JP2003344171A - 熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサ - Google Patents
熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高感度な熱膨張温度センサとなりうる抵抗温度
係数の大きな素材である熱膨張材料を用いたマイクロ熱
膨張温度センサを提供する。 【解決手段】支持基体の先端部に、熱膨張係数の大きな
材料から成る熱膨張温度センサ層を設けたマイクロ熱膨
張温度センサを用い、微小部位の温度計測を行うマイク
ロ熱膨張温度センサにおいて、前記支持基体と前記熱膨
張温度センサ層との間には、熱伝導制御層が設けてあ
り、かつ該熱膨張温度センサ層の試料接触側は、高熱伝
導絶縁層によって被覆されていることを特徴とする熱膨
張材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサである。
係数の大きな素材である熱膨張材料を用いたマイクロ熱
膨張温度センサを提供する。 【解決手段】支持基体の先端部に、熱膨張係数の大きな
材料から成る熱膨張温度センサ層を設けたマイクロ熱膨
張温度センサを用い、微小部位の温度計測を行うマイク
ロ熱膨張温度センサにおいて、前記支持基体と前記熱膨
張温度センサ層との間には、熱伝導制御層が設けてあ
り、かつ該熱膨張温度センサ層の試料接触側は、高熱伝
導絶縁層によって被覆されていることを特徴とする熱膨
張材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱膨張材料を用いた
マイクロ熱膨張温度センサに関し、特に、光熱変換分光
法によって、光の回析限界以下の極微小部位の温度計測
のために用いるのに適切な熱膨張材料を用いたマイクロ
熱膨張温度センサに関する。
マイクロ熱膨張温度センサに関し、特に、光熱変換分光
法によって、光の回析限界以下の極微小部位の温度計測
のために用いるのに適切な熱膨張材料を用いたマイクロ
熱膨張温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の顕微（紫外・可視・近赤外・赤
外）分光法では、光の回折限界よりも小さな領域、また
は物質を測定観測することは原理的に非常に困難であ
る。しかしながら回折限界の影響を回避する方法を適用
することにより、この限界よりも小さな領域を測定する
ことは可能である。
外）分光法では、光の回折限界よりも小さな領域、また
は物質を測定観測することは原理的に非常に困難であ
る。しかしながら回折限界の影響を回避する方法を適用
することにより、この限界よりも小さな領域を測定する
ことは可能である。
【０００３】近年、このように光の回折限界よりも小さ
な領域を測定することを可能とする新しい分光測定法が
注目されるようになっている。１つは近接場光を利用し
た方法であり、もう１つは光熱変換分光法である。これ
らの方法ではいずれも光の回折限界の影響を受けず（あ
るいは無視できる条件下で）測定を行うものである。後
者の光熱変換分光法を利用した方法では、光の照射に伴
う熱膨張変化を捕らえて、分光測定を行う試みがすでに
検討されている（Ｍ．Ｓ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ、Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，５４，３４９，２
０００）。
な領域を測定することを可能とする新しい分光測定法が
注目されるようになっている。１つは近接場光を利用し
た方法であり、もう１つは光熱変換分光法である。これ
らの方法ではいずれも光の回折限界の影響を受けず（あ
るいは無視できる条件下で）測定を行うものである。後
者の光熱変換分光法を利用した方法では、光の照射に伴
う熱膨張変化を捕らえて、分光測定を行う試みがすでに
検討されている（Ｍ．Ｓ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ、Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，５４，３４９，２
０００）。
【０００４】この方法では、光の照射に伴う発熱による
熱膨張をＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ）におけるカンチレバーの変位量の変化を
