JP2577546B2 - 熱電対素子とその製法 - Google Patents
熱電対素子とその製法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，熱電対素子，特に大きな熱電能を有し，
薄膜形成の容易性と微細加工の容易性等の特徴を備えた
アモルファス半導体薄膜と金属抵抗体薄膜とを具備した
熱電対素子であって，低入力インピーダンス，特に超高
周波領域におけるインピーダンス整合の容易さを特徴と
した低周波から光波に至るパワー（電力）検出に用いら
れる熱電対素子とその製法に関するものである。
薄膜形成の容易性と微細加工の容易性等の特徴を備えた
アモルファス半導体薄膜と金属抵抗体薄膜とを具備した
熱電対素子であって，低入力インピーダンス，特に超高
周波領域におけるインピーダンス整合の容易さを特徴と
した低周波から光波に至るパワー（電力）検出に用いら
れる熱電対素子とその製法に関するものである。
絶縁性基板としてガラス基板を用いて，その基板上に
アモルファス半導体薄膜等を堆積して熱電対素子を構成
する場合，フォトエッチング技術によりパターニングを
行う。
アモルファス半導体薄膜等を堆積して熱電対素子を構成
する場合，フォトエッチング技術によりパターニングを
行う。
この場合，アモルファス半導体薄膜とガラス基板とに
対して選択性を示すエッチング液がなかった。そのた
め、アモルファス半導体薄膜としてシリコンと水素また
はこれらにフツ素を加えた合金からなるアモルファスシ
リコン（通常ａ−Si:Hまたはａ−Si:H:Fと記述され
る。）薄膜をエッチングする場合、フツ素を含んだ混合
液を用いていたためにガラス基板も同時にエッチングさ
れ、該ガラス基板の表面が粗くなったり、パターンエッ
ジ部での深い溝が形成されたりしていた。この状態を第
３図に断面模式図として示してある。ガラス基板の粗れ
は、金属薄膜抵抗体の抵抗値のバラツキを、またパター
ンエッジ部に形成された深い溝はアモルファスシリコン
薄膜と金属薄膜抵抗体の接合部の損傷をもたらし、歩留
り向上、高性能化および高信頼性の面で限界があった。
対して選択性を示すエッチング液がなかった。そのた
め、アモルファス半導体薄膜としてシリコンと水素また
はこれらにフツ素を加えた合金からなるアモルファスシ
リコン（通常ａ−Si:Hまたはａ−Si:H:Fと記述され
る。）薄膜をエッチングする場合、フツ素を含んだ混合
液を用いていたためにガラス基板も同時にエッチングさ
れ、該ガラス基板の表面が粗くなったり、パターンエッ
ジ部での深い溝が形成されたりしていた。この状態を第
３図に断面模式図として示してある。ガラス基板の粗れ
は、金属薄膜抵抗体の抵抗値のバラツキを、またパター
ンエッジ部に形成された深い溝はアモルファスシリコン
薄膜と金属薄膜抵抗体の接合部の損傷をもたらし、歩留
り向上、高性能化および高信頼性の面で限界があった。
また、本発明の先行技術としては同一出願人、同一発
明者による感温装置（特願昭57−52806号）および熱電
対素子（特願昭57−91342号）があるが、金属抵抗体薄
膜の抵抗値のバラツキによる歩留り低下だけでなく、さ
らに、第４図に示すようにアモルファス半導体薄膜と金
属抵抗体薄膜の結合部に電極があるためにその分だけ、
構造的に製作工程がかかる過ぎるという欠点があった。
明者による感温装置（特願昭57−52806号）および熱電
対素子（特願昭57−91342号）があるが、金属抵抗体薄
膜の抵抗値のバラツキによる歩留り低下だけでなく、さ
らに、第４図に示すようにアモルファス半導体薄膜と金
属抵抗体薄膜の結合部に電極があるためにその分だけ、
構造的に製作工程がかかる過ぎるという欠点があった。
アモルファス半導体薄膜を用いて熱電対素子を構成す
る場合，素子の微小化・高性能化・高機能化を画る上で
フォトエッチング技術を用いた微細パターンの形成は不
可欠である。
る場合，素子の微小化・高性能化・高機能化を画る上で
フォトエッチング技術を用いた微細パターンの形成は不
可欠である。
そこで、本発明では、歩留り向上や、高性能化および
高信頼性のネックになっていたアモルファス半導体薄膜
の微細パターン形成時に生じていたガラス基板表面の粗
れやパターンエッジ部での深い溝の形成がされない、新
しい熱電対素子の製法を提供するとともに、前記熱電対
素子においてアモルファス半導体薄膜と金属抵抗体薄膜
との接合部に介在していた電極を削除した構造の高性能
の熱電対素子を提供することが解決しようとする課題で
