JP2952379B2 - 感温装置 - Google Patents
感温装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は低温域及び極低温域での
温度を高精度に測定するためのサーミスタ型の感温装置
で、特に極低温状態下で稼働されるクライオスタット、
核融合炉用超伝導電磁石、ＭＨＤ発電、超伝導送電、超
高速磁気浮上列車等の極低温の計測に用いる。
温度を高精度に測定するためのサーミスタ型の感温装置
で、特に極低温状態下で稼働されるクライオスタット、
核融合炉用超伝導電磁石、ＭＨＤ発電、超伝導送電、超
高速磁気浮上列車等の極低温の計測に用いる。
【０００２】
【従来の技術】極低温あるいは低温領域における温度の
計測には、半導体や金属の抵抗値変化を利用した測温抵
抗体が用いられている。この測温抵抗体は、小型で使用
法が簡便な上、特にゲルマニウム温度計は温度検出感度
（以下、検出感度あるいは検出電圧ともいう）が大きい
という特徴を有しているが検出感度が測定温度に大きく
依存している。その上、「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎ Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔ
ｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ（ｂｙ ＧＵＹ Ｋ．ＷＨＩＴ
Ｅ）ＯＸＦＯＲＤ ＳＣＩＥＮＣＥ ＰＵＢＬＩＣＡＴ
ＩＯＮＳ，１９７９ Ｔｈｉｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ」に
より、図６に示すように抵抗値Ｒと温度Ｔとの関係式が
複雑であり、また個々の特性のバラツキが大きく実用
上、個々の較正を必要としており、したがって、高価格
になるという課題があった。また、磁界により抵抗値が
変化するという課題があった。
計測には、半導体や金属の抵抗値変化を利用した測温抵
抗体が用いられている。この測温抵抗体は、小型で使用
法が簡便な上、特にゲルマニウム温度計は温度検出感度
（以下、検出感度あるいは検出電圧ともいう）が大きい
という特徴を有しているが検出感度が測定温度に大きく
依存している。その上、「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎ Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔ
ｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ（ｂｙ ＧＵＹ Ｋ．ＷＨＩＴ
Ｅ）ＯＸＦＯＲＤ ＳＣＩＥＮＣＥ ＰＵＢＬＩＣＡＴ
ＩＯＮＳ，１９７９ Ｔｈｉｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ」に
より、図６に示すように抵抗値Ｒと温度Ｔとの関係式が
複雑であり、また個々の特性のバラツキが大きく実用
上、個々の較正を必要としており、したがって、高価格
になるという課題があった。また、磁界により抵抗値が
変化するという課題があった。
【０００３】以上に述べた課題は、高濃度ドーピングに
よるキャリアの縮退やホッピング伝導に起因するといわ
れており、温度検出感度の温度依存性の小さいものや、
磁界の影響の少ないものはまだ開発されていない。シリ
コン半導体を用いた場合でも同様である。一方、磁界の
影響を受けないものとしては、非晶質シリコンを用いた
ものや窒化ジルコニウム薄膜を用いたものが提案されて
いる（「極低温用温度計」（特開昭６２−２６７６２９
号公報）及び「極低温下で磁場に感応しない温度計用測
温抵抗体」（特開昭６３−２２４２０１号公報））。し
かし、いずれも検出感度が低かったり、また、温度検出
感度の温度依存性が大きく、したがって測定温度範囲が
狭く、なおかつ非直線性を補正するための回路を必要と
していた。この他、磁界の影響を補正することにより実
用に供している極低温用測温抵抗体としてはカーボン測
温抵抗体或はカーボングラス測温抵抗体があるが、いず
れも複雑な較正を必要とし、その特性改善が望まれてい
た。
よるキャリアの縮退やホッピング伝導に起因するといわ
れており、温度検出感度の温度依存性の小さいものや、
