JP2018091705A - 歪抵抗膜および高温用歪センサ、ならびにそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
K=(ΔR/R)/(Δl/l)=1+2σ+(Δρ/ρ)/(Δl/l) (1)
ここで、R、σおよびρは、それぞれセンサ材である薄膜、細線または箔の全抵抗、ポアソン比および比電気抵抗である。またlは被測定体の全長であり、よってΔl/lは被測定体に生じる歪を表す。一般に、金属・合金におけるσはほぼ0.3であるから、前記の式における右辺第1項と第2項の合計は約1.6でほぼ一定の値となる。したがってゲージ率を大きくするためには、前記の式における第3項が大きいことが必須条件である。すなわち、材料に引っ張り変形を与えたとき材料の長さ方向の電子構造が大幅に変化し、比電気抵抗の変化量Δρ/ρが増加することによる。
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、0.1≦x≦34である)で表され、かつ使用温度範囲が250℃以上500℃以下であり、前記使用温度範囲において、ゲージ率が6以上であることを特徴とする歪抵抗膜。
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25である)で表され、かつ使用温度範囲が250℃以上500℃以下であり、前記使用温度範囲において、ゲージ率が6以上であることを特徴とする歪抵抗膜。
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、0.1≦x≦34である)で表される薄膜を形成し、250℃以上500℃以下の範囲における使用する上限温度よりも50℃以上高い温度で大気中において30分以上4時間以下の熱処理を施し、250℃以上500℃以下の温度範囲において、ゲージ率が6以上である歪抵抗膜を得ることを特徴とする歪抵抗膜の製造方法。
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25である)で表される薄膜を形成し、250℃以上500℃以下の範囲における使用する上限温度よりも50℃以上高い温度で大気中において30分以上4時間以下の熱処理を施し、250℃以上500℃以下の温度範囲において、ゲージ率が6以上である歪抵抗膜を得ることを特徴とする歪抵抗膜の製造方法。
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、0.1≦x≦34である)で表される薄膜で構成され、かつ使用温度範囲が250℃以上500℃以下であり、前記使用温度範囲において、ゲージ率が6以上の歪抵抗膜を起歪構造体上に形成してなることを特徴とする高温用歪センサ。
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25である)で表される薄膜で構成され、かつ使用温度範囲が250℃以上500℃以下であり、前記使用温度範囲において、ゲージ率が6以上の歪抵抗膜を起歪構造体上に形成してなることを特徴とする高温用歪センサ。
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、0.1≦x≦34である)で表される薄膜を起歪構造体上に形成し、250℃以上500℃以下の範囲における使用する上限温度よりも50℃以上高い温度で大気中において30分以上4時間以下の熱処理を施し、250℃以上500℃以下の温度範囲において、ゲージ率が6以上である歪抵抗膜とし、これを用いて高温用歪センサを製造することを特徴とする高温用歪センサの製造方法。
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25である)で表される薄膜を起歪構造体上に形成し、250℃以上500℃以下の範囲における使用する上限温度よりも50℃以上高い温度で大気中において30分以上4時間以下の熱処理を施し、250℃以上500℃以下の温度範囲において、ゲージ率が6以上である歪抵抗膜とし、これを用いて高温用歪センサを製造することを特徴とする高温用歪センサの製造方法。
Cr系薄膜においては、一般に、その電気抵抗は、広い温度領域全般に亘っては、通常の金属と同様に温度変化に対し正の傾きで変化するが、Crの反強磁性に関連するネール温度において極小値をとることが知られている。すなわち、ネール温度近傍のネール温度以下の温度領域では、電気抵抗の傾きが負になるかまたは傾きの減少が生じて極小点であるネール温度に至り、ネール温度以上の温度領域では再び正の傾きで電気抵抗が増加していく挙動を示す。そこで実際に種々のCr系薄膜の抵抗値の温度依存性を調査した結果、電気抵抗の温度変化においてネール温度と考えられる極小値が見出された。
上述したように、本発明は高温領域でのゲージ率が高い抵抗薄膜および歪センサを提供するものであり、高温でのゲージ率を把握することが必要であるが、従来、高温におけるゲージ率の測定方法が確立されていなかった。
本発明では、基板上に歪抵抗膜として上述したCr−Mn薄膜またはCr−Al薄膜を成膜した後、250℃以上500℃以下における使用温度範囲の上限よりも50℃以上高い温度で大気中において30分以上4時間以下の熱処理を施す。例えば使用温度範囲の上限が300℃の場合は、350℃以上の温度でこのような熱処理を施す。
ここでは、まず、基材(起歪構造体)としてのアルミナ基板上に、高周波スパッタリングにより、比較材として格子状パターンのCr薄膜を成膜したサンプルAを準備した。その後、図5の装置により試料を大気中500℃で0.5時間の熱処理を施した後、図5の装置により450℃までの温度範囲におけるゲージ率を測定した。
1.成膜方法:スパッタリング法
2.成膜装置:マグネトロン方式の高周波スパッタリング装置
3・ターゲット
・Cr:公称純度99.9%で直径75.5mmのCr円盤
・Cr−Mn、Cr−Al:上記Cr円盤状に5×5mm2大で厚さ1mmのMnチップ、Alチップを8個乗せた複合ターゲット
4・基板:純度99.9%、厚さ0.1mmのアルミナ板
5・成膜条件
・成膜真空度(背景真空度):1×10−5Pa
・ターゲット−基板間距離(T−S距離):43mm
・スパッタガス圧:5mTorr(0.67Pa)
・スパッタガス流量:5sccm
・入力電力:10W
・基板温度:20℃水冷
