ２０５の基板周辺に配置している。

【０００５】また、矢印Ｘ方向に流れる流体の中に設置
し、流体温度センサ２０３でその流体の温度（実際に
は、シリコンの基板１の温度）を検出し、ヒータ２０６
を例えば流体よりも５０℃高くなるように制御してい
る。出力電圧は、一般に図３に示すように基本的には、
抵抗２１４、２１５を用い、上流側温度センサ２０４と
下流側温度センサ２０５の差動回路となるホイートスト
ンブリッジ回路で差動出力を増幅して得るようにしてい
る。なお、気流がない場合には抵抗温度係数が大きい白
金薄膜からなる上流側温度センサ２０４と下流側温度セ
ンサ２０５が等しい温度のためブリッジバランスがとれ
て出力電圧は生じないが、流れがある場合には上流側温
度センサ２０４と下流側温度センサ２０５に温度差が生
じるため、バランスが崩れて出力が得られ、流量または
流速を測定できるという原理である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フローセンサやピラニー真空計のヒータ及び温度センサ
は、スパッタやＣＶＤで堆積した白金薄膜や多結晶薄膜
を用いるため、経時変化が起き易いという問題がある。
製作工程により幾分抑制することはできるが、単結晶を
用いた温度センサ及びヒータの方が安定である。

【０００７】また、温度センサ及びヒータには比較的安
定な白金薄膜抵抗が用いられることが多く高価になると
いう問題、さらに抵抗が低いため大きな出力を得るため
には、線幅が狭くかつ長くせざるを得ず形状が大きくな
って小型化できないという問題がある。

【０００８】また、白金薄膜抵抗を長い形状に形成する
ため折り返しパターンで引き回すことになり、その折り
曲げ部や線幅のバラツキなど部分的に抵抗値が高くなっ
て、局部的な発熱が生じ測定誤差になったり、断線の原
因や断線に至らなくとも経時変化が早まるなどの問題が
あった。

【０００９】本発明は、単結晶上にバイポーラ型のトラ
ンジスタまたはＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタを作成し
て、サーミスタとして取り扱うことのできる温度センサ
であるトランジスタサーミスタ１０３を、ヒータ及び温
度センサに用いることにより、経時変化や局部的な発熱
を抑え、高感度、高速応答、小型で、かつ信頼性及び測
定精度が高い温度測定装置を安価に提供することを目的
としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第１の解決手段は、バイポーラ型のトラ
ンジスタのエミッタ・ベース間電圧Ｖebに所定の電圧を
印加して、コレクタ抵抗をサーミスタとして取り扱うト
ランジスタサーミスタの温度センサを利用した温度測定
装置において、１個または複数のバイポーラ型のトラン
ジスタが基板から熱分離した半導体薄膜に形成してあ
り、少なくとも１個のバイポーラ型のトランジスタのエ
ミッタ・ベース間電圧Ｖebを所望の電圧にしてコレクタ
電流を流し、コレクタ損失による発熱をヒータとして作
用させると共に、少なくとも１個の前記バイポーラ型の
トランジスタを温度センサとして作用させて、このヒー
タの温度を計測できるようにしたものである。

【００１１】また、バイポーラ型のトランジスタの少な
くとも１個を、時分割により、ヒータと温度センサとの
動作を共用させてもよく、このような方法によって物理
量の変化を温度変化として測定することで、その物理量
を計測できる。

【００１２】本発明の第２の解決手段は、ＭＯＳＦＥＴ
型のトランジスタをサブスレッショルド領域で動作させ
ることにより、バイポーラ型のトランジスタと同等にな
るように作用させて、ソース・ゲート間電圧Ｖsgを所定
の電圧にして、ドレイン抵抗をサーミスタとして取り扱
うトランジスタサーミスタの温度センサを利用した温度
測定装置において、１個または複数のＭＯＳＦＥＴ型ト
ランジスタが基板から熱分離した半導体薄膜に形成して
あり、少なくとも１個のＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタ
のソース・ゲート間電圧Ｖsgを所望の電圧にしてドレイ
ン電流を流し、ドレイン損失による発熱をヒータとして
作用させると共に、少なくとも１個のＭＯＳＦＥＴ型の
トランジスタを温度センサとして作用させて、このヒー
タの温度を計測できるようにしたものである。