磁界の影響の少ないものはまだ開発されていない。シリ
コン半導体を用いた場合でも同様である。一方、磁界の
影響を受けないものとしては、非晶質シリコンを用いた
ものや窒化ジルコニウム薄膜を用いたものが提案されて
いる（「極低温用温度計」（特開昭６２−２６７６２９
号公報）及び「極低温下で磁場に感応しない温度計用測
温抵抗体」（特開昭６３−２２４２０１号公報））。し
かし、いずれも検出感度が低かったり、また、温度検出
感度の温度依存性が大きく、したがって測定温度範囲が
狭く、なおかつ非直線性を補正するための回路を必要と
していた。この他、磁界の影響を補正することにより実
用に供している極低温用測温抵抗体としてはカーボン測
温抵抗体或はカーボングラス測温抵抗体があるが、いず
れも複雑な較正を必要とし、その特性改善が望まれてい
た。
【０００４】以上の他に、高速応答性や高感度化をねら
いとしたゲルマニウム蒸着膜素子が提案されているが蒸
着時の条件等により特性のバラツキが大きいことと、磁
界での使用が可能か否かについて明らかにされていない
（「極低温領域測定用ゲルマニウム蒸着膜素子」（特開
昭５７−５３１０号公報））。次に、測温抵抗体を用い
て低温あるいは極低温を計測する上では、測温抵抗体の
みが低温あるいは極低温にさらされ、基準用抵抗体は室
温におかれる例が多い。このような場合には、配線上に
生じるノイズや配線の温度差に起因する熱起電力が生じ
易く、測定精度の劣化につながっていた。
いとしたゲルマニウム蒸着膜素子が提案されているが蒸
着時の条件等により特性のバラツキが大きいことと、磁
界での使用が可能か否かについて明らかにされていない
（「極低温領域測定用ゲルマニウム蒸着膜素子」（特開
昭５７−５３１０号公報））。次に、測温抵抗体を用い
て低温あるいは極低温を計測する上では、測温抵抗体の
みが低温あるいは極低温にさらされ、基準用抵抗体は室
温におかれる例が多い。このような場合には、配線上に
生じるノイズや配線の温度差に起因する熱起電力が生じ
易く、測定精度の劣化につながっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示すように従来の極低温用抵抗温度計においてはいずれ
も温度Ｔと抵抗Ｒの関係において簡単な関係式が成り立
たないので、比較的多くの温度で較正を行う必要があっ
た。また、極低温下の磁場中で用いようとした場合抵抗
値の磁場依存性が大きく、かつ複雑な補正を必要として
いた。したがって、多くの温度での較正を必要としない
温度Ｔと抵抗Ｒの関係において簡単な関係式が成り立
ち、かつ極低温下の磁場中で比較的簡単な補正を行うこ
とにより高精度に計測できる極低温用抵抗温度計を実現
することが本発明の課題である。
示すように従来の極低温用抵抗温度計においてはいずれ
も温度Ｔと抵抗Ｒの関係において簡単な関係式が成り立
たないので、比較的多くの温度で較正を行う必要があっ
た。また、極低温下の磁場中で用いようとした場合抵抗
値の磁場依存性が大きく、かつ複雑な補正を必要として
いた。したがって、多くの温度での較正を必要としない
温度Ｔと抵抗Ｒの関係において簡単な関係式が成り立
ち、かつ極低温下の磁場中で比較的簡単な補正を行うこ
とにより高精度に計測できる極低温用抵抗温度計を実現
することが本発明の課題である。
【０００６】以上の他、高速応答性であること、小型化
・薄膜化が容易であること、及び測温抵抗体と基準抵抗
体を集積化できる感温装置であり，極低温、及び低温領
域で使用できることをも兼ね備えた抵抗値変化型の感温
装置を実現することが本発明の課題である。
・薄膜化が容易であること、及び測温抵抗体と基準抵抗
体を集積化できる感温装置であり，極低温、及び低温領
域で使用できることをも兼ね備えた抵抗値変化型の感温
装置を実現することが本発明の課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以上の点に鑑み、本発明
では同一出願人による「感温装置」（特開昭５８−１７
０００１号公報）及び「感温装置」( 特願平２−７５０
９４号) を基本とし、その後の研究によりプラズマＣＶ
Ｄ法や光ＣＶＤ法等を用いて絶縁性基板上に堆積したア
モルファスシリコン・ゲルマニウム薄膜の伝導特性が微
結晶化度すなわち、Ｘ線回折法あるいはレーザラマン分
光法を用いて計量したアモルファス中に含まれる微結晶
相中の占有率により異なる実験事実が得られたことに着
