JP2840737B2 - 金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜 - Google Patents
金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜Info
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜、
殊に、熱電対用の材料として好適である、金属薄膜と無
機絶縁物質薄層とが交互になるように、基板上に、厚さ
30Å以上のコンスタンタン金属薄層及び厚さ50Å以上の
無機絶縁物質薄層からなる第一層と厚さ30Å以上の鉄又
は銅の金属薄層及び厚さ50Å以上の無機絶縁物質薄層か
らなる第二層とが交互に繰り返して積層されている金属
及び無機絶縁物質からなる多層薄膜に係るものである。 本発明に係る金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜
は、絶縁層を介し隣接した異種の金属薄層の一端を接合
することにより一対の熱電対を形成する。 このようにして形成された熱電対を多層に亘り直列に
接続することにより、高感度の熱電対温度計や高出力の
熱電池として使用することができる。 〔従来の技術〕 近年、機器の小型軽量化に伴い、各種部品の小型化及
び機能性の改良、向上に関する開発が盛んである。 熱電対温度計や熱電池等の分野においても同様であ
り、温度差を感知する為の熱電対としては、出来るだけ
容積が小さく、しかも、低い常用温度、殊に、100℃以
下の温度で僅かな温度差でも感知できる高感度なものが
要求されている。 熱電対は、熱起電力を利用する為に直径0.5mm程度以
上の異種の金属線の一端を接合したものであり、異種の
金属線としては、従来から、鉄−コンスタンタン（Cu 6
0％とNi 40％からなる合金）、銅−コンスタンタン等が
用いられている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 熱電対は、前述した通り、出来るだけ容積が小さく、
しかも、低い常用温度、殊に、100℃以下の温度で微小
温度変化が検出できる高感度なものであることが必要で
あるが、前出した公知の金属線による場合には、直径数
mm程度以上であり、しかも、常用温度は200℃以上、殊
に、600℃程度と高く、感度も低いものである。また、
感度を高める為に熱電対を多数直列に接続した場合に
は、更に大型化するという欠点があった。 即ち、熱起電力は、組み合わせる金属線の種類と熱接
点と冷接点との両接点の温度差によって定まるものであ
り、鉄−コンスタンタンでは、冷接点が０℃、熱接点が
100℃の場合、両接点の温度差における熱起電力は、5.3
2mV程度であり、感度を高める為には、鉄−コンスタン
タンの熱電対を多数直列に接続して束ねなければなら
ず、また、実用上、金属の周囲を硝子等の絶縁物質で被
覆しなければならない為、必然的に容積が増大し、実用
化に際しての大きな障害となっていた。 また、銅−コンスタンタンでは、冷接点が０℃、熱接
点が100℃の場合、両接点の温度差における熱起電力は
4.27mV程度であり、鉄−コンスタンタンの場合と同様の
欠点を有するものであった。 そこで、熱電対用の材料として、低い常用温度、殊
に、100℃以下の温度で熱起電力が大きくその結果、高
感度であり、且つ、容積の小さい材料が強く要望されて
いる。 〔問題点を解決する為の手段〕 本発明者は、低い常用温度、殊に、100℃以下の温度
で、熱起電力が大きく、その結果高感度であり、且つ、
容積の小さい材料を得るべく種々検討を重ねた結果、本
発明に到達したのである。 即ち、本発明は、金属薄層と無機絶縁物質薄層である
MgO薄層又はSiO薄層とが交互になるように、基板上に、
厚さ30〜100Åのコンスタンタン金属薄膜及び厚さ50〜2
00Åの無機絶縁物質薄層からなる第一層と厚さ30〜100
Åの鉄又は銅の金属薄層及び厚さ50〜200Åの無機絶縁
物質薄層からなる第二層とが交互に繰り返して積層され
ている金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜である。 〔作用〕 先ず、本発明において最も重要な点は、基板上に、厚
さ30Å以上のコンスタンタン金属薄層及び厚さ50Å以上
の無機絶縁物質薄層からなる第一層と厚さ30Å以上の鉄
又は銅の金属薄層及び厚さ50Å以上の無機絶縁物質薄層
からなる第二層とが交互に薄層状に積層されていること
に起因して多層構造を形成している為、容積が小さくて
も大きな熱起電力が得られる点である。 本発明においては、絶縁物質薄層を含む多層薄膜の厚
さが600Å程度の一対の熱電対の場合、０℃と100℃との
両接点の温度差で5.32mV程度の熱起電力を得ることがで
きるので絶縁物質薄層を含む多層薄膜の厚さが0.6mm程
度の薄いものであっても０℃と100℃との両接点の温度
差で53200mV程度の熱起電力を得ることができる。 次に本発明実施にあたっての諸条件について述べる。 本発明における金属及び無機絶縁物質からなる薄膜
は、真空槽中で蒸発材料を蒸発させ、蒸発源に対向して
