JP2017125847A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗体膜の転移温度を室温に近づけることができる温度センサを提供する。【解決手段】照射される赤外線を吸収して温度変化を生じる赤外線吸収膜６と、赤外線吸収膜６の温度変化に伴って抵抗値が変化する抵抗体膜２と、抵抗体膜２に電気的に接続される配線層４と、を備え、抵抗体膜２の抵抗値の変化を配線層４より赤外線の照射強度を表す信号として取り出す温度センサであって、抵抗体膜２は、第１元素と、第２元素とが添加された酸化バナジウム（IV）により構成されており、第１元素の価数Ｍは４より大きく、第２元素の価数Ｎは４より小さく、抵抗体膜２を構成する酸化バナジウム（IV）への第１元素の添加量ｍ（ａｔｏｍ％）は、第２元素の添加量ｎ（ａｔｏｍ％）よりも大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線の入射光を吸収して温度変化し、その温度変化によって抵抗値が変化する材料を用いて赤外線の放射強度の信号を読み出すボロメータ方式の温度センサに関するものである。

従来、温度センサとして量子（フォトン）型センサやボロメータ方式などの熱型センサが知られている。量子型センサは、ダーク電流に起因したノイズを低下させるために液体窒素温度近くまで冷却しなければ検出感度を高められない。

これに対して、ボロメータ方式の温度センサは素子の冷却が不要である。このため、コストの低減、機器の簡素化および小型化携帯用途において有利であることから、それらを目的としてボロメータ方式の温度センサが用いられている。

このボロメータ方式の温度センサは、測定対象から入射した赤外線を吸収し、これにより温度変化する受光部と、受光部に配置され、温度により抵抗値が変化する材料で構成される抵抗体膜とを備えている。そして、この温度センサは、赤外線の吸収による受光部の温度変化と、これに伴う抵抗体膜の温度変化および抵抗値変化とを利用して、赤外線の強度と測定対象の温度とを検出する。

したがって、抵抗体膜を構成する材料の抵抗値変化の温度依存性が高い、つまり、抵抗温度係数（ＴＣＲ：Temperature Coefficient of Resistance）の絶対値が大きいほど、検出感度が高くなる。しかしながら、従来用いられているＳｉ（ケイ素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｖ_２Ｏ_３（酸化バナジウム（III））等の半導体材料はＴＣＲの絶対値が小さく、例えばＳｉのＴＣＲは１．５％／Ｋ程度である。

ＴＣＲの絶対値が大きい材料として、金属絶縁体転移を発現する材料がある。例えば、ＶＯ_ｘの室温におけるＴＣＲは２．０％／Ｋ程度であるが、ＶＯ_２（酸化バナジウム（IV））の金属−絶縁体の変化時におけるＴＣＲは、７０％／Ｋ以上である。しかし、構造転移によるヒステリシスが発生するため、昇温時の転移温度と降温時の転移温度が互いに異なる。これにより、同温度でも昇温時と降温時でＴＣＲの違いが発生するため、ＶＯ_２で抵抗体膜を構成する場合、温度センサの制御が困難になる。

また、抵抗体膜を構成するＶＯ_２に単元素を添加することによりヒステリシスを抑制することができるが、単元素の添加によりＴＣＲの絶対値が低下するため、検出感度が低下する。

これについて、特許文献１に記載の温度センサでは、価数の異なる２種類の元素、具体的には、４価のＶ（バナジウム）よりも価数の大きい第１元素と、４価のＶよりも価数の小さい第２元素とを添加したＶＯ_２で抵抗体膜を構成している。これにより、ＴＣＲの絶対値の低下を抑制しつつ、ヒステリシスを抑制することができる。

特開２０１５−６８６８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の温度センサのように、第１元素の添加量を第２元素の添加量以下とした場合、抵抗体膜の転移温度が室温に比べて高く、例えば８０℃前後となる。そのため、温度センサの使用温度をＴＣＲの絶対値が大きくなる転移温度に近づけると、使用温度が室温に比べて高くなり、実効的なセンサ性能の低下等の問題が発生する。

本発明は上記点に鑑みて、抵抗体膜の転移温度を室温に近づけることができる温度センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、照射される赤外線を吸収して温度変化を生じる赤外線吸収膜（６）と、赤外線吸収膜の温度変化に伴って抵抗値が変化する抵抗体膜（２）と、抵抗体膜に電気的に接続される配線層（４）と、を備え、抵抗体膜の抵抗値の変化を配線層より赤外線の照射強度を表す信号として取り出す温度センサであって、抵抗体膜は、第１元素と、第２元素とが添加された酸化バナジウム（IV）により構成されており、第１元素の価数Ｍは４より大きく、第２元素の価数Ｎは４より小さく、抵抗体膜を構成する酸化バナジウム（IV）への第１元素の添加量ｍ（ａｔｏｍ％）は、第２元素の添加量ｎ（ａｔｏｍ％）よりも大きい。

このように、抵抗体膜を構成するＶＯ_２への第１元素の添加量ｍ（ａｔｏｍ％）を、第２元素の添加量ｎ（ａｔｏｍ％）よりも大きくすることにより、抵抗体膜の転移温度を室温に近づけることができる。

また、請求項１０に記載の発明では、照射される赤外線を吸収して温度変化を生じる赤外線吸収膜（６）と、赤外線吸収膜の温度変化に伴って抵抗値が変化する抵抗体膜（２）と、抵抗体膜に電気的に接続される配線層（４）と、を備え、抵抗体膜の抵抗値の変化を配線層より赤外線の照射強度を表す信号として取り出す温度センサであって、抵抗体膜は、第１元素と、第２元素とが添加された酸化バナジウム（IV）により構成されており、第１元素の価数Ｍは４より大きく、第２元素の価数Ｎは４であり、抵抗体膜を構成する酸化バナジウム（IV）への第１元素の添加量ｍ（ａｔｏｍ％）は、第２元素の添加量ｎ（ａｔｏｍ％）よりも大きい。