目する。
では同一出願人による「感温装置」（特開昭５８−１７
０００１号公報）及び「感温装置」( 特願平２−７５０
９４号) を基本とし、その後の研究によりプラズマＣＶ
Ｄ法や光ＣＶＤ法等を用いて絶縁性基板上に堆積したア
モルファスシリコン・ゲルマニウム薄膜の伝導特性が微
結晶化度すなわち、Ｘ線回折法あるいはレーザラマン分
光法を用いて計量したアモルファス中に含まれる微結晶
相中の占有率により異なる実験事実が得られたことに着
目する。
【０００８】すなわち、セラミック基板上にプラズマＣ
ＶＤ法を用いて堆積した、微結晶化シリコン・ゲルマニ
ウム薄膜からなる抵抗体の抵抗Ｒと温度Ｔの関係式が簡
単に表されること及び極めて磁場による抵抗変化が少な
いということが発明者により発見された現象を利用す
る。図３は微結晶化シリコン・ゲルマニウム薄膜抵抗体
の抵抗Ｒの温度（Ｔ）依存性を示す図で、抵抗Ｒと温度
Ｔの関係は次式で与えることができる。
ＶＤ法を用いて堆積した、微結晶化シリコン・ゲルマニ
ウム薄膜からなる抵抗体の抵抗Ｒと温度Ｔの関係式が簡
単に表されること及び極めて磁場による抵抗変化が少な
いということが発明者により発見された現象を利用す
る。図３は微結晶化シリコン・ゲルマニウム薄膜抵抗体
の抵抗Ｒの温度（Ｔ）依存性を示す図で、抵抗Ｒと温度
Ｔの関係は次式で与えることができる。
【０００９】
【数１】
【００１０】ここで、α、βは実験的に得られ、例えば
図３の実線（ａ）ではβ＝−０．２８、で与えられる。
このプラズマＣＶＤ法等を用いて堆積したアモルファス
シリコン・ゲルマニウム薄膜を測温抵抗体の検出部に用
いることにより、検出感度が大きく、磁界の影響を受け
ず、高速応答性を有し、小型化・集積化ができる感温装
置を実現する。
図３の実線（ａ）ではβ＝−０．２８、で与えられる。
このプラズマＣＶＤ法等を用いて堆積したアモルファス
シリコン・ゲルマニウム薄膜を測温抵抗体の検出部に用
いることにより、検出感度が大きく、磁界の影響を受け
ず、高速応答性を有し、小型化・集積化ができる感温装
置を実現する。
【００１１】
【作用】微結晶化シリコンゲルマニウム薄膜抵抗体の抵
抗Ｒと温度Ｔの関係は、式（１）に示すように簡単な関
係式で表すことができる。したがって、温度Ｔ１及び温
度Ｔ２でのそれぞれの抵抗値Ｒ１及びＲ２を測定し、そ
れらの値を式（１）に代入することにより、式（１）に
おけるα及びβは一意的に決定される。したがって、こ
の較正された抵抗体の抵抗値Ｒを測定することにより測
定すべき温度Ｔは式（１）を用いて容易に求めることが
できる。また、ΔＲ／Ｒは常に一定なので、ΔＴ／Ｔも
常に一定となる。そのため、極低温でも検出感度が劣化
せず、したがって広範囲にわたって高精度で温度を測定
できる。
抗Ｒと温度Ｔの関係は、式（１）に示すように簡単な関
係式で表すことができる。したがって、温度Ｔ１及び温
度Ｔ２でのそれぞれの抵抗値Ｒ１及びＲ２を測定し、そ
れらの値を式（１）に代入することにより、式（１）に
おけるα及びβは一意的に決定される。したがって、こ
の較正された抵抗体の抵抗値Ｒを測定することにより測
定すべき温度Ｔは式（１）を用いて容易に求めることが
できる。また、ΔＲ／Ｒは常に一定なので、ΔＴ／Ｔも
常に一定となる。そのため、極低温でも検出感度が劣化
せず、したがって広範囲にわたって高精度で温度を測定
できる。
【００１２】
【実施例】図１及び図２は本発明に係る感温装置の一実
施例の構成を示す図であり、図１にその平面図を、図２
に図１の線Ｘ−Ｙにおける断面図を示す。図１及び図２
において、１は絶縁性基板、２は微結晶化半導体薄膜で
あるｎ形（ｐ形）アモルファスシリコン・ゲルマニウム
薄膜、３ａと３ｂは一対のオーミック電極（単に電極と
もいう）、４ａと４ｂは一対のリード線を示す。
施例の構成を示す図であり、図１にその平面図を、図２
に図１の線Ｘ−Ｙにおける断面図を示す。図１及び図２
において、１は絶縁性基板、２は微結晶化半導体薄膜で
あるｎ形（ｐ形）アモルファスシリコン・ゲルマニウム
薄膜、３ａと３ｂは一対のオーミック電極（単に電極と
もいう）、４ａと４ｂは一対のリード線を示す。
【００１３】次に、本発明に係る感温装置の製造方法に
ついて述べる。絶縁性基板１の材料としては、耐熱性が
ある絶縁体や、同様の性質を有する導体板あるいは半導