設置されている基板上に蒸着させる、所謂、真空蒸着法
により得ることができる。 本発明における基板の種類としては、耐熱性及び絶縁
性を有する、例えば、ポリエチレンテレフタレート等の
プラスチックの薄板を使用することができる。 本発明における基板は、温度差が常温付近〜200℃の
温度範囲で使用することができるが、本発明における金
属を蒸着する場合の密着性を考慮すれば０〜100℃の範
囲が好適である。 本発明におけるコンスタンタン薄層は、Cu60原子％、
Ni40原子％の組成の合金を蒸発材料として蒸発させ、基
板上に蒸着させることにより得ることができる。 コンスタンタン薄層の厚さは、30Å以上である。 薄層の厚さが30Å未満である場合には、均質な連続膜
を作成することが困難である。 容積の小型化を考慮すれば、その上限は100Åであ
る。 本発明における無機絶縁物質薄層は、絶縁性を有する
無機物質、例えばMgO又はSiOを蒸発材料として蒸発さ
せ、基板上に蒸着させることにより得ることができる。 無機絶縁物質薄層の厚さは、50Å以上である。 薄層の厚さが50Å未満である場合には、ピンホール等
が生起し、絶縁性が不十分である。容積の小型化を考慮
すれば、その上限は200Åである。 本発明における鉄又は銅の金属薄層は、鉄又は銅を蒸
発材料として蒸発させ、基板上に蒸着させることにより
得ることができる。 鉄又は銅の金属薄膜の厚さは、30Å以上である。薄層
の厚さが30Å以未満ある場合には、均質が連続膜を作成
することが困難である。 容積の小型化を考慮すればその上限は100Åである。 〔実施例〕 次に、実施例並びに使用例により、本発明を説明す
る。 参考例１ 10-100torr台の真空装置内で、コンスタンタン（60Cu
−40Ni）、SiO及びFeを電子銃加熱により蒸発させ、水
晶発振式膜厚計と連動し、互いに独立に働くステンレス
製の自動シャッターによって蒸着膜厚を制御しながら、
ポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ1mm 80mm×
80mm）の基板上にコンスタンタン−SiO−Fe−SiOの順に
交互に蒸着させて金属薄膜及び絶縁物質薄層からなる薄
膜を作製した。 蒸着速度約0.1A/sec、蒸着中の真空度１×10-8torr程
度、蒸着基板の温度を35℃に保持した条件下で、コンス
タンタン薄層100Å、SiO薄層200Å、Fe薄層100Å及びSi
O 200Åの一周期の厚さ600Åの薄膜を得た。 実施例１〜９ 金属薄層の種類及び厚み、絶縁物質薄層の種類及び厚
み、多層薄膜の周期数及び厚みを種々変化させた以外
は、参考例１と同様にして金属薄層及び絶縁物質薄層か
らなる多層薄膜を作製した。 この時の主要特性を表１に示した。 実施例10 絶縁物質薄層を介して交互蒸着してなる隣接金属薄層
の相対する側面の一端が蒸着接合するように絶縁物質薄
層の蒸着を短くした以外は、実施例７と同様の条件で10
00対直列結線しているFe−コンスタンタンの膜厚30μｍ
の多層薄膜を作製した。 使用例１ 参考例１で作製した薄膜を用いて、幅1mm、長さ80mm
の細線を切り出し、側面を絶縁性フィルムでコートして
一端のFe薄層とコンスタンタン薄層とを溶接して熱接点
とした。他端は、エナメル被覆銅細線を用い、Fe層及び
コンスタンタン薄層に接続して冷接点とし、接点を氷水
に入れたデュワァービン中に設置した。 Fe薄層側をプラス端子、コンスタンタン薄層側をマイ
ナス端子として直流電圧計に接続した。 熱接点をガラスチューブに入れ、沸騰水中に差し入れ
たところ5.3mVを示した。 実施例１乃至５の各実施例で作製した薄膜を用いて、
上記と同様にして測定した熱起電力は、それぞれ10.6m
V、53mV、265mV、530mV及び53000mVであった。 使用例２ 実施例10で作製した多層膜を用いて、幅10mm、長さ50
mmのFe−コンスタンタンが1000対直列に結線している細
線を切り出し、側面を絶縁性フィルムでコートして、最
外層のFe薄層とコンスタンタン薄層にエナメル被覆銅線
を接続して冷接点とし、他端を熱接点とした。 熱接点の温度を80℃、冷接点の温度を20℃とした時、
使用例１と同様にして電圧を測定したところ3.1Vであっ
た。 ワットメーターによる出力が2.4mWの熱電池であっ
た。 使用例３ 使用例２で作製したものをユニットとし、Fe薄層をプ
ラス極、コンスタンタン層をマイナス極として５ユニッ
トを直列に接続し、ユニットの合体を作った。 このものは、両接点の温度が各々15℃と10℃の時測定
電圧は、1.25Vであった。 ワットメーターによる出力が0.4mWの熱電池であっ
た。〔効果〕 本発明に係る金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜
は、前出実施例に示した通り、基板上に、コンスタンタ
ン金属薄層及び無機絶縁物質薄層からなる第一層と鉄又
は銅の金属薄層及び無機絶縁物質薄層からなる第二層と
が交互に繰り返して薄層状に積層されていることに起因
して多層構造を形成している為、容積が小さくても大き
な熱起電力が得られるので、高感度の熱電対温度計や高
出力の熱電池用の材料として好適である。
