JP2018091848A - Strain resistance film and strain sensor, and manufacturing method of them - Google Patents

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英二 丹羽
Eiji Niwa
英二 丹羽
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a strain resistance film and strain sensor having a high gauge factor and high temperature stability in a predetermined high-temperature region, and provide manufacturing methods of them.SOLUTION: A strain resistance film is obtained which is expressed by a general formula CrAlN(here, x and y are atomic ratios (at.%), 4≤x≤25, and 0.1≤y≤20) and has a gauge factor of 3 or more in a temperature range of -50°C or more and 300°C or less. A strain sensor is obtained by forming the strain resistance film on a strain structure. At this time, the strain resistance film is manufactured by applying a heat treatment to a thin film having the above-mentioned composition at a temperature of 300°C or more and 700°C or less.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、高温で優れた特性を有する歪抵抗膜および歪センサ、ならびにそれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a strain resistance film and a strain sensor having excellent characteristics at high temperatures, and a method for manufacturing the same.

歪センサは、薄膜、細線または箔形状のセンサ材の電気抵抗が弾性歪によって変化する現象を利用するものであり、その抵抗変化を測定することにより、歪や応力の計測ならびに変換に用いられる。   The strain sensor uses a phenomenon in which the electrical resistance of a thin film, thin wire, or foil-shaped sensor material changes due to elastic strain, and is used for measurement and conversion of strain and stress by measuring the resistance change.

歪センサの感度は、ゲージ率Kによって決まり、Kの値は一般に以下の(1)式で与えられる。
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。
The sensitivity of the strain sensor is determined by the gauge factor K, and the value of K is generally given by the following equation (1).
K = (ΔR / R) / (Δl / l) = 1 + 2σ + (Δρ / ρ) / (Δl / l) (1)
Here, R, σ, and ρ are the total resistance, Poisson's ratio, and specific electrical resistance, respectively, of the thin film, thin wire, or foil that is the sensor material. Further, l is the total length of the object to be measured, and therefore Δl / l represents the strain generated in the object to be measured. In general, since σ in a metal / alloy is approximately 0.3, the sum of the first term and the second term on the right side in the above formula is approximately 1.6, which is a substantially constant value. Therefore, in order to increase the gauge factor, it is an essential condition that the third term in the above equation is large. That is, when tensile deformation is applied to the material, the electronic structure in the length direction of the material changes significantly, and the amount of change Δρ / ρ in specific electrical resistance increases.

そこで近年になって注目されたのが、バルクのゲージ率として26〜28という非常に大きい値が報告されていたクロミウム(Cr)である。Crは加工が非常に困難であるが、加工を必要としない薄膜化によって歪センサに応用することができ、Crは薄膜化してもゲージ率が約15と依然として大きいため、Cr薄膜が歪センサとして注目されている(例えば特許文献1)。   Therefore, in recent years, chromium (Cr), which has been noticed as a bulk gauge factor, has been reported to be a very large value of 26 to 28. Although it is very difficult to process Cr, it can be applied to a strain sensor by reducing the film thickness that does not require processing. Since Cr still has a large gauge factor of about 15 even if it is thinned, the Cr thin film is used as a strain sensor. It is attracting attention (for example, Patent Document 1).

一方、歪センサは、高いゲージ率を有するとともに温度に対する安定性が高いことが要求されるが、Cr薄膜では、温度安定性の指標である抵抗温度係数(TCR)が正の大きな値を示し、安定性の点で問題がある。これに対して、ゲージ率が高く、TCRが小さい薄膜材料としてCr−N膜が提案されている(例えば特許文献2)。また、温度安定性の指標としてはゲージ率の温度係数(感度温度係数)(TCS)も重要であり、TCRおよびTCSが低いCr−N薄膜も提案されている(特許文献3)。   On the other hand, the strain sensor is required to have a high gauge factor and high temperature stability, but in the Cr thin film, the resistance temperature coefficient (TCR), which is an index of temperature stability, shows a large positive value. There is a problem in terms of stability. On the other hand, a Cr—N film has been proposed as a thin film material having a high gauge factor and a small TCR (for example, Patent Document 2). In addition, the temperature coefficient of the gauge factor (sensitivity temperature coefficient) (TCS) is also important as an index of temperature stability, and a Cr—N thin film having low TCR and TCS has also been proposed (Patent Document 3).

一方、近年、自動車および航空機等の内燃機関関連、射出成型、地熱発電、油田開発、火力発電のタービン関連など、200〜700℃の高温領域においてゲージ率が高く高感度な各種力学量のセンシングが強く要望されている。   On the other hand, in recent years, sensing of various mechanical quantities with high gauge factor and high sensitivity in the high temperature range of 200-700 ° C, such as internal combustion engines related to automobiles and aircraft, injection molding, geothermal power generation, oil field development, thermal power generation turbine related, etc. There is a strong demand.

特開昭61−256233号公報JP-A-61-256233 特許第3642449号公報Japanese Patent No. 3642449 特開2015−031633号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-031633

ところで、上記特許文献2、3に示されたCr−N薄膜を用いた歪センサは、高温領域での使用は考慮されていないため、高温領域でのゲージ率は測定しておらず不明である。   By the way, since the strain sensor using the Cr-N thin film shown in the Patent Documents 2 and 3 is not considered for use in a high temperature region, the gauge factor in the high temperature region is not measured and is unknown. .

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、所定の高温領域において、高いゲージ率および温度安定性を示す歪抵抗膜および歪センサ、ならびにそれらの製造方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a strain resistance film and a strain sensor exhibiting a high gauge factor and temperature stability in a predetermined high temperature region, and a method for manufacturing the same. And

本発明者は、先に、Cr薄膜を歪抵抗膜として用い、所定の高温での使用温度領域の上限よりも50℃以上高い温度で大気中において所定時間の熱処理を施すことにより、その高温での使用温度範囲において、実用的なゲージ率が得られることを見出し、特許出願した(特願2016−169410)。   The present inventor first uses a Cr thin film as a strain resistance film, and performs heat treatment for a predetermined time in the atmosphere at a temperature higher by 50 ° C. than the upper limit of the use temperature range at a predetermined high temperature. The inventors have found that a practical gauge factor can be obtained in the temperature range of use and filed a patent application (Japanese Patent Application No. 2006-169410).

しかし、このようなCr薄膜は、100℃ではゲージ率の値が14程度であるが、100℃を超えるとゲージ率が低下して行き、250℃以上になると6程度、350℃以上になると4程度まで低下する。この値は、実用に供することができる値ではあるものの、常温から100℃におけるゲージ率よりもかなり小さい値である。また、温度安定性係数(感度温度係数)(TCS)が2000ppm/℃以下であり、さらなる温度安定性も望まれている。   However, such a Cr thin film has a gauge factor value of about 14 at 100 ° C., but the gauge factor decreases when the temperature exceeds 100 ° C., and about 6 at 250 ° C. or higher and 4 at 350 ° C. or higher. Decrease to a degree. Although this value is a value that can be put to practical use, it is much smaller than the gauge factor from room temperature to 100 ° C. Further, the temperature stability coefficient (sensitivity temperature coefficient) (TCS) is 2000 ppm / ° C. or less, and further temperature stability is desired.

そこで、温度安定性の高い材料系で100℃以上の高温において大きなゲージ率および優れたTCS特性を示す材料について検討を行った結果、所定組成のCr−Al−N薄膜は、−50〜500℃でのゲージ率が高いことを見出した。   Therefore, as a result of studying a material having a high gauge stability and excellent TCS characteristics at a high temperature of 100 ° C. or higher in a material system having high temperature stability, a Cr—Al—N thin film having a predetermined composition is -50 to 500 ° C. We found that the gauge rate at was high.

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、以下の(1)〜(10)を提供する。   This invention is made | formed based on such knowledge, and provides the following (1)-(10).

(1)一般式Cr100−x−yAl
(ただし、x、yは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25、0.1≦y≦20である。)で表され、−50℃以上300℃以下の温度範囲において、ゲージ率が3以上であることを特徴とする歪抵抗膜。
(1) General formula Cr 100-xy Al x N y
(Where x and y are atomic ratios (at.%), And 4 ≦ x ≦ 25 and 0.1 ≦ y ≦ 20), and in a temperature range of −50 ° C. or more and 300 ° C. or less, A strain resistance film having a gauge factor of 3 or more.

(2)−50℃以上200℃以下の温度範囲において、感度温度係数(TCS)が、±1500ppm/℃以内であることを特徴とする(1)に記載の歪抵抗膜。   (2) The strain resistance film according to (1), wherein the temperature coefficient of sensitivity (TCS) is within ± 1500 ppm / ° C. in a temperature range of −50 ° C. to 200 ° C.

(3)−50℃以上500℃以下の温度範囲において、抵抗温度係数(TCR)が、±500ppm/℃以内であることを特徴とする(1)または(2)に記載の歪抵抗膜。   (3) The strain resistance film according to (1) or (2), wherein the temperature coefficient of resistance (TCR) is within ± 500 ppm / ° C. in a temperature range of −50 ° C. to 500 ° C.

(4)400℃以下の温度領域において、抵抗安定性が±2ppm/h以内であることを特徴とする(1)から(3)のいずれかに記載の歪抵抗膜。   (4) The strain resistance film according to any one of (1) to (3), wherein the resistance stability is within ± 2 ppm / h in a temperature range of 400 ° C. or lower.