とらえて計測する方法である。しかしながら、通常観測
する有機・高分子材料の熱膨張係数（線膨張率又は体膨
張率。本明細書において同じ。）は大きいとはいえず、
当然ながら測定感度が極めて不足している。
熱膨張をＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ）におけるカンチレバーの変位量の変化を
とらえて計測する方法である。しかしながら、通常観測
する有機・高分子材料の熱膨張係数（線膨張率又は体膨
張率。本明細書において同じ。）は大きいとはいえず、
当然ながら測定感度が極めて不足している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、高
感度な熱膨張温度センサとなりうる抵抗温度係数の大き
な素材である熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度セ
ンサを提供することを課題とする。
感度な熱膨張温度センサとなりうる抵抗温度係数の大き
な素材である熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度セ
ンサを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、下記構成を有する。 １．支持基体の先端部に、熱膨張係数の大きな材料から
成る熱膨張温度センサ層を設けたマイクロ熱膨張温度セ
ンサを用い、微小部位の温度計測を行うマイクロ熱膨張
温度センサにおいて、前記支持基体と前記熱膨張温度セ
ンサ層との間には、熱伝導制御層が設けてあり、かつ該
熱膨張温度センサ層の試料接触側は、高熱伝導絶縁層に
よって被覆されていることを特徴とする熱膨張材料を用
いたマイクロ熱膨張温度センサ。
明は、下記構成を有する。 １．支持基体の先端部に、熱膨張係数の大きな材料から
成る熱膨張温度センサ層を設けたマイクロ熱膨張温度セ
ンサを用い、微小部位の温度計測を行うマイクロ熱膨張
温度センサにおいて、前記支持基体と前記熱膨張温度セ
ンサ層との間には、熱伝導制御層が設けてあり、かつ該
熱膨張温度センサ層の試料接触側は、高熱伝導絶縁層に
よって被覆されていることを特徴とする熱膨張材料を用
いたマイクロ熱膨張温度センサ。
【０００７】２．前記熱伝導制御層が、支持基体側に位
置する高熱伝導絶縁層と、熱膨張温度センサ側に位置す
る低熱伝導絶縁層とを有することを特徴とする前記１に
記載の熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサ。
置する高熱伝導絶縁層と、熱膨張温度センサ側に位置す
る低熱伝導絶縁層とを有することを特徴とする前記１に
記載の熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサ。
【０００８】３．高熱伝導絶縁層が、熱伝導率１００Ｗ
／ｍＫ以上で熱膨張係数１０×１０− ６／Ｋ以下さらに
好ましくは５×１０−６／Ｋ以下の絶縁材料から成り、
低熱伝導絶縁層が熱伝導率１０Ｗ／ｍＫ未満で熱膨張係
数１０×１０−６／Ｋ以下、さらに好ましくは５×１０
−６／Ｋ以下の絶縁材料から成ることを特徴とする前記
２に記載の熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度セン
サ。
／ｍＫ以上で熱膨張係数１０×１０− ６／Ｋ以下さらに
好ましくは５×１０−６／Ｋ以下の絶縁材料から成り、
低熱伝導絶縁層が熱伝導率１０Ｗ／ｍＫ未満で熱膨張係
数１０×１０−６／Ｋ以下、さらに好ましくは５×１０
−６／Ｋ以下の絶縁材料から成ることを特徴とする前記
２に記載の熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度セン
サ。
【０００９】４．熱膨張温度センサ層が、熱膨張係数２
５×１０−６／Ｋ以上であることを特徴とする前記１、
２又は３に記載の熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温
度センサ。
５×１０−６／Ｋ以上であることを特徴とする前記１、
２又は３に記載の熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温
度センサ。
