JP2022539054A - Ｎｔｃ薄膜サーミスタ及びｎｔｃ薄膜サーミスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの第１薄膜電極（３ａ）と、少なくとも１つのＮＴＣ薄膜（２）と、少なくとも１つの第２薄膜電極（３ｂ）とからなるＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）を開示する。別の態様は、ＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）の製造方法に関する。【選択図】図５

Description

本発明は、ＮＴＣ薄膜サーミスタ及びＮＴＣ薄膜サーミスタの製造方法に関する。

端末機器にできるだけ多くの電子デバイスを配置し、端末機器の性能を高めるために、電子デバイス、コンポーネント及びセンサーのサイズを小さくすることが望まれる。特に、端末機器のインテリジェンス及び信頼性を向上させるために、端末機器に取り付けられるセンサーの数が増えている。

ＮＴＣサーミスタは、負の温度係数を持つ抵抗器であり、電子機器の温度測定用センサーとして多用されている。米国特許出願公開第２００９０１７９７３２号の特許明細書には、ＮＴＣサーミスタ用として有利なセラミックが提示されている。一例では、多層構造を有する典型的なＮＴＣ抵抗器が示され、セラミックを厚み２０～５０μｍの薄膜に加工し、完成した多層ＮＴＣサーミスタは、３つの空間方向すべてにおいて数ミリメートル膨張している。このようなサイズは多くの応用にとって適切ではない。サイズを大幅に小さくすれば、応用される他のデバイスのためにスペースを確保できるだけでなく、新たな用途や分野を開拓できる。

ＮＴＣサーミスタは、例えば非常に薄く構成されることで、可撓性を有し、さらに、機械的な破壊を伴わない曲げが可能であるという特性を持つことができる。また、膨張の小さいＮＴＣサーミスタを実現すれば、ＮＴＣサーミスタの熱質量を低減し、さらにＮＴＣサーミスタの応答時間と感度を改善する可能性がある。

そのため、すべての空間方向においてサイズの小さいＮＴＣサーミスタ、特に扁平なＮＴＣサーミスタを製造することが望まれる。

米国特許出願公開第２００９０１７９７３２号明細書

本発明の目的は、有利なＮＴＣ薄膜サーミスタ、及びＮＴＣ薄膜サーミスタの製造方法を提供することである。

本発明が上記の目的を達成するための解決手段は、請求項１に記載されたＮＴＣ薄膜サーミスタ及び別の独立項に記載されたＮＴＣ薄膜サーミスタの製造方法である。より多くの有利な実施手段、潜在的なレイアウト及び可能な方法ステップは、他の請求項を参照されたい。

少なくとも１つの第１薄膜電極と、少なくとも１つのＮＴＣ薄膜と、少なくとも１つの第２薄膜電極とからなるＮＴＣ薄膜サーミスタを開示する。電極及び機能性のＮＴＣ層を薄膜として構成することにより、特に厚みの点で膨張が非常に小さいＮＴＣサーミスタを実現することができる。ここで、薄膜は、特に、ミクロン範囲内の固体物質からなる層として理解できる。代替的又は追加的に、薄膜は、厚みが１０μｍ未満の層として理解できる。本発明によるＮＴＣ薄膜サーミスタは、好ましくは、薄膜電極及び薄膜のみを有し、他のタイプの層を有しないものであってもよい。

ＮＴＣサーミスタのサイズを大幅に小さくすることで、応用される他のデバイスのためにスペースを確保できるだけでなく、新たな用途や分野を開拓することができる。ＮＴＣサーミスタは、例えば非常に薄く構成されることで、可撓性を有し、さらに、機械的な破壊を伴わない曲げが可能であるという特性を持つことができる。また、膨張の小さいＮＴＣサーミスタを実現すれば、ＮＴＣサーミスタの熱質量を低減し、さらにこのＮＴＣサーミスタを有するセンサーの応答時間と感度を改善することができる。

ＮＴＣ薄膜は、単結晶又は多結晶の機能性セラミックを有してもよく、それらの結晶はスピネル構造又はペロブスカイト構造を有してもよい。このような材料は、特徴的な非線形温度係数を有することで正確な温度測定を実現できる。また、ペロブスカイト構造は、スピネル構造よりも電気特性の高温で受ける悪影響が小さいため、特にペロブスカイト構造を有する機能性セラミックは、高温での使用に適している。

ＮＴＣ薄膜は、元素Ｍｎ及びＮｉと、元素Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｙ、Ｃｒ、Ｃａ、Ａｌのうちの少なくとも１つとを少なくとも有してもよい。これらの元素は、スピネル構造又はペロブスカイト構造を有する機能性セラミックの形成に適している。機能性セラミックにおける各元素の割合を変更することにより、ＮＴＣ薄膜のＢ値を調整でき、応用に関連する温度範囲で温度係数の傾きが非常に急になり、これにより正確な温度測定を実現する。

また、薄膜電極は、導電性セラミックからなってもよい。導電性セラミックは、金属などの代替材料よりも機能性セラミックへの付着度が高い。また、導電性セラミックからなる薄膜電極は、熱膨張係数が機能性セラミックと類似しているため、温度変化時にＮＴＣ薄膜サーミスタにおける機械的歪みを回避することができる。