(5)上記(1)から(4)のいずれか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歪センサ。   (5) A strain sensor comprising the strain resistance film according to any one of (1) to (4) above formed on a strain generating structure.

(6)一般式Cr100−x−yAl
(ただし、x、yは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25、0.1≦y≦20である。)で表される薄膜に、300℃以上700℃以下の温度で熱処理を施し、−50℃以上300℃以下の温度範囲において、ゲージ率を3以上の歪抵抗膜とすることを特徴とする歪抵抗膜の製造方法。
(6) General formula Cr 100-xy Al x N y
(However, x and y are atomic ratios (at.%), And 4 ≦ x ≦ 25 and 0.1 ≦ y ≦ 20). A method for producing a strain resistance film, characterized by performing a heat treatment to form a strain resistance film having a gauge factor of 3 or more in a temperature range of −50 ° C. or more and 300 ° C. or less.

(7)−50℃以上200℃以下の温度範囲において、感度温度係数(TCS)が、±1000ppm/℃以内であることを特徴とする請求項6の歪抵抗膜の製造方法。   (7) In the temperature range of −50 ° C. or more and 200 ° C. or less, the sensitivity temperature coefficient (TCS) is within ± 1000 ppm / ° C.

(8)−50℃以上500℃以下の温度範囲において、抵抗温度係数(TCR)が、±500ppm/℃以内であることを特徴とする(6)または(7)に記載の歪抵抗膜の製造方法。   (8) Manufacture of a strain resistive film according to (6) or (7), wherein the temperature coefficient of resistance (TCR) is within ± 500 ppm / ° C within a temperature range of -50 ° C to 500 ° C. Method.

(9)400℃以下の温度領域において、抵抗安定性が±2ppm/h以内であることを特徴とする(6)から(8)のいずれかに記載の歪抵抗膜の製造方法。   (9) The method for producing a strain resistant film according to any one of (6) to (8), wherein the resistance stability is within ± 2 ppm / h in a temperature range of 400 ° C. or lower.

(10)一般式Cr100−x−yAl
(ただし、x、yは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25、0.1≦y≦20である。)で表される薄膜を起歪構造体上に形成し、300℃以上700℃以下の温度で熱処理を施し、(6)から(9)のいずれかの歪抵抗膜とすることにより歪センサを得ることを特徴とする歪センサの製造方法。
(10) General formula Cr 100-xy Al x N y
(Where x and y are atomic ratios (at.%), And 4 ≦ x ≦ 25 and 0.1 ≦ y ≦ 20) are formed on the strain-generating structure, and 300 A method for producing a strain sensor, comprising: obtaining a strain sensor by performing a heat treatment at a temperature of not lower than 700 ° C. and not higher than 700 ° C. to obtain a strain resistance film according to any one of (6) to (9).

本発明によれば、所定の高温領域において、高いゲージ率および温度安定性を示す歪抵抗膜および歪センサ、ならびにそれらの製造方法が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the strain resistance film | membrane and strain sensor which show a high gauge factor and temperature stability in a predetermined | prescribed high temperature area | region, and those manufacturing methods are provided.

Cr−Al合金のAlの添加量とネール温度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the addition amount of Al of a Cr-Al alloy, and a Neel temperature. Cr−Mn合金のMnの添加量とネール温度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the addition amount of Mn of a Cr-Mn alloy, and a Neel temperature. 高温歪印加電気抵抗測定装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows a high temperature strain application electric resistance measuring apparatus. 曲げ試験シーケンスを示す図である。It is a figure which shows a bending test sequence. 製造条件Aで得られたCr−N薄膜の測定温度とゲージ率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the measurement temperature of a Cr-N thin film obtained on manufacturing conditions A, and a gauge factor. Alチップ数nを0〜6にして製造した薄膜の測定温度とゲージ率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the measurement temperature and gauge factor of the thin film manufactured by making Al chip number n 0-6. Alチップ数nを8〜20にして製造した薄膜の測定温度とゲージ率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the measurement temperature and gauge factor of the thin film manufactured by making Al chip number n into 8-20. Alチップ数nを0〜6にして製造した薄膜の測定温度(T℃)とT℃〜T+50℃のTCSの値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the measurement temperature (T degreeC) of the thin film manufactured by making Al chip number n 0-6, and the value of TCS of T degreeC-T + 50 degreeC. Alチップ数nを8〜20にして製造した薄膜の測定温度(T℃)とT℃〜T+50℃のTCSの値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the measurement temperature (T degreeC) of the thin film manufactured by making Al chip number n into 8-20, and the value of TCS of T degreeC-T + 50 degreeC. Alチップ数nを0〜20にして成膜した後、種々の条件で熱処理した薄膜の室温近傍におけるAlチップ数とTCRとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the Al chip number in the room temperature vicinity of the thin film heat-processed on various conditions, after forming into a film by making Al chip number n into 0-20, and TCR. Alチップ数nを0〜20にして製造した薄膜の測定温度による抵抗値の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of resistance value with the measurement temperature of the thin film manufactured by making Al chip number n 0-20. Alチップ数nを0〜20にして成膜した後、種々の条件で熱処理した薄膜の室温近傍におけるAlチップ数とTCSとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of Al chips and TCS in the room temperature vicinity of the thin film heat-processed on various conditions, after forming into a film by making Al chip number n into 0-20. Alチップ数nを0〜20にして成膜した後、種々の条件で熱処理した薄膜の室温近傍におけるAlチップ数とゲージ率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the Al chip number in the room temperature vicinity of the thin film heat-processed on various conditions, after forming into a film with Al chip number n 0-20, and a gauge factor. Alチップ数n=0にして製造した薄膜の各測定温度における抵抗変化率(ΔR/R)を示す図である。It is a figure which shows resistance change rate ((DELTA) R / R0 ) in each measurement temperature of the thin film manufactured by making Al chip number n = 0. Alチップ数n=2にして製造した薄膜の各測定温度における抵抗変化率(ΔR/R)を示す図である。It is a figure which shows resistance change rate ((DELTA) R / R0 ) in each measurement temperature of the thin film manufactured by Al chip number n = 2. Alチップ数n=4にして製造した薄膜の各測定温度における抵抗変化率(ΔR/R)を示す図である。It is a figure which shows the resistance change rate ((DELTA) R / R0 ) in each measurement temperature of the thin film manufactured by Al chip number n = 4. Alチップ数n=6にして製造した薄膜の各測定温度における抵抗変化率(ΔR/R)を示す図である。It is a figure which shows resistance change rate ((DELTA) R / R0 ) in each measurement temperature of the thin film manufactured by Al chip number n = 6. Alチップ数n=20にして製造したCr−N:Al(20)薄膜について、大気中700℃で熱処理後、各測定温度で曲げを含む30分間保持による試験を行った際における各測定温度における抵抗変化率(ΔR/R)を示す図である。For a Cr—N: Al (20) thin film manufactured with an Al chip number n = 20, after heat treatment at 700 ° C. in the atmosphere, at each measurement temperature, the test was conducted by holding for 30 minutes including bending at each measurement temperature. It is a figure which shows resistance change rate ((DELTA) R / R0 ). Alチップ数n=20にして製造したCr−N:Al(20)薄膜について、大気中700℃で熱処理後、各測定温度で保持時間を100時間にした場合の各測定温度における抵抗変化率(ΔR/R)を示す図である。For the Cr—N: Al (20) thin film manufactured with Al chip number n = 20, the rate of change in resistance at each measurement temperature when the retention time is 100 hours at each measurement temperature after heat treatment at 700 ° C. in the atmosphere ( It is a figure which shows (DELTA / R0 ). Alチップ数n=20にして製造したCr−N:Al(20)薄膜について、大気中700℃で熱処理後、各測定温度で保持時間を100時間にした場合の抵抗値の変化を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a change in resistance value when Cr—N: Al (20) thin film manufactured with Al chip number n = 20 is heat-treated at 700 ° C. in the atmosphere, and the holding time is 100 hours at each measurement temperature. is there. Alチップ数n=20にして製造したCr−N:Al(20)薄膜について、大気中700℃で熱処理後、各測定温度で保持時間を100時間にした場合の抵抗安定性(SR)を示す図である。The resistance stability (SR) is shown for a Cr—N: Al (20) thin film manufactured with an Al chip number n = 20 after a heat treatment at 700 ° C. in the atmosphere and a holding time of 100 hours at each measurement temperature. FIG. Alチップ数nと、Al量(at.%)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number n of Al chips, and the amount of Al (at.%). 比較例であるCr−N−Mn薄膜における抵抗値の温度に対する変化を把握した結果を示す図である。It is a figure which shows the result which grasped | ascertained the change with respect to the temperature of the resistance value in the Cr-N-Mn thin film which is a comparative example. 比較例であるCr−N−Mn薄膜における測定温度とゲージ率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the measurement temperature in a Cr-N-Mn thin film which is a comparative example, and a gauge factor. 比較例であるCr−N−Mn薄膜における測定温度と抵抗値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the measurement temperature and resistance value in the Cr-N-Mn thin film which is a comparative example. 比較例であるCr−N−Mn薄膜における測定温度と抵抗変化率(ΔR/R)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the measurement temperature and resistance change rate ((DELTA) R / R0 ) in the Cr-N-Mn thin film which is a comparative example. Mnチップ数nを0〜12にして成膜し、その後種々の条件で熱処理して得られた比較例であるCr−N−Mn薄膜の室温近傍におけるMnチップ数とTCRの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of Mn chip | tips in the room temperature vicinity of the Cr-N-Mn thin film which is a comparative example obtained by forming into a film with n number of Mn chips 0-12, and heat-processing on various conditions after that, and TCR. is there. Mnチップ数nを0〜12にして成膜し、その後種々の条件で熱処理して得られた比較例であるCr−N−Mn薄膜の室温近傍におけるMnチップ数とTCSの関係を示す図である。The figure which shows the relationship between the number of Mn chips and the TCS in the vicinity of room temperature of a Cr—N—Mn thin film which is a comparative example obtained by forming a film with n number of Mn chips of 0 to 12 and then heat-treating under various conditions. is there. Mnチップ数nを0〜12にして成膜し、その後種々の条件で熱処理して得られた比較例であるCr−N−Mn薄膜の室温近傍におけるMnチップ数とゲージ率の関係を示す図である。The figure which shows the relationship between the number of Mn chip | tips in the room temperature vicinity of the Cr-N-Mn thin film which is a comparative example obtained by forming into a film with n number of Mn chips 0-12, and heat-processing on various conditions after that, and a gauge factor It is.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
常温ではゲージ率が大きいことが知られているCr薄膜、ならびにゲージ率が大きくTCRおよびTCSのゼロ近傍への調整を可能とするCr−N薄膜について高温でのゲージ率を調べた。その結果、100℃以上でゲージ率が急激に低下した。また、そのゲージ率の温度に対する変化率、すなわちTCSの絶対値が大きい傾向があり温度安定性が不十分になることがあった。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The gauge rate at high temperatures was examined for Cr thin films that are known to have a high gauge factor at room temperature, and Cr—N thin films that have a large gauge factor and allow adjustment of TCR and TCS to near zero. As a result, the gauge factor rapidly decreased at 100 ° C. or higher. Further, the rate of change of the gauge factor with respect to temperature, that is, the absolute value of TCS tends to be large, and the temperature stability may be insufficient.