【００１０】５．高熱伝導絶縁層が、熱伝導率１００Ｗ
／ｍＫ以上で熱膨張係数１０×１０− ６／Ｋ以下、さら
に好ましくは５×１０−６／Ｋ以下の絶縁材料から成る
ことを特徴とする前記１〜４のいずれかに記載の熱膨張
材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサ。
／ｍＫ以上で熱膨張係数１０×１０− ６／Ｋ以下、さら
に好ましくは５×１０−６／Ｋ以下の絶縁材料から成る
ことを特徴とする前記１〜４のいずれかに記載の熱膨張
材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサ。
【００１１】６．支持基体がＡＦＭカンチレバーなどの
マイクロ変位センサ基体であり、光の照射に伴う熱膨張
変化を捕らえて分光測定を行う光熱変換分光法によっ
て、光の回析限界以下の極微小部位の温度計測が可能で
あることを特徴とする前記１〜５のいずれかに記載の熱
膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサ。
マイクロ変位センサ基体であり、光の照射に伴う熱膨張
変化を捕らえて分光測定を行う光熱変換分光法によっ
て、光の回析限界以下の極微小部位の温度計測が可能で
あることを特徴とする前記１〜５のいずれかに記載の熱
膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサ。
【００１２】７．分光測定以外の目的で微小部位の温度
計測が可能であることを特徴とする前記１〜５のいずれ
かに記載の熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度セン
サ。
計測が可能であることを特徴とする前記１〜５のいずれ
かに記載の熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度セン
サ。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳述する。
本発明の支持基体は、ＡＦＭカンチレバー等のマイクロ
変位センサ基体であり、これを形成する材料としては、
セラミック、圧電材料、シリコンなどの半導体材料また
は絶縁材料が挙げられ、支持基体の先端部の形状は台形
型、針状、半球状などのいずれであってもよい。
本発明の支持基体は、ＡＦＭカンチレバー等のマイクロ
変位センサ基体であり、これを形成する材料としては、
セラミック、圧電材料、シリコンなどの半導体材料また
は絶縁材料が挙げられ、支持基体の先端部の形状は台形
型、針状、半球状などのいずれであってもよい。
【００１４】本発明の熱膨張温度センサ層を形成する熱
膨張係数の大きな感熱抵抗材料としては、Ｇａ，Ｐ，Ｔ
ｌ，Ｚｎ，Ｒｂ，銀塩化合物（ＡｇＣｌ，ＡｇＢｒ，Ａ
ｇＮＯ３など）、ハロゲン系化合物（ＢｅＣｌ２，Ｃｄ
Ｃｌ２，ＣｕＣｌ２，Ｈｇ２Ｃｌ２，ＫＣｌ，ＭｇＣｌ
２，ＮａＣｌ，ＲｂＣｌ，ＳｎＣｌ２，ＺｎＣｌ２）、
ＫＮＯ３，ＫＣｌＯ３，ＫＭｎＯ４、Ａｌ合金、Ｍｇ合
金など熱膨張係数が２５×１０−６／Ｋ以上の化合物群
であるが、２５×１０−６／Ｋ以上の熱膨張係数を有す
るその他の熱膨張材料でもよい。カーボンナノチューブ
材料等に上記熱膨張材料を封じ込めたものでもよい。
膨張係数の大きな感熱抵抗材料としては、Ｇａ，Ｐ，Ｔ
ｌ，Ｚｎ，Ｒｂ，銀塩化合物（ＡｇＣｌ，ＡｇＢｒ，Ａ
ｇＮＯ３など）、ハロゲン系化合物（ＢｅＣｌ２，Ｃｄ
Ｃｌ２，ＣｕＣｌ２，Ｈｇ２Ｃｌ２，ＫＣｌ，ＭｇＣｌ
２，ＮａＣｌ，ＲｂＣｌ，ＳｎＣｌ２，ＺｎＣｌ２）、
ＫＮＯ３，ＫＣｌＯ３，ＫＭｎＯ４、Ａｌ合金、Ｍｇ合
金など熱膨張係数が２５×１０−６／Ｋ以上の化合物群
であるが、２５×１０−６／Ｋ以上の熱膨張係数を有す
るその他の熱膨張材料でもよい。カーボンナノチューブ
材料等に上記熱膨張材料を封じ込めたものでもよい。
【００１５】熱膨張温度センサとしての時定数を向上さ
せるには、上記材料をｎｍオーダーに薄膜化して熱膨張
温度センサ層とすることに加え、該支持基体と該熱膨張
温度センサ層との間に、適度な熱伝導度を有すると共に
熱膨張の小さい熱伝導制御層を設けることで達成でき
る。
せるには、上記材料をｎｍオーダーに薄膜化して熱膨張
温度センサ層とすることに加え、該支持基体と該熱膨張
温度センサ層との間に、適度な熱伝導度を有すると共に
熱膨張の小さい熱伝導制御層を設けることで達成でき