殊に、熱電対用の材料として好適である、金属薄膜と無
機絶縁物質薄層とが交互になるように、基板上に、厚さ
30Å以上のコンスタンタン金属薄層及び厚さ50Å以上の
無機絶縁物質薄層からなる第一層と厚さ30Å以上の鉄又
は銅の金属薄層及び厚さ50Å以上の無機絶縁物質薄層か
らなる第二層とが交互に繰り返して積層されている金属
及び無機絶縁物質からなる多層薄膜に係るものである。 本発明に係る金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜
は、絶縁層を介し隣接した異種の金属薄層の一端を接合
することにより一対の熱電対を形成する。 このようにして形成された熱電対を多層に亘り直列に
接続することにより、高感度の熱電対温度計や高出力の
熱電池として使用することができる。 〔従来の技術〕 近年、機器の小型軽量化に伴い、各種部品の小型化及
び機能性の改良、向上に関する開発が盛んである。 熱電対温度計や熱電池等の分野においても同様であ
り、温度差を感知する為の熱電対としては、出来るだけ
容積が小さく、しかも、低い常用温度、殊に、100℃以
下の温度で僅かな温度差でも感知できる高感度なものが
要求されている。 熱電対は、熱起電力を利用する為に直径0.5mm程度以
上の異種の金属線の一端を接合したものであり、異種の
金属線としては、従来から、鉄−コンスタンタン（Cu 6
0％とNi 40％からなる合金）、銅−コンスタンタン等が
用いられている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 熱電対は、前述した通り、出来るだけ容積が小さく、
しかも、低い常用温度、殊に、100℃以下の温度で微小
温度変化が検出できる高感度なものであることが必要で
あるが、前出した公知の金属線による場合には、直径数
mm程度以上であり、しかも、常用温度は200℃以上、殊
に、600℃程度と高く、感度も低いものである。また、
感度を高める為に熱電対を多数直列に接続した場合に
は、更に大型化するという欠点があった。 即ち、熱起電力は、組み合わせる金属線の種類と熱接
点と冷接点との両接点の温度差によって定まるものであ
り、鉄−コンスタンタンでは、冷接点が０℃、熱接点が
100℃の場合、両接点の温度差における熱起電力は、5.3
2mV程度であり、感度を高める為には、鉄−コンスタン
タンの熱電対を多数直列に接続して束ねなければなら
ず、また、実用上、金属の周囲を硝子等の絶縁物質で被
覆しなければならない為、必然的に容積が増大し、実用
化に際しての大きな障害となっていた。 また、銅−コンスタンタンでは、冷接点が０℃、熱接
点が100℃の場合、両接点の温度差における熱起電力は
4.27mV程度であり、鉄−コンスタンタンの場合と同様の
欠点を有するものであった。 そこで、熱電対用の材料として、低い常用温度、殊
に、100℃以下の温度で熱起電力が大きくその結果、高
感度であり、且つ、容積の小さい材料が強く要望されて
いる。 〔問題点を解決する為の手段〕 本発明者は、低い常用温度、殊に、100℃以下の温度
で、熱起電力が大きく、その結果高感度であり、且つ、
容積の小さい材料を得るべく種々検討を重ねた結果、本
発明に到達したのである。 即ち、本発明は、金属薄層と無機絶縁物質薄層である
MgO薄層又はSiO薄層とが交互になるように、基板上に、
厚さ30〜100Åのコンスタンタン金属薄膜及び厚さ50〜2
00Åの無機絶縁物質薄層からなる第一層と厚さ30〜100
Åの鉄又は銅の金属薄層及び厚さ50〜200Åの無機絶縁
物質薄層からなる第二層とが交互に繰り返して積層され
ている金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜である。 〔作用〕 先ず、本発明において最も重要な点は、基板上に、厚
さ30Å以上のコンスタンタン金属薄層及び厚さ50Å以上
の無機絶縁物質薄層からなる第一層と厚さ30Å以上の鉄
又は銅の金属薄層及び厚さ50Å以上の無機絶縁物質薄層
からなる第二層とが交互に薄層状に積層されていること
に起因して多層構造を形成している為、容積が小さくて
も大きな熱起電力が得られる点である。 本発明においては、絶縁物質薄層を含む多層薄膜の厚
さが600Å程度の一対の熱電対の場合、０℃と100℃との
両接点の温度差で5.32mV程度の熱起電力を得ることがで
きるので絶縁物質薄層を含む多層薄膜の厚さが0.6mm程
度の薄いものであっても０℃と100℃との両接点の温度
差で53200mV程度の熱起電力を得ることができる。 次に本発明実施にあたっての諸条件について述べる。 本発明における金属及び無機絶縁物質からなる薄膜
は、真空槽中で蒸発材料を蒸発させ、蒸発源に対向して
設置されている基板上に蒸着させる、所謂、真空蒸着法
により得ることができる。 本発明における基板の種類としては、耐熱性及び絶縁
性を有する、例えば、ポリエチレンテレフタレート等の
プラスチックの薄板を使用することができる。 本発明における基板は、温度差が常温付近〜200℃の
温度範囲で使用することができるが、本発明における金
属を蒸着する場合の密着性を考慮すれば０〜100℃の範
囲が好適である。 本発明におけるコンスタンタン薄層は、Cu60原子％、