ある。
高信頼性のネックになっていたアモルファス半導体薄膜
の微細パターン形成時に生じていたガラス基板表面の粗
れやパターンエッジ部での深い溝の形成がされない、新
しい熱電対素子の製法を提供するとともに、前記熱電対
素子においてアモルファス半導体薄膜と金属抵抗体薄膜
との接合部に介在していた電極を削除した構造の高性能
の熱電対素子を提供することが解決しようとする課題で
ある。
この発明では、イオンプレーティング法を用いて順次
堆積することにより形成した酸化シリコン（SaOx;x＝１
〜２、以下SiOxと表記する）薄膜と酸化アルミニウム
（Al2O3）薄膜より成る多層薄膜が、アモルファス半導
体薄膜の一種であるアモルファスシリコン薄膜あるいは
アモルファスシリコン・ゲルマニウム薄膜と選択性エッ
チングを示すことが発明者によって発見された事実を利
用するものである。すなわち、この発明では、絶縁性基
板であるガラス基板上に，イオンプレーティング法を用
いて酸化シリコン薄膜および酸化アルミニウム薄膜を順
次、堆積させた基板上にさらにアモルファス半導体薄膜
の一種であるアモルファスシリコン薄膜あるいはアモル
ファスシリコンゲルマニウム薄膜等をプラズマCVD法等
で堆積させ、その後、フォトエッチング技術を用いてパ
ターンの形成を行うものである。
堆積することにより形成した酸化シリコン（SaOx;x＝１
〜２、以下SiOxと表記する）薄膜と酸化アルミニウム
（Al2O3）薄膜より成る多層薄膜が、アモルファス半導
体薄膜の一種であるアモルファスシリコン薄膜あるいは
アモルファスシリコン・ゲルマニウム薄膜と選択性エッ
チングを示すことが発明者によって発見された事実を利
用するものである。すなわち、この発明では、絶縁性基
板であるガラス基板上に，イオンプレーティング法を用
いて酸化シリコン薄膜および酸化アルミニウム薄膜を順
次、堆積させた基板上にさらにアモルファス半導体薄膜
の一種であるアモルファスシリコン薄膜あるいはアモル
ファスシリコンゲルマニウム薄膜等をプラズマCVD法等
で堆積させ、その後、フォトエッチング技術を用いてパ
ターンの形成を行うものである。
この場合，酸化シリコン薄膜と酸化アルミニウム薄膜
よりなる多層薄膜は、フッ酸を含んだ混合液からなるア
モルファス半導体薄膜あるいはアモルファスシリコン・
ゲルマニウム薄膜用エッチング液によって腐蝕されない
ので，該ガラス基板の表面が粗れたり，パターンエッジ
での溝の発生する現象を防ぐことができる。
よりなる多層薄膜は、フッ酸を含んだ混合液からなるア
モルファス半導体薄膜あるいはアモルファスシリコン・
ゲルマニウム薄膜用エッチング液によって腐蝕されない
ので，該ガラス基板の表面が粗れたり，パターンエッジ
での溝の発生する現象を防ぐことができる。
酸化シリコン薄膜と酸化アルミニウム薄膜とを順次堆
積した多層薄膜を用いたのは以下の理由による。すなわ
ち、酸化シリコン薄膜は、絶縁性基板であるガラスとの
密着性に優れており、酸化アルミニウム薄膜は、耐エッ
チング性に優れている点を用いた。
積した多層薄膜を用いたのは以下の理由による。すなわ
ち、酸化シリコン薄膜は、絶縁性基板であるガラスとの
密着性に優れており、酸化アルミニウム薄膜は、耐エッ
チング性に優れている点を用いた。
また、堆積方法としてイオンプレーテング法を用いる
のは、ガラス基板と酸化シリコンおよび酸化アルミニウ
ムとによる多層薄膜との密着性に優れているだけでな
く、より緻密な多層薄膜ができ、耐エッチング性に優れ
ていることによる。
のは、ガラス基板と酸化シリコンおよび酸化アルミニウ
ムとによる多層薄膜との密着性に優れているだけでな
く、より緻密な多層薄膜ができ、耐エッチング性に優れ
ていることによる。
さらに、多層薄膜を厚くする場合には、酸化シリコン
薄膜と酸化アルミニウム薄膜とを順次交互に堆積するこ
とによりクラックの発生を防ぐことができる。
薄膜と酸化アルミニウム薄膜とを順次交互に堆積するこ
とによりクラックの発生を防ぐことができる。
第１図および第２図は本発明による熱電対素子20の一
実施例を示す模式図で，第１図はその平面図，第２図は
第１図における線Ｘ−Ｘ′で切断された断面図である。
実施例を示す模式図で，第１図はその平面図，第２図は
第１図における線Ｘ−Ｘ′で切断された断面図である。
第１図及び第２図に示すように絶縁性基板11上には、
絶縁性薄膜12を介してアモルファス半導体薄膜薄膜13と
金属抵抗体14とが設けてある。