る。
【００１６】微小領域の温度を計測する場合、光の照射
により発生した熱を効率よく熱膨張温度センサに伝達で
きることが肝要である。しかしながら熱膨張する物質に
よるセンサでは、熱伝導率を単純に高くとれば良いわけ
ではなく、たとえば熱伝導率の高い銅などの金属を基体
などに利用すると、熱の伝導度は高くなるが、逆に熱膨
張温度センサ層が十分熱膨張しないうちに素早く熱が拡
散してしまい温度変化の検出感度が逆に低下してしま
う。したがって試料に接する部分、および／または熱膨
張温度センサを設ける支持基体には目的（温度、時定
数、試料の種類）に応じた最適な熱伝導度を有する材料
を複数層配することが好ましい。
により発生した熱を効率よく熱膨張温度センサに伝達で
きることが肝要である。しかしながら熱膨張する物質に
よるセンサでは、熱伝導率を単純に高くとれば良いわけ
ではなく、たとえば熱伝導率の高い銅などの金属を基体
などに利用すると、熱の伝導度は高くなるが、逆に熱膨
張温度センサ層が十分熱膨張しないうちに素早く熱が拡
散してしまい温度変化の検出感度が逆に低下してしま
う。したがって試料に接する部分、および／または熱膨
張温度センサを設ける支持基体には目的（温度、時定
数、試料の種類）に応じた最適な熱伝導度を有する材料
を複数層配することが好ましい。
【００１７】例えば、熱伝導制御層は、支持基体側に位
置する高熱伝導絶縁層と、熱膨張温度センサ側に位置す
る低熱伝導絶縁層とから成ることが好ましい。また、上
記試料に接する部分には高熱伝導絶縁層を設けることが
好ましい。
置する高熱伝導絶縁層と、熱膨張温度センサ側に位置す
る低熱伝導絶縁層とから成ることが好ましい。また、上
記試料に接する部分には高熱伝導絶縁層を設けることが
好ましい。
【００１８】本発明の高熱伝導絶縁層に用いる熱伝導度
の高い（且つ熱膨張の小さい絶縁または導電性）材料と
しては、絶縁材料−ベリリヤ磁器（ＢｅＯ〉、Ａ１Ｎ、
ＳｉＣ、アルミナ単結晶、多結晶（サファイア、ルビ
ー）、ＭｇＯ、ＴｉＯ２（ルチル）、ＴｈＯ２（熱伝導
率：１０Ｗ／ｍＫ以上）等が挙げられ、これらの材料の
なかでは熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上で、熱膨張係数
が５×１０−６／Ｋ以下であるＡｌＮ（商品名デンカＡ
Ｎプレート），ＳｉＣなどがさらに好ましい。これらを
用いて、熱伝導制御層を構成する高熱伝導絶縁層と、熱
膨張温度センサ層を被覆する高熱伝導絶縁層とを形成す
る。この２つの高熱伝導絶縁層には、同一の材料を用い
てもよいし、異なる材料を用いてもよい。
の高い（且つ熱膨張の小さい絶縁または導電性）材料と
しては、絶縁材料−ベリリヤ磁器（ＢｅＯ〉、Ａ１Ｎ、
ＳｉＣ、アルミナ単結晶、多結晶（サファイア、ルビ
ー）、ＭｇＯ、ＴｉＯ２（ルチル）、ＴｈＯ２（熱伝導
率：１０Ｗ／ｍＫ以上）等が挙げられ、これらの材料の
なかでは熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上で、熱膨張係数
が５×１０−６／Ｋ以下であるＡｌＮ（商品名デンカＡ
Ｎプレート），ＳｉＣなどがさらに好ましい。これらを
用いて、熱伝導制御層を構成する高熱伝導絶縁層と、熱
膨張温度センサ層を被覆する高熱伝導絶縁層とを形成す
る。この２つの高熱伝導絶縁層には、同一の材料を用い
てもよいし、異なる材料を用いてもよい。
【００１９】本発明の低熱伝導絶縁層に用いる熱伝導度
の低い且つ熱膨張の小さい絶縁材料としては、石英ガラ
ス、ガラ［商品名：パイレックス（登録商標）］、ホウ
素ガラス、雲母など（熱伝導率０．５〜５Ｗ／ｍＫ）等
が挙げられる。
の低い且つ熱膨張の小さい絶縁材料としては、石英ガラ
ス、ガラ［商品名：パイレックス（登録商標）］、ホウ
素ガラス、雲母など（熱伝導率０．５〜５Ｗ／ｍＫ）等
が挙げられる。
【００２０】請求項３に示す本発明は、高熱伝導絶縁層
が、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上で熱膨張係数１０×１
０−６／Ｋ以下、さらに好ましくは５×１０−６／Ｋ以
下の絶縁材料から成り、低熱伝導絶縁層が熱伝導率１０
Ｗ／ｍＫ未満で熱膨張係数１０×１０−６／Ｋ以下、さ
らに好ましくは５×１０−６／Ｋ以下の絶縁材料から成
る。そして、この範囲を逸脱すると本発明の効果が得ら
れなくなる。