【００１３】また、バイポーラ型のトランジスタと同様
に、ＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタの少なくとも１個
を、時分割により、ヒータと温度センサとの作用を共用
させても良いことはもちろんである。

【００１４】本発明の第３の解決手段は、前述の第１、
第２の解決手段を有する温度測定装置であって、基板か
ら熱分離した半導体薄膜に形成したトランジスタのヒー
タとトランジスタサーミスタの温度センサとを外部に形
成した電気回路により連携できるようにしておき、この
ヒータの置かれている環境の、例えば、真空度、風速、
湿度、熱含量などの物理量をこのトランジスタのヒータ
の温度変化をこのトランジスタサーミスタの温度センサ
を用いて検知して、その物理量を計測できるようにした
ものである。

【００１５】本発明の第４の解決手段は、前述の第１か
ら第３の解決手段を有する温度測定装置であって、トラ
ンジスタサーミスタの温度センサの、出力の増幅回路、
トランジスタを温度センサとして動作させたり、コレク
タやドレインの損失の発熱を利用してヒータとして動作
させるための駆動回路、温度や流量などを表示する表示
回路などの周辺回路、ヒータ用のトランジスタ専用にそ
の発熱を制御するヒータ制御回路および温度センサとヒ
ータとの連携の電気回路のうちの少なくとも一部を、ヒ
ータと温度センサが形成されている基板と同一基板に集
積形成したものである。

【００１６】上述のような構成にすることによって、基
板から熱分離したシリコン単結晶薄膜に形成された熱容
量及び熱コンダクタンスが小さい温度センサと面発熱の
ヒータが得られ、しかもＩＣプロセスが適用できるため
に周辺回路を含めて安価に製作出来る。

【００１７】また、トランジスタサーミスタの温度セン
サには、エミッタ・ベース間電圧Ｖebまたはソース・ゲ
ート間電圧Ｖsgを変えることによってサーミスタとして
のＢ定数値を変えることができるという特徴があるた
め、フローセンサのように複数の温度センサを用いるよ
うな場合は、Ｂ定数を調節して揃えることが可能なた
め、製造工程のバラツキによる温度係数バラツキを抑え
ることが出来るという利点がある。更に対数的に変化す
る大きな出力が得られるという特徴もあるため、より精
度の高い測定結果が得られる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００１９】

【実施例1】図１（ａ）は、一つのバイポーラ型のトラ
ンジスタ１０を温度センサ２０としてのトランジスタサ
ーミスタ１０３だけでなくヒータ３０としても利用する
一実施例の斜視図を示し、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ’線
断面図を示す。図は単結晶シリコン下地基板２０１と、
酸化膜（ＳｉＯ２）及び窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）などの絶
縁層１０４からなるＳＯＩ基板１０１の半導体薄膜１５
としてのシリコン単結晶薄膜１０２にトランジスタ１０
を形成した場合であり、本発明の温度測定装置を熱線型
のフローセンサやピラニー真空計に応用できるようにし
た一例を示すものである。

【００２０】トランジスタ１０は、半導体の基板から熱
分離するために、ＳＯＩ基板１０１のエッチング除去し
た空隙部１０５上に絶縁層の一部が架橋状に形成された
マイクロエアブリッジ部１０６上に形成されると共に、
トランジスタ１０以外のシリコン単結晶薄膜１０２はエ
ッチング除去により、熱容量と熱コンダクタンスが小さ
い構造となっている。トランジスタ１０の三つの端子
は、架橋状のマイクロエアブリッジ部１０６から外側の
ＳＯＩ基板１０１上に形成された電極パッド１０７a、
１０７b、１０７ｃに接続されている。

【００２１】なお、ここでは省略しているが、トランジ
スタ１０をトランジスタサーミスタ１０３として駆動し
たり、コレクタ損失の発熱を利用するヒータ３０として
駆動するための駆動回路４１０は、同一のＳＯＩ基板１
０１上に形成しても良いし、外部に設けても良い。

【００２２】また、上述の実施例では、トランジスタ１
０以外のシリコン単結晶薄膜１０２をエッチング除去し
ているが、熱コンダクタンスが大きくなることを認めれ
ば必ずしもその必要はない。