絶縁性薄膜12を介してアモルファス半導体薄膜薄膜13と
金属抵抗体14とが設けてある。
そして、アモルファス半導体薄膜13の一方と金属抵抗
体薄膜14の一方とは互いにその一部が接触し，オーミッ
ク性を示す接合部15が形成される。
体薄膜14の一方とは互いにその一部が接触し，オーミッ
ク性を示す接合部15が形成される。
また、アモルファス半導体薄膜13の他方と金属抵抗体
薄膜14の他方には図示の如く，それぞれ前記接合部15か
ら離れた位置にその一部と接触してオーミック電極16と
電極17が設けられ，電極対を構成している。
薄膜14の他方には図示の如く，それぞれ前記接合部15か
ら離れた位置にその一部と接触してオーミック電極16と
電極17が設けられ，電極対を構成している。
このように構成された熱電対素子20は，アモルファス
半導体薄膜13と金属抵抗体薄膜14との接合部15が温接点
（冷接点）を，オーミック電極16と電極17とが冷接点
（温接点）を形成し，この温接点と冷接点との間の温度
差ΔＴに比例した熱起電力Ｖが，該オーミック電極16と
電極17との間に発生する。
半導体薄膜13と金属抵抗体薄膜14との接合部15が温接点
（冷接点）を，オーミック電極16と電極17とが冷接点
（温接点）を形成し，この温接点と冷接点との間の温度
差ΔＴに比例した熱起電力Ｖが，該オーミック電極16と
電極17との間に発生する。
この時発生する熱起電力の大きさは，アモルファス半
導体薄膜と金属抵抗体薄膜の有する熱電能の大きさに依
存し,p形アモルファス半導体薄膜の熱電能としては＋10
0〜＋400（μV/K）と大きな値が得られており，金属抵
抗体薄膜の熱電能としては，＋数10（μV/K）以下と一
般に小さい。また,n形アモルファス半導体薄膜の熱電能
としては，−100〜−300（μV/K）が得られている。
導体薄膜と金属抵抗体薄膜の有する熱電能の大きさに依
存し,p形アモルファス半導体薄膜の熱電能としては＋10
0〜＋400（μV/K）と大きな値が得られており，金属抵
抗体薄膜の熱電能としては，＋数10（μV/K）以下と一
般に小さい。また,n形アモルファス半導体薄膜の熱電能
としては，−100〜−300（μV/K）が得られている。
したがって，大きな熱起電力，すなわち高感度型の熱
電対素子を構成するには，アモルファス半導体薄膜とし
てｐ形アモルファス半導体薄膜を，また，金属抵抗体薄
膜の代わりにｎ形アモルファス半導体薄膜を用いればよ
い。
電対素子を構成するには，アモルファス半導体薄膜とし
てｐ形アモルファス半導体薄膜を，また，金属抵抗体薄
膜の代わりにｎ形アモルファス半導体薄膜を用いればよ
い。
この場合,p−ｎ接合は一般に非オーミック性を示すの
で，接合界面での各キャリア濃度を高くしたり，あるい
は金属薄膜を挿入するなどして，オーミック接触を得る
方法が採られる。
で，接合界面での各キャリア濃度を高くしたり，あるい
は金属薄膜を挿入するなどして，オーミック接触を得る
方法が採られる。
次に，熱電対素子の製造方法について述べる。
まず、絶縁性基板11にイオンプレーテング法を用いて
酸化シリコン（SaOx）薄膜と酸化アルミニウム（Al
2O3）薄膜を第１の堆積工程として順次，交互に堆積さ
せる。
酸化シリコン（SaOx）薄膜と酸化アルミニウム（Al
2O3）薄膜を第１の堆積工程として順次，交互に堆積さ
せる。
この場合の堆積条件の一例を示すと，アルゴンガス
（Ar）流量１〜10ccm,酸素（O2）流量１〜10ccm,放電圧
力１〜10×10-2（Pa）放電パワー100〜400W,基板温度15
0゜〜350℃，堆積速度１〜10Å/secである。
（Ar）流量１〜10ccm,酸素（O2）流量１〜10ccm,放電圧
力１〜10×10-2（Pa）放電パワー100〜400W,基板温度15
0゜〜350℃，堆積速度１〜10Å/secである。
蒸着材料には酸化シリコン（SiOx）薄膜と酸化アルミ
ニウム（Al2O3）薄膜とを用いる。
ニウム（Al2O3）薄膜とを用いる。
次に，第２の堆積工程としてグロー放電法あるいは光
CVD法,ECRプラズマ法を用いて,p形アモルファス半導体
薄膜13を，絶縁性薄膜12上に堆積した後，フォトエッチ
ング技術を用いてパターン形成を行う。
CVD法,ECRプラズマ法を用いて,p形アモルファス半導体
薄膜13を，絶縁性薄膜12上に堆積した後，フォトエッチ
ング技術を用いてパターン形成を行う。
この時，アモルファス半導体薄膜用エッチング液（例
えば，フツ酸と硝酸の混合液）では，酸化アルミニウム
