JPH021379B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH021379B2
JPH021379B2 JP57091342A JP9134282A JPH021379B2 JP H021379 B2 JPH021379 B2 JP H021379B2 JP 57091342 A JP57091342 A JP 57091342A JP 9134282 A JP9134282 A JP 9134282A JP H021379 B2 JPH021379 B2 JP H021379B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
amorphous semiconductor
semiconductor thin
metal resistor
thermocouple
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP57091342A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS58209174A (en
Inventor
Setsuo Kotado
Akira Taniguchi
Kyoshi Takahashi
Makoto Konagai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anritsu Corp
Original Assignee
Anritsu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anritsu Corp filed Critical Anritsu Corp
Priority to JP57091342A priority Critical patent/JPS58209174A/en
Publication of JPS58209174A publication Critical patent/JPS58209174A/en
Publication of JPH021379B2 publication Critical patent/JPH021379B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/81Structural details of the junction
    • H10N10/817Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、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ア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つて、低入力イ
ンピーダンス、特に高周波領域におけるインピー
ダンス整合を配慮した低周波から光波に至る電力
検出に用いられる熱電対素子に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention uses a thermocouple element, particularly an amorphous semiconductor thin film and a metal resistor thin film, which have a large thermoelectric power and are characterized by ease of thin film formation and ease of microfabrication. The present invention relates to a thermocouple element equipped with a thermocouple element, which is used for power detection ranging from low frequencies to light waves, with consideration given to low input impedance, particularly impedance matching in the high frequency region.

通常アモルフアス半導体とは、液体及び気体を
除く物質であつて、結晶学的に3次元的周期性を
示さない半導体をいう。すなわち、不規則、非晶
質状のもので、X線回折図形で特定しうる回折ピ
ークを持たない半導体と定義されているが、本明
細書におけるアモルフアス半導体としては、後の
製造方法で説明されている半導体をも含めて呼ぶ
こととする。
Generally, an amorphous semiconductor refers to a semiconductor that is a substance excluding liquids and gases and does not exhibit three-dimensional periodicity crystallographically. In other words, it is defined as a semiconductor that is irregular and amorphous and does not have a diffraction peak that can be identified in an X-ray diffraction pattern. The term also includes semiconductors that are

従来、電力、特に高周波電力を測定する場合、
その検出素子としてはボロメータが用いられ、最
近ではBi−Sb等に代表される薄膜熱電対素子や
Si−Ta2Nに代表される半導体−薄膜熱電対素子
が用いられている。サーミスタやバレツタなどの
ボロメータを検出素子として用いた方式は、高周
波エネルギーを吸収したときに生じる抵抗値変化
から間接的に入射電力を測定するもので、周囲の
温度変化に対して敏感に抵抗値が変化するために
零点がが変動し、この零点ドリフトを補償する回
路が必要となつた。その上サーミスタの場合は、
周波数が高くなると入力定在波比が大きくなり、
また、バレツタの場合は、過電流に弱いなどの欠
点がある。
Traditionally, when measuring power, especially high-frequency power,
A bolometer is used as the detection element, and recently thin film thermocouple elements such as Bi-Sb and other
A semiconductor thin film thermocouple element represented by Si-Ta 2 N is used. A method that uses a bolometer such as a thermistor or barrette as a detection element indirectly measures the incident power from the change in resistance value that occurs when high-frequency energy is absorbed, and the resistance value is sensitive to changes in the surrounding temperature. This caused the zero point to fluctuate, necessitating a circuit to compensate for this zero point drift. Moreover, in the case of a thermistor,
As the frequency increases, the input standing wave ratio increases,
Additionally, the barrette has drawbacks such as being susceptible to overcurrent.