このように、第２元素として価数が４の元素を用いた場合にも、抵抗体膜を構成するＶＯ_２への第１元素の添加量ｍ（ａｔｏｍ％）を、第２元素の添加量ｎ（ａｔｏｍ％）よりも大きくすることにより、抵抗体膜の転移温度を室温に近づけることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる温度センサの断面構成を示す図である。 図１に示す温度センサの製造工程を示した断面図である。 抵抗体膜の温度と抵抗値との関係を示すグラフである。 添加する元素の価数とＴＣＲの絶対値の減少率との関係を示すグラフである。 添加する元素のイオン半径とヒステリシス低下率との関係を示すグラフである。 元素の添加量と転移温度との関係を示すグラフである。 元素の添加量とＴＣＲとの関係を示すグラフである。 ＮｂおよびＣｒの添加量とＴＣＲおよびヒステリシス幅との関係を示すグラフである。 ＮｂおよびＣｒの添加量とＴＣＲとの関係を示すグラフである。 ＮｂおよびＣｒの添加量とヒステリシス幅との関係を示すグラフである。 ＮｂおよびＣｒの添加量の差と転移温度との関係を示すグラフである。 ＮｂおよびＣｒの添加量と転移温度との関係を示すグラフである。 良好な特性が得られるＮｂとＣｒの添加量の範囲を示すグラフである。 良好な特性が得られるＮｂとＣｒの添加量の範囲を示すグラフである。 抵抗体膜の温度と抵抗値との関係を示すグラフである。 抵抗体膜の抵抗率とＴＣＲとの関係を示すグラフである。 第２実施形態にかかる温度センサの製造工程を示した断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる温度センサについて説明する。まず、図１を参照して、本実施形態のボロメータ方式の温度センサの構造について説明する。

図１に示すように、下地絶縁膜となるＡｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）層１の上に抵抗体膜となるＶＯ_２膜２が形成されている。Ａｌ_２Ｏ_３層１は、Ａｌ_２Ｏ_３（００１）基板をパターニングすることによって構成されたものである。Ａｌ_２Ｏ_３とＶＯ_２は格子定数が近く、Ａｌ_２Ｏ_３層１の上にＶＯ_２膜２がエピタキシャル成長によって形成されている。Ａｌ_２Ｏ_３層１は結晶構造としてコランダム構造を有しており、その上にルチル構造をとるＶＯ_２膜２が形成されている。

これらＡｌ_２Ｏ_３層１およびＶＯ_２膜２の周囲、具体的にはＡｌ_２Ｏ_３層１のうちＶＯ_２膜２と反対側となる裏面側以外はＶＯ_２膜２およびパッシベーション膜３によって覆われている。そして、ＶＯ_２膜２については、その両端がパッシベーション膜３に形成された配線層４と電気的に接続されている。なお、Ａｌ_２Ｏ_３層１およびＶＯ_２膜２については、上面形状が単純な四角形状などであっても良いが、所望の抵抗特性に応じて適宜パターニングされた形状とされていても良い。

ＶＯ_２膜２を構成するＶＯ_２には、４価のＶよりも価数が大きく、第１元素に相当する５価のＮｂ（ニオブ）と、価数が４よりも小さく、第２元素に相当する３価のＣｒ（クロム）とが添加されている。つまり、Ｎｂの添加量をｍ（ａｔｏｍ％）、Ｃｒの添加量をｎ（ａｔｏｍ％）とすると、ＶＯ_２膜２は、Ｖ_{１−ｍ／１００−ｎ／１００}Ｃｒ_{ｎ／１００}Ｎｂ_{ｍ／１００}Ｏ_２で構成されている。

ＶＯ_２膜２を構成するＶＯ_２へのＮｂの添加量ｍ（ａｔｏｍ％）は、Ｃｒの添加量ｎ（ａｔｏｍ％）よりも大きく、本実施形態では、ｍ＝６ａｔｏｍ％、ｎ＝４ａｔｏｍ％とされている。

パッシベーション膜３はシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）などの絶縁膜によって構成されており、Ａｌ_２Ｏ_３層１およびＶＯ_２膜２の側面および上面を覆っている。このパッシベーション膜３にコンタクトホール３ａが形成されており、パッシベーション膜３の表面に形成された配線層４がコンタクトホール３ａを通じてＶＯ_２膜２と電気的に接続されている。

配線層４は、ＶＯ_２膜２に電気的に接続されており、ＶＯ_２膜２の抵抗値変化を外部に出力するために用いられる。配線層４は、例えばＡｌ（アルミニウム）配線などによって構成され、ＶＯ_２膜２の両端に接続されている。

また、配線層４を覆うように例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）にて構成される保護膜５が成膜されている。保護膜５には配線層４の一部を露出させる開口部５ａが形成されており、この開口部５ａから露出させられた配線層４がパッド部４ａとして用いられ、図示しないボンディングワイヤなどと電気的に接続される。

そして、この保護膜５の表面上において、赤外線吸収膜６が形成されている。赤外線吸収膜６は、例えばカーボンペーストやシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜の多層膜などによって構成され、赤外線の照射強度に応じて赤外線を吸収し、その吸収量に応じて温度変化する。この赤外線吸収膜６の温度がＶＯ_２膜２に伝わり、赤外線吸収膜６の温度変化がＶＯ_２膜２の抵抗値変化として現れることで、配線層４を通じて赤外線の照射強度を表す信号を外部に取り出すことが可能となっている。このように、赤外線吸収膜６やその下方に位置するＡｌ_２Ｏ_３層１およびＶＯ_２膜２が配置された部分がセンサ部として機能する。

一方、Ａｌ_２Ｏ_３層１の裏面側、つまりＶＯ_２膜２と反対側において、Ａｌ_２Ｏ_３層１を露出させるように、パッシベーション膜３に支持基板７が貼り付けられている。支持基板７は、例えばシリコン基板によって構成されており、Ａｌ_２Ｏ_３層１と対応する位置が貫通させられて開口部とされることでＡｌ_２Ｏ_３層１を露出させている。これにより、支持基板７の上方の構成要素のうちのセンサ部として機能する部分が薄膜のメンブレンとされている。また、支持基板７のうちのＡｌ_２Ｏ_３層１と反対側の表面には、シリコン窒化膜などによって構成された保護マスク８が配置されている。保護マスク８も、支持基板７と同様に、Ａｌ_２Ｏ_３層１と対応する位置が除去されており、Ａｌ_２Ｏ_３層１を露出させている。

なお、支持基板７が除去された部分は、空気が充填もしくは温度センサを図示しない真空容器内に配置することで真空状態とされ、Ａｌ_２Ｏ_３層１から支持基板７への伝熱が抑制されるようにしてある。支持基板７とＡｌ_２Ｏ_３層１とは若干接触していても良いが、Ａｌ_２Ｏ_３層１の断熱性を高めるために、支持基板７とは接触していない方が好ましい。