薄膜はエッチングされないために第３図に示すような，
基板の粗れが生じない。引続き，金属抵抗体薄膜14ある
いはｎ形アモルファス半導体薄膜に，オーミック電極16
と電極17を真空蒸着法，スパッタ法等を用いてパターン
形成する。このパターン形成には，フォトエッチング
法，又はメタルマスク法を用いる。
えば，フツ酸と硝酸の混合液）では，酸化アルミニウム
薄膜はエッチングされないために第３図に示すような，
基板の粗れが生じない。引続き，金属抵抗体薄膜14ある
いはｎ形アモルファス半導体薄膜に，オーミック電極16
と電極17を真空蒸着法，スパッタ法等を用いてパターン
形成する。このパターン形成には，フォトエッチング
法，又はメタルマスク法を用いる。
この場合，金属抵抗体薄膜としては，ニクロム（NiC
r），窒化タンタル（Ta2N），白金（Pt），クロム（C
r），タングステン（Ｗ），モリブデン（Mo）等の各金
属薄膜を，またオーミック電極としては，ニクロム（Ni
Cr）／金（Au），クロム（Cr）／白金（Pt），アルミニ
ウム（Al）等の各金属薄膜が用いられる。
r），窒化タンタル（Ta2N），白金（Pt），クロム（C
r），タングステン（Ｗ），モリブデン（Mo）等の各金
属薄膜を，またオーミック電極としては，ニクロム（Ni
Cr）／金（Au），クロム（Cr）／白金（Pt），アルミニ
ウム（Al）等の各金属薄膜が用いられる。
また，大きな導電率を有し，かつ大きなゼーベック係
数を所持するアモルファス半導体薄膜としては，フッ素
入りアモルファスシリコン（同一出願人による特願昭57
−52807号の「熱電対装置」中に詳述してある。）及び
シリコン・ゲルマニウム混晶薄膜導電体（特願昭60−18
6900号）が優れている。
数を所持するアモルファス半導体薄膜としては，フッ素
入りアモルファスシリコン（同一出願人による特願昭57
−52807号の「熱電対装置」中に詳述してある。）及び
シリコン・ゲルマニウム混晶薄膜導電体（特願昭60−18
6900号）が優れている。
この発明では，絶縁性基板であるガラス基板上に，酸
化シリコン（SiOx）薄膜と酸化アルミニウム（Al2O3）
薄膜よりなる絶縁性薄膜をイオンプレーテング法で堆積
して形成した基板を用いて熱電対素子を構成したために
アモルファス半導体薄膜のパターニング時に問題となっ
た基板の表面における粗れおよびパターンエッジ部での
深い溝の形成をなくすことができ、パターンエッジ部で
の深い溝の形成がされないようになったので熱電対素子
の歩留り向上による低価格化、高性能化および高信頼化
を図った熱電対素子とその製法が実現できた。
化シリコン（SiOx）薄膜と酸化アルミニウム（Al2O3）
薄膜よりなる絶縁性薄膜をイオンプレーテング法で堆積
して形成した基板を用いて熱電対素子を構成したために
アモルファス半導体薄膜のパターニング時に問題となっ
た基板の表面における粗れおよびパターンエッジ部での
深い溝の形成をなくすことができ、パターンエッジ部で
の深い溝の形成がされないようになったので熱電対素子
の歩留り向上による低価格化、高性能化および高信頼化
を図った熱電対素子とその製法が実現できた。
第１図及び第２図は本発明の一実施例による熱電対素子
の模式図で，第１図はその平面図，第２図は第１図のＸ
−Ｘ′における断面を示す。 第３図及び第４図は，従来技術の説明用で第３図は従来
技術の問題点を示す模式図であり，第４図は構造図であ
る。 図において,1と11は絶縁性基板,2はリード線,3と13はア
モルファス半導体薄膜,4と14は金属抵抗体薄膜,6と16は
オーミック電極,7と17は電極,10と20は、熱電対素子,12
は絶縁性薄膜をそれぞれ示す。
の模式図で，第１図はその平面図，第２図は第１図のＸ
−Ｘ′における断面を示す。 第３図及び第４図は，従来技術の説明用で第３図は従来
技術の問題点を示す模式図であり，第４図は構造図であ
る。 図において,1と11は絶縁性基板,2はリード線,3と13はア
モルファス半導体薄膜,4と14は金属抵抗体薄膜,6と16は
オーミック電極,7と17は電極,10と20は、熱電対素子,12
は絶縁性薄膜をそれぞれ示す。
Claims (2)
- 【請求項１】絶縁性基板（11）と、該絶縁性基板の上に
設けられたアモルファス半導体薄膜（13）と、前記絶縁
性基板の上に設けられ、アモルファス半導体薄膜（13）
と一部が接触して熱電対の一方の接合部を形成する金属
抵抗体薄膜（14）と、前記アモルファス半導体薄膜に接