そこで、100℃以上の高温において大きなゲージ率および優れた温度安定性を示す材料について検討した。様々な検討を行って800℃までのゲージ率測定を可能にした装置と方法を用い、Cr−Nに様々な第3元素を添加したCr−N−X薄膜について、その添加量を変えて高温におけるゲージ率およびその挙動等の調査を行った。   Therefore, a material having a large gauge factor and excellent temperature stability at a high temperature of 100 ° C. or higher was examined. Using various devices and methods that have made various studies to enable gauge rate measurement up to 800 ° C., Cr—N—X thin films in which various third elements are added to Cr—N can be added at high temperatures. We investigated the gauge factor and its behavior in the field.

XとしてAlを用い、300℃〜700℃で熱処理した試料、特に500℃以上で熱処理した試料では、Al量の増加にともなって、室温のゲージ率が100℃を超えても低減することなく、約300℃まで高温側に拡大する挙動が見出された。すなわち、室温のゲージ率が300℃まで変わらず3以上の値が得られた。また、200℃までゲージ率の値の変化が小さいことを初めて見出した。その結果、−50℃から200℃までのTCSが0±1500ppm/℃以内という良好な値を示す。   Samples heat-treated at 300 ° C. to 700 ° C. using Al as X, particularly samples heat-treated at 500 ° C. or higher, without decreasing even when the gauge factor at room temperature exceeds 100 ° C. as the amount of Al increases. A behavior of expanding to the high temperature side up to about 300 ° C. was found. That is, the value of 3 or more was obtained without changing the gauge factor at room temperature to 300 ° C. Moreover, it discovered for the first time that the change of the value of a gauge factor was small to 200 degreeC. As a result, the TCS from −50 ° C. to 200 ° C. shows a good value within 0 ± 1500 ppm / ° C.

一方、300℃〜500℃で熱処理を施した試料では、Al量の増加にともなって、室温近傍のTCRは減少し負に大きな値を示した。また、700℃で熱処理した試料は0>TCR>−200ppm/℃と小さな負の値を示し良好であることがわかった。このことから、熱処理温度の上昇にともなってTCRは正方向に増加することが確認された。   On the other hand, in the sample heat-treated at 300 ° C. to 500 ° C., the TCR near room temperature decreased and showed a large negative value as the Al content increased. In addition, the sample heat-treated at 700 ° C. was found to be good with a small negative value of 0> TCR> −200 ppm / ° C. From this, it was confirmed that the TCR increases in the positive direction as the heat treatment temperature increases.

すなわち、Cr−N−Al薄膜において、窒素量とAl量と熱処理温度でTCRを制御可能であることが初めて明らかとなり、Cr−N−Al膜が500℃までの高温域においても±500ppm以内の低TCRとなることが明らかとなった。また、このことから、高温用途に必要な、より高温で熱処理を施す場合においてもTCRを低減(=0)可能であることが明らかとなった。   In other words, it became clear for the first time that the TCR can be controlled by the amount of nitrogen, the amount of Al, and the heat treatment temperature in the Cr—N—Al thin film, and the Cr—N—Al film was within ± 500 ppm even in the high temperature range up to 500 ° C. It became clear that it became low TCR. From this, it has been clarified that TCR can be reduced (= 0) even when heat treatment is performed at a higher temperature, which is necessary for high temperature applications.

また、Cr−N−Al薄膜において、TCRをほぼ0に調整可能な、500℃付近以上の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ことによって、400℃以下の温度範囲においては上記特性に加えて、抵抗値の安定性が100時間で±0.02%以内、すなわち±2ppm/h以内の良好な特性を示すことを見出した。これは、大気中熱処理の効果と考えられる。   Further, in the Cr—N—Al thin film, by performing a heat treatment in the atmosphere at a high temperature of about 500 ° C. or higher, in which the TCR can be adjusted to almost 0, in a temperature range of 400 ° C. or lower in the atmosphere. In addition to the above characteristics, the inventors have found that the stability of the resistance value exhibits good characteristics within ± 0.02% in 100 hours, that is, within ± 2 ppm / h. This is considered to be an effect of heat treatment in the atmosphere.

一方、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わた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、ネール温度近傍のそれ以下の温度領域では負の値または増加量の減少が生じて極小点にてネール温度に至り、ネール温度からそれ以上の温度領域では再び正の傾きで抵抗値が増加していく挙動を示す。そこで、Cr−N−Al薄膜において抵抗値の温度依存性を調査した結果、ネール温度と考えられる極小値が見出された。   On the other hand, in a Cr-based thin film, the electric resistance generally changes with a positive slope with respect to a temperature change over a wide temperature range as in a normal metal, but at a Neel temperature related to Cr antiferromagnetism. It is known to take a local minimum. In other words, a negative value or a decrease in the amount of increase occurs in the temperature range near the Neel temperature and the Neel temperature reaches the minimum point, and the resistance value increases again with a positive slope in the temperature range beyond the Neel temperature. The behavior is shown. Therefore, as a result of investigating the temperature dependence of the resistance value in the Cr—N—Al thin film, a minimum value considered to be the Neel temperature was found.

Cr−N−Al薄膜においては、ゲージ率が、室温からネール温度直下近傍の温度まで一定の値を示し、ネール温度近傍で低減することが確認され、Al成分量の増加にともなって、ネール温度とともに、ゲージ率一定領域の高温側のゲージ率低減の傾斜部分が高温側へシフトしていく挙動が観察された。このことから、Cr−N−Al薄膜が上記のように高温領域まで大きなゲージ率を示す要因は、Al量の増加に追従するネール温度の高温化に関連があると考えられる。   In the Cr—N—Al thin film, the gauge factor shows a constant value from room temperature to a temperature just below the Neel temperature, and is confirmed to decrease near the Neel temperature. As the Al content increases, the Neel temperature Along with this, a behavior was observed in which the slope of the gauge factor reduction on the high temperature side in the constant gauge factor region shifted to the high temperature side. From this, it is considered that the factor that the Cr—N—Al thin film exhibits a large gauge factor up to the high temperature region as described above is related to the increase in the Neel temperature that follows the increase in the Al content.

一方、過去の文献(E.Fawcett et al.:"Spin-density-wave antiferromagnetism in chromium alloys", Rev.Mod.Phys.,66(1),(1994).)には、AlとMnは、Crに加える量に応じて、ネール温度を500℃を超える温度まで上昇させ得ることが報告されている。   On the other hand, in past literature (E. Fawcett et al .: “Spin-density-wave antiferromagnetism in chromium alloys”, Rev. Mod. Phys., 66 (1), (1994).), Al and Mn are It has been reported that the Neel temperature can be increased to temperatures exceeding 500 ° C. depending on the amount added to Cr.

具体的には、同文献の48ページには、Cr−Al合金の磁気状態図、つまりAlの添加量とネール温度の関係が示されている。その図を図1に示すが、図1からCrへのAlの添加量が約25at%までネール温度が上昇し、その最高温度は約800K、すなわち約530℃であることがわかる。   Specifically, page 48 of this document shows the magnetic phase diagram of the Cr—Al alloy, that is, the relationship between the amount of Al added and the Neel temperature. The figure is shown in FIG. 1, and it can be seen from FIG. 1 that the Neel temperature rises to about 25 at% of the amount of Al added to Cr, and the maximum temperature is about 800 K, that is, about 530.degree.