体板の表面をＣＶＤ法による二酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ2 ）膜や窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜で覆ったもの
が望ましく、例えばガラス板、アルミナ板、石英板、溶
融石英ガラス板、水晶板、ポリミィドフィルム、金属板
や半導体の表面を絶縁薄膜（例えば、ＣＶＤ法による二
酸化シリコン薄膜や窒化シリコン薄膜）で覆ったもの等
が用いられる。特に、線膨脹率がアモルファスシリコン
・ゲルマニウム薄膜に近いガラス板やアルミナ板が良
い。これらによる基板は、有機溶剤等で十分に洗浄した
後、清浄な雰囲気中で瞬時に乾燥させる。
ついて述べる。絶縁性基板１の材料としては、耐熱性が
ある絶縁体や、同様の性質を有する導体板あるいは半導
体板の表面をＣＶＤ法による二酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ2 ）膜や窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜で覆ったもの
が望ましく、例えばガラス板、アルミナ板、石英板、溶
融石英ガラス板、水晶板、ポリミィドフィルム、金属板
や半導体の表面を絶縁薄膜（例えば、ＣＶＤ法による二
酸化シリコン薄膜や窒化シリコン薄膜）で覆ったもの等
が用いられる。特に、線膨脹率がアモルファスシリコン
・ゲルマニウム薄膜に近いガラス板やアルミナ板が良
い。これらによる基板は、有機溶剤等で十分に洗浄した
後、清浄な雰囲気中で瞬時に乾燥させる。
【００１４】次に、（シラン（ＳｉＨ4 ）＋ゲルマン
（ＧｅＨ4））、または（シラン＋ゲルマン＋水素（Ｈ
2 ））の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ法、または光
ＣＶＤ法等を用いてアモルファスシリコン・ゲルマニウ
ム薄膜（アモルファスシリコン・ゲルマニウム薄膜抵抗
体ともいう）２を堆積させる。この場合、アモルファス
シリコン・ゲルマニウム薄膜抵抗体の導電率が大きい程
望ましく、通常σ＝１Ｓ・ｃｍ-1以上のものが用いられ
る。
（ＧｅＨ4））、または（シラン＋ゲルマン＋水素（Ｈ
2 ））の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ法、または光
ＣＶＤ法等を用いてアモルファスシリコン・ゲルマニウ
ム薄膜（アモルファスシリコン・ゲルマニウム薄膜抵抗
体ともいう）２を堆積させる。この場合、アモルファス
シリコン・ゲルマニウム薄膜抵抗体の導電率が大きい程
望ましく、通常σ＝１Ｓ・ｃｍ-1以上のものが用いられ
る。
【００１５】プラズマＣＶＤ法を用いた堆積条件の一例
としては、放電圧力０．１〜１０Ｔｏｒｒ、放電電流１
〜１００ｍＡ／ｃｍ2 、放電電圧５００〜８００Ｖ、電
極間隔１．５〜３ｃｍ、基板温度２００〜４５０℃、
（シラン＋ゲルマン）／水素＝０．０１〜０．１、シボ
ラン／（シラン＋ゲルマン）＝１０〜２５００ｐｐｍ、
ホスフィン／（シラン＋ゲルマン）＝１０〜２５００ｐ
ｐｍ、シラン／ゲルマン＝０．１〜１００である。これ
らの条件で堆積したアモルファスシリコン・ゲルマニウ
ム薄膜として、導電率σが２０Ｓ・ｃｍ-1以上で最大１
０００Ｓ・ｃｍ-1のものが容易に得られている。
としては、放電圧力０．１〜１０Ｔｏｒｒ、放電電流１
〜１００ｍＡ／ｃｍ2 、放電電圧５００〜８００Ｖ、電
極間隔１．５〜３ｃｍ、基板温度２００〜４５０℃、
（シラン＋ゲルマン）／水素＝０．０１〜０．１、シボ
ラン／（シラン＋ゲルマン）＝１０〜２５００ｐｐｍ、
ホスフィン／（シラン＋ゲルマン）＝１０〜２５００ｐ
ｐｍ、シラン／ゲルマン＝０．１〜１００である。これ
らの条件で堆積したアモルファスシリコン・ゲルマニウ
ム薄膜として、導電率σが２０Ｓ・ｃｍ-1以上で最大１
０００Ｓ・ｃｍ-1のものが容易に得られている。
【００１６】アモルファスシリコン・ゲルマニウム薄膜
の導電率を高める方法としては、放電電流を大きくする
方法あるいはドーピングガスの割合を高くする方法等が
一般的である。微結晶化度の制御方法としては、同一発
明者により開示されている方法（「シリコン・ゲルマニ
ウム混晶薄膜導電体」（特開昭６２−４７１７７号公
報））、つまり微結晶化度が放電パワー密度の大きさに