が、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上で熱膨張係数１０×１
０−６／Ｋ以下、さらに好ましくは５×１０−６／Ｋ以
下の絶縁材料から成り、低熱伝導絶縁層が熱伝導率１０
Ｗ／ｍＫ未満で熱膨張係数１０×１０−６／Ｋ以下、さ
らに好ましくは５×１０−６／Ｋ以下の絶縁材料から成
る。そして、この範囲を逸脱すると本発明の効果が得ら
れなくなる。
【００２１】請求項４に示す本発明は、熱膨張温度セン
サ層が、熱膨張係数２５×１０−６／Ｋ以上である。そ
して、熱膨張係数が上記範囲未満であると、温度変化に
伴う体積膨張率が低下し、温度変化を高感度に検出する
ことが困難となる不都合がある。
サ層が、熱膨張係数２５×１０−６／Ｋ以上である。そ
して、熱膨張係数が上記範囲未満であると、温度変化に
伴う体積膨張率が低下し、温度変化を高感度に検出する
ことが困難となる不都合がある。
【００２２】請求項５に示す本発明は、高熱伝導絶縁層
が、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上で熱膨張係数１０×１
０−６／Ｋ以下、さらに好ましくは５×１０−６／Ｋ以
下の絶縁材料から成る。そして、この範囲を逸脱すると
本発明の効果が得られなくなる。
が、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上で熱膨張係数１０×１
０−６／Ｋ以下、さらに好ましくは５×１０−６／Ｋ以
下の絶縁材料から成る。そして、この範囲を逸脱すると
本発明の効果が得られなくなる。
【００２３】本発明に係る熱膨張温度センサによれば、
高感度に光の照射に伴う温度変化を高感度に検出可能で
ある。
高感度に光の照射に伴う温度変化を高感度に検出可能で
ある。
【００２４】本発明に係るマイクロ熱膨張温度センサ
は、分光測定以外の目的で微小部位の温度計測に利用す
ることもできる。
は、分光測定以外の目的で微小部位の温度計測に利用す
ることもできる。
【００２５】
【実施例】本発明の一実施態様では、図１に示すよう
に、光の回折限界以下に先細りさせた（＜１．０μｍ
φ）半導体材料または絶縁体材料から成る支持基体１の
先端部に、熱膨張が小さく熱伝導度を制御する熱伝導制
御層２を設ける。この熱伝導制御層は、高熱伝導絶縁層
２Ａと低熱伝導絶縁層２Ｂとの２層以上から成る。この
上に、熱膨張温度センサ層３を設け、この上の試料が直
接接触する部分には、熱膨張が小さく熱伝導度の高い高
熱伝導絶縁層４を設ける。
に、光の回折限界以下に先細りさせた（＜１．０μｍ
φ）半導体材料または絶縁体材料から成る支持基体１の
先端部に、熱膨張が小さく熱伝導度を制御する熱伝導制
御層２を設ける。この熱伝導制御層は、高熱伝導絶縁層
２Ａと低熱伝導絶縁層２Ｂとの２層以上から成る。この
上に、熱膨張温度センサ層３を設け、この上の試料が直
接接触する部分には、熱膨張が小さく熱伝導度の高い高
熱伝導絶縁層４を設ける。
【００２６】具体的には、熱膨張温度センサ層３を挟ん
で支持基体１側には適度な熱伝導度を有し、熱を適切に
保持する高熱伝導絶縁層２Ａを１層以上を設ける。本発
明の一実施態様では、熱膨張が小さく熱伝導度の高い絶
縁材料であるベリリヤ磁器（酸化ベリリウム）、アルミ
ナ単結晶などによって高熱伝導絶縁層２Ａを設ける。そ
して、この層２Ａの上に、熱膨張が小さく熱伝導度の低
いガラス材料等から成る低熱伝導絶縁層２Ｂを設ける。
で支持基体１側には適度な熱伝導度を有し、熱を適切に
保持する高熱伝導絶縁層２Ａを１層以上を設ける。本発
明の一実施態様では、熱膨張が小さく熱伝導度の高い絶
縁材料であるベリリヤ磁器（酸化ベリリウム）、アルミ
ナ単結晶などによって高熱伝導絶縁層２Ａを設ける。そ
して、この層２Ａの上に、熱膨張が小さく熱伝導度の低
いガラス材料等から成る低熱伝導絶縁層２Ｂを設ける。
【００２７】一方、熱膨張温度センサ層３の上部（試料
と直接接する部分）には熱膨張温度センサ層３を保護す
ることと、効率よく試料からの熱を伝えることを目的と
する熱膨張が小さく熱伝導度の高い絶縁材料（本発明の
一実施態様では、ベリリヤ磁器（酸化ベリリウム）、ア
ルミナ単結晶などによる。）から成る高熱伝導絶縁層４
を設ける。
と直接接する部分）には熱膨張温度センサ層３を保護す
ることと、効率よく試料からの熱を伝えることを目的と
する熱膨張が小さく熱伝導度の高い絶縁材料（本発明の