検出素子として薄膜熱電対素子や半導体−薄膜
熱電対素子を用いた方式は、薄膜熱電対素子又は
半導体−薄膜熱電対素子が入射高周波電力を吸収
し、その入射電力に比例した直流の熱起電力に変
換して測定するものである。この方式は周囲温度
の変化による零点ドリフトは小さいが、1μW以
下の微小な電力を測定するのが困難である。特に
Bi−Sb等に代表される薄膜熱電対素子の場合は、
金属の融点が低く、特にこの金属をポリイミドフ
イルムがマイカ等絶縁性基板に蒸着膜を形成した
場合、絶縁性基板との付着力が弱くなる。しか
も、水や有機溶剤によつて膜質が損なわれるの
で、フオトエツチング技術に代表される微細加工
技術が使用できない等の欠点がある。一方、Si−
Ta2Nに代表される半導体−薄膜熱電対素子は、
支持基板のシリコン(Si)の熱伝導率が1.45W/
cm℃と大きい。このため熱電対素子の検出感度を
高めるために、シリコン基板を薄くする必要性が
あり、実用化素子では基板厚さが5μm程度であ
る。チツプ状シリコン基板の一部を薄くするため
には通常選択性エツチング技術が用いられるた
め、予めシリコン基板にエツチングストツパ用拡
散層を形成しておく必要性がある。このように半
導体−薄膜熱電対素子は、構造が複雑な上に製造
方法も困難さを伴なつている。
In a method using a thin film thermocouple element or a semiconductor-thin film thermocouple element as a detection element, the thin-film thermocouple element or semiconductor-thin film thermocouple element absorbs incident high-frequency power and generates a direct current thermoelectromotive force proportional to the incident power. It is measured by converting it into Although this method has a small zero point drift due to changes in ambient temperature, it is difficult to measure small amounts of power below 1 μW. especially
In the case of thin film thermocouple elements such as Bi-Sb,
The melting point of the metal is low, and especially when a polyimide film is deposited on an insulating substrate such as mica, the adhesion to the insulating substrate becomes weak. Furthermore, since the film quality is impaired by water or organic solvents, there are drawbacks such as the inability to use microfabrication techniques such as photoetching techniques. On the other hand, Si−
The semiconductor-thin film thermocouple element represented by Ta 2 N is
Thermal conductivity of silicon (Si) of the support substrate is 1.45W/
As large as cm℃. Therefore, in order to increase the detection sensitivity of the thermocouple element, it is necessary to make the silicon substrate thinner, and the substrate thickness for a practical element is about 5 μm. Since a selective etching technique is usually used to thin a part of a chip-shaped silicon substrate, it is necessary to form an etching stopper diffusion layer on the silicon substrate in advance. As described above, the semiconductor-thin film thermocouple element has a complicated structure and is also difficult to manufacture.

そこで本発明の出願人らは、アモルフアス半導
体薄膜、特にアモルフアスシリコン薄膜(以下ア
モルフアスSi薄膜と記す)の有する大きな熱電
能、P+−n+接合部のオーミツク特性、薄膜形成
の容易さと微細加工性に着目して、絶縁性基板上
に相互にその一部がオーミツク特性を有した接触
部を形成する第1及び第2のアモルフアス半導体
薄膜で構成された熱電対素子を先に提案してい
る。
Therefore, the applicants of the present invention have focused on the large thermoelectric power of amorphous semiconductor thin films, particularly amorphous silicon thin films (hereinafter referred to as amorphous Si thin films), the ohmic properties of the P + -n + junction, the ease of thin film formation, and the microfabrication. Focusing on the properties of the thermocouple, the authors have previously proposed a thermocouple element composed of first and second amorphous semiconductor thin films, some of which form a contact portion with ohmic characteristics, on an insulating substrate. .

この第1及び第2のアモルフアス半導体薄膜で
構成された熱電対素子を用いて光パワーを検出す
るに当つては何んら問題はないが、例えばマイク
ロ波の電力を直接電対素子に入射して熱電変換を
行なわせる方式で入射電力を検出するに当つて
は、インピーダンス整合をとる必要がある。しか
しながら前記熱電対素子においては、前記熱電対
素子を構成する第1及び第2のアモルフアス半導
体薄膜の導電率は従来に比べて高くできたが、そ
れでも高周波の電力を検出する十分な導電率を有
する薄膜が得られていない。従がつて前記熱電対
素子における入力インピーダンスはまだ高く、イ
ンピーダンス整合がとれない欠点があつた。アモ
ルフアス半導体薄膜の導電率を高くすればよい
が、現在での技術では導電率(σ)の高いアモル
フアス半導体薄膜、例えば102S・cm-1以上のもの
がP+形では実現できてもn+形では実現されない
でいる。
Although there is no problem in detecting optical power using the thermocouple element composed of the first and second amorphous semiconductor thin films, for example, if microwave power is directly input to the thermocouple element, When detecting incident power using a method in which thermoelectric conversion is performed using a sensor, impedance matching must be achieved. However, in the thermocouple element, although the conductivity of the first and second amorphous semiconductor thin films constituting the