依存するため、その関係に基づいて放電パワー密度を制
御する手法を用いた。その他、熱アニール法やレーザア
ニール法を用いても行うことができる。
の導電率を高める方法としては、放電電流を大きくする
方法あるいはドーピングガスの割合を高くする方法等が
一般的である。微結晶化度の制御方法としては、同一発
明者により開示されている方法（「シリコン・ゲルマニ
ウム混晶薄膜導電体」（特開昭６２−４７１７７号公
報））、つまり微結晶化度が放電パワー密度の大きさに
依存するため、その関係に基づいて放電パワー密度を制
御する手法を用いた。その他、熱アニール法やレーザア
ニール法を用いても行うことができる。
【００１７】次に、真空蒸着法を用いて、電極用金属膜
（例えば、ＮｉＣｒ ５００オングストローム／Ａｕ
１０００オングストローム）を堆積させる。さらに、フ
ォトエッチング技術を用いて不要部を除去し、電極対３
ａ、３ｂ及びアモルファスシリコン・ゲルマニウム薄膜
抵抗体２を形成する。このアモルファスシリコン・ゲル
マニウム薄膜抵抗体２の形状としてはアモルファスシリ
コン・ゲルマニウム薄膜の導電率、膜厚及び出力インピ
ーダンスを考慮して決められるが、アモルファスシリコ
ン・ゲルマニウム薄膜の長さをＬ、幅をＷとすれば、通
常Ｌ／Ｗ＝１／１０〜１０に設定される。
（例えば、ＮｉＣｒ ５００オングストローム／Ａｕ
１０００オングストローム）を堆積させる。さらに、フ
ォトエッチング技術を用いて不要部を除去し、電極対３
ａ、３ｂ及びアモルファスシリコン・ゲルマニウム薄膜
抵抗体２を形成する。このアモルファスシリコン・ゲル
マニウム薄膜抵抗体２の形状としてはアモルファスシリ
コン・ゲルマニウム薄膜の導電率、膜厚及び出力インピ
ーダンスを考慮して決められるが、アモルファスシリコ
ン・ゲルマニウム薄膜の長さをＬ、幅をＷとすれば、通
常Ｌ／Ｗ＝１／１０〜１０に設定される。
【００１８】次に、絶縁性基板の表面に保護膜を堆積す
る。保護膜としてはＣＶＤ法による二酸化シリコン膜、
窒化シリコン膜及びポリミイド樹脂等を用いる。フォト
エッチング技術を用いて、電極パット部の保護膜を除去
する。最後に、電極３ａ、３ｂに取り出し用リード線４
ａ、４ｂを取り付けて完成する。リード線としては、ビ
ームリード方式、またはＡｕ線やＡｕリボン線等をワイ
ヤボンデングすることによって構成される。
る。保護膜としてはＣＶＤ法による二酸化シリコン膜、
窒化シリコン膜及びポリミイド樹脂等を用いる。フォト
エッチング技術を用いて、電極パット部の保護膜を除去
する。最後に、電極３ａ、３ｂに取り出し用リード線４
ａ、４ｂを取り付けて完成する。リード線としては、ビ
ームリード方式、またはＡｕ線やＡｕリボン線等をワイ
ヤボンデングすることによって構成される。
【００１９】以上に述べた製造方法では、半導体薄膜抵
抗体、及び電極対の形成にフォトエッチング技術を用い
たがメタルマスクを用いた方法でも形成できる。この場
合は、アモルファス半導体薄膜を堆積する時、あるいは
真空蒸着法を用いて電極金属薄を堆積する時に不要部を
メタルマスクでカバーする方法が用いられる。
抗体、及び電極対の形成にフォトエッチング技術を用い
たがメタルマスクを用いた方法でも形成できる。この場
合は、アモルファス半導体薄膜を堆積する時、あるいは
真空蒸着法を用いて電極金属薄を堆積する時に不要部を
メタルマスクでカバーする方法が用いられる。
【００２０】図３は上に述べた方法で作製したアモルフ
ァスシリコン・ゲルマニウム薄膜抵抗体の抵抗Ｒの温度
（Ｔ）依存性の一例を示す図で、抵抗Ｒと温度Ｔの関係
は式（１）のような簡単な関係式で与えることができ
る。ここで、α、βは実験的に得られ、例えば実線
（ａ）では微結晶化度８０％のもので、β＝−０．２
８、で与えられる。また、実線（ｂ）は微結晶化度２０
％のもので、β＝−０．５８、で与えられる。さらに、
実線（ｃ）は微結晶化度１５％のものであるが、図３に
示されるように、簡単な関係式より外れる結果が得られ
ている。したがって、微結晶化度２０％以上のアモルフ
ァスシリコン・ゲルマニウム薄膜抵抗体の温度Ｔ１及び
温度Ｔ２でのそれぞれの抵抗値Ｒ１及びＲ２を測定し、
それらの値を式（１）に代入することにより、式（１）
におけるα及びβは一意的に決定される。したがって、
この較正された抵抗体の抵抗値Ｒを測定することにより
測定すべき温度Ｔは式（１）を用いて高精度に容易に求