代替的に、薄膜電極は、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｔｉのような金属又は混合物、金属間化合物、及びこれらの元素の合金の一つ又は複数の層で構成されていてもよい。金属で構成される薄膜電極は導電性が高いため、ＮＴＣ薄膜サーミスタは電気的接続抵抗がさらに小さくなる。

一実施形態では、第１及び第２薄膜電極は、ＮＴＣ薄膜の一方の表面に配置されてもよい。これにより、ＮＴＣ薄膜が第１電極と第２電極との間に配置されている実施形態と比較すると、ＮＴＣ薄膜サーミスタをより薄く構成することができる。また、電極が一方の表面に配置されている実施形態では、測定電流は、ＮＴＣ薄膜に垂直ではなく、当該膜に沿って流れる。機能性のＮＴＣ薄膜の表面の膨張は、ＮＴＣ薄膜の厚みの数倍である可能性があるので、このように実施するＮＴＣ薄膜サーミスタは、より高い測定精度を示すことができる。

また、第１及び第２薄膜電極は、一方の表面にインターディジタル櫛形構造として配置されてもよい。一般的な櫛形構造では、電極の相互距離が同じであるため、所定の測定電圧で、電極間に同じ電界が作用する。したがって、ＮＴＣ薄膜サーミスタが備える電極がインターディジタル櫛形構造を有する場合に、印加された測定電圧に対して、ＮＴＣ薄膜サーミスタの測定電流は、有利な線形を有する。

別の実施形態では、ＮＴＣ薄膜サーミスタは、第１及び第２薄膜電極を複数有し、第１薄膜電極と第２薄膜電極との間には、それぞれ１つのＮＴＣ薄膜が設けられてもよい。このような実施形態では、測定電流は、ＮＴＣ薄膜の表面と垂直になる。したがって、第１及び第２電極がＮＴＣ薄膜の一方の表面に位置するＮＴＣ薄膜サーミスタと比較すると、ＮＴＣ薄膜サーミスタ全体の横方向の膨張を大幅に減らすことができる。複数のＮＴＣ薄膜を互いに積層することでＮＴＣ薄膜サーミスタの測定精度をさらに向上させることができる。

また、第１及び第２薄膜電極のＮＴＣ薄膜からの突出領域において、これらの電極は、下方に位置する同様にＮＴＣ薄膜から突出した第１又は第２薄膜電極に密接してもよい。上方に位置する薄膜電極の形状は、下方に位置する薄膜電極の形状と合わせてもよい。成膜された薄膜電極により、ＮＴＣ薄膜電極からの突出領域における表面特性又は表面トポグラフィーは、凹凸や傾斜を有することができる。薄膜電極を、下方に位置する薄膜電極と形状を合わせて密接させることにより、この凹凸や傾斜を実現し、隣接する薄膜電極の間の電気的接触面を大きくするとともに密着性を高める。このように、薄膜電極の各々の電気的接触を確保する。多層デバイスでは、特に電極層が多層デバイスのエッジでデバイスと同一平面上にある場合に、内部の電極層を電気的に接触させる際に困難が生じる傾向がある。このような多層デバイスは、電極層の多層デバイスのエッジに露出した横断面のみが、他の電気的接触のための接触面として用いることができる。電極層の横断面（特に薄膜電極の場合）が非常に小さい場合があるため、デバイスの抵抗が予想外に高くなったり、個々の電極層が完全に電気的に絶縁されたままになったりする可能性がある。薄膜電極をＮＴＣ薄膜から突出させ、形状を合わせて互いに密接させることにより、個々の薄膜電極への電気的接触に寄与する。

また、第１及び第２薄膜電極のＮＴＣ薄膜からの突出領域において、これらの電極は、下方に位置するＮＴＣ薄膜から突出した第１又は第２薄膜電極よりも短くてもよい。このような構造案に基づいて、薄膜電極によって階段形状が形成され、デバイスは厚み方向に徐々に細くなる。ここで、各薄膜電極は、階段の１段を構成する。各薄膜電極は、いずれも階段の段のように接触表面を形成するので、各々は、いずれも直接電気的に接触することができる。このように、ＮＴＣセンサーの内部に設けられている内電極が電気的に絶縁されたまま動作しなくなるリスクを低減する。薄膜電極を下方に位置する薄膜電極に対してさらに短くすることにより、個々の薄膜電極及びＮＴＣセンサー全体の接触表面を大きくすることができる。このように、下方に位置する薄膜抵抗は、電気的接触のための接触表面として使用できる表面がより大きくなる。ＮＴＣ薄膜センサーの接触表面を大きくすることによりデバイスの接触抵抗を低減する。温度の上昇とともに抵抗が低下するというＮＴＣ抵抗器の特徴に基づいて、低接触抵抗は、高温の範囲での正確な測定に特に寄与する。