このような構成により、本実施形態にかかる温度センサが構成されている。続いて、本実施形態にかかる温度センサの製造方法について、図２を参照しながら説明する。

〔図２（ａ）に示す工程〕
まず、Ａｌ_２Ｏ_３層１を構成するＡｌ_２Ｏ_３（００１）基板を用意する。Ａｌ_２Ｏ_３（００１）基板は、結晶構造としてコランダム構造を有している。このＡｌ_２Ｏ_３（００１）基板の表面にルチル構造を有するＶＯ_２膜２を形成する。例えば、ＶＯ_２膜２をパルスレーザ堆積法によって成膜することができる。

パルスレーザ堆積法による場合、Ｎｂを６ａｔｏｍ％、Ｃｒを４ａｔｏｍ％添加したＶ_２Ｏ_５ターゲットを例えば焼結によって生成しておき、Ａｌ_２Ｏ_３（００１）基板と共にＶ_２Ｏ_５ターゲットを真空チャンバー内に設置する。そして、レーザ照射によってターゲットを昇華させ、Ａｌ_２Ｏ_３（００１）基板上にＶＯ_２膜２を蒸着させる。

このとき、基板温度を３５０℃以上、例えば５００℃とし、真空チャンバー内を１．３３Ｐａ（＝１０ｍＴｏｒｒ）の酸素雰囲気として、レーザ照射によってＶ_２Ｏ_５ターゲットをアブレーションしてＶＯ_２膜２を成膜する。

このとき、温度センサが接続される回路とマッチングする抵抗値（例えば１０ｋ〜１００ｋΩ）となるようにＶＯ_２膜２の膜厚制御を行う。例えば、ＶＯ_２膜２の成膜を３３０℃で行う場合、ＶＯ_２膜２を６〜１２ｎｍの膜厚で形成すると、所望の抵抗値（例えば１０ｋ〜１００ｋΩ）が得られた。また、ＶＯ_２膜２の抵抗率は、０．０８Ω・ｃｍとなった。

このように、パルスレーザ堆積法などによって、ＶＯ_２膜２を成膜することができる。パルスレーザ堆積法によってＶＯ_２膜２を成膜する場合、組成制御が容易であるし、高融点材料の成膜を容易に行うことが可能となる。このときのＶＯ_２膜２の結晶構造は、基本的には下地基板となるＡｌ_２Ｏ_３層１の結晶構造が引き継がれることになるため、Ａｌ_２Ｏ_３層１と同じになる。すなわち、単結晶で構成されるＡｌ_２Ｏ_３（００１）基板の結晶構造が引き継がれ、ＶＯ_２膜２も単結晶となる。ＶＯ_２膜２の成膜後、基板温度を２００℃以下に下げる。

〔図２（ｂ）に示す工程〕
表面側にＶＯ_２膜２を成膜したＡｌ_２Ｏ_３層１を必要に応じてスマートカット法などによって所定厚さに加工したのち、シリコン基板などによって構成される支持基板７に貼り合わせる。そして、図示しないマスクを用いてＡｌ_２Ｏ_３層１およびＶＯ_２膜２をパターニングし、所望位置にのみ残す。

このような方法を用いてＡｌ_２Ｏ_３層１およびＶＯ_２膜２を支持基板７上に形成することにより、ＶＯ_２膜２の結晶性を良好にすることができる。これにより、ＴＣＲ、ノイズ特性などが良好になり、温度センサの特性が向上する。

〔図２（ｃ）に示す工程〕
パターニング後のＡｌ_２Ｏ_３層１およびＶＯ_２膜２を覆うように、支持基板７の上面にシリコン酸化膜などの絶縁膜で構成されるパッシベーション膜３を成膜する。

〔図２（ｄ）に示す工程〕
図示しないマスクを用いて、パッシベーション膜３の所望位置、具体的にはＶＯ_２膜２の両端と対応する位置をエッチングし、ＶＯ_２膜２の両端位置を露出させる。そして、アルミニウムなどの配線材料を成膜したのち、これをパターニングすることで配線層４を形成する。

この後の工程については図示しないが、次のような各種工程を行っている。すなわち、配線層４の表面を覆うようにシリコン窒化膜などからなる保護膜５を形成した後、これをパターニングして開口部５ａを形成する。また、支持基板７を裏面研削・研磨して薄肉化した後、支持基板７の裏面にシリコン窒化膜などによって構成される保護マスク８を成膜する。さらに、保護マスク８をパターニングしてＡｌ_２Ｏ_３層１およびＶＯ_２膜２の形成位置と対応する部分を開口させたのち、保護マスク８をマスクとしたウェットエッチングを行うことで支持基板７のうちＡｌ_２Ｏ_３層１およびＶＯ_２膜２の形成位置と対応する部分を除去する。そして、保護膜５の表面にカーボンペーストなどによる赤外線吸収膜６を形成した後、これをパターニングして所望位置に残す。このようにして、図１に示す温度センサが完成する。

温度センサの動作について説明する。上記のように構成される温度センサでは、センサ上部から赤外線が入射されると、それが赤外線吸収膜６に吸収され、赤外線吸収膜６の温度が上昇し、Ａｌ_２Ｏ_３層１およびＶＯ_２膜２を含めたセンサ部の温度が上昇する。

一方、配線層４を介してＶＯ_２膜２に直流電圧が与えられており、センサ部の温度上昇に伴ってＡｌ_２Ｏ_３層１およびＶＯ_２膜２の抵抗値が変化することから、それが電流変化として検出される。これにより、赤外線の照射強度を検出することが可能となる。

なお、ここでは詳細については図示していないが、温度センサにおいてはＶＯ_２膜２のＴＣＲの絶対値を大きくするために、一定温度駆動（マイクロヒータ制御）を行うのが好ましい。このため、センサ部の近傍にマイクロヒータを備えることで、ＴＣＲの絶対値をより大きくすることができる。

このような温度センサでは、ＶＯ_２膜２の抵抗値変化の温度依存性が高いほど、つまり、ＶＯ_２膜２のＴＣＲの絶対値が大きいほど、検出精度が高くなる。したがって、温度センサの検出精度を向上させるために、ＶＯ_２において金属−絶縁体の転移により７０％／Ｋ以上のＴＣＲが得られる転移温度付近で温度センサを使用することが好ましい。