めることができる。
ァスシリコン・ゲルマニウム薄膜抵抗体の抵抗Ｒの温度
（Ｔ）依存性の一例を示す図で、抵抗Ｒと温度Ｔの関係
は式（１）のような簡単な関係式で与えることができ
る。ここで、α、βは実験的に得られ、例えば実線
（ａ）では微結晶化度８０％のもので、β＝−０．２
８、で与えられる。また、実線（ｂ）は微結晶化度２０
％のもので、β＝−０．５８、で与えられる。さらに、
実線（ｃ）は微結晶化度１５％のものであるが、図３に
示されるように、簡単な関係式より外れる結果が得られ
ている。したがって、微結晶化度２０％以上のアモルフ
ァスシリコン・ゲルマニウム薄膜抵抗体の温度Ｔ１及び
温度Ｔ２でのそれぞれの抵抗値Ｒ１及びＲ２を測定し、
それらの値を式（１）に代入することにより、式（１）
におけるα及びβは一意的に決定される。したがって、
この較正された抵抗体の抵抗値Ｒを測定することにより
測定すべき温度Ｔは式（１）を用いて高精度に容易に求
めることができる。
【００２１】図４は、本発明に係る他の実施例の平面図
を示す。図４において、１１は絶縁性基板、１２ａと１
２ｂは抵抗ブリッジの対向する辺を構成するように堆積
された一対のアモルファスシリコン・ゲルマニウム薄
膜、１３ａと１３ｂは抵抗ブリッジの対向する辺を構成
するように堆積された一対の窒化タンタル薄膜抵抗体、
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは各アモルファスシリ
コン・ゲルマニウム薄膜１２ａ、１２ｂと各窒化タンタ
ル薄膜抵抗体１３ａ、１３ｂとを接続するための対向す
る２対のオーミック電極、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１
５ｄは各オーミック電極に設けられたリード線をそれぞ
れ示す。
を示す。図４において、１１は絶縁性基板、１２ａと１
２ｂは抵抗ブリッジの対向する辺を構成するように堆積
された一対のアモルファスシリコン・ゲルマニウム薄
膜、１３ａと１３ｂは抵抗ブリッジの対向する辺を構成
するように堆積された一対の窒化タンタル薄膜抵抗体、
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは各アモルファスシリ
コン・ゲルマニウム薄膜１２ａ、１２ｂと各窒化タンタ
ル薄膜抵抗体１３ａ、１３ｂとを接続するための対向す
る２対のオーミック電極、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１
５ｄは各オーミック電極に設けられたリード線をそれぞ
れ示す。
【００２２】オーミック電極１４ａ、１４ｃ間に定量圧
Ｖｉｎを印加すれば、該オーミック電極１４ｂ、１４ｄ
間の検出電圧Ｖｏｕｔは、周囲温度によって変化し、式
（２）で与えられる。
Ｖｉｎを印加すれば、該オーミック電極１４ｂ、１４ｄ
間の検出電圧Ｖｏｕｔは、周囲温度によって変化し、式
（２）で与えられる。
【００２３】
【数２】
【００２４】ここで、Ａは形状等により決まる係数であ
る。例えば、入力電圧Ｖｉｎを１０ｍＶとすれば、検出
電圧Ｖｏｕｔの変化率は〜１５μｖ／℃となる。図４に
示した本発明に係る感温装置は、図１及び図２に示した
本発明に係る感温装置の製造方法の段階において、絶縁
性基板上にアモルファス半導体薄膜を堆積させる工程の
前、または後にスパッタ法、またはプラズマＣＶＤ法等
を用いて薄膜抵抗体を堆積させる工程を加えることによ
り構成できる。この場合、薄膜抵抗体のパターニングに
はフォトエッチング技術、またはメタルマスク技術等が
用いられる。
る。例えば、入力電圧Ｖｉｎを１０ｍＶとすれば、検出
電圧Ｖｏｕｔの変化率は〜１５μｖ／℃となる。図４に
示した本発明に係る感温装置は、図１及び図２に示した
本発明に係る感温装置の製造方法の段階において、絶縁
性基板上にアモルファス半導体薄膜を堆積させる工程の
前、または後にスパッタ法、またはプラズマＣＶＤ法等
を用いて薄膜抵抗体を堆積させる工程を加えることによ
り構成できる。この場合、薄膜抵抗体のパターニングに
はフォトエッチング技術、またはメタルマスク技術等が
用いられる。
【００２５】以上に述べた本発明の感温装置としては、
１ｍｍ角以内の超小型のものが形成でき、また絶縁性基
板として熱伝導率の大きなアルミナ等を用いて、応答速
度１０ｍｓｅｃ以下のものを実現している。また、数Ｔ