6.薄膜歪センサ(歪ゲージ)素子のパターニングおよび熱処理等
・受感部形状:8回の折り返しからなる格子状
・格子の線幅および間隔:ともに0.05mm
・格子長さ:2mm
・薄膜の厚さ:約100nm
・パターン形状:フォトリソグラフィー技術とCrエッチング液による腐食整形技術を利用
・熱処理:大気中において所定の温度で30分間保持
・電極形成:センサ薄膜の所定位置にAu/Ni/Cr積層薄膜をリフトオフ法で重ねて形成
・評価用素子の切り出し:ダイシング装置を用いて素子を個別に切り出し
Claims (16)
- 一般式Cr100−xMnx
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、0.1≦x≦34である)で表され、かつ使用温度範囲が250℃以上500℃以下であり、前記使用温度範囲において、ゲージ率が6以上であることを特徴とする歪抵抗膜。 - 一般式Cr100−xAlx
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25である)で表され、かつ使用温度範囲が250℃以上500℃以下であり、前記使用温度範囲において、ゲージ率が6以上であることを特徴とする歪抵抗膜。 - 使用温度範囲が250℃以上450℃以下であり、前記使用温度範囲において、抵抗値の安定性が±0.2%以内であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の歪抵抗膜。
- 使用温度範囲が250℃以上400℃以下であり、前記使用温度範囲において、抵抗値の安定性が±0.02%以内であることを特徴とする請求項3に記載の歪抵抗膜。
- 一般式Cr100−xMnx
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、0.1≦x≦34である)で表される薄膜を形成し、250℃以上500℃以下の範囲における使用する上限温度よりも50℃以上高い温度で大気中において30分以上4時間以下の熱処理を施し、250℃以上500℃以下の温度範囲において、ゲージ率が6以上である歪抵抗膜を得ることを特徴とする歪抵抗膜の製造方法。 - 一般式Cr100−xAlx
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25である)で表される薄膜を形成し、250℃以上500℃以下の範囲における使用する上限温度よりも50℃以上高い温度で大気中において30分以上4時間以下の熱処理を施し、250℃以上500℃以下の温度範囲において、ゲージ率が6以上である歪抵抗膜を得ることを特徴とする歪抵抗膜の製造方法。 - 250℃以上450℃以下の範囲における使用する上限温度よりも50℃以上高い温度で大気中において30分以上4時間以下の熱処理を施し、250℃以上450℃以下の範囲において、抵抗値の安定性が±0.2%以内であることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の歪抵抗膜の製造方法。
- 250℃以上400℃以下の範囲における使用する上限温度よりも50℃以上高い温度で大気中において30分以上4時間以下の熱処理を施し、250℃以上400℃以下の範囲において、抵抗値の安定性が±0.02%以内であることを特徴とする請求項7に記載の歪抵抗膜の製造方法。
- 一般式Cr100−xMnx
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、0.1≦x≦34である)で表される薄膜で構成され、かつ使用温度範囲が250℃以上500℃以下であり、前記使用温度範囲において、ゲージ率が6以上の歪抵抗膜を起歪構造体上に形成してなることを特徴とする高温用歪センサ。 - 一般式Cr100−xAlx
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25である)で表される薄膜で構成され、かつ使用温度範囲が250℃以上500℃以下であり、前記使用温度範囲において、ゲージ率が6以上の歪抵抗膜を起歪構造体上に形成してなることを特徴とする高温用歪センサ。 - 使用温度範囲が250℃以上450℃以下であり、前記使用温度範囲における前記歪抵抗膜の抵抗安定性が±0.2%以内であることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の高温用歪センサ。
- 使用温度範囲が250℃以上400℃以下であり、前記使用温度範囲における前記歪抵抗膜の抵抗安定性が±0.02%以内であることを特徴とする請求項11に記載の高温用歪センサ。
- 一般式Cr100−xMnx
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、0.1≦x≦34である)で表される薄膜を起歪構造体上に形成し、250℃以上500℃以下の範囲における使用する上限温度よりも50℃以上高い温度で大気中において30分以上4時間以下の熱処理を施し、250℃以上500℃以下の温度範囲において、ゲージ率が6以上である歪抵抗膜とし、これを用いて高温用歪センサを製造することを特徴とする高温用歪センサの製造方法。 - 一般式Cr100−xAlx
(ただし、xは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25である)で表される薄膜を起歪構造体上に形成し、250℃以上500℃以下の範囲における使用する上限温度よりも50℃以上高い温度で大気中において30分以上4時間以下の熱処理を施し、250℃以上500℃以下の温度範囲において、ゲージ率が6以上である歪抵抗膜とし、これを用いて高温用歪センサを製造することを特徴とする高温用歪センサの製造方法。 - 使用温度範囲が250℃以上450℃以下であり、前記使用温度範囲における前記歪抵抗膜の抵抗安定性が±0.2%以内であることを特徴とする請求項13または請求項14に記載の高温用歪センサの製造方法。
- 使用温度範囲が250℃以上400℃以下であり、前記使用温度範囲における前記歪抵抗膜の抵抗安定性が±0.02%以内であることを特徴とする請求項15に記載の高温用歪センサの製造方法。
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