しかし、構造転移によるヒステリシスが発生するため、昇温時の転移温度と降温時の転移温度は互いに異なる。そのため、転移温度付近では、同温度でも昇温時と降温時でＴＣＲの違いが発生し、制御が困難になる。したがって、温度センサの制御を容易にし、検出精度を向上させるためには、ヒステリシスを抑制することが必要である。

このように、ボロメータ方式の温度センサでは、検出精度の向上のために、絶対値の大きいＴＣＲを得ることと、温度に対する抵抗値の変化におけるヒステリシスを抑制することとの両立が要求されている。

これについて、ＶＯ_２膜２を構成するＶＯ_２に単元素を添加することで、図３に示すようにヒステリシス幅ΔＴが減少し、ヒステリシスが抑制されることが知られている。しかし、単元素を添加した場合、図３に示すように温度に対する抵抗値の変化が小さくなり、ＴＣＲの絶対値が減少する。なお、図３において、実線は元素を添加していない場合のＶＯ_２膜２の温度と抵抗値との関係を示しており、破線は単元素を添加した場合のＶＯ_２膜２の温度と抵抗値との関係を示している。

例えば、表１、図４、図５に示すように、ＶＯ_２膜２にＮｂを添加した場合、ヒステリシスは大きく抑制されるが、ＴＣＲの絶対値が大きく減少する。また、Ｃｒを添加した場合と、Ｔｉ（チタン）を添加した場合では、ＴＣＲの絶対値の減少率は小さいが、ヒステリシスの抑制の効果が小さい。

なお、表１、図５において、ヒステリシス低下率とは、元素の単位添加量あたりのヒステリシス幅の減少量である。また、ヒステリシス幅とは、昇温時にＴＣＲの絶対値が最大となるときの温度と、降温時にＴＣＲの絶対値が最大となるときの温度との差である。

また、室温と使用温度との差が大きいと、以下の問題が発生する。すなわち、温度センサの使用温度が高くなると、温度依存性をもつノイズ成分の増加により実効的なセンサ性能が低下する。また、使用温度と環境温度との差が大きくなるため、温度一定駆動のための制御が困難になる。また、温度センサで使用するレンズの性能が高温領域において変化するため、制御が困難になる。

そのため、使用温度を室温に近づけることが好ましく、転移温度付近で使用する場合には、転移温度を室温に近づけることが好ましい。

本発明者らは、単元素の添加の効果を添加する元素の価数とイオン半径の観点から調査し、ＴＣＲ、ヒステリシス、転移温度に関して以下のことを見出した。

第一に、添加される材料である４価のＶより価数が大きい元素を添加することで、電子ドーピング効果によりＴＣＲの絶対値が減少する。そして、添加する元素の価数が大きいほど、ＴＣＲの絶対値の減少率が大きくなる。なお、前述したように、Ｃｒ、Ｔｉ等、価数が４以下の元素を添加した場合にもＴＣＲの絶対値は減少するが、価数が４より大きい元素を添加した場合に比べて、ＴＣＲの絶対値の減少率は小さい。

第二に、４価のＶよりイオン半径が大きい元素を添加することにより、構造相転移が抑制され、ヒステリシスを低減することができる。そして、添加する元素のイオン半径が大きいほど、ヒステリシス低減の効果が大きくなる。

第三に、価数が４より小さい元素を添加した場合、転移温度はＶＯ_２の転移温度である６９℃よりも高くなり、価数が４より大きい元素を添加した場合、転移温度はＶＯ_２の転移温度よりも低くなる。そして、添加量が多いほど、転移温度の上昇量および低下量が大きくなる。

例えば、表１、図６に示すように、Ｎｂを添加した場合、転移温度が低くなり、Ｃｒを添加した場合、転移温度が高くなった。また、図６に示すように、Ｎｂの添加量が増加するにつれて転移温度の低下量が増加し、Ｃｒの添加量が増加するにつれて転移温度の上昇量が増加した。

さらに、本発明者らは、価数が互いに異なる２種類の元素、具体的には、価数が４より大きい第１元素、および、価数が４より小さい第２元素を添加した場合の効果を調査し、以下のことを見出した。

第一に、ＴＣＲの絶対値の減少率は、第１元素の価数Ｍと、第２元素の価数Ｎと、第１元素の添加量と第２元素の添加量が互いに等しいときの減少率と、第１元素のみを添加したときの減少率と、第２元素のみを添加したときの減少率と、第１元素の添加量ｍと、第２元素の添加量ｎとに基づいて変化する。

具体的には、酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の最大値ＴＣＲ_Ｍａｘ（％／Ｋ）からＶＯ_２膜２の抵抗温度係数を減算して得られる抵抗温度係数の変化量をΔＴＣＲ（％／Ｋ）とすると、（Ｍ−４）＋（Ｎ−４）＝０のとき、ΔＴＣＲは数式１で表される。また、｜Ｍ−４｜＞｜Ｎ−４｜のとき、ΔＴＣＲは数式２で表される。また、｜Ｍ−４｜＜｜Ｎ−４｜のとき、ΔＴＣＲは数式３で表される。

ここで、ａ＝｜（Ｍ−４）−（Ｎ−４）｜とする。また、酸化バナジウム（IV）に第１元素および第２元素を互いに等しい添加量で添加したときの、第１元素および第２元素の単位添加量あたりの該酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の変化量をΔＴＣＲ_０（％／Ｋ／ａｔｏｍ％）とする。また、酸化バナジウム（IV）に第１元素を添加したときの、第１元素の単位添加量あたりの該酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の変化量をΔＴＣＲ_１（％／Ｋ／ａｔｏｍ％）とする。また、酸化バナジウム（IV）に第２元素を添加したときの、第２元素の単位添加量あたりの該酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の変化量をΔＴＣＲ_２（％／Ｋ／ａｔｏｍ％）とする。

例えば、表１、図４、図７に示すように、Ｎｂを６ａｔｏｍ％、Ｃｒを４ａｔｏｍ％添加した場合、ＴＣＲの絶対値の減少率は８．２％／Ｋ／ａｔｏｍ％、ＴＣＲの絶対値は１６．１％／Ｋとなった。