【００２３】また、上述の実施例では、１個のトランジ
スタ１０がマイクロエアブリッジ１０６上に形成されて
いる例であるが、複数個のトランジスタ１０でも良い
し、これらがマイクロエアブリッジ１０６ではなくダイ
ヤフラム２１０でもよく、基板１０との熱分離を良好に
するためにダイヤフラム２１０にスリットを設けても良
い。また、上述の実施例では、簡便のためＳＯＩ基板１
０１を用いているが、必ずしもその必要もない。

【００２４】温度測定装置としての動作の一例を図１に
基づいて説明すると次のようになる。

【００２５】バイポーラ型のトランジスタ１０のエミッ
タ・ベース間電圧Ｖebとして大きな矩形波を駆動回路４
１０（ここでは図示していない）を用いて印加し、大き
なコレクタ電流を流してコレクタ損失により発熱させ
る。このときトランジスタ１０を周囲温度より、例えば
５０℃上昇させるように制御する（ヒータ３０として利
用する）時間帯と、マイクロエアブリッジ１０６の熱時
定数より十分短い時間で、発熱しない程度にエミッタ・
ベース間電圧Ｖebにパルス状矩形波を印加してトランジ
スタサーミスタ１０３として温度を検出する（温度セン
サ２０として利用する）時間帯とに時分割して動作させ
ることができる。

【００２６】図６は、時分割によるヒータと温度センサ
の動作状態の一例を示す図であり、トランジスタがヒー
タとして動作する期間を１ｓとし、温度センサとして動
作する期間を５０usとした場合を示している。図におい
て、ヒータとしてエミッタ・ベース間に０．７５Ｖの電
圧（Ｖeb）が印加されると半導体薄膜の温度は急激に上
昇する。このときの熱時定数は約１００msである。加熱
期間１ｓ後にエミッタ・ベース間電圧を０．５Ｖに下げ
て熱時定数１００msに対して無視できる程度の短いパル
ス電圧を印加して温度測定する。この例では１０us幅の
パルス電圧を印加して温度測定する場合が示されてい
る。このとき重要なのは、温度センサとして動作させる
時間を半導体薄膜の温度低下がおよそ１％以下になるよ
うに短く設定することである。この温度測定は、１個の
パルスでなく連続した短い複数のパルス電圧を印加する
ことでＳ／Ｎ比が向上する。しかしその分、温度低下を
起こしやすいので１個のパルス印加でもよいし、加熱期
間を短くして（熱時定数よりも長い期間とする）温度低
下しないように温度測定回数を多くして、これらの平均
値をとればさらにＳ／Ｎ比を改善できる。

【００２７】このようにヒータ３０でマイクロエアブリ
ッジ１０６を熱しながら、ヒータ３０が置かれている環
境の気流や真空度などの物理的量の変化を、トランジス
タサーミスタ１０３によって温度の変化として捕らえる
ことで、熱線型のフローセンサ、ピラニー真空計、絶対
湿度センサなどに応用することができる。

【００２８】また、上述の図１の実施例では、トランジ
スタ１０としてバイポーラ型のトランジスタ１０を用い
た場合について説明したが、ＭＯＳＦＥＴ型のトランジ
スタ１０を用いても良く、共にトランジスタ１０をトラ
ンジスタサーミスタ１０３としての温度センサ２０とコ
レクタ損失の発熱によるヒータ３０として用いることが
できる。

【００２９】

【実施例２】図４（ａ）と（ｂ）は、４個のトランジス
タ１１、１２、１３、１４を温度センサ２０又はヒータ
３０として用い、本発明の温度測定装置として、気体の
フローセンサに応用した一実施例の斜視図及び、そのＣ
−Ｃ’線断面図を示す。

【００３０】半導体薄膜１５としてＳＯＩ基板１０１の
シリコン単結晶薄膜１０２を用い、そこに４個のトラン
ジスタ１１、１２、１３、１４を近接して形成し、その
うち３個のトランジスタ１１、１２、１３は、単結晶シ
リコン下地基板に設けたひとつの空隙部４１０上に吊ら
れたマイクロエアブリッジ構造を有している。

【００３１】トランジスタ１１、１３、１４は、気体な
どの流体の流れＹに沿って配置されている。それぞれの
流体温度センサ４０３、上流側温度センサ４０４、下流
側温度センサ４０５は温度センサ２０としてのトランジ
スタサーミスタ１０３が使用され、トランジスタ１２
は、ヒータ３０として中央ヒータ４０６で使用した場合
を示してある。