一実施態様では、ベリリヤ磁器（酸化ベリリウム）、ア
ルミナ単結晶などによる。）から成る高熱伝導絶縁層４
を設ける。
【００２８】本発明において、高熱伝導絶縁層２Ａ、低
熱伝導絶縁層２Ｂ、熱膨張温度センサ層３、高熱伝導絶
縁層４の各薄膜層の作製は、抵抗加熱蒸着法、電子ビー
ム蒸着法、化学的気相堆積法、大気圧プラズマ法など公
知の技術および装置を利用することができる。
熱伝導絶縁層２Ｂ、熱膨張温度センサ層３、高熱伝導絶
縁層４の各薄膜層の作製は、抵抗加熱蒸着法、電子ビー
ム蒸着法、化学的気相堆積法、大気圧プラズマ法など公
知の技術および装置を利用することができる。
【００２９】上記各薄膜層（被膜）２Ａ，２Ｂ、３、４
の製造には材料をそのまま蒸発源とする製膜法と、蒸着
用材料を蒸発源として真空中に酸素ガスを導入しながら
製膜する反応蒸着法があり、いずれの方法でも製膜可能
である。
の製造には材料をそのまま蒸発源とする製膜法と、蒸着
用材料を蒸発源として真空中に酸素ガスを導入しながら
製膜する反応蒸着法があり、いずれの方法でも製膜可能
である。
【００３０】製膜装置としては、一般的に知られている
抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学的気相堆積
法、スパッタリング法などに用いられるものであれば、
公知のものを特別の制限なく用いることができる。
抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学的気相堆積
法、スパッタリング法などに用いられるものであれば、
公知のものを特別の制限なく用いることができる。
【００３１】尚、上記化学的気相堆積法（ＣＶＤ＝Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｉｓｉｔｉｏｎ）と
は、真空槽内に気体（酸素、窒素、弗素、塩素、反応性
特殊ガスなど）を導入し、この気体に高圧電場をかけプ
ラズマ化して、加熱ボートから蒸発した材料蒸気と反応
させて製膜する方法である。一般的には、製膜した化合
物が高融点のため、抵抗加熱ではそのまま蒸着できない
ものを、金属状態で蒸発させてから導入ガスと反応させ
て製膜する方法として用いる。
ｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｉｓｉｔｉｏｎ）と
は、真空槽内に気体（酸素、窒素、弗素、塩素、反応性
特殊ガスなど）を導入し、この気体に高圧電場をかけプ
ラズマ化して、加熱ボートから蒸発した材料蒸気と反応
させて製膜する方法である。一般的には、製膜した化合
物が高融点のため、抵抗加熱ではそのまま蒸着できない
ものを、金属状態で蒸発させてから導入ガスと反応させ
て製膜する方法として用いる。
【００３２】本発明の熱膨張温度センサ層は、上記のよ
うな熱膨張係数が０．３×１０−４Ｋ−１以上の熱膨張
材料であるハロゲン化銀、ハロゲン系化合物、ガリウム
含有カーボンナノ材料などで形成する。
うな熱膨張係数が０．３×１０−４Ｋ−１以上の熱膨張
材料であるハロゲン化銀、ハロゲン系化合物、ガリウム
含有カーボンナノ材料などで形成する。
【００３３】高熱伝導絶縁層２Ａ、低熱伝導絶縁層２
Ｂ、熱膨張温度センサ層３、高熱伝導絶縁層４の各薄膜
層の膜厚は、１ｎｍから１０００ｎｍであり、好ましく
は５ｎｍから５００ｎｍである。ただし、熱膨張温度セ
ンサ層３を被覆する高熱伝導絶縁層４については、１〜
５ｎｍであることがより好ましい。
Ｂ、熱膨張温度センサ層３、高熱伝導絶縁層４の各薄膜
層の膜厚は、１ｎｍから１０００ｎｍであり、好ましく
は５ｎｍから５００ｎｍである。ただし、熱膨張温度セ
ンサ層３を被覆する高熱伝導絶縁層４については、１〜
５ｎｍであることがより好ましい。
【００３４】図１の具体的実施例をあげれば、シリコン
単結晶などを異方性エッチングやフォトリソグラフィー
の手法を利用して先端部を０．５μｍになるように台形
状に形成させた支持基体上に、ＣＶＤ，電子ビーム蒸着
法などを利用して高熱伝導絶縁層、例えばＡｌＮを５０
０ｎｍ積層させる。さらに同様な方法で低熱伝導絶縁層
例えばガラス材を２００ｎｍ積層させる。この上に熱膨
張温度センサ層３、例えばＧａを同様な方法で３００ｎ
ｍ積層させる。さらに熱膨張温度センサ層３の保護を目
的とした高熱伝導絶縁層、例えばＡｌＮを同様な方法で
１０ｎｍ形成させることにより得る。