なお、図４、図５、図７において、黒四角は、Ｎｂを６ａｔｏｍ％、Ｃｒを４ａｔｏｍ％添加した場合の、ＴＣＲの絶対値の減少率、ヒステリシス低下率、ＴＣＲの絶対値を示している。

このように、ＮｂおよびＣｒを添加すると、Ｎｂ、Ｃｒの一方のみを添加した場合に比べて、ＴＣＲの絶対値の減少率が低下した。これは、ＮｂとＣｒとを添加することにより電子とホールのキャンセルが発生し、電子ドーピング効果によるＴＣＲの絶対値の減少が抑制されたためと考えられる。

第二に、ヒステリシス低下率は、イオン半径から定まるヒステリシス低下量と、第１元素の添加量ｍと、第２元素の添加量ｎとに基づいて変化する。

具体的には、ＶＯ_２膜２の温度に対する抵抗値変化のヒステリシス幅をΔＴ（Ｋ）、酸化バナジウム（IV）の温度に対する抵抗値変化のヒステリシス幅をΔＴ_０（Ｋ）とすると、ΔＴ＜ΔＴ_０となる。そして、酸化バナジウム（IV）に第１元素を添加したときの単位添加量あたりの温度に対する抵抗値変化のヒステリシス幅の低下量をＫ_１（Ｋ／ａｔｏｍ％）、酸化バナジウム（IV）に第２元素を添加したときの単位添加量あたりの温度に対する抵抗値変化のヒステリシス幅の低下量をＫ_２（Ｋ／ａｔｏｍ％）とすると、ΔＴ_０−ΔＴ＝ｍＫ_１＋ｎＫ_２となる。

例えば、表１、図５に示すように、Ｎｂを６ａｔｏｍ％、Ｃｒを４ａｔｏｍ％添加した場合、ヒステリシス低下率は、０．８１Ｋ／ａｔｏｍ％となった。

なお、Ｋ_１、Ｋ_２は、例えば、図５に示すようにイオン半径に対するヒステリシス低下量の測定結果を直線近似し、これにより得られた式にイオン半径を代入することで求めることができる。本発明者らがヒステリシス低下量の測定と測定結果の直線近似を行った結果、ヒステリシス低下率（Ｋ／ａｔｏｍ％）は、２３２．６ｒ−１３．９０１となった。ここで、ｒは添加する元素のイオン半径（ｎｍ）である。

Ｃｒのみを添加した場合にはヒステリシス低下率が小さいが、このように、ＮｂおよびＣｒを添加すると、Ｃｒのみを添加した場合に比べて添加元素のイオン半径の平均値が増加するため、ＶＯ_２膜２の結晶性の不均一性が増加し、ヒステリシス低下率が大きくなる。

第三に、転移温度の変化量は、第１元素の添加量ｍと、第２元素の添加量ｎとに基づいて変化する。例えば、ＮｂとＣｒを添加した場合、図６に示すように、Ｎｂの添加量がＣｒの添加量よりも小さいとき、ＶＯ_２膜２の転移温度は、ＶＯ_２の転移温度である６９℃よりも高くなる。また、Ｎｂの添加量がＣｒの添加量と等しいとき、ＶＯ_２膜２の転移温度は６９℃となる。また、Ｎｂの添加量がＣｒの添加量よりも大きいとき、ＶＯ_２膜２の転移温度は、６９℃よりも低くなる。表１に示すように、Ｎｂを６ａｔｏｍ％、Ｃｒを４ａｔｏｍ％添加した場合、転移温度は約３０Ｋ低下し、４０℃となった。

このように、ＴＣＲとヒステリシス幅は別々の要因によって変化する。したがって、ＴＣＲの絶対値が大きく、ヒステリシスが抑制された温度センサを製造するためには、電子ドーピングによるＴＣＲの絶対値の減少を、価数の異なる２種類の元素を添加することで抑制し、イオン半径の大きい元素を添加することでヒステリシスを抑制するという方針で元素を選定すればよい。つまり、イオン半径が大きく価数の効果を打ち消し合う２つの元素を選定すれば、ＴＣＲの絶対値が大きく、ヒステリシスが抑制された温度センサを製造することができる。

２種類の元素をＮｂおよびＣｒとして、ＮｂおよびＣｒの添加量と、ＴＣＲ、ヒステリシス幅との関係について調べたところ、図８に示す結果となった。そして、本発明者らは、図８に示すデータから、図９に示す領域Ｒ１においてＴＣＲの絶対値が２％／Ｋより大きくなり、領域Ｒ２においてＴＣＲの絶対値が１０％／Ｋより大きくなり、図１０に示す領域Ｒ３においてヒステリシス幅が１．０Ｋ以下になると予想した。

すなわち、本発明者らは、ｎ≧７（ｍ−１１）／２、かつ、ｎ≦−５ｍ／７＋２８のとき、ＴＣＲの絶対値が２％／Ｋよりも大きくなると予想した。また、ｎ≧７（ｍ−５）／２、かつ、ｎ≦−５ｍ／７＋１２のとき、ＴＣＲの絶対値が１０％／Ｋよりも大きくなると予想した。また、ｎ≧−５（ｍ−８）／３、かつ、ｎ≧−２ｍ＋１５のとき、ヒステリシス幅が１．０Ｋ以下になると予想した。

ＮｂおよびＣｒの添加量の差と、転移温度との関係について調べたところ、図１１に示す結果となった。そして、本発明者らは、図１１に示すデータから、ＮｂおよびＣｒの添加量が図１２に示す領域Ｒ４に含まれる値であるとき、つまり、ｎ＜ｍ、かつ、ｎ≧ｍ−７のとき、転移温度が２０℃以上６９℃未満になると予想した。

これらの条件を満たす添加量の範囲を図１３、図１４に示す。ＮｂおよびＣｒの添加量が領域Ｒ５に含まれる値であるとき、つまり、ｎ＜ｍかつｎ≧ｍ−７かつｎ≧７（ｍ−１１）／２かつｎ≧−５（ｍ−８）／３のとき、ＶＯ_２膜２のＴＣＲの絶対値が２％／Ｋよりも大きくなり、ヒステリシス幅が１．０Ｋ以下となり、転移温度が２０℃以上６９℃未満となる。

また、ＮｂおよびＣｒの添加量が領域Ｒ６に含まれる値であるとき、つまり、ｎ＜ｍかつｎ≧７（ｍ−５）／２かつｎ≧−５（ｍ−８）／３のとき、ＶＯ_２膜２のＴＣＲの絶対値が１０％／Ｋよりも大きくなり、ヒステリシス幅が１．０Ｋ以下となり、転移温度が２０℃以上６９℃未満となる。