触して設けられたオーミック電極（16）と、前記金属抵
抗体薄膜に接触して設けられた電極（17）とを備えた熱
電対素子において、 イオンプレーティング法により酸化シリコン薄膜と酸化
アルミニウム薄膜とを順次堆積することにより形成した
絶縁性薄膜（12）を前記絶縁性基板と前記アモルファス
半導体薄膜および前記金属抵抗体薄膜との間に施したこ
とを特徴とする熱電対素子。 - 【請求項２】絶縁性基板上に，イオンプレーティング法
により酸化シリコン薄膜と酸化アルミニウム薄膜とを順
次堆積する第１の堆積工程と： 該順次堆積された酸化シリコン薄膜と酸化アルミニウム
薄膜との上にアモルファス半導体薄膜を堆積する第２の
堆積工程と； 該堆積されたアモルファス半導体薄膜を，フォトエッチ
ング技術により所望のパターンに形成するパターン形成
工程と； 該堆積されたアモルファス半導体薄膜の上に電極を形成
する電極形成工程とからなる熱電対素子とその製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61096337A JP2577546B2 (ja) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | 熱電対素子とその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61096337A JP2577546B2 (ja) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | 熱電対素子とその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62252977A JPS62252977A (ja) | 1987-11-04 |
| JP2577546B2 true JP2577546B2 (ja) | 1997-02-05 |
Family
ID=14162200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61096337A Expired - Fee Related JP2577546B2 (ja) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | 熱電対素子とその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2577546B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2639478B2 (ja) * | 1989-02-21 | 1997-08-13 | 日本原子力発電株式会社 | 熱電発電装置 |
| JP2639480B2 (ja) * | 1989-03-31 | 1997-08-13 | 日本原子力発電株式会社 | 熱電発電装置 |
| JPH04202273A (ja) * | 1990-11-29 | 1992-07-23 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 顔料インキ組成物 |
| JP2012196651A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-18 | Panasonic Corp | 静電霧化装置及びその製造方法 |
| JP6665464B2 (ja) * | 2015-09-25 | 2020-03-13 | Tdk株式会社 | 薄膜熱電素子 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58209174A (ja) * | 1982-05-31 | 1983-12-06 | Anritsu Corp | 熱電対素子 |
| JPS6163050A (ja) * | 1984-09-03 | 1986-04-01 | Tokyo Electric Co Ltd | イメ−ジセンサ |
-
1986
- 1986-04-25 JP JP61096337A patent/JP2577546B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62252977A (ja) | 1987-11-04 |
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