また、第１薄膜電極は、ＮＴＣ薄膜サーミスタの第１側においてＮＴＣ薄膜から突出し、第２ＮＴＣ薄膜電極は、当該第１側においてＮＴＣ薄膜よりも短く、第２薄膜電極は、ＮＴＣ薄膜サーミスタの当該第１側に対向する第２側においてＮＴＣ薄膜から突出し、第１薄膜電極は、当該第２側においてＮＴＣ薄膜よりも短くしてもよい。このような構造案に基づいて、ＮＴＣ薄膜サーミスタの第１側及び第２側に階段形状が形成され、デバイスは厚み方向に徐々に細くなる。一方の電極を両側のうちの一方側においてＮＴＣ薄膜よりも長くすることにより、これらの個々の薄膜電極は、この側において重なってともに接触されることができる。他方の電極がこの側においてＮＴＣ薄膜よりも短いので、電極間にＮＴＣ薄膜が常に位置し、これによって、第１電極と第２電極との間の短絡を防ぐ。

第１及び第２薄膜電極の第１及び第２側における突出区画は、メタライゼーションペースト又は別の導電性媒体により補強可能である。薄膜電極は、その突出区画において複数の層が重なっても、これらの区画において非常に薄くて脆い。例えば、電極を補強するとともに電極への接触を簡単化するためにメタライゼーションペーストを重なり区画に成膜してもよい。

また、ＮＴＣ薄膜は、第１及び第２側に垂直で互いに対向する第３及び第４側において薄膜電極から突出してもよい。非導電性のＮＴＣ薄膜の突出により、第１及び第２薄膜電極がエッジ領域においてもそれぞれにパッケージされることを確保する。このように、第１及び第２電極は、相互距離が小さくても短絡しないことを確保できる。

ＮＴＣ薄膜は、薄膜電極からの突出領域において、下方に位置するＮＴＣ薄膜よりも短くてもよい。これにより、ＮＴＣ薄膜の突出側にＮＴＣ薄膜サーミスタの傾斜エッジが形成される。ＮＴＣ薄膜サーミスタの切頭角錐状の構造案により、低重心を提供し、デバイスがより安定して支持される。

ＮＴＣ薄膜サーミスタは、追加のキャリア材料に配置されてもよい。当該キャリア材料は、ＮＴＣ薄膜サーミスタの機械的安定性を向上させることができる。特に、デバイスの輸送や積載の点から、損害を避けるために、高機械的安定性は、重要な要素となっている。したがって、デバイスは、キャリア材料に配置してもよい。

キャリア材料は、第１電極として構成されてもよい。このため、キャリア材料として厚い導電性のセラミック層又は安定した金属層を使用できる。このように、キャリア材料を別に提供する必要はない。

当該キャリア材料には、回路又は微小電気機械システムが集積されてもよく、又はキャリア材料は、電子デバイスの構成部分であってもよい。このように、ＮＴＣ薄膜サーミスタは、集積により電気コンポーネントと接続又は接触することができる。シリコンなどの半導体からなる電気コンポーネントのほか、セラミックからなる電気コンポーネントは、その熱膨張係数がＮＴＣ薄膜サーミスタと類似しているため、ＮＴＣ薄膜サーミスタの集積に非常に適している。

また、ＮＴＣ薄膜サーミスタに保護層が成膜されてもよく、又は、デバイス全体が保護層に埋め込まれてもよく、これにより、機械的、化学的及び他の環境要因からデバイスを保護する。当該保護層の材料として、ガラス、シリコーン又は他のポリマーが好適である。

一つの有利な実施案では、ＮＴＣ薄膜は、３μｍよりも薄くてもよい。このように、複数のＮＴＣ薄膜を含む場合でも、薄いＮＴＣ薄膜サーミスタの構造案を実現できる。ＮＴＣ薄膜は、電極間の短絡を避けるために十分な厚みを有する必要があることも指摘すべきである。したがって、典型的な電圧範囲及び材料として、０．０１μｍを超える厚みを採用することを提案する。

別の実施形態では、薄膜電極は、１０μｍよりも薄くてもよい。薄膜電極が厚くなりすぎると、薄いＮＴＣ薄膜サーミスタの構造案を実現できない可能性がある。

ＮＴＣ薄膜サーミスタ全体は、１００μｍよりも薄くてもよい。これにより、単一の非常に薄い薄膜の利点をデバイス全体に移すことを確保し、ＮＴＣ薄膜サーミスタ全体は、非常に薄く維持される。

ＮＴＣ薄膜サーミスタは、基板又は印刷回路基板への集積に適したものであり得る。基板及び印刷回路基板は、通常、厚みが数１００μｍしかないことが多い。本発明によるＮＴＣ薄膜サーミスタは、比較的薄くすることが可能であるため、ＳＭＤデバイスとして基板又は印刷回路基板に取り付けることができるだけでなく、集積することもできる。

有利なレイアウトは、印刷回路基板と、印刷回路基板に集積されているＮＴＣ薄膜サーミスタとを有してもよい。したがって、ＮＴＣ薄膜サーミスタの印刷回路基板への集積により、印刷回路基板における（他のデバイスに使用可能な）スペースを節約できるだけでなく、印刷回路基板の機能を拡張できる。

別の有利なレイアウトでは、複数のＮＴＣ薄膜サーミスタは、一つのマトリクスに配置されてもよい。特に、必要な表面の点から、ＮＴＣ薄膜サーミスタの膨張が小さいため、ＮＴＣ薄膜サーミスタは、空間分解温度測定を実行する必要のあるセンサーへの応用に非常に適している。このため、複数のＮＴＣ薄膜サーミスタをマトリクスに並べて配置する。