例えば、Ｎｂの添加量を６ａｔｏｍ％、Ｃｒの添加量を４ａｔｏｍ％とした本実施形態では、図１５に示すように、ＴＣＲの絶対値の減少が抑制されるとともにヒステリシスが抑制されており、前述したように、ＴＣＲの絶対値は１６．１％／Ｋ、ヒステリシス幅は０．３Ｋとなった。また、転移温度は４０℃となった。このように、本実施形態では、ＴＣＲの絶対値の減少とヒステリシスとを抑制しながら、転移温度を室温に近づけることができる。

また、このような温度センサにおいては、温度センサを制御する回路側の要請から、ＶＯ_２膜２の抵抗値を１０ｋ〜１００ｋΩ程度とすることが望ましい。ＶＯ_２膜２の膜厚の調整により抵抗値の制御が可能であるが、熱時定数、比熱、寸法の観点から、ＶＯ_２膜２の膜厚を１００ｎｍ以下とすることが望まれる。したがって、１００ｎｍ以下で要請される抵抗値を満たすために、ＶＯ_２膜２の抵抗率を０．１Ω・ｃｍ以下とすることが望ましい。

本実施形態では、図１６に示すように、ＴＣＲの絶対値が１０％／Ｋよりも大きくなるときの抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下となった。このように、本実施形態では、ＴＣＲの絶対値の減少を抑制しつつ、ＶＯ_２膜２の抵抗率を０．１Ω・ｃｍ以下として熱時定数、比熱、寸法の観点からの要請と回路側の要請とを満たすことができる。

また、ＶＯ_２膜２の抵抗率が増大すると、熱ノイズが発生するが、本実施形態では、ＶＯ_２膜２の抵抗率を０．１Ω・ｃｍ以下とすることにより、熱ノイズの発生を抑制し、温度センサの精度を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態では、ＶＯ_２膜２を構成するＶＯ_２に適切な量のＮｂとＣｒとを添加することにより、転移温度を低下させて室温に近づけ、温度センサの検出精度を向上させることができる。また、ＴＣＲの絶対値の減少とヒステリシスとを抑制し、低抵抗率を達成することにより、温度センサの検出精度をさらに向上させることができる。このような温度センサの適用により、非冷却ナイトビジョンイメージャの高感度化、非冷却用赤外検知器の高感度化を図ることができる。

なお、本実施形態では、第２元素として価数が４より小さい元素を用いたが、価数が４の元素の中にも、第２元素として用いた場合に、転移温度、ＴＣＲ、ヒステリシス幅ΔＴに関して上記のようにＶＯ_２膜２の特性が向上するものがある。

例えば第２元素として４価のＴｉを用いた場合にも、ｎ＜ｍかつｎ≧ｍ−７とすることで、ＶＯ_２膜２の転移温度を２０℃以上６９℃未満とすることができる。また、ΔＴＣＲ＝ｎΔＴＣＲ_０＋（ａ＋１）（ｍ−ｎ）ΔＴＣＲ_１となることに基づいて第１元素の添加量ｍおよび第２元素の添加量ｎを設定することで、ＶＯ_２膜２のＴＣＲの絶対値を２％／Ｋ、あるいは１０％／Ｋよりも大きくすることができる。また、ΔＴ_０−ΔＴ＝ｍＫ_１＋ｎＫ_２であることに基づいて第１元素の添加量ｍおよび第２元素の添加量ｎを設定することで、ヒステリシス幅ΔＴを１．０Ｋ未満とすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して温度センサの製造方法を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、温度センサの製造方法のうち、支持基板７の上にＡｌ_２Ｏ_３層１とＶＯ_２膜２とを形成する方法が第１実施形態と異なる。本実施形態におけるＡｌ_２Ｏ_３層１とＶＯ_２膜２とを形成する方法について、図１７を参照しながら説明する。

図１７（ａ）に示す工程では、支持基板７の上面に、熱酸化によりＳｉＯ_２膜９を成膜する。図１７（ｂ）に示す工程では、図示しないマスクを用いたエッチングにより、ＳｉＯ_２膜９のうち、Ａｌ_２Ｏ_３層１の形成予定領域に対応する部分を除去し、支持基板７の上面の一部を露出させる。

図１７（ｃ）に示す工程では、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）を用いて、ＳｉＯ_２膜９を除去した部分にＡｌ_２Ｏ_３層１を成膜し、その後、パルスレーザ堆積法を用いて、Ａｌ_２Ｏ_３層１およびＳｉＯ_２膜９の上面に、ＮｂおよびＣｒが添加されたＶＯ_２膜２を成膜する。このとき、ＶＯ_２膜２のうち、ＳｉＯ_２膜９の上面に形成された部分は、非晶質（アモルファス）状態となる。

図１７（ｄ）に示す工程では、図示しないマスクを用いたエッチングにより、ＶＯ_２膜２のうちＳｉＯ_２膜９の上面に形成された部分と、ＳｉＯ_２膜９とを除去する。これにより、支持基板７の上面には、Ａｌ_２Ｏ_３層１と、Ａｌ_２Ｏ_３層１の上面に形成されたＶＯ_２膜２とが残される。

このように製造される本実施形態の温度センサにおいても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第１実施形態では、ＶＯ_２膜２を構成するＶＯ_２に価数が４よりも大きい第１元素としてＮｂを添加し、価数が４よりも小さい第２元素としてＣｒを添加したが、第１元素および第２元素は、バナジウム酸化物と合金を形成する元素、具体的には、ＶＯ_２と共にルチル構造の固溶体を形成する元素であって、上記の設計指針にしたがって添加量を設計できる元素であればよく、ＮｂおよびＣｒ以外の元素をＶＯ_２に添加してもよい。例えば、第１元素として６価のＷ（タングステン）、５価のＭｏ（モリブデン）、５価のＴａ（タンタル）等を添加してもよい。また、例えば、第２元素として３価のＡｌ、３価のＧａ（ガリウム）、３価のＦｅ（鉄）等を添加してもよい。ＮｂおよびＣｒ以外の元素を添加する場合にも、ｎ＜ｍ、かつ、ｎ≧ｍ−７とすることで、転移温度を２０℃以上６９℃未満とすることができる。また、数式１〜３に基づいて第１元素の添加量ｍおよび第２元素の添加量ｎを設定することで、ＶＯ_２膜２のＴＣＲの絶対値を２％／Ｋ、あるいは１０％／Ｋよりも大きくすることができる。また、ΔＴ_０−ΔＴ＝ｍＫ_１＋ｎＫ_２であることに基づいて第１元素の添加量ｍおよび第２元素の添加量ｎを設定することで、ヒステリシス幅ΔＴを１．０Ｋ未満とすることができる。