【００３２】本実施例のトランジスタ１０の製作はＩＣ
プロセスに適合しているため、駆動回路４１０、ヒータ
制御回路４１５、増幅回路４２０、表示回路４３０など
の集積回路を同一半導体基板に同時に作製することが可
能である。

【００３３】また、この実施例では、これらの回路部及
びトランジスタ１１、１２、１３、１４の形成部以外の
シリコン単結晶薄膜１０２はエッチング除去しており、
トランジスタ同士の熱絶縁及び回路部の電気的な絶縁を
向上させている。

【００３４】本実施例のトランジスタ１１、１２、１
３、１４は、バイポーラ型のトランジスタでも、ＭＯＳ
ＦＥＴ型のトランジスタでも良く、また両者を組み合わ
せた構成でも良い。

【００３５】本実施例の構成におけるフローセンサの動
作の基本原理は、図２に示す従来のフローセンサと同様
であり、図４（ａ）に示すように気体などの流体の流れ
Ｙに対して中央ヒータ４０６を挟むように上流側温度セ
ンサ４０４と下流側温度センサ４０５を配置しておき、
中央ヒータ４０６により周囲の気体などの流体を通して
同等に昇温されていた上流側温度センサ４０４と下流側
温度センサ４０５が流体の流れにより、上流側が冷え、
下流側がより温まることを利用して、その温度差を差動
出力として検出して流速や流量を測定するものである。

【００３６】また、トランジスタ１１、１２、１３、１
４の動作は次のようである。

【００３７】トランジスタ１１、１２、１３、１４にバ
イポーラ型のトランジスタを用いた場合、上流側温度セ
ンサ４０４のトランジスタ１１は、発熱しない程度のコ
レクタ電流が流れるように所定のエミッタ・ベース間電
圧Ｖeb を駆動回路４１０を通して印加し流体の温度を
検出する。

【００３８】また中央ヒータ４０６として用いるトラン
ジスタ１２には、コレクタ損失により発熱させる程度の
エミッタ／ベース間電圧Ｖebをヒータ制御回路４１５を
通して印加して、大きなコレクタ電流を流し、周囲温度
より例えば５０℃上昇させるように制御する。中央ヒー
タ４０６の上流側と下流側の温度差を上流側温度センサ
４０４、下流側温度センサ４０５の差動出力として増幅
回路４２０により増幅し、増幅された差動出力と流速や
流量との校正値を利用してフローセンサの流速や流量を
外部出力として取り出すか、または必要に応じて表示回
路４３０により表示する。なお、ここでは図示してない
が、フローセンサの流速や流量などの物理量の変化を出
力するための各種演算回路やメモリ回路などの周辺回路
も同一半導体の基板に形成することもできる。

【００３９】また、上述の図４での実施例では、トラン
ジスタ１１、１２、１３、１４としてバイポーラ型のト
ランジスタを用いた場合について説明したが、ＭＯＳＦ
ＥＴ型のトランジスタを用いても良く、共にトランジス
タ１０をトランジスタサーミスタ１０３として温度セン
サ２０とコレクタ損失の発熱によるヒータ３０として用
いることができる。

【００４０】

【実施例３】上述の実施例２においては、トランジスタ
１１、１２、１３を単結晶シリコン下地基板２０１に設
けた一つの空隙部４１０上の３個のマイクロエアブリッ
ジに各１個ずつ形成した構造であったが、図５に示す実
施例は、１個の大きなマイクロエアブリッジ（スリット
付きダイヤフラム５０４）上に３個のトランジスタ１
１、１２、１３を形成した場合の、本発明の温度測定装
置の一実施例の概略図である。

【００４１】上述したように図５は、本発明の温度測定
装置を気体などの流体の流速や流量測定に用いるフロー
センサへの応用として実施した場合であり、図５（ａ）
の斜視図と同図（ｂ）のＤ−Ｄ’線断面図に基づき、図
４に示した実施例との違いを中心に説明すると次のよう
になる。なお、同等な作用をする素子や材料などは、同
一の符号を付けている。

【００４２】図４に示した実施例は、上述のようにＳＯ
Ｉ基板１０１を利用し、トランジスタ１１、１２、１３
をそれぞれのマイクロエアブリッジに１個ずつ形成した
構造であったが、図５に示す本実施例の構造では、スリ
ット付きダイヤフラム５０４上に３個のトランジスタ１
１、１２、１３が形成され、それぞれの周囲はシリコン
単結晶薄膜１０２がエッチング除去され電気的に絶縁さ
れると共に熱伝導と熱容量が小さくなるように形成され
ている。