本願の別の側面は、ＮＴＣ薄膜サーミスタの製造方法に関する。当該薄膜サーミスタは、特に、前述の薄膜サーミスタであってもよい。

前記方法は、
非導電性のキャリア材料を提供するステップａ）と、
少なくとも１つの第１薄膜電極を成膜するステップｂ）と、
少なくとも１つのＮＴＣ薄膜を成膜するステップｃ）と、
少なくとも１つの第２薄膜電極を成膜するステップｄ）と、を含む。

非導電性のキャリア材料を他の層を形成するための平坦な基面とする必要がある場合がある。少なくとも１つのＮＴＣ薄膜及び少なくとも１つの第１及び第２薄膜電極の製造が完了しないと、ＮＴＣ薄膜サーミスタが動作できない。

キャリア材料に回路又は微小電気機械システムが集積されてもよく、又はキャリア材料は、電子デバイスの構成部分であってもよい。このように、電気コンポーネントにＮＴＣ薄膜サーミスタを追加することができる。集積式の構造により、電気コンポーネントがＮＴＣ薄膜サーミスタと直接接続又は電気的に接触できる。セラミックからなる電気コンポーネントは、その熱膨張係数がＮＴＣ薄膜サーミスタと類似しており、ＮＴＣ薄膜サーミスタを良好に付着させることができるため、キャリア材料として特に好適である。シリコンのような半導体からなる電気コンポーネント、回路及び微小電気機械システムは、同様にキャリア材料として使用できる。

前記方法では、第１及び第２薄膜電極は、ＮＴＣ薄膜の一方の表面に配置されてもよい。このような方法により、ＮＴＣ薄膜が第１電極と第２電極との間に配置されている構造と比較すると、ＮＴＣ薄膜サーミスタをより薄く構成することができる。２つの薄膜電極が一つの表面に位置するレイアウトでは、測定電流は、当該層を垂直に通過するのではなく、ＮＴＣ薄膜に沿って流れるようになる。ＮＴＣ薄膜サーミスタの、ＮＴＣ薄膜の厚みの数倍であり得る横方向の膨張に基づいて、このようなＮＴＣ薄膜サーミスタは、より高い測定精度を示すことができる。

前記方法の別の実施形態では、第１薄膜電極と第２薄膜電極との間にそれぞれ１つのＮＴＣ薄膜を設ける。方法のこの実施形態により構成されるＮＴＣ薄膜サーミスタでは、測定電流は、ＮＴＣ薄膜をその表面に垂直に通過するように流れる。したがって、このような薄膜サーミスタは、その横方向の膨張が測定精度にあまり影響を及ぼさない点で、第１及び第２電極がＮＴＣ薄膜の一方の表面に位置するＮＴＣ薄膜サーミスタと異なる。したがって、この方法によるＮＴＣ薄膜サーミスタの膨張は、はるかに小さくなり得る。また、ＮＴＣ薄膜を互いに積層することでＮＴＣ薄膜サーミスタの測定精度を改善することができる。

前記方法は、ステップｂ）において、下方にＮＴＣ薄膜のない第１領域にも第１薄膜電極を成膜し、ステップｄ）において、下方にＮＴＣ薄膜のない第２領域にも第２薄膜電極を成膜するように実施してもよく、第１領域と第２領域は、互いに重ならない。前記方法は、第１薄膜電極層を成膜し、続いてＮＴＣ薄膜を成膜し、続いて第２薄膜電極を成膜し、続いてＮＴＣ薄膜を再度成膜し、続いて第１薄膜電極を再度成膜する手順を含む。

このように、薄膜電極のＮＴＣ薄膜から突出した２つの領域において、薄膜電極は、下方の第１又は第２薄膜電極と形状を合わせるように位置する。このような方法に基づいて製造されたＮＴＣ薄膜サーミスタは、ＮＴＣ薄膜サーミスタの内部に設けられている薄膜電極との電気的接触の信頼性がより高くなり、これによって、デバイス全体をより強固にするという利点がある。

また、ステップｂ）及びｄ）において、この２つの領域に下方の第１又は第２薄膜電極よりも短い薄膜電極を成膜してもよい。これによって、第１又は第２領域にそれぞれ階段形状を形成し、各階段の段は、薄膜電極からなる。薄膜電極が下方の薄膜電極よりも短くなる程度によっては、薄膜電極の接触面を大きくし、さらに、接触抵抗を低減することができる。このようなＮＴＣ薄膜サーミスタは、ＮＴＣの抵抗が温度の上昇とともに低下するため、高温での正確な温度測定に特に好適である。

上述の方法の各々では、ＣＳＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＮＴＣ薄膜を成膜してもよい。このため、幾何形状及び使用する材料に応じて、ＣＳＤ法であるスピンコート、ディップコート又はインクジェット印刷を使用してもよい。インクジェット印刷は、ＮＴＣ薄膜に対してモジュール調整を行うことができ、調整性が高いという利点がある。

代替的に、前記方法では、ＰＶＤ法又はＣＶＤ法により第１及び第２薄膜電極だけでなくＮＴＣ薄膜を成膜してもよい。このように、すべての層を薄膜として構成することを確保できる。