単結晶などを異方性エッチングやフォトリソグラフィー
の手法を利用して先端部を０．５μｍになるように台形
状に形成させた支持基体上に、ＣＶＤ，電子ビーム蒸着
法などを利用して高熱伝導絶縁層、例えばＡｌＮを５０
０ｎｍ積層させる。さらに同様な方法で低熱伝導絶縁層
例えばガラス材を２００ｎｍ積層させる。この上に熱膨
張温度センサ層３、例えばＧａを同様な方法で３００ｎ
ｍ積層させる。さらに熱膨張温度センサ層３の保護を目
的とした高熱伝導絶縁層、例えばＡｌＮを同様な方法で
１０ｎｍ形成させることにより得る。
【００３５】図２（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）には、図１
に示す本発明に係る熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張
温度センサをＡＦＭ用カンチレバーに設置した３つの実
施例が示されている。
に示す本発明に係る熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張
温度センサをＡＦＭ用カンチレバーに設置した３つの実
施例が示されている。
【００３６】高熱伝導絶縁層２Ａ、低熱伝導絶縁層２
Ｂ、熱膨張温度センサ層３、高熱伝導絶縁層４の各薄膜
層の温度変化による熱膨張変化の時定数が０．５ｍｓか
ら５０ｍｓが好ましい。
Ｂ、熱膨張温度センサ層３、高熱伝導絶縁層４の各薄膜
層の温度変化による熱膨張変化の時定数が０．５ｍｓか
ら５０ｍｓが好ましい。
【００３７】熱膨張による変位量の検出には、レーザー
を用いた変位センサ［図２（Ａ）］、ピエゾ抵抗体を利
用したもの［図２（Ｂ）］、ひずみゲージを利用する方
法［図２（Ｃ）］など公知の方法が利用できる。
を用いた変位センサ［図２（Ａ）］、ピエゾ抵抗体を利
用したもの［図２（Ｂ）］、ひずみゲージを利用する方
法［図２（Ｃ）］など公知の方法が利用できる。
【００３８】図３は、本発明における光熱変換分光法に
用いるための、ＦＴ−ＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎ
ｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｃｏｐ
ｙ）又はチョッパーを利用する光学系を示している。か
かる光学系の構成は公知のものを特別の制限なく利用で
きる。
用いるための、ＦＴ−ＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎ
ｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｃｏｐ
ｙ）又はチョッパーを利用する光学系を示している。か
かる光学系の構成は公知のものを特別の制限なく利用で
きる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、高感度な熱膨張温度セ
ンサとなりうる抵抗温度係数の大きな素材である熱膨張
材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサを提供できる。
ンサとなりうる抵抗温度係数の大きな素材である熱膨張
材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサを提供できる。
【図１】本発明に係るマイクロ熱膨張温度センサの一実
施例を示す概略構成図
施例を示す概略構成図
【図２】本発明に係るマイクロ熱膨張温度センサをカン
チレバーに設置した３例を示す概略構成図
チレバーに設置した３例を示す概略構成図
【図３】本発明の光熱変換分光法に用いる光学系の例を
示す概略構成図
示す概略構成図
１ 支持基体
２Ａ 高熱伝導絶縁層
２Ｂ 低熱伝導絶縁層
３ 熱膨張温度センサ層
４ 高熱伝導絶縁層
Claims (7)
- 【請求項１】支持基体の先端部に、熱膨張係数の大きな
材料から成る熱膨張温度センサ層を設けたマイクロ熱膨
張温度センサを用い、微小部位の温度計測を行うマイク
ロ熱膨張温度センサにおいて、前記支持基体と前記熱膨
張温度センサ層との間には、熱伝導制御層が設けてあ
り、かつ該熱膨張温度センサ層の試料接触側は、高熱伝
導絶縁層によって被覆されていることを特徴とする熱膨