ガウスの磁界内での抵抗率の変化は１％以下であること
を確認している。
１ｍｍ角以内の超小型のものが形成でき、また絶縁性基
板として熱伝導率の大きなアルミナ等を用いて、応答速
度１０ｍｓｅｃ以下のものを実現している。また、数Ｔ
ガウスの磁界内での抵抗率の変化は１％以下であること
を確認している。
【００２６】図５に本発明によるアモルファスシリコン
・ゲルマニウム薄膜抵抗体の極低温域での磁場による測
定誤差の大きさを示す。測定磁場の大きさは８Ｔであ
る。横軸は測定温度（Ｔ）、また、縦軸は測定誤差の大
きさ（△Ｔ）を示す。従来のロジウム線、白金標準温度
計等のものよりも大幅に改善できることが確認された。
・ゲルマニウム薄膜抵抗体の極低温域での磁場による測
定誤差の大きさを示す。測定磁場の大きさは８Ｔであ
る。横軸は測定温度（Ｔ）、また、縦軸は測定誤差の大
きさ（△Ｔ）を示す。従来のロジウム線、白金標準温度
計等のものよりも大幅に改善できることが確認された。
【００２７】
【発明の効果】この発明では、感温装置を構成する微結
晶化半導体薄膜として、微結晶化度が少なくとも２０％
以上のアモルファスシリコン・ゲルマニウム薄膜を用い
たので、検出感度が大きくかつ該検出感度の温度依存性
が小さい、したがって、補正回路が不用または簡便に構
成できる感温装置を実現できた。更に、以下に示す固有
の効果を有する感温装置を実現することができた。 （１）極めて磁界の影響を受けにくい感温装置を実現で
きた。 （２）形状が１ｍｍ角以下と小さいので小型化できる。
また、基板に熱伝導率のよいアルミナ基板を用いること
により応答速度１０ｍｓｅｃ以下の高速応答性の感温装
置を実現できた。 （３）検出温度範囲が１．４Ｋ〜３００Ｋと広い範囲の
感温装置を実現できた。 （４）測定抵抗体と温度係数の小さな窒化タンタル薄膜
を集積化・小型化することにより配線ノイズをなくした
高精度の感温装置を構成できた。 （５）半導体プロセスを用いることにより、再現性がよ
く、また大量生産が可能なので安価な感温装置を実現で
きた。
晶化半導体薄膜として、微結晶化度が少なくとも２０％
以上のアモルファスシリコン・ゲルマニウム薄膜を用い
たので、検出感度が大きくかつ該検出感度の温度依存性
が小さい、したがって、補正回路が不用または簡便に構
成できる感温装置を実現できた。更に、以下に示す固有
の効果を有する感温装置を実現することができた。 （１）極めて磁界の影響を受けにくい感温装置を実現で
きた。 （２）形状が１ｍｍ角以下と小さいので小型化できる。
また、基板に熱伝導率のよいアルミナ基板を用いること
により応答速度１０ｍｓｅｃ以下の高速応答性の感温装
置を実現できた。 （３）検出温度範囲が１．４Ｋ〜３００Ｋと広い範囲の
感温装置を実現できた。 （４）測定抵抗体と温度係数の小さな窒化タンタル薄膜
を集積化・小型化することにより配線ノイズをなくした
高精度の感温装置を構成できた。 （５）半導体プロセスを用いることにより、再現性がよ
く、また大量生産が可能なので安価な感温装置を実現で
きた。
【図１】本発明に係る感温装置の一実施例を示す平面
図。
図。
【図２】図１の線Ｘ−Ｙにおける断面図を示す図。
【図３】アモルファスシリコン・ゲルマニウム薄膜抵抗
体の抵抗と温度との関係を示す図。
体の抵抗と温度との関係を示す図。
【図４】本発明に係る感温装置の他の実施例を示す図。
【図５】アモルファスシリコン・ゲルマニウム薄膜抵抗
体の低温域での磁場による温度の測定誤差を示す図。
体の低温域での磁場による温度の測定誤差を示す図。
【図６】従来の極低温用温度計の抵抗Ｒと温度Ｔとの関
係を示した図。
係を示した図。
１ 絶縁性基板。 ２ アモルファスシリコン・ゲルマニウム半導体薄膜。 ３ａ、３ｂ オ−ミック電極。 ４ａ、４ｂ リード線。 １１ 絶縁性基板。 １２ａ、１２ｂ アモルファスシリコン・ゲルマニウム
半導体薄膜。 １３ａ、１３ｂ 窒化タンタル薄膜抵抗体。 １４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ オ−ミック電極。 １５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ リード線。