前記方法ステップのほか、別の方法ステップでは、ＮＴＣ薄膜サーミスタに焼結プロセスを施してもよい。焼結プロセスにより、一般的に機能性セラミックとして存在するＮＴＣ薄膜に機械的負荷能力及び変形防止特性を付与する。また、一般に、堆積方法によりペロブスカイト構造又はスピネル構造を生成するには冷却操作が必要である。

前記方法の後に、ＮＴＣ薄膜サーミスタをキャリア材料から分離してもよいし、研削プロセスまたはエッチングプロセスによりキャリア材料を薄くし、或いは完全に除去してもよい。したがって、ＮＴＣ薄膜サーミスタの各々について、ＮＴＣ薄膜サーミスタの薄さと一定の機械安定性のどちらを優先するかを考慮できる。優先度によっては、キャリア材料の厚みを所望の程度に低減してもよいし、又はＮＴＣ薄膜サーミスタをキャリア材料から直接分離してもよい。

以下、模式的な図面を参照し、本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施例の模式的な横断面図である。 図２は、キャリア材料を第１電極として用いる第２実施例の模式的な横断面図である。 図３は、第３実施例の模式的な横断面図である。 図４は、第３実施例の模式的な平面図である。 図５は、第４実施例の模式的な横断面図である。 図６は、第４実施例の斜視図である。 図７は、コンタクトパッドを追加した第４実施例の斜視図である。

同一の要素、類似する又は明らかに同一の要素は、図面に同一の参照符号で示されている。図面及び図面におけるサイズ比は、縮尺どおりに描かれていない。

図１は、ＮＴＣ薄膜サーミスタ１の横断面図である。キャリア材料４には、第１薄膜電極３ａが設けられており、この第１薄膜電極には、ＮＴＣ薄膜２が設けられており、このＮＴＣ薄膜には、第２薄膜電極３ｂが設けられている。

本実施例では、キャリア材料４は、電気絶縁性でかつ平坦である。５００℃よりも高い温度に達する可能性がある、薄膜の製造に使用可能な熱処理工程では、キャリア材料４は、一定の熱安定性を備える必要がある。キャリア材料４に適した絶縁性及び熱安定性のある材料は、多結晶又は単結晶セラミック、パッシベーションされた半導体、ポリマー又はガラスである。多結晶又は単結晶セラミックは、例えばＹＳＺ、ＡｌＮ、ＺｎＯ、アルミナ又はサファイアであってもよく、パッシベーションされた半導体は、例えばＳｉＯｘでパッシベーションされた単結晶シリコンであり、ポリマーは、例えばポリイミドである。

キャリア材料４は、非常に薄く、１μｍ以上１００μｍ以下の厚みを有することが好ましいが、かなり厚くなってもよい。ここ及び以下では、厚みは、積層方向、即ち、層の表面に垂直な方向における延伸を指す。第１薄膜電極３ａ、ＮＴＣ薄膜２及び第２薄膜電極３ｂは、積層方向に重なっている。製造後にＮＴＣ薄膜サーミスタ１をキャリア材料４から分離してもよく、又はキャリア材料４を薄くしてもよい。このため、既知のエッチングプロセス又は研削プロセスを使用してもよい。

また、キャリア材料４は、機能的特性を有し、例えば集積回路（ＩＣ）又は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を含んでもよい。このように、ＮＴＣ薄膜サーミスタ１を圧力センサー又は圧電センサーのような少なくとも１つの別の電気部品と接続し、さらに異なる機能を１つの電気部品に統合することができる。

図１に示す実施例では、第１及び第２薄膜電極３ａ、３ｂは、アクティブなＮＴＣ薄膜２の上下に配置されている。薄膜電極３ａ、３ｂは、１０μｍ未満の厚みを有するという非常に薄い実施案を採用することが好ましい。使用する材料によっては、薄膜電極３ａ、３ｂの形成には、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ＣＳＤ法又は電気めっき法のような薄膜向けの化学的及び物理的堆積プロセスが適している。電極は、一つ又は複数の層、また、同じ又は異なる材料で構成されてもよい。異なる電極及び電極層は、同じ材料で構成されてもよいが、これに限られない。電極に適した導電性の材料は、金属、合金、金属間化合物又は導電性セラミックである。金属は、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｏ又はＷｏであってもよい。合金は、例えばＣｒ／Ｎｉ／Ａｇ又はＣｒ／Ａｕであってもよい。金属間化合物は、ケイ化チタン、ケイ化ニッケル又はケイ化モリブデンであってもよい。導電性セラミックは、例えばＬＮＯ又はＩＴＯであってもよい。

ＮＴＣ薄膜２は、３μｍよりも薄く、好ましくは、１μｍよりも薄く、一つ又は複数の塗布工程及び熱処理工程により成膜される。ＮＴＣ薄膜２に適した塗布法は、ＣＳＤ法であり、例えば、スピンコート、ディップコート、スプレーコーティング又はインクジェット印刷により成膜する。同様に、ＰＶＤ法によりＮＴＣ薄膜２を堆積してもよい。ＮＴＣ薄膜２は、スピネル構造又はペロブスカイト構造を有する単相又は多相の機能性セラミックからなる。スピネル構造を有するＮＴＣ薄膜２に適した元素は、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＺｒである。例えば、ＮＴＣ薄膜２として用いられるスピネル構造を有する機能性セラミックについて、適切な混合比は、８０ａｔ％Ｍｎ及び２０ａｔ％Ｎｉであってもよい。ペロブスカイト構造は、元素Ｙ、Ｃｒ、Ｃａ、Ａｌ及び／又はＭｎにより実現可能である。