【００４３】図４に示した実施例では、中央ヒータ４０
６からの熱は、主にそれを取り巻く気体などの流体によ
りトランジスタサーミスタ１０３としての上流側温度セ
ンサ４０４と下流側温度センサ４０５に伝導されていた
が、熱伝導が悪く応答が遅い場合には、図５に示すよう
に、スリット付きダイヤフラム５０４上に中央ヒータ４
０６と上流側温度センサ４０４と下流側温度センサ４０
５とを形成した構造が良い。単にスリットがないダイヤ
フラムでは、単結晶シリコン下地基板２０１への熱伝導
が大きく、温度センサとしての感度や中央ヒータ４０６
の熱効率が悪くなるために、スリット５５１、５５２、
５５３、５５４が設けられている。

【００４４】また、被検出流体に含まれる塵やゴミがス
リット５５１、５５２、５５３、５５４内に入り込むこ
とを防ぐためには、スリットの幅を狭くしたり、長さが
短く狭いスリットを多数設けるようにしても良い。

【００４５】上述の図４及び図５のフローセンサとして
の実施例においては、中央ヒータ４０６を上流側温度セ
ンサ４０４と下流側温度センサ４０５で挟むように配置
し、これらの上流側温度センサ４０４と下流側温度セン
サ４０５との差動出力を取り出すようにして流速や流量
測定するものであるが、ヒータと下流側に設けた温度セ
ンサを近接配置するだけでも流速や流量の検出は可能で
ある。

【００４６】また、本発明の温度測定装置は、被検出環
境下におけるヒータの放熱の度合いをトランジスタサー
ミスタ１０３としての温度センサ２０で検出することに
よって、その環境における物理量の測定を可能にするも
のである。

【００４７】上記実施例では示さなかったが、湿度や真
空度を測定する場合、絶対的な湿度や真空度を求めたい
場合がある。このような場合には、少なくとも１個のト
ランジスタサーミスタ１０３の温度センサ２０を乾燥空
気中に封止するか真空封止して、この温度センサとそれ
らの環境下に晒してある他の温度センサとの差動出力を
得ることにより達成される。

【００４８】

【発明の効果】従来のフローセンサやピラニー真空計な
どの温度測定装置に用いる温度センサやヒータは、白金
薄膜抵抗や熱電堆で形成されていたが、本発明の温度測
定装置では、単結晶半導体に形成したトランジスタをサ
ーミスタとしての温度センサやコレクタやドレインの損
失をヒータとして用いているので、コレクタ抵抗または
ドレイン抵抗が可変で、かつ小型でも十分な発熱が得ら
れ、面発熱可能であるため極めて局部的な発熱がなく、
サーミスタとしてのＢ定数が大きくかつ調節可能なため
高精度な測定ができる。さらに単結晶であるため経時変
化が少なく信頼性が高くなる。しかもＩＣプロセスに適
合しているので、画一的なセンサチップの製作が可能と
なり、さらに大量生産できるので安価な温度測定装置を
供給できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ひとつのバイポーラ型のトランジスタ１０を温
度センサ２０としてのトランジスタサーミスタ１０３だ
けでなくヒータ３０としても利用する本発明実施形態を
示す斜視図及びＡ−Ａ’断面図。