Ni40原子％の組成の合金を蒸発材料として蒸発させ、基
板上に蒸着させることにより得ることができる。 コンスタンタン薄層の厚さは、30Å以上である。 薄層の厚さが30Å未満である場合には、均質な連続膜
を作成することが困難である。 容積の小型化を考慮すれば、その上限は100Åであ
る。 本発明における無機絶縁物質薄層は、絶縁性を有する
無機物質、例えばMgO又はSiOを蒸発材料として蒸発さ
せ、基板上に蒸着させることにより得ることができる。 無機絶縁物質薄層の厚さは、50Å以上である。 薄層の厚さが50Å未満である場合には、ピンホール等
が生起し、絶縁性が不十分である。容積の小型化を考慮
すれば、その上限は200Åである。 本発明における鉄又は銅の金属薄層は、鉄又は銅を蒸
発材料として蒸発させ、基板上に蒸着させることにより
得ることができる。 鉄又は銅の金属薄膜の厚さは、30Å以上である。薄層
の厚さが30Å以未満ある場合には、均質が連続膜を作成
することが困難である。 容積の小型化を考慮すればその上限は100Åである。 〔実施例〕 次に、実施例並びに使用例により、本発明を説明す
る。 参考例１ 10-100torr台の真空装置内で、コンスタンタン（60Cu
−40Ni）、SiO及びFeを電子銃加熱により蒸発させ、水
晶発振式膜厚計と連動し、互いに独立に働くステンレス
製の自動シャッターによって蒸着膜厚を制御しながら、
ポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ1mm 80mm×
80mm）の基板上にコンスタンタン−SiO−Fe−SiOの順に
交互に蒸着させて金属薄膜及び絶縁物質薄層からなる薄
膜を作製した。 蒸着速度約0.1A/sec、蒸着中の真空度１×10-8torr程
度、蒸着基板の温度を35℃に保持した条件下で、コンス
タンタン薄層100Å、SiO薄層200Å、Fe薄層100Å及びSi
O 200Åの一周期の厚さ600Åの薄膜を得た。 実施例１〜９ 金属薄層の種類及び厚み、絶縁物質薄層の種類及び厚
み、多層薄膜の周期数及び厚みを種々変化させた以外
は、参考例１と同様にして金属薄層及び絶縁物質薄層か
らなる多層薄膜を作製した。 この時の主要特性を表１に示した。 実施例10 絶縁物質薄層を介して交互蒸着してなる隣接金属薄層
の相対する側面の一端が蒸着接合するように絶縁物質薄
層の蒸着を短くした以外は、実施例７と同様の条件で10
00対直列結線しているFe−コンスタンタンの膜厚30μｍ
の多層薄膜を作製した。 使用例１ 参考例１で作製した薄膜を用いて、幅1mm、長さ80mm
の細線を切り出し、側面を絶縁性フィルムでコートして
一端のFe薄層とコンスタンタン薄層とを溶接して熱接点
とした。他端は、エナメル被覆銅細線を用い、Fe層及び
コンスタンタン薄層に接続して冷接点とし、接点を氷水
に入れたデュワァービン中に設置した。 Fe薄層側をプラス端子、コンスタンタン薄層側をマイ
ナス端子として直流電圧計に接続した。 熱接点をガラスチューブに入れ、沸騰水中に差し入れ
たところ5.3mVを示した。 実施例１乃至５の各実施例で作製した薄膜を用いて、
上記と同様にして測定した熱起電力は、それぞれ10.6m
V、53mV、265mV、530mV及び53000mVであった。 使用例２ 実施例10で作製した多層膜を用いて、幅10mm、長さ50
mmのFe−コンスタンタンが1000対直列に結線している細
線を切り出し、側面を絶縁性フィルムでコートして、最
外層のFe薄層とコンスタンタン薄層にエナメル被覆銅線
を接続して冷接点とし、他端を熱接点とした。 熱接点の温度を80℃、冷接点の温度を20℃とした時、
使用例１と同様にして電圧を測定したところ3.1Vであっ
た。 ワットメーターによる出力が2.4mWの熱電池であっ
た。 使用例３ 使用例２で作製したものをユニットとし、Fe薄層をプ
ラス極、コンスタンタン層をマイナス極として５ユニッ
トを直列に接続し、ユニットの合体を作った。 このものは、両接点の温度が各々15℃と10℃の時測定
電圧は、1.25Vであった。 ワットメーターによる出力が0.4mWの熱電池であっ
た。〔効果〕 本発明に係る金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜
は、前出実施例に示した通り、基板上に、コンスタンタ
ン金属薄層及び無機絶縁物質薄層からなる第一層と鉄又
は銅の金属薄層及び無機絶縁物質薄層からなる第二層と
が交互に繰り返して薄層状に積層されていることに起因
して多層構造を形成している為、容積が小さくても大き
な熱起電力が得られるので、高感度の熱電対温度計や高
出力の熱電池用の材料として好適である。
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭55−61080（ＪＰ，Ａ)
特開 昭53−76778（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−45622（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−37694（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−43341（ＪＰ，Ａ)