また、Mnの添加量とネール温度の関係については、上記文献の85ページに示されている。その図を図2に示すが、この図の中で1〜20は、Mn添加量が異なっており、1がMn:0at.%、2がMn:0.1at.%、3がMn:0.2at.%、・・・・・8がMn:0.7at.%、9が1.0at.%、・・・・16がMn:6.0at.%、・・・・19がMn:30at.%、20がMn:34at.%である。この図に示すように、Mn添加量が34at.%まで、ネール温度が一様に上昇し、その最高温度は約780K、すなわち約510℃であることがわかる。   The relationship between the amount of Mn added and the Neel temperature is shown on page 85 of the above document. The figure is shown in FIG. 2. In this figure, 1 to 20 are different in the amount of Mn added, and 1 is Mn: 0 at. %, 2 is Mn: 0.1 at. %, 3 is Mn: 0.2 at. %, 8 is Mn: 0.7 at. %, 9 is 1.0 at. %,... 16 is Mn: 6.0 at. %, ... 19 is Mn: 30 at. %, 20 is Mn: 34 at. %. As shown in this figure, the amount of Mn added was 34 at. It can be seen that the Neel temperature rises uniformly up to 50% and its maximum temperature is about 780K, or about 510 ° C.

以上は、Cr薄膜をベースにした結果であるが、上述したように、Cr−N薄膜をベースにしたCr−N−Al薄膜の場合においてもほぼ同様の挙動が得られたことから、Crの場合と同じメカニズムが作用したと考えられ、室温近傍の比較的大きなゲージ率が300℃まで保たれたと考えられる。   The above is the result based on the Cr thin film, but as described above, almost the same behavior was obtained in the case of the Cr—N—Al thin film based on the Cr—N thin film. It is considered that the same mechanism as in the case worked, and that a relatively large gauge factor near room temperature was maintained up to 300 ° C.

しかしCr−N−Mn薄膜の場合、Cr−N−Al薄膜の場合とは異なり、Mn量の増加にともなってTCR値が変化することはなく、300℃を超える温度での熱処理によってTCR=0への調整は不可能であることがわかった。また、Cr−N−Mn薄膜を用いた歪センサのゲージ率は、従来のCr−N薄膜を用いた場合よりは大きいものの、Mn添加によって比較的大きく低減し、300℃以上の熱処理で室温付近のゲージ率が3程度と小さく、300℃までは温度の上昇にともなってゲージ率が上昇し、TCSが大きいことが確認された。また、TCSは、Mn添加量および熱処理温度の上昇にともなって、その値が正に増加し、低減は難しいと考えられる。したがって、Cr−N−Mn薄膜では、室温近傍〜200℃においてTCSが大きく、かつTCR調整ができず、ゲージ率が小さいことから、高温域での歪センサとして利用するには問題が多いことが判明した。   However, in the case of the Cr—N—Mn thin film, unlike the case of the Cr—N—Al thin film, the TCR value does not change as the amount of Mn increases, and TCR = 0 by heat treatment at a temperature exceeding 300 ° C. It turned out that adjustment to was impossible. Moreover, although the gauge factor of the strain sensor using the Cr—N—Mn thin film is larger than that in the case of using the conventional Cr—N thin film, it is relatively greatly reduced by addition of Mn, and near room temperature by heat treatment at 300 ° C. or higher. It was confirmed that the gauge factor was as small as about 3, and the gauge factor increased with increasing temperature up to 300 ° C., and the TCS was large. Also, TCS is considered to increase with increasing Mn content and heat treatment temperature, and difficult to reduce. Therefore, the Cr—N—Mn thin film has a large TCS in the vicinity of room temperature to 200 ° C., the TCR cannot be adjusted, and the gauge factor is small, so that there are many problems in using it as a strain sensor in a high temperature range. found.

以上の結果から、本発明では、高感度でかつ高安定性な歪センサとしてCr−N−Al薄膜を用いる。すなわち、所定の組成を有するCr−N−Al薄膜を用いることによって、初めて−50℃から300℃の温度領域に亘ってゲージ率が3以上であり、かつ温度安定性が高いことを見出し本発明を完成するに至ったのである。また、−50℃から200℃の温度領域においてTCSが0±1500ppm/℃とゲージ率変化が小さく、さらに、−50から500℃の温度領域において、TCRが±500ppm以内に低減調整が可能であり、さらに、400℃以下の温度領域においては±2ppm/h以内の良好な抵抗の安定性も得ることができる。   From the above results, in the present invention, a Cr—N—Al thin film is used as a highly sensitive and highly stable strain sensor. That is, by using a Cr—N—Al thin film having a predetermined composition, it has been found for the first time that the gauge factor is 3 or more over the temperature range of −50 ° C. to 300 ° C. and the temperature stability is high. Has been completed. In addition, TCS is 0 ± 1500ppm / ° C in the temperature range from -50 ℃ to 200 ℃, and the change in gauge factor is small. Furthermore, in the temperature range from -50 ℃ to 500 ℃, TCR can be adjusted within ± 500ppm. Furthermore, good resistance stability within ± 2 ppm / h can be obtained in a temperature range of 400 ° C. or lower.

このような優れた特性により、本発明の歪センサは、各種力学量センサへの応用も可能となる。   Due to such excellent characteristics, the strain sensor of the present invention can be applied to various mechanical quantity sensors.

本発明の歪センサにおいて、歪抵抗膜は、一般式Cr100−x−yAlで表され、x、yは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25、0.1≦y≦20である。4≦x≦25としたのは、CrまたはCr−NにAlを添加した場合に、4≦x≦25の範囲で、ネール温度の上昇が見られるからである。また、0.1≦y≦20としたのは、この範囲を外れると、TCRが±500ppm/℃よりも大きくなり、かつ、yが20を超えるとゲージ率が3よりも小さくなるからである。 In the strain sensor of the present invention, the strain resistance film is represented by the general formula Cr 100-xy Al x N y , where x and y are atomic ratios (at.%), 4 ≦ x ≦ 25, 0. 1 ≦ y ≦ 20. The reason why 4 ≦ x ≦ 25 is set is that when Al is added to Cr or Cr—N, an increase in the Neel temperature is observed in the range of 4 ≦ x ≦ 25. Further, 0.1 ≦ y ≦ 20 is set because the TCR becomes larger than ± 500 ppm / ° C. outside this range, and when y exceeds 20, the gauge factor becomes smaller than 3. .

次に、高温におけるゲージ率の測定装置および方法について説明する。
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。
Next, an apparatus and a method for measuring a gauge factor at a high temperature will be described.
As described above, the present invention provides a resistance thin film and a strain sensor having a high gauge factor in a high temperature region, and it is necessary to grasp the gauge factor at a high temperature. The measurement method was not established.

このため、高温におけるゲージ率を測定することができる装置と方法について様々な検討を行った結果、図3に示す高温歪印加電気抵抗測定装置に想到した。   For this reason, as a result of various studies on an apparatus and a method capable of measuring a gauge factor at high temperatures, the inventors have conceived the high-temperature strain applied electrical resistance measuring apparatus shown in FIG.

図3の装置は、大気中で1000℃付近まで加熱することができる温度制御機能付きの電気オーブン1を有し、電気オーブン1の上部には窓2が形成されている。窓2は蓋部材3により塞がれており、蓋部材3には、電気オーブン1内に向けて下方に延びる支持棒4が固定されている。支持棒4は、電気オーブン1内の測定台5を支持している。   The apparatus shown in FIG. 3 has an electric oven 1 with a temperature control function that can be heated to about 1000 ° C. in the atmosphere, and a window 2 is formed on the upper portion of the electric oven 1. The window 2 is closed by a lid member 3, and a support bar 4 extending downward into the electric oven 1 is fixed to the lid member 3. The support bar 4 supports the measurement table 5 in the electric oven 1.

測定台5の上には固定部材6が設けられており、固定部材6には、基板7上に高周波スパッタリング等により所定パターンの薄膜8が形成された試料20が片持ち梁固定されている。測定台5は箱状をなしており、内部に端子11を有する端子台10が設けられている。薄膜8と端子11はボンディングワイヤー9で接続されている。   A fixing member 6 is provided on the measurement table 5, and a sample 20 on which a thin film 8 having a predetermined pattern is formed on a substrate 7 by high-frequency sputtering or the like is cantilevered. The measuring table 5 has a box shape, and a terminal block 10 having terminals 11 is provided inside. The thin film 8 and the terminal 11 are connected by a bonding wire 9.

端子11には耐熱配線ケーブル(図示せず)が接続されている。耐熱配線ケーブルは窓2を介して引き出され、測定系(DMM)14に接続されている。また、電源15も耐熱配線ケーブルにより接続されている。   A heat resistant wiring cable (not shown) is connected to the terminal 11. The heat-resistant wiring cable is drawn out through the window 2 and connected to the measurement system (DMM) 14. The power source 15 is also connected by a heat resistant wiring cable.

蓋部材3にはマイクロメータ12が固定されており、マイクロメータ12からは歪印加用押し込み棒13が下方に延び、試料20の自由端近傍に接触するようになっている。これにより、マイクロメータ12により歪印加用押し込み棒13を所定長さ降下させて、試料20に所定の歪を印加することができるようになっている。   A micrometer 12 is fixed to the lid member 3, and a strain applying push bar 13 extends downward from the micrometer 12 and comes into contact with the vicinity of the free end of the sample 20. As a result, the strain applying push rod 13 is lowered by a predetermined length by the micrometer 12 so that a predetermined strain can be applied to the sample 20.