【図２】従来技術のフローセンサを説明するための実施
形態を示す斜視図及びＢ−Ｂ’断面図。

【図３】従来技術を説明するための出力検出回路。

【図４】本発明の温度測定装置をフローセンサに応用し
た実施形態を示す斜視図及びＣ−Ｃ’断面図。

【図５】本発明の温度測定装置をフローセンサに応用し
た他の実施形態を示す斜視図及びＤ−Ｄ’断面図。

【図６】時分割によるヒータと温度センサの動作状態の
一例を示す図。

【符号の説明】

１基板１０、１１、１２、１３、１４トランジスタ１５半導体薄膜２０温度センサ３０、２０６、４０６ヒータ１０１ＳＯＩ基板１０２シリコン単結晶薄膜１０３トランジスタサーミスタ１０４絶縁層１０５空隙部１０６マイクロエアブリッジ１０７ａ、１０７ｂ、１０７電極パッド２０１単結晶シリコン下地基板２０３、４０３流体温度センサ２０３ａ，２０４ａ，２０５ａ，２０６ａ電極パッド２０４、４０４上流側温度センサ２０５、４０５下流側温度センサ２１０ダイヤフラム２１４、２１５抵抗４１０駆動回路４１５ヒータ制御回路４２０増幅回路４３０表示回路５５１、５５２、５５３、５５４スリット５１０、５１１絶縁膜５０４スリット付きダイヤフラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 27/08 ３３１Ｇ０１Ｋ 7/00 ３９１Ｍ 29/732 Ｈ０１Ｌ 27/08 １０１Ｂ 21/331 29/72 Ｐ (72)発明者小山克人東京都墨田区錦糸１丁目７番７号石塚電子株式会社内 (72)発明者松舘直史東京都墨田区錦糸１丁目７番７号石塚電子株式会社内Ｆターム(参考） 2F035 EA05 EA08 5F003 AP08 AZ03 BH11 5F048 AA00 AB10 AC01 BA01 BA16 BG05 5F082 BA06 BA35 BA47 BC01 BC03 BC09 FA20 GA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バイポーラ型のトランジスタ（１０、１
１、１２、１３、１４）のエミッタ・ベース間電圧Ｖeb
を所定の電圧にして、コレクタ抵抗をサーミスタとして
取り扱うトランジスタサーミスタ１０３の温度センサ
（２０）を利用した温度測定装置において、１個または
複数のバイポーラ型のトランジスタが基板（１）から熱
分離した半導体薄膜（１５）に形成してあり、少なくと
も１個の前記バイポーラ型のトランジスタのエミッタ・
ベース間電圧Ｖebを所望の電圧にしてコレクタ電流を流
し、コレクタ損失による発熱をヒータ（３０）として作
用させると共に、少なくとも１個の前記バイポーラ型の
トランジスタを温度センサ（２０）として作用させて、
前記ヒータ（３０）の温度を計測できるようにしたこと
を特徴とする温度測定装置。
【請求項２】ＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタ（１０、
１１、１２、１３、１４）をサブスレッショルド領域で
動作させることにより、前記バイポーラ型のトランジス
タと同等になるように作用させ、所定のソース・ゲート
間電圧Ｖsgを印加して、ドレイン抵抗をサーミスタとし
て取り扱うトランジスタサーミスタ１０３の温度センサ
（２０）を利用した温度測定装置において、１個または
複数のＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタが基板（１）から
熱分離した半導体薄膜（１５）に形成してあり、少なく
とも１個の前記ＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタのソース
・ゲート間電圧Ｖsgを所望の電圧にしてドレイン電流を
流し、ドレイン損失による発熱をヒータ（３０）として
作用させると共に、少なくとも１個の前記ＭＯＳＦＥＴ
型のトランジスタを温度センサ（２０）として作用させ
て前記ヒータの温度を計測できるようにしたことを特徴
とする温度測定装置。
【請求項３】基板（１）から熱分離した半導体薄膜
（１５）に形成されたバイポーラ型もしくはＭＯＳＦＥ
Ｔ型のトランジスタの少なくとも１個を、時分割により
ヒータと温度センサ（２０）との作用を共用できるよう
にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の温度
測定装置。
【請求項４】半導体薄膜（１５）の熱時定数に比べ無
視できる程度の短い時間内に、前記バイポーラ型もしく
はＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタを温度センサ（２０）
として動作させ、前記温度センサ（２０）の動作開始直
前におけるヒータ動作期間のヒータ温度を測定できるよ
うにしたことを特徴とする請求項３に記載の温度測定装
置。
【請求項５】基板（１）から熱分離した半導体薄膜
（１５）に形成したヒータ（３０）と温度センサ（２
０）とを別に設けた電気回路により連携できるようにな
し、前記ヒータ（３０）が置かれている環境の物理量を
前記ヒータ（３０）の温度変化として前記温度センサ
（２０）を用いて検知して、前記物理量を計測できるよ
うにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに
記載の温度測定装置。
【請求項６】温度センサ（２０）の周辺回路とヒータ
制御回路（４１５）および温度センサ（２０）とヒータ
（３０）とを連携させた電気回路のうち、少なくともそ
れらの一部を前記ヒータ（３０）と前記温度センサ（２
０）が形成されている同一の基板（１）に集積形成した
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の温
度測定装置。