半導体薄膜。 １３ａ、１３ｂ 窒化タンタル薄膜抵抗体。 １４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ オ−ミック電極。 １５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ リード線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奈良 広一 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業 技術院計量研究所内 (72)発明者 岡路 正博 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業 技術院計量研究所内 (72)発明者 加藤 英幸 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業 技術院計量研究所内 (56)参考文献 特開 平３−274708（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−73624（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01K 7/22
Claims (1)
- 【請求項１】絶縁性基板（１）と、該絶縁性基板上に堆
積された微結晶化半導体薄膜（２）と、該微結晶化半導
体薄膜にそれぞれ接触し、所定の距離を隔てて設けた一
対のオーミック電極（３ａ、３ｂ）とを備えた感温装置
において、前記微結晶化半導体薄膜が、少なくとも微結
晶化度２０％以上の微結晶相を含んだアモルファスシリ
コンゲルマニウム半導体薄膜であることを特徴とする感
温装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27477391A JP2952379B2 (ja) | 1991-09-26 | 1991-09-26 | 感温装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27477391A JP2952379B2 (ja) | 1991-09-26 | 1991-09-26 | 感温装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0587641A JPH0587641A (ja) | 1993-04-06 |
| JP2952379B2 true JP2952379B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=17546373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27477391A Expired - Lifetime JP2952379B2 (ja) | 1991-09-26 | 1991-09-26 | 感温装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2952379B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996018871A1 (fr) * | 1994-12-15 | 1996-06-20 | Anritsu Corporation | Systeme de sonde de temperature utilisant un film mince de semi-conducteur microcristallin |
| KR101602218B1 (ko) * | 2014-12-18 | 2016-03-10 | 두산중공업 주식회사 | 고정자 슬롯 온도센서 및 그 제조 방법 |
| CN105784183B (zh) * | 2016-05-06 | 2018-08-31 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种贴片式温度传感器及其制备工艺 |
-
1991
- 1991-09-26 JP JP27477391A patent/JP2952379B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0587641A (ja) | 1993-04-06 |
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