このような高温歪印加電気抵抗測定装置により高温でのゲージ率を測定するに際しては、電気オーブン1内の温度を約800℃までの所定の温度に設定し、電気オーブン1の外部からマイクロメータ12により歪印加用押し込み棒13を操作して、試料20に所定の歪を印加し、歪抵抗膜の抵抗を測定する。このような操作を各温度で行い、各温度で得られた抵抗変化率を別途100℃で測定したゲージ率で校正し、高温でのゲージ率を求める。これにより、高温でのゲージ率を正確に求めることができる。   When measuring the gauge factor at a high temperature by using such a high-temperature strain applied electric resistance measuring device, the temperature in the electric oven 1 is set to a predetermined temperature up to about 800 ° C., and the micrometer 12 is set from the outside of the electric oven 1. By operating the strain applying push rod 13 to apply a predetermined strain to the sample 20, the resistance of the strain resistance film is measured. Such an operation is performed at each temperature, and the resistance change rate obtained at each temperature is calibrated with a gauge factor measured separately at 100 ° C. to obtain a gauge factor at a high temperature. Thereby, the gauge factor at a high temperature can be accurately obtained.

次に、本発明の歪センサの製造方法について説明する。
本発明では、基板上に歪抵抗膜として上述したCr−N−Al薄膜を成膜した後、300℃以上700℃以下の温度で熱処理を施す。この際の熱処理は、大気中で30分以上4時間以下の期間施すことが好ましい。
Next, the manufacturing method of the strain sensor of the present invention will be described.
In the present invention, the Cr—N—Al thin film described above is formed as a strain resistance film on the substrate, and then heat treatment is performed at a temperature of 300 ° C. to 700 ° C. The heat treatment at this time is preferably performed in the air for a period of 30 minutes to 4 hours.

これにより、上述したように、−50℃から300℃の温度領域に亘ってゲージ率が3以上であり、−50℃から200℃でTCSが0±1500ppm/℃のほぼ一定のゲージ率を示し、また、−50℃から500℃で、TCRが±500ppm以内に低減調整が可能な歪センサが得られる。   As a result, as described above, the gauge factor is 3 or more over the temperature range from -50 ° C to 300 ° C, and the TCS is approximately constant at 0 ± 1500 ppm / ° C from -50 ° C to 200 ° C. In addition, a strain sensor capable of reducing and adjusting TCR within ± 500 ppm at −50 ° C. to 500 ° C. is obtained.

また、400℃以下の温度領域においては±2ppm/h以内の良好な抵抗の安定性も得ることができる。   Also, good resistance stability within ± 2 ppm / h can be obtained in a temperature range of 400 ° C. or lower.

本発明において、Cr−N−Al薄膜を成膜する基材(起歪構造体)としては、耐熱性が良好な絶縁性セラミックスであるアルミナを好適に用いることができる。また、アルミナに限らず、他の種々のセラミックスを用いることもできる。さらに、基材としてステンレス鋼(SUS)等、種々の金属板に絶縁コートを施したものを用いることもできる。また、Cr−N−Al薄膜を成膜する手法は特に限定されないが、微量の窒素ガスの雰囲気中でスパッタリングを行う反応性スパッタリングが好ましく、スパッタリングとしては特に高周波スパッタリングが好ましい。高周波スパッタリング装置としてはマグネトロン方式のものが好適である。高周波スパッタリングの際のガス圧は、16mTorr(2.13Pa)以下、例えば5mTorr(0.67Pa)が好ましい。歪抵抗膜として用いる薄膜のパターンとしては、歪センサとして通常用いるパターンでよく、例えば格子状パターンを用いることができる。また、高周波スパッタリングに用いるターゲットとしては高純度のCr円盤にAlのチップを所定個数貼り付けた複合ターゲットでもよいが、予め所定組成のCr−Alに調製された合金ターゲットを用いてもよい。   In the present invention, as the base material (strain generating structure) on which the Cr—N—Al thin film is formed, alumina which is an insulating ceramic having good heat resistance can be suitably used. In addition to alumina, other various ceramics can also be used. Furthermore, as the base material, various metal plates such as stainless steel (SUS) that have been coated with an insulating coating can be used. Further, a method for forming a Cr—N—Al thin film is not particularly limited, but reactive sputtering in which sputtering is performed in an atmosphere of a small amount of nitrogen gas is preferable, and high-frequency sputtering is particularly preferable as sputtering. As the high-frequency sputtering apparatus, a magnetron type apparatus is suitable. The gas pressure during high-frequency sputtering is preferably 16 mTorr (2.13 Pa) or less, for example, 5 mTorr (0.67 Pa). The thin film pattern used as the strain resistance film may be a pattern normally used as a strain sensor, and for example, a lattice pattern can be used. The target used for high-frequency sputtering may be a composite target in which a predetermined number of Al chips are bonded to a high-purity Cr disk, but an alloy target prepared in advance with a predetermined composition of Cr—Al may be used.

歪センサは、上述したCr−N−Al薄膜からなる歪抵抗膜を歪材料として起歪構造体上に形成することにより得られる。   The strain sensor is obtained by forming a strain resistance film made of the Cr—N—Al thin film described above on a strain generating structure as a strain material.

以下、本発明の実施例について説明する。
ここでは、以下に示す製造条件により、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、格子状パターンのCr−N(N:8.5at.%)薄膜を成膜し、その後、図3とは別の熱処理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3の装置により425℃までの温度範囲におけるゲージ率を測定した。
Examples of the present invention will be described below.
Here, a Cr—N (N: 8.5 at.%) Thin film having a lattice pattern is formed by high-frequency sputtering on an alumina substrate as a base material (strain generating structure) under the manufacturing conditions shown below. Thereafter, the sample was subjected to a heat treatment in the atmosphere at 500 ° C. for 0.5 hours by a heat treatment apparatus different from that in FIG. 3, and then the gauge factor in the temperature range up to 425 ° C. was measured by the apparatus in FIG.

<製造条件>
1.成膜方法:Arガスと微量の窒素ガスの雰囲気中でスパッタリングを行う反応性スパッタリング法
2.成膜装置:高周波スパッタリング装置をコンベンショナル方式で使用
3・ターゲット:公称純度99.9%で直径101.6mmのCr円盤
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):2×10−5Pa
・ターゲット−基板間距離(T−S距離):70mm
・スパッタガス圧:20mTorr(2.67Pa)
・スパッタガス総流量:20sccm
・窒素ガス流量比(N/(Ar+N)):0.06%
・入力電力:100W
・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:それぞれ0.04mmおよび0.05mm
・格子長さ:1mm
・薄膜の厚さ:約500nm
・パターン形成: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
<Production conditions>
1. Film forming method: reactive sputtering method in which sputtering is performed in an atmosphere of Ar gas and a small amount of nitrogen gas. Deposition equipment: Uses conventional high-frequency sputtering equipment 3. Target: Cr disk with nominal purity of 99.9% and diameter of 101.6mm 4. Substrate: Alumina plate with purity of 99.9% and thickness of 0.1mm 5. deposition conditions, deposition vacuum (the background degree of vacuum): 2 × 10 -5 Pa
-Target-substrate distance (T-S distance): 70 mm
・ Sputtering gas pressure: 20 mTorr (2.67 Pa)
・ Sputter gas total flow rate: 20sccm
Nitrogen gas flow rate ratio (N 2 / (Ar + N 2 )): 0.06%
・ Input power: 100W
-Substrate temperature: 20 ° C water cooling Thin film strain sensor (strain gauge) element patterning and heat treatment, etc. Sensitive part shape: Lattice shape consisting of 8 turns. Lattice line width and spacing: 0.04 mm and 0.05 mm, respectively.
・ Lattice length: 1mm
・ Thin film thickness: about 500nm
・ Pattern formation: Utilizing photolithographic technique and corrosion shaping technique using Cr etching solution ・ Heat treatment: Holding at a predetermined temperature in the atmosphere for 30 minutes Overlapping and forming-Cutting out elements for evaluation: Individually cutting out elements using a dicing machine

ゲージ率の測定に際しては、試料を測定台の所定の位置にセットし、各温度に保持した状態で、図3の装置のマイクロメータにより歪印加用押し込み棒を操作して、試料に図4のシーケンスで約0.05%の歪を印加する曲げ試験を行い、425℃までの各温度において抵抗測定を行った。各温度で得られた抵抗変化率を、別途100℃で測定したゲージ率で校正し、各温度でのゲージ率を求めた。   When measuring the gauge factor, the sample is set at a predetermined position on the measuring table and held at each temperature, and the strain application push rod is operated by the micrometer of the apparatus shown in FIG. A bending test in which a strain of about 0.05% was applied in a sequence was performed, and resistance measurement was performed at each temperature up to 425 ° C. The rate of change in resistance obtained at each temperature was calibrated with a gauge rate measured separately at 100 ° C., and the gauge rate at each temperature was determined.

その結果を図5に示す。この図に示すように、Cr−N薄膜の場合は、100℃を超えると急激にゲージ率が低減し、300℃以上において、ゲージ率が3以下となることが確認された。   The result is shown in FIG. As shown in this figure, in the case of the Cr—N thin film, it was confirmed that the gauge factor rapidly decreased when the temperature exceeded 100 ° C., and the gauge factor became 3 or less at 300 ° C. or higher.