また、上記第１実施形態では、ＶＯ_２膜２が形成される下地絶縁膜としてＡｌ_２Ｏ_３層１を用いたが、下地絶縁膜をＶＯ_２と格子定数の近いＴｉＯ_２（酸化チタン）で構成してもよい。下地絶縁膜をＴｉＯ_２で構成した場合にも、ＮｂおよびＣｒの添加量と、ＴＣＲ、ヒステリシス、転移温度との関係について、第１実施形態と同様の結果が得られる。

１ Ａｌ_２Ｏ_３層
２ ＶＯ_２膜
３ パッシベーション膜
４ 配線層
５ 保護膜
６ 赤外線吸収膜
７ 支持基板
８ 保護マスク

Claims (24)

1. 照射される赤外線を吸収して温度変化を生じる赤外線吸収膜（６）と、前記赤外線吸収膜の温度変化に伴って抵抗値が変化する抵抗体膜（２）と、前記抵抗体膜に電気的に接続される配線層（４）と、を備え、前記抵抗体膜の抵抗値の変化を前記配線層より赤外線の照射強度を表す信号として取り出す温度センサであって、
   前記抵抗体膜は、第１元素と、第２元素とが添加された酸化バナジウム（IV）により構成されており、
   前記第１元素の価数Ｍは４より大きく、
   前記第２元素の価数Ｎは４より小さく、
   前記抵抗体膜を構成する酸化バナジウム（IV）への前記第１元素の添加量ｍ（ａｔｏｍ％）は、前記第２元素の添加量ｎ（ａｔｏｍ％）よりも大きい温度センサ。
2. 前記第１元素の添加量ｍと、前記第２元素の添加量ｎとが、ｎ≧ｍ−７を満たす請求項１に記載の温度センサ。
3. （Ｍ−４）＋（Ｎ−４）＝０であり、
   酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の最大値ＴＣＲ_Ｍａｘ（％／Ｋ）と前記抵抗体膜の抵抗温度係数との差をΔＴＣＲ（％／Ｋ）、
   酸化バナジウム（IV）に前記第１元素および前記第２元素を互いに等しい添加量で添加したときの、前記第１元素および前記第２元素の添加量あたりの該酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の変化量をΔＴＣＲ_０（％／Ｋ／ａｔｏｍ％）、
   酸化バナジウム（IV）に前記第１元素を添加したときの、前記第１元素の単位添加量あたりの該酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の変化量をΔＴＣＲ_１（％／Ｋ／ａｔｏｍ％）としたとき、
   ΔＴＣＲ＝ｎΔＴＣＲ_０＋（ｍ−ｎ）ΔＴＣＲ_１となることに基づいて、前記最大値ＴＣＲ_Ｍａｘから前記差ΔＴＣＲを減算して得られる前記抵抗体膜の抵抗温度係数が２％／Ｋよりも大きくなるように前記第１元素の添加量ｍおよび前記第２元素の添加量ｎが設定された請求項１または２に記載の温度センサ。
4. ｜Ｍ−４｜＞｜Ｎ−４｜であり、
   酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の最大値ＴＣＲ_Ｍａｘ（％／Ｋ）と前記抵抗体膜の抵抗温度係数との差をΔＴＣＲ（％／Ｋ）、
   酸化バナジウム（IV）に前記第１元素および前記第２元素を互いに等しい添加量で添加したときの、前記第１元素および前記第２元素の添加量あたりの該酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の変化量をΔＴＣＲ_０（％／Ｋ／ａｔｏｍ％）、
   酸化バナジウム（IV）に前記第１元素を添加したときの、前記第１元素の単位添加量あたりの該酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の変化量をΔＴＣＲ_１（％／Ｋ／ａｔｏｍ％）とし、
   ｜（Ｍ−４）−（Ｎ−４）｜＝ａとしたとき、
   ΔＴＣＲ＝ｎΔＴＣＲ_０＋（ａ＋１）（ｍ−ｎ）ΔＴＣＲ_１となることに基づいて、前記最大値ＴＣＲ_Ｍａｘから前記差ΔＴＣＲを減算して得られる前記抵抗体膜の抵抗温度係数が２％／Ｋよりも大きくなるように前記第１元素の添加量ｍおよび前記第２元素の添加量ｎが設定された請求項１または２に記載の温度センサ。
5. ｜Ｍ−４｜＜｜Ｎ−４｜であり、
   酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の最大値ＴＣＲ_Ｍａｘ（％／Ｋ）と前記抵抗体膜の抵抗温度係数との差をΔＴＣＲ（％／Ｋ）、
   酸化バナジウム（IV）に前記第１元素および前記第２元素を互いに等しい添加量で添加したときの、前記第１元素および前記第２元素の添加量あたりの該酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の変化量をΔＴＣＲ_０（％／Ｋ／ａｔｏｍ％）、
   酸化バナジウム（IV）に前記第１元素を添加したときの、前記第１元素の単位添加量あたりの該酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の変化量をΔＴＣＲ_１（％／Ｋ／ａｔｏｍ％）、
   酸化バナジウム（IV）に前記第２元素を添加したときの、前記第２元素の単位添加量あたりの該酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の変化量をΔＴＣＲ_２（％／Ｋ／ａｔｏｍ％）とし、
   ｜（Ｍ−４）−（Ｎ−４）｜＝ａとしたとき、
   ｍ＜（ａ＋１）ｎではΔＴＣＲ＝ｍΔＴＣＲ_０＋｛（ａ＋１）ｎ−ｍ｝ΔＴＣＲ_２となり、（ａ＋１）ｎ＜ｍではΔＴＣＲ＝｛（ａ＋１）ｎ−ｍ｝ΔＴＣＲ_０＋｛ｍ−（ａ＋１）ｎ｝ΔＴＣＲ_１となることに基づいて、前記最大値ＴＣＲ_Ｍａｘから前記差ΔＴＣＲを減算して得られる前記抵抗体膜の抵抗温度係数が２％／Ｋよりも大きくなるように前記第１元素の添加量ｍおよび前記第２元素の添加量ｎが設定された請求項１または２に記載の温度センサ。