図２は、本発明の第２実施例を示し、図１における例と類似する。この例では、キャリア材料４においても、３つの層が重なって成膜されている。しかし、第１実施例と異なり、この例では、キャリア材料４が同時に第１電極又は底部電極でもある。第１電極としても用いられるキャリア材料４には、ＮＴＣ薄膜２、第２薄膜電極３ｂ及び保護層５が重なって成膜されている。

本実施例では、キャリア材料４は、底部電極として使用するために十分な導電性を有する。適切な材料は、金属、合金又は高濃度ドープ半導体である。同様に、導電材料が塗布された絶縁体を使用してもよい。キャリア材料４は、特に導電性セラミックの形態で存在してもよい。このように、ＮＴＣ薄膜サーミスタ１を、自体が導電性セラミックを有する別の電気部品と特に簡単に接続できる。これによって、異なる部品の２つ以上の機能を組み合わせて１つのデバイスに集積することができる。

保護層５は、機械的、化学的及び他の環境要因からＮＴＣ薄膜サーミスタ１を保護する電気受動層である。ＮＴＣ薄膜サーミスタ１の片側に保護層５を塗布する場合に、他の薄膜と同様の薄膜方法を使用してもよいが、特に、ＰＶＤ法を使用してもよい。代替的に、ＮＴＣ薄膜センサー２を薄膜に接着又は溶接してもよい。保護層５に適した材料は、ガラス、シリコーン又は他のポリマーである。保護層５は、必ずしも図２に示すようにＮＴＣ薄膜サーミスタ１の片側に成膜される必要はなく、ＮＴＣ薄膜サーミスタ１を取り囲んでもよい。ＮＴＣ薄膜サーミスタがキャリア材料４から剥離される場合又は非常に薄く構成された場合、ＮＴＣ薄膜サーミスタ１全体が保護層５で取り囲まれていることが特に有利である。

図３は、本発明の別の実施例を示し、図２における例と類似する。キャリア材料４には、３つの層が重なって積層されている。しかし、前の例と異なり、この例では、キャリア材料４は、導電性を有しないため、電極として機能しない。ＮＴＣ薄膜２はキャリア材料４に成膜されている。第１及び第２薄膜電極３ａ、３ｂの両者は、ＮＴＣ薄膜２に直接成膜されており、図３では、薄膜電極３ａ、３ｂが一体となって１つに見える。この例では、同様に、保護層５により環境要因から薄膜電極３ａ、３ｂ及びＮＴＣ薄膜２を保護する。

図４は、図３における実施例のように２つの電極がＮＴＣ薄膜２に配置されているＮＴＣ薄膜サーミスタ１の平面図である。第１及び第２薄膜電極３ａ、３ｂは、インターディジタル櫛形構造として配置されている。電極３ａ、３ｂの相互距離が同じであるため、測定電圧が印加される場合、薄膜電極３ａ、３ｂの間に同じ電界が作用する。したがって、ＮＴＣ薄膜サーミスタ１が備える薄膜電極３ａ、３ｂがインターディジタル櫛形構造を有する場合、印加された測定電圧に対して、ＮＴＣ薄膜サーミスタの測定電流は、有利な線形を有する。電極の構造は、ＮＴＣ薄膜２への薄膜電極３ａ、３ｂの成膜中に直接シャドーマスクにより実現されてもよく、又はその後にフォトリソグラフィーにより実現されてもよい。ＮＴＣ薄膜サーミスタ１の所望の抵抗及び構造により、薄膜電極３ａ、３ｂの別のレイアウトの応答特性は、より高くなる可能性がある。

第１及び第２薄膜電極３ａ、３ｂをＮＴＣ薄膜２の一方の表面に配置することにより、厚みが５０μｍ未満の極薄型のＮＴＣ薄膜サーミスタ１を実現することができる。また、測定電流が表面に沿って比較的遠く流れ、ＮＴＣ薄膜２の垂直欠陥が測定電流にほとんど影響を与えないため、ＮＴＣ薄膜２の品質に対する要求をより低くしてもよい。

図５は、別の実施例の横断面図である。この例では、ＮＴＣ薄膜サーミスタ１は、多層デバイスである。第１及び第２薄膜電極３ａ、３ｂは、非導電性のキャリア材料４に交互に成膜されており、これらの薄膜電極の間の各々に常に１つのＮＴＣ薄膜２が位置する。第１側及び第２側のエッジ領域において、薄膜電極３ａ、３ｂは、ＮＴＣ薄膜２から突出するタイプと、ＮＴＣ薄膜２よりも短いタイプがある。このようにして、同じタイプの薄膜電極３ａ、３ｂを簡単に接続するとともに、相手の薄膜電極との短絡を防止することができる。対応する薄膜電極３ａ、３ｂを互いの形状と合わせて密接させることで、隣接する薄膜電極の間の接触表面を大きくすることにより、電気的接触を改善し、薄膜電極のうちのいずれかが電気的に接触していないリスクを低減する。