次に、ターゲットとして、公称純度99.9%で直径101.6mmのCr円盤上に10×10mm大で厚さ1mmのAlチップn個を乗せた複合ターゲットを用い、チップ数nを2〜20の間で変化させて、上記製造条件で、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、Cr−N:Al(n)薄膜を成膜した。その後、Alチップの個数nを2〜6として成膜した試料については、図3とは別の熱処理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、450℃までの温度範囲におけるゲージ率を測定した。また、nを8〜20として成膜した試料については、図3とは別の熱処理装置により試料を大気中700℃で0.5時間の熱処理を施した後、650℃までの温度範囲におけるゲージ率を測定した。 Next, as a target, a composite target in which n Al chips having a size of 10 × 10 mm 2 and a thickness of 1 mm were placed on a Cr disk having a nominal purity of 99.9% and a diameter of 101.6 mm was used. The Cr—N: Al (n) thin film was formed by high frequency sputtering on the alumina substrate as the base material (strain generating structure) under the above-described production conditions. Thereafter, for the sample formed with the number n of Al chips of 2 to 6, the sample was subjected to heat treatment in the atmosphere at 500 ° C. for 0.5 hours using a heat treatment apparatus different from that in FIG. The gauge factor in the temperature range was measured. For samples formed with n of 8 to 20, the samples were subjected to heat treatment at 700 ° C. in the atmosphere for 0.5 hours using a heat treatment apparatus different from that shown in FIG. 3, and then the gauge in the temperature range up to 650 ° C. The rate was measured.

ゲージ率の測定に際しては、試料を測定台の所定の位置にセットし、各温度に保持した状態で、図3の装置のマイクロメータにより歪印加用押し込み棒を操作して、試料に図4のシーケンスで約0.05%の歪を印加する曲げ試験を行い、450℃または650℃までの各温度において抵抗測定を行った。各温度で得られた抵抗変化率を、別途100℃で測定したゲージ率で校正し、各温度でのゲージ率を求めた。   When measuring the gauge factor, the sample is set at a predetermined position on the measuring table and held at each temperature, and the strain application push rod is operated by the micrometer of the apparatus shown in FIG. A bending test in which a strain of about 0.05% was applied in a sequence was performed, and resistance measurement was performed at each temperature up to 450 ° C. or 650 ° C. The rate of change in resistance obtained at each temperature was calibrated with a gauge rate measured separately at 100 ° C., and the gauge rate at each temperature was determined.

その結果を図6、図7に示す。図6はAlチップ数nを0〜6にした場合の測定温度とゲージ率との関係を示す図であり、図7はAlチップ数nを8〜20にした場合の測定温度とゲージ率との関係を示す図であるが、これらに示すように、Al量の増加(Alチップ数nの増加)にともなって、ゲージ率の大きい領域が高温側に拡大する傾向が得られた。また、Alチップ数nが4〜16の場合に、室温〜200℃において、ゲージ率の値自体は低下したものの、ゲージ率が一様な値を示すことが確認された。   The results are shown in FIGS. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the measurement temperature and the gauge factor when the Al chip number n is 0 to 6, and FIG. 7 is the measurement temperature and gauge factor when the Al chip number n is 8 to 20. However, as shown in these figures, as the Al amount increased (the number of Al chips n increased), a region with a large gauge factor tended to expand toward the high temperature side. In addition, when the Al chip number n is 4 to 16, it was confirmed that the gauge factor showed a uniform value at room temperature to 200 ° C., although the gauge factor itself decreased.

次に、これらの際のTCSを求めた。図8は、Alチップ数nを0〜6にして製造した薄膜の測定温度(T℃)とT℃〜T+50℃のTCSの値との関係を示す図、図9は、Alチップ数nを8〜20にして製造した薄膜の測定温度(T℃)とT℃〜T+50℃のTCSの値との関係を示す図である。150℃のプロットは、150〜200℃でのTCSを示すので、図8のn=4、6では、200℃までTCSが±1500ppm/℃以内であったが、n=0、2では±1500ppm/℃を超えていた。また図9のn=8〜29では、全て、に示すように、200℃までTCSが±1500ppm/℃以内であった。   Next, TCS in these cases was obtained. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the measurement temperature (T ° C.) of a thin film manufactured with an Al chip number n of 0 to 6 and the TCS value of T ° C. to T + 50 ° C. FIG. 9 shows the Al chip number n. It is a figure which shows the relationship between the measurement temperature (T degreeC) of the thin film manufactured as 8-20, and the value of TCS of T degreeC-T + 50 degreeC. Since the plot at 150 ° C. shows TCS at 150 to 200 ° C., TCS was within ± 1500 ppm / ° C. up to 200 ° C. at n = 4 and 6 in FIG. 8, but ± 1500 ppm at n = 0 and 2 / ° C. Moreover, in n = 8-29 of FIG. 9, as shown in all, TCS was within ± 1500 ppm / ° C. up to 200 ° C.

次に、ターゲットとして、同様にAlチップn個を乗せた複合ターゲットを用い、nの数を2〜20の間で変化させて、上記製造条件で成膜後、種々の熱処理条件で熱処理した場合について、室温近傍のTCRを測定した。図10は、Alチップ数とTCRとの関係を示す図である。   Next, when a composite target on which n Al chips are similarly mounted is used as the target, the number of n is varied between 2 and 20, and after the film formation under the above production conditions, the heat treatment is performed under various heat treatment conditions. The TCR around room temperature was measured. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the number of Al chips and the TCR.

図10に示すように、Cr−N薄膜にAlを添加した場合でも、Cr−N薄膜と同様、TCRはas−depo.で負の値をとり、熱処理で正方向に変化することが確認された。また、300〜500℃で熱処理を施した試料はAl量の増加にともなってTCRが減少し、負に大きな値を示すのに対し、700℃で熱処理した試料は0>TCR>−200ppm/℃とほぼ一定のTCRを示すことが確認された。このことから、Cr−N−Al薄膜の組成(N量およびAl量)と熱処理温度によりTCRを制御可能であることが明らかとなった。また、熱処理温度を500℃、700℃と高くした場合に、室温でのTCRがほぼゼロの試料が存在することが確認された。   As shown in FIG. 10, even when Al is added to the Cr—N thin film, the TCR is as-depo. It was confirmed that it took a negative value and changed in the positive direction by heat treatment. In addition, TCR decreases with increasing Al content in the sample heat-treated at 300 to 500 ° C. and shows a large negative value, whereas the sample heat-treated at 700 ° C. has 0> TCR> −200 ppm / ° C. It was confirmed to show a substantially constant TCR. This revealed that the TCR can be controlled by the composition of the Cr—N—Al thin film (N content and Al content) and the heat treatment temperature. In addition, when the heat treatment temperature was increased to 500 ° C. and 700 ° C., it was confirmed that there was a sample having a TCR of almost zero at room temperature.

次に、室温でTCRがほぼゼロの試料が存在した500℃熱処理および700℃熱処理において、測定温度を変化させた場合の抵抗値の変化を把握した。図11は、この際の測定温度による抵抗値の変化を示す図であり、(a)はAlチップ数nが0〜6で熱処理温度が500℃の場合、(b)はAlチップ数が8〜20で熱処理温度が700℃の場合である。この図に示すように、Al量にともなってネール温度が上昇することが確認された。これは、上述したAl量の増加にともなってゲージ率の大きい領域が高温側に拡大する傾向とほぼ一致する。また、室温でTCRが0になるチップ数4で熱処理温度が500℃の場合およびチップ数20で熱処理温度が700℃の場合、500℃付近までで最も勾配が急な温度領域におけるTCRが、それぞれ−178ppm/℃および−296ppm/℃と小さいことがわかる。したがって、これらは、500℃までの温度範囲においてTCRが±500ppm/℃以内を満たしていることが確認された。   Next, in the 500 ° C. heat treatment and the 700 ° C. heat treatment in which samples having a TCR of almost zero existed at room temperature, the change in resistance value when the measurement temperature was changed was grasped. FIG. 11 is a diagram showing a change in resistance value depending on the measurement temperature at this time. FIG. 11A shows a case where the number of Al chips n is 0 to 6 and the heat treatment temperature is 500 ° C., and FIG. This is the case where the heat treatment temperature is 700 ° C. at ˜20. As shown in this figure, it was confirmed that the Neel temperature rises with the amount of Al. This substantially coincides with the tendency that the region with a large gauge factor expands to the high temperature side as the Al amount increases. Further, when the number of chips with a TCR of 0 at room temperature is 4 and the heat treatment temperature is 500 ° C., and when the number of chips is 20 and the heat treatment temperature is 700 ° C., the TCR in the temperature range where the slope is steepest up to around 500 ° C. is It can be seen that the values are as small as -178 ppm / ° C and -296 ppm / ° C. Therefore, it was confirmed that these satisfy TCR within ± 500 ppm / ° C. in the temperature range up to 500 ° C.

次に、ターゲットとして、同様にAlチップn個を乗せた複合ターゲットを用い、nの数を2〜20の間で変化させて、上記製造条件で成膜後、種々の熱処理条件で熱処理した場合について、室温近傍のTCS、ゲージ率を測定した。図12はAlチップ数とTCSとの関係を示す図、図13はAlチップ数とゲージ率との関係を示す図である。   Next, when a composite target on which n Al chips are similarly mounted is used as the target, the number of n is varied between 2 and 20, and after the film formation under the above production conditions, the heat treatment is performed under various heat treatment conditions. Was measured for TCS and gauge factor near room temperature. FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the number of Al chips and TCS, and FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the number of Al chips and the gauge factor.

図12に示すように、Alチップ数nが4〜20において、300℃以上の熱処理で、TCSが−250±500ppm/℃以内の良好な値を示すことが確認された。   As shown in FIG. 12, it was confirmed that TCS showed a good value within −250 ± 500 ppm / ° C. by heat treatment at 300 ° C. or higher when the number of Al chips n was 4 to 20.