実開 昭56−108272（ＪＰ，Ｕ)
特公 昭38−1275（ＪＰ，Ｂ１)
実公 昭44−13873（ＪＰ，Ｙ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
H01L 35/32
H01L 35/20
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．金属薄層と無機絶縁物質薄層であるMgO薄層又はSiO
薄層とが交互になるように、基板上に、厚さ30〜100Å
のコンスタンタン金属薄層及び厚さ50〜200Åの無機絶
縁物質薄層からなる第一層と厚さ30〜100Åの鉄又は銅
の金属薄層及び厚さ50〜200Åの無機絶縁物質薄層から
なる第二層とが交互に繰り返して積層されている金属及
び無機絶縁物質からなる多層薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61090880A JP2840737B2 (ja) | 1986-04-19 | 1986-04-19 | 金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61090880A JP2840737B2 (ja) | 1986-04-19 | 1986-04-19 | 金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9123168A Division JP2901936B2 (ja) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | 金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62247578A JPS62247578A (ja) | 1987-10-28 |
| JP2840737B2 true JP2840737B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=14010767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61090880A Expired - Fee Related JP2840737B2 (ja) | 1986-04-19 | 1986-04-19 | 金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2840737B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JP4814464B2 (ja) * | 1999-06-02 | 2011-11-16 | 旭化成株式会社 | 熱電材料およびその製造方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4413873Y1 (ja) * | 1965-12-06 | 1969-06-11 | ||
| US4072864A (en) * | 1976-12-20 | 1978-02-07 | International Business Machines Corporation | Multilayered slant-angle thin film energy detector |
| JPS5437694A (en) * | 1977-08-31 | 1979-03-20 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Thermo cell and its manufacture |
| JPS5445622A (en) * | 1977-09-19 | 1979-04-11 | Inoue Japax Res Inc | Thermocouple |
| DE2847296C3 (de) * | 1978-10-31 | 1981-10-08 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Verfahren zur Herstellung eines gekapselten Meßkopfes an Mantelthermoelementen |
| JPS56108272U (ja) * | 1979-03-06 | 1981-08-22 | ||
| JPS5743341A (en) * | 1980-08-27 | 1982-03-11 | Fujitsu Ltd | Face discharge type gas discharge panel |
-
1986
- 1986-04-19 JP JP61090880A patent/JP2840737B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62247578A (ja) | 1987-10-28 |
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