多層ＮＴＣ薄膜サーミスタ１の内電極は、導電性セラミックからなることが好ましい。これは、導電性セラミックがセラミックの機能性のＮＴＣ薄膜２に良好に付着し、ＮＴＣ薄膜サーミスタ１のアクティブ素子全体が完全にセラミックから構成されているからである。この場合、多層構造の最下方及び最上方の電極は、金属又は別の導電材料からなることが依然として好ましい。

層構造及び突出に基づいてＮＴＣ薄膜サーミスタ１の第１側及び第２側に階段形状が形成されており、デバイスは厚み方向に徐々に細くなる。薄膜電極３ａ、３ｂのＮＴＣ薄膜２からの突出領域において、これらの薄膜電極は、下方に位置する薄膜電極３ａ、３ｂよりも短くてもよい。これにより、薄膜電極３ａ、３ｂの接触表面を大きくし、ＮＴＣ薄膜サーミスタ１の接触抵抗を低減することができる。低接触抵抗を有するＮＴＣ薄膜サーミスタ１は、ＮＴＣの抵抗が温度の上昇とともに低下するため、高温の範囲での精確な温度測定に特に適用される。

３つの層のタイプすべてが重なる中心の領域は、ＮＴＣ薄膜サーミスタ１のアクティブ測定領域である。１つのタイプの薄膜電極のみとＮＴＣ薄膜２とが重なる領域は、測定に関係なく、できるだけ減少させるべきである。薄膜電極３ａ、３ｂが重なるエッジにおいて、電極を接触させることができる。

図６は、ＮＴＣ薄膜サーミスタ１の斜視図であり、このＮＴＣ薄膜サーミスタ１は、同様に、図５におけるＮＴＣ薄膜サーミスタ１のような多層構造を有し、キャリア材料４に配置されている。この実施例では、ＮＴＣ薄膜２は、第１及び第２側に垂直で互いに対向する第３及び第４側において薄膜電極３ａ、３ｂから突出している。突出したＮＴＣ材料は、図６における第３及び第４側に位置する下向きの斜面を構成する。ＮＴＣ薄膜２の突出により、第１及び第２薄膜電極３ａ、３ｂがエッジ領域においてもそれぞれにパッケージされることを確保する。このように、第１及び第２薄膜電極３ａ、３ｂは、相互距離が小さくても互いに短絡しないことを確保できる。複数の層が重なっても薄膜電極３ａ、３ｂはエッジにおいて非常に薄いため、金属ペースト、コンタクトパッド、シルクスクリーン印刷、薄膜方法又は電気めっきプロセスにより電極を補強することを提案する。図７には、コンタクトパッドを追加した図６に示すＮＴＣ薄膜サーミスタ１が示されている。

薄膜電極３ａ、３ｂがＮＴＣ薄膜２の一方の表面に配置されている実施例と異なり、これらの実施例では、上記の層構造により、測定電流はＮＴＣ層を垂直に通過するように流れる。欠陥が測定電流に大きな影響を与えるため、ＮＴＣ薄膜２の品質に対する要求が厳しくなる一方で、測定精度は、ＮＴＣ薄膜２の表面のサイズとは無関係になる。したがって、層構造により実現される、基面の辺の長さが８０～１２０μｍであり、厚みが１００μｍ未満のＮＴＣ薄膜サーミスタ１は、非常に薄いだけでなく、表面が小さい。

このような表面の小さいセンサーは、例えば空間分解測定に適用できる。上記実施例の一つによるＮＴＣ薄膜サーミスタ１をマトリクスに複数配置すると、このレイアウトにより空間分解温度測定を行うことができる。また、このようなサイズの小さい電気デバイスは、他の電気デバイスとの接続又は他のデバイスへの集積に適している。特に、本発明によるＮＴＣ薄膜サーミスタ１を、一般的に厚みが数１００μｍしかない印刷回路基板に集積してもよく、印刷回路基板に取り付ける必要がない。

１ ＮＴＣ薄膜サーミスタ
２ ＮＴＣ薄膜
３ａ 第１薄膜電極
３ｂ 第２薄膜電極
４ キャリア材料
５ 保護層

Claims (29)