さらに、図13に示すように、Alチップ数nが4〜20において、熱処理温度にかかわらず、ゲージ率4.5以上の、従来用いられている歪ゲージよりも大きな値を示すことが確認された。   Furthermore, as shown in FIG. 13, when the number of Al chips n is 4 to 20, it is confirmed that the gauge ratio is 4.5 or more, which is larger than the conventionally used strain gauge regardless of the heat treatment temperature. It was.

以上の結果から、Alチップ数nが4〜20において、−50〜300℃においてゲージ率(感度)が3以上で、−50〜200℃においてTCSが小さな値を示し、−50〜500℃においてTCRが小さな値を示す歪抵抗膜および歪センサが提供可能であると考えられる。   From the above results, when the number n of Al chips is 4 to 20, the gauge factor (sensitivity) is 3 or more at -50 to 300 ° C, the TCS is small at -50 to 200 ° C, and at -50 to 500 ° C. It is considered that a strain resistance film and a strain sensor having a small TCR value can be provided.

次に、Al量を変化させたCr−N−Al薄膜の抵抗の安定性について試験を行った。図14〜17は、各測定温度における抵抗変化率(ΔR/R)を示す図であり、図14はAlチップ個数n=0の場合、図15はAlチップ個数n=2の場合、図16はAlチップ数n=4の場合、図17はAlチップ数n=6の場合である。抵抗変化率は、図4に示すように、曲げを含む30分保持前後の抵抗値から求めた。なお、成膜後の熱処理は、大気中500℃で0.5時間とした。 Next, the resistance stability of the Cr—N—Al thin film with varying Al content was tested. 14 to 17 are diagrams showing the rate of change in resistance (ΔR / R 0 ) at each measurement temperature. FIG. 14 shows the case where the number of Al chips n = 0, and FIG. 15 shows the case where the number of Al chips n = 2. 16 shows the case where the number of Al chips n = 4, and FIG. 17 shows the case where the number of Al chips n = 6. As shown in FIG. 4, the resistance change rate was obtained from the resistance value before and after holding for 30 minutes including bending. Note that the heat treatment after the film formation was performed in the air at 500 ° C. for 0.5 hour.

これらの図に示すように、大気中500℃で0.5時間の熱処理によって、いずれも400℃まで抵抗変化率が±0.02%以内の高い安定性を示した。また、Al量が多い方がより高温まで抵抗変化率が低くなる傾向にあることがわかる。   As shown in these figures, the heat resistance for 0.5 hours at 500 ° C. in the atmosphere showed high stability with a resistance change rate within ± 0.02% up to 400 ° C. Moreover, it turns out that the one where there is much Al content exists in the tendency for resistance change rate to become low to higher temperature.

次に、Alチップ数n=20のCr−N:Al(20)薄膜の抵抗の安定性について試験を行った。ここでは、成膜後の熱処理を大気中700℃で0.5時間とし、熱処理後、図4に示すように、各測定温度で曲げを含む30分間保持による試験を行い、保持前後の抵抗変化率を求めた。図18はその際の各測定温度における抵抗変化率(ΔR/R)を示す図である。また、保持時間を100時間にした場合の各測定温度における保持前後の抵抗変化率も求めた。図19は保持時間を100時間にした場合の抵抗変化率(ΔR/R)を示す図である。これらの図に示すように、大気中700℃で0.5時間の熱処理によって、30分間保持と100時間保持のいずれも、450℃まで抵抗変化率が±0.02%以内の高い安定性を示した。また、図20は250℃の温度で100時間保持の際の保持時間に対する抵抗値の変化を示す図であり、図21はその250℃の温度での100時間保持の際の抵抗安定性(SR)を示す図である。これらの図に示すように、保持時間による抵抗の変動が小さく、250℃における抵抗安定性が0.8ppm/hと極めて小さいことが確認された。このような傾向は、Alチップ数4〜16の場合も同様に見られ、Cr−N−Al薄膜は、長期安定が可能であることが確認された。 Next, the resistance stability of the Cr—N: Al (20) thin film with Al chip number n = 20 was tested. Here, the heat treatment after film formation is set to 700 ° C. in the atmosphere for 0.5 hour, and after the heat treatment, as shown in FIG. The rate was determined. FIG. 18 is a diagram showing the rate of change in resistance (ΔR / R 0 ) at each measurement temperature. Moreover, the resistance change rate before and after holding | maintenance in each measurement temperature when holding time was 100 hours was also calculated | required. FIG. 19 is a diagram showing the rate of change in resistance (ΔR / R 0 ) when the holding time is 100 hours. As shown in these figures, the heat treatment at 700 ° C. in the atmosphere for 0.5 hours allows high stability with a resistance change rate within ± 0.02% up to 450 ° C. for both 30 minutes and 100 hours. Indicated. FIG. 20 is a diagram showing a change in resistance value with respect to the holding time at a temperature of 250 ° C. for 100 hours, and FIG. 21 shows the resistance stability (SR at the time of holding at the temperature of 250 ° C. for 100 hours. ). As shown in these figures, it was confirmed that the resistance variation due to the holding time was small and the resistance stability at 250 ° C. was as extremely small as 0.8 ppm / h. Such a tendency was similarly observed when the number of Al chips was 4 to 16, and it was confirmed that the Cr—N—Al thin film can be stabilized for a long time.

なお、上述した製造条件のときの、Alチップ数nと、Al量(at.%)との関係は、図22に示す通りであった。   The relationship between the number of Al chips n and the Al amount (at.%) Under the above-described manufacturing conditions is as shown in FIG.

次に、比較例であるCr−N−Mn薄膜の特性を求めた。ここでは、ターゲットとして、公称純度99.9%で直径101.6mmのCr円盤上に10×10mm大で厚さ1mmのMnチップ8個を乗せた複合ターゲットを用い、上記「製造条件A(20mTorr成膜)」により、基材(起歪構造体)としてのアルミナ基板上に、格子状パターンのCr−N:Mn(8)薄膜を成膜し、成膜後、大気中500℃で0.5時間の熱処理を行った。この熱処理後のCr−N:Mn(8)薄膜について試験を行った。図23は抵抗値の昇降温依存性を示す図、図24は各測定温度によるゲージ率の値を示す図、図25は各測定温度における抵抗値を示す図、図26は各測定温度における抵抗変化率(ΔR/R)を示す図である。 Next, characteristics of a Cr—N—Mn thin film as a comparative example were obtained. Here, as a target, a composite target in which eight Mn chips each having a size of 10 × 10 mm 2 and a thickness of 1 mm are placed on a Cr disk having a nominal purity of 99.9% and a diameter of 101.6 mm is used. 20 mTorr film formation), a Cr—N: Mn (8) thin film having a lattice pattern is formed on an alumina substrate as a base material (strain generating structure). Heat treatment was performed for 5 hours. The Cr—N: Mn (8) thin film after this heat treatment was tested. FIG. 23 is a graph showing the temperature dependence of the resistance value, FIG. 24 is a diagram showing the gauge factor value at each measurement temperature, FIG. 25 is a diagram showing the resistance value at each measurement temperature, and FIG. 26 is the resistance at each measurement temperature. It is a figure which shows change rate ((DELTA) R / R0 ).

図23および図24に示すように、Cr−N−Mn薄膜の場合、Mn添加により、Al添加の場合と同様、ネール温度が高温にシフトし、それに対応してゲージ率の大きい領域が高温にシフトしている。また、図25、26に示すように、大気中熱処理により、400℃までの抵抗安定性は、Cr−N−Al薄膜と同様であったが、図24に示すように、ゲージ率の温度に対する変化、すなわちTCSはCr−N−Al薄膜と異なって大きかった。   As shown in FIGS. 23 and 24, in the case of a Cr—N—Mn thin film, the addition of Mn causes the Neel temperature to shift to a high temperature as in the case of Al addition, and a region with a large gauge factor correspondingly increases to a high temperature. There is a shift. Further, as shown in FIGS. 25 and 26, the resistance stability up to 400 ° C. was the same as that of the Cr—N—Al thin film by the heat treatment in the atmosphere, but as shown in FIG. The change, i.e., TCS, was large unlike the Cr-N-Al thin film.

次に、ターゲットとして、Cr円盤上にMnチップn個を乗せた複合ターゲットを用い、nの個数を0、4、8、12と変化させて、上記製造条件で成膜後、種々の熱処理条件で熱処理した場合について、室温近傍のTCR、TCS、ゲージ率を測定した。図27はMnチップ個数とTCRとの関係を示す図、図28はMnチップ個数とTCSとの関係を示す図、図29はMnチップ個数とゲージ率との関係を示す図である。なお、図23〜29には、n=0(Cr−N薄膜)の場合も示す。   Next, a composite target in which n Mn chips are placed on a Cr disk is used as a target, the number of n is changed to 0, 4, 8, and 12, and after the film formation under the above manufacturing conditions, various heat treatment conditions are set. The TCR, TCS, and gauge factor in the vicinity of room temperature were measured for the case where heat treatment was performed. 27 is a diagram showing the relationship between the number of Mn chips and the TCR, FIG. 28 is a diagram showing the relationship between the number of Mn chips and TCS, and FIG. 29 is a diagram showing the relationship between the number of Mn chips and the gauge factor. 23 to 29 also show the case where n = 0 (Cr—N thin film).