6. 前記抵抗体膜の抵抗温度係数が１０％／Ｋよりも大きくなるように前記第１元素の添加量ｍおよび前記第２元素の添加量ｎが設定された請求項３ないし５のいずれか１つに記載の温度センサ。
7. 前記第２元素は、酸化バナジウム（IV）と共にルチル構造の固溶体を形成する元素である請求項１ないし６のいずれか１つに記載の温度センサ。
8. 前記第２元素は、クロム、アルミニウム、ガリウム、鉄のいずれかである請求項７に記載の温度センサ。
9. 前記第２元素の価数は３である請求項８に記載の温度センサ。
10. 照射される赤外線を吸収して温度変化を生じる赤外線吸収膜（６）と、前記赤外線吸収膜の温度変化に伴って抵抗値が変化する抵抗体膜（２）と、前記抵抗体膜に電気的に接続される配線層（４）と、を備え、前記抵抗体膜の抵抗値の変化を前記配線層より赤外線の照射強度を表す信号として取り出す温度センサであって、
    前記抵抗体膜は、第１元素と、第２元素とが添加された酸化バナジウム（IV）により構成されており、
    前記第１元素の価数Ｍは４より大きく、
    前記第２元素の価数Ｎは４であり、
    前記抵抗体膜を構成する酸化バナジウム（IV）への前記第１元素の添加量ｍ（ａｔｏｍ％）は、前記第２元素の添加量ｎ（ａｔｏｍ％）よりも大きい温度センサ。
11. 前記第１元素の添加量ｍと、前記第２元素の添加量ｎとが、ｎ≧ｍ−７を満たす請求項１０に記載の温度センサ。
12. ｜Ｍ−４｜＞｜Ｎ−４｜であり、
    酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の最大値ＴＣＲ_Ｍａｘ（％／Ｋ）と前記抵抗体膜の抵抗温度係数との差をΔＴＣＲ（％／Ｋ）、
    酸化バナジウム（IV）に前記第１元素および前記第２元素を互いに等しい添加量で添加したときの、前記第１元素および前記第２元素の添加量あたりの該酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の変化量をΔＴＣＲ_０（％／Ｋ／ａｔｏｍ％）、
    酸化バナジウム（IV）に前記第１元素を添加したときの、前記第１元素の単位添加量あたりの該酸化バナジウム（IV）の抵抗温度係数の変化量をΔＴＣＲ_１（％／Ｋ／ａｔｏｍ％）とし、
    ｜（Ｍ−４）−（Ｎ−４）｜＝ａとしたとき、
    ΔＴＣＲ＝ｎΔＴＣＲ_０＋（ａ＋１）（ｍ−ｎ）ΔＴＣＲ_１となることに基づいて、前記最大値ＴＣＲ_Ｍａｘから前記差ΔＴＣＲを減算して得られる前記抵抗体膜の抵抗温度係数が２％／Ｋよりも大きくなるように前記第１元素の添加量ｍおよび前記第２元素の添加量ｎが設定された請求項１０または１１に記載の温度センサ。
13. 前記抵抗体膜の抵抗温度係数が１０％／Ｋよりも大きくなるように前記第１元素の添加量ｍおよび前記第２元素の添加量ｎが設定された請求項１２に記載の温度センサ。
14. 前記第２元素は、酸化バナジウム（IV）と共にルチル構造の固溶体を形成する元素である請求項１０ないし１３のいずれか１つに記載の温度センサ。
15. 前記第２元素は、チタンである請求項１４に記載の温度センサ。
16. 前記抵抗体膜の温度に対する抵抗値変化のヒステリシス幅をΔＴ（Ｋ）、
    酸化バナジウム（IV）の温度に対する抵抗値変化のヒステリシス幅をΔＴ_０（Ｋ）としたとき、ΔＴ＜ΔＴ_０である請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の温度センサ。
17. 前記抵抗体膜の温度に対する抵抗値変化のヒステリシス幅をΔＴ（Ｋ）、
    酸化バナジウム（IV）の温度に対する抵抗値変化のヒステリシス幅をΔＴ_０（Ｋ）、
    酸化バナジウム（IV）に前記第１元素を添加したときの、前記第１元素の単位添加量あたりの温度に対する抵抗値変化のヒステリシス幅の低下量をＫ_１（Ｋ／ａｔｏｍ％）、
    酸化バナジウム（IV）に前記第２元素を添加したときの、前記第２元素の単位添加量あたりの温度に対する抵抗値変化のヒステリシス幅の低下量をＫ_２（Ｋ／ａｔｏｍ％）としたとき、
    ΔＴ_０−ΔＴ＝ｍＫ_１＋ｎＫ_２であることに基づいて、前記ヒステリシス幅ΔＴが１．０Ｋ未満となるように前記第１元素の添加量ｍおよび前記第２元素の添加量ｎが設定された請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の温度センサ。
18. 前記第１元素は、酸化バナジウム（IV）と共にルチル構造の固溶体を形成する元素である請求項１ないし１７のいずれか１つに記載の温度センサ。
19. 前記第１元素は、ニオブ、タングステン、モリブデン、タンタルのいずれかである請求項１８に記載の温度センサ。
20. 前記第１元素は、５価のニオブ、６価のタングステン、５価のモリブデン、５価のタンタルのいずれかである請求項１９に記載の温度センサ。
21. 前記第１元素が５価のニオブであり、
    前記第２元素が３価のクロムである請求項１または２に記載の温度センサ。
22. 前記第１元素の添加量ｍと、前記第２元素の添加量ｎとが、ｎ≧７（ｍ−１１）／２、ｎ≦−５ｍ／７＋２８を満たす請求項２１に記載の温度センサ。
23. 前記第１元素の添加量ｍと、前記第２元素の添加量ｎとが、ｎ≧７（ｍ−５）／２を満たす請求項２２に記載の温度センサ。
24. 前記第１元素の添加量ｍと、前記第２元素の添加量ｎとが、ｎ≧−５（ｍ−８）／３を満たす請求項２１ないし２３のいずれか１つに記載の温度センサ。
    

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