1. 少なくとも１つの第１薄膜電極（３ａ）と、
   少なくとも１つのＮＴＣ薄膜（２）と、
   少なくとも１つの第２薄膜電極（３ｂ）と、
   を有するＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
2. 前記ＮＴＣ薄膜（２）は、単結晶又は多結晶の機能性セラミックを有し、当該セラミックは、スピネル構造又はペロブスカイト構造を有する請求項１に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
3. 前記ＮＴＣ薄膜（２）は、元素Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｙ、Ｃｒ、Ｃａ又はＡｌのうちの少なくとも１つを有する請求項１又は２に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
4. 前記薄膜電極（３ａ、３ｂ）は、導電性セラミックからなる請求項１～３のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
5. 前記薄膜電極（３ａ、３ｂ）は、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｔｉのような金属、これらの元素の混合物又は合金の一つ又は複数の層からなる請求項１～３のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
6. 前記第１及び第２薄膜電極（３ａ、３ｂ）は、前記ＮＴＣ薄膜（２）の一方の表面に配置されている請求項１～５のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
7. 前記第１及び第２薄膜電極（３ａ、３ｂ）は、インターディジタル櫛形構造として配置されている請求項１～６のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
8. 前記ＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）は、第１及び第２薄膜電極（３ａ、３ｂ）を複数有し、
   前記第１薄膜電極（３ａ）と前記第２薄膜電極（３ｂ）との間には、それぞれ１つのＮＴＣ薄膜（２）が設けられている請求項１～５のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
9. 前記第１薄膜電極（３ａ）は、前記ＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）の第１側において前記ＮＴＣ薄膜（２）から突出しており、前記第２薄膜電極（３ｂ）は、前記第１側において前記ＮＴＣ薄膜（２）よりも短く、
   前記第２薄膜電極（３ｂ）は、前記ＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）の第１側に対向する第２側において前記ＮＴＣ薄膜（２）から突出しており、前記第１薄膜電極（３ａ）は、前記第２側において前記ＮＴＣ薄膜（２）よりも短い
   請求項１～８のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
10. 前記第１及び第２薄膜電極（３ａ、３ｂ）の前記ＮＴＣ薄膜（２）からの突出領域において、前記電極は、各々の下方に位置するＮＴＣ薄膜（２）から突出した第１又は第２薄膜電極（３ａ、３ｂ）に密接している請求項１～９のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
11. 前記第１及び第２薄膜電極（３ａ、３ｂ）の前記ＮＴＣ薄膜（２）からの突出領域において、前記電極は、下方に位置するＮＴＣ薄膜（２）から突出した第１又は第２薄膜電極（３ａ、３ｂ）よりも短い請求項９又は１０に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
12. 前記第１及び第２薄膜電極（３ａ、３ｂ）の前記第１及び第２側における突出区画は、メタライゼーションペースト又は別の導電性媒体により補強可能である請求項９～１１のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
13. 前記ＮＴＣ薄膜（２）は、前記第１及び第２側に垂直で互いに対向する第３及び第４側に前記薄膜電極（３ａ、３ｂ）から突出している請求項９～１２のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
14. 前記ＮＴＣ薄膜（２）は、前記薄膜電極（３ａ、３ｂ）からの突出領域において、下方にあるＮＴＣ薄膜（２）よりも短い請求項１～１３のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
15. 前記ＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）は、キャリア材料（４）に配置されている請求項１～１４のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
16. 前記キャリア材料（４）は、第１電極として構成されている請求項１～１５のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
17. 前記キャリア材料（４）に、回路もしくは微小電気機械システムが集積されているか、又は前記キャリア材料（４）は、電子デバイスの構成部分である請求項１５に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
18. 前記ＮＴＣ薄膜（２）は、３μｍよりも薄い請求項１～１７のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
19. 前記薄膜電極（３ａ、３ｂ）は、１０μｍよりも薄い請求項１～１８のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
20. 全体が、１００μｍよりも薄い請求項１～１９のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
21. 基板又は印刷回路基板への集積に適している請求項１～２０のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）。
22. 印刷回路基板と、
    請求項１～２１のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）とを有するレイアウトであって、
    前記ＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）は、前記印刷回路基板に集積されている
    レイアウト。
23. 請求項１～２１のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）を複数有するレイアウトであって、
    前記ＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）は、マトリクスに配置されている
    レイアウト。
24. 非導電性のキャリア材料（４）を提供するステップａ）と、
    少なくとも１つの第１薄膜電極（３ａ）を成膜するステップｂ）と、
    少なくとも１つのＮＴＣ薄膜（２）を成膜するステップｃ）と、
    少なくとも１つの第２薄膜電極（３ｂ）を成膜するテップｄ）と、を含み、
    前記ステップｃ）の前又は後に前記ステップｂ）を実施することができる
    ＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）の製造方法。
25. 前記ステップｂ）において、下方にＮＴＣ薄膜（２）のない第１領域にも前記第１薄膜電極（３ａ）を成膜し、
    前記ステップｄ）において、下方にＮＴＣ薄膜（２）のない第２領域にも前記第２薄膜電極（３ｂ）を成膜し、
    前記第１領域及び第２領域は、互いに重ならず、なおかつ、まず第１薄膜電極（３ａ）を成膜し、続いてＮＴＣ薄膜（２）を成膜し、続いて第２薄膜電極（３ｂ）を成膜し、続いてＮＴＣ薄膜（２）を再度成膜し、続いて第１薄膜電極（３ａ）を再度成膜する手順を含む
    請求項２４に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）の製造方法。
26. ＣＳＤ法により前記ＮＴＣ薄膜（２）を成膜する請求項２４又は２５に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）の製造方法。
27. ＰＶＤ法又はＣＶＤ法により前記第１及び第２薄膜電極（３ａ、３ｂ）、並びにＮＴＣ薄膜（２）を成膜する請求項２４～２６のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）の製造方法。
28. 別の方法ステップにおいて、前記ＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）に焼結プロセスを施す請求項２４～２７のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）の製造方法。
29. 別の方法ステップにおいて、第１及び第２薄膜電極（３ａ、３ｂ）、並びにＮＴＣ薄膜（２）からなる積層体を前記キャリア材料（４）から分離するか、又は研削プロセス又はエッチングプロセスにより前記キャリア材料（４）を薄くする、もしくは完全に除去する請求項２４～２８のいずれか１項に記載のＮＴＣ薄膜サーミスタ（１）の製造方法。

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