張材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサ。 - 【請求項２】前記熱伝導制御層が、支持基体側に位置す
る高熱伝導絶縁層と、熱膨張温度センサ側に位置する低
熱伝導絶縁層とを有することを特徴とする請求項１に記
載の熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサ。 - 【請求項３】高熱伝導絶縁層が、熱伝導率１００Ｗ／ｍ
Ｋ以上で熱膨張係数１０×１０−６／Ｋ以下の絶縁材料
から成り、低熱伝導絶縁層が熱伝導率１０Ｗ／ｍＫ未満
で熱膨張係数１０×１０−６／Ｋ以下の絶縁材料から成
ることを特徴とする請求項２に記載の熱膨張材料を用い
たマイクロ熱膨張温度センサ。 - 【請求項４】熱膨張温度センサ層が、熱膨張係数２５×
１０−６／Ｋ以上であることを特徴とする請求項１、２
又は３に記載の熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度
センサ。 - 【請求項５】高熱伝導絶縁層が、熱伝導率１００Ｗ／ｍ
Ｋ以上で熱膨張係数１０×１０−６／Ｋ以下の絶縁材料
から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
載の熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサ。 - 【請求項６】支持基体がＡＦＭカンチレバーなどのマイ
クロ変位センサ基体であり、光の照射に伴う熱膨張変化
を捕らえて分光測定を行う光熱変換分光法によって、光
の回析限界以下の極微小部位の温度計測が可能であるこ
とを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱膨張
材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサ。 - 【請求項７】分光測定以外の目的で微小部位の温度計測
が可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
に記載の熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002154917A JP4007068B2 (ja) | 2002-05-29 | 2002-05-29 | 熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002154917A JP4007068B2 (ja) | 2002-05-29 | 2002-05-29 | 熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003344171A true JP2003344171A (ja) | 2003-12-03 |
| JP4007068B2 JP4007068B2 (ja) | 2007-11-14 |
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ID=29771554
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002154917A Expired - Fee Related JP4007068B2 (ja) | 2002-05-29 | 2002-05-29 | 熱膨張材料を用いたマイクロ熱膨張温度センサ |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4007068B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112805544A (zh) * | 2018-09-10 | 2021-05-14 | 泰连公司 | 电触头热感测系统及方法 |
| CN112805545A (zh) * | 2018-09-10 | 2021-05-14 | 泰连公司 | 电触头热感测系统 |
-
2002
- 2002-05-29 JP JP2002154917A patent/JP4007068B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4007068B2 (ja) | 2007-11-14 |
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