図27に示すように、Cr−N薄膜にMnを添加した場合でも、Cr−N薄膜と同様、TCRはas−depo.で負の値をとり、熱処理で正方向に変化することが確認された。しかし、そのTCRの値は、Al添加の場合と異なって、Mn量の増加にともなって変化することはなく、500℃で熱処理した試料はどのMn量においても約500ppm/℃と大きかった。このことから、Cr−N−Mn薄膜では、300℃を超える温度での熱処理によってTCR=0へ調整することは不可能であることがわかった。   As shown in FIG. 27, even when Mn is added to the Cr—N thin film, the TCR is as-depo. It was confirmed that it took a negative value and changed in the positive direction by heat treatment. However, unlike the case of Al addition, the TCR value did not change with an increase in the amount of Mn, and the sample heat-treated at 500 ° C. was as large as about 500 ppm / ° C. at any Mn amount. From this, it was found that the Cr—N—Mn thin film cannot be adjusted to TCR = 0 by heat treatment at a temperature exceeding 300 ° C.

図28に示すように、TCSはMn添加によって正の値に大きくなり、かつ、熱処理温度の上昇にともなってさらに値が増加することが確認された。この傾向が100℃以上の温度域にも表れていると考えられ、TCSの調整が難しいことがわかった。   As shown in FIG. 28, it was confirmed that TCS increased to a positive value by addition of Mn, and further increased as the heat treatment temperature increased. This tendency is considered to appear in a temperature range of 100 ° C. or higher, and it was found that adjustment of TCS is difficult.

図29から、ゲージ率は、従来用いられている歪ゲージよりも大きな値であるものの、Mn添加によって比較的大きく低減していき、500℃での熱処理では3付近と小さかった。   From FIG. 29, although the gauge factor is a larger value than that of a conventionally used strain gauge, it is relatively reduced by the addition of Mn, and it is as small as around 3 in the heat treatment at 500 ° C.

これらの結果から、Cr−N−Mn薄膜は、室温近傍〜300℃においてTCSが大きく、300℃を超える温度域でのTCR調整ができず、ゲージ率が小さいという問題があることが判明した。このため、Cr−N−Mn薄膜は大きなゲージ率の高温化は同様に可能であるが、Cr−N−Mn薄膜と比較してCr−N−Al薄膜の方が特性に優れ、高温域での利用により適することが確認された。   From these results, it has been found that the Cr—N—Mn thin film has a problem that the TCS is large in the vicinity of room temperature to 300 ° C., TCR adjustment cannot be performed in a temperature range exceeding 300 ° C., and the gauge factor is small. For this reason, a Cr-N-Mn thin film can be increased in temperature with a large gauge factor as well, but the Cr-N-Al thin film has better characteristics than the Cr-N-Mn thin film, and in a high temperature range. It has been confirmed that it is more suitable for use.

1;電気オーブン、2;窓、3;蓋部材、4;支持棒、5;測定台、6;固定部材、7;基板、8;薄膜(歪抵抗膜)、10;端子台、11;端子、12;マイクロメータ、13;歪印加用押し込み棒   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Electric oven, 2; Window, 3; Lid member, 4; Support rod, 5; Measuring stand, 6; Fixing member, 7: Substrate, 8; Thin film (strain resistance film), 10; 12; Micrometer, 13; Push rod for applying strain

本発明において、Cr−N−Al薄膜を成膜する基材(起歪構造体)としては、耐熱性が良好な絶縁性セラミックスであるアルミナを好適に用いることができる。また、アルミナに限らず、他の種々のセラミックスを用いることもできる。さらに、基材としてステンレス鋼(SUS)等、種々の金属板に絶縁コートを施したものを用いることもできる。また、Cr−N−Al薄膜を成膜する手法は特に限定されないが、微量の窒素ガスの雰囲気中でスパッタリングを行う反応性スパッタリングが好ましく、スパッタリングとしては特に高周波スパッタリングが好ましい。高周波スパッタリング装置としてはマグネトロン方式のものが好適である。歪抵抗膜として用いる薄膜のパターンとしては、歪センサとして通常用いるパターンでよく、例えば格子状パターンを用いることができる。また、高周波スパッタリングに用いるターゲットとしては高純度のCr円盤にAlのチップを所定個数貼り付けた複合ターゲットでもよいが、予め所定組成のCr−Alに調製された合金ターゲットを用いてもよい。 In the present invention, as the base material (strain generating structure) on which the Cr—N—Al thin film is formed, alumina which is an insulating ceramic having good heat resistance can be suitably used. In addition to alumina, other various ceramics can also be used. Furthermore, as the base material, various metal plates such as stainless steel (SUS) that have been coated with an insulating coating can be used. Further, a method for forming a Cr—N—Al thin film is not particularly limited, but reactive sputtering in which sputtering is performed in an atmosphere of a small amount of nitrogen gas is preferable, and high-frequency sputtering is particularly preferable as sputtering. As the high-frequency sputtering device Ru is preferred Der ones magnetron. The thin film pattern used as the strain resistance film may be a pattern normally used as a strain sensor, and for example, a lattice pattern can be used. The target used for high-frequency sputtering may be a composite target in which a predetermined number of Al chips are bonded to a high-purity Cr disk, but an alloy target prepared in advance with a predetermined composition of Cr—Al may be used.

Claims (10)

一般式Cr100−x−yAl
(ただし、x、yは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25、0.1≦y≦20である。)で表され、−50℃以上300℃以下の温度範囲において、ゲージ率が3以上であることを特徴とする歪抵抗膜。
General formula Cr 100-xy Al x N y
(Where x and y are atomic ratios (at.%), And 4 ≦ x ≦ 25 and 0.1 ≦ y ≦ 20), and in a temperature range of −50 ° C. or more and 300 ° C. or less, A strain resistance film having a gauge factor of 3 or more.
−50℃以上200℃以下の温度範囲において、感度温度係数(TCS)が、±1500ppm/℃以内であることを特徴とする請求項1に記載の歪抵抗膜。   2. The strain resistance film according to claim 1, wherein the temperature coefficient of sensitivity (TCS) is within ± 1500 ppm / ° C. within a temperature range of −50 ° C. to 200 ° C. 3. −50℃以上500℃以下の温度範囲において、抵抗温度係数(TCR)が、±500ppm/℃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。   3. The strain resistance film according to claim 1, wherein the temperature coefficient of resistance (TCR) is within ± 500 ppm / ° C. in a temperature range of −50 ° C. or more and 500 ° C. or less. 400℃以下の温度領域において、抵抗安定性が±2ppm/h以内であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の歪抵抗膜。   4. The strain resistance film according to claim 1, wherein the resistance stability is within ± 2 ppm / h in a temperature range of 400 ° C. or lower. 5. 請求項1から請求項4のいずれか1項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歪センサ。   A strain sensor comprising the strain resistance film according to any one of claims 1 to 4 formed on a strain generating structure. 一般式Cr100−x−yAl
(ただし、x、yは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25、0.1≦y≦20である。)で表される薄膜に、300℃以上700℃以下の温度で熱処理を施し、−50℃以上300℃以下の温度範囲において、ゲージ率を3以上の歪抵抗膜とすることを特徴とする歪抵抗膜の製造方法。
General formula Cr 100-xy Al x N y
(However, x and y are atomic ratios (at.%), And 4 ≦ x ≦ 25 and 0.1 ≦ y ≦ 20). A method for producing a strain resistance film, characterized by performing a heat treatment to form a strain resistance film having a gauge factor of 3 or more in a temperature range of −50 ° C. or more and 300 ° C. or less.
−50℃以上200℃以下の温度範囲において、感度温度係数(TCS)が、±1500ppm/℃以内であることを特徴とする請求項6の歪抵抗膜の製造方法。   The method for producing a strain resistance film according to claim 6, wherein the temperature coefficient of sensitivity (TCS) is within ± 1500 ppm / ° C in a temperature range of -50 ° C or higher and 200 ° C or lower. −50℃以上500℃以下の温度範囲において、抵抗温度係数(TCR)が、±500ppm/℃以内であることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の歪抵抗膜の製造方法。   8. The method for producing a strain resistant film according to claim 6, wherein a temperature coefficient of resistance (TCR) is within ± 500 ppm / ° C. in a temperature range of −50 ° C. or more and 500 ° C. or less. 400℃以下の温度領域において、抵抗安定性が±2ppm/h以内であることを特徴とする請求項6から請求項8のいずれか1項に記載の歪抵抗膜の製造方法。   9. The method for producing a strain resistance film according to claim 6, wherein the resistance stability is within ± 2 ppm / h in a temperature range of 400 ° C. or lower. 10. 一般式Cr100−x−yAl
(ただし、x、yは原子比率(at.%)であり、4≦x≦25、0.1≦y≦20である。)で表される薄膜を起歪構造体上に形成し、300℃以上700℃以下の温度で熱処理を施し、請求項6から請求項9のいずれかの歪抵抗膜とすることにより歪センサを得ることを特徴とする歪センサの製造方法。
General formula Cr 100-xy Al x N y
(Where x and y are atomic ratios (at.%), And 4 ≦ x ≦ 25 and 0.1 ≦ y ≦ 20) are formed on the strain-generating structure, and 300 A strain sensor manufacturing method comprising: obtaining a strain sensor by performing a heat treatment at a temperature of not less than 700 ° C and not more than 700 ° C to obtain a strain resistance film according to any one of claims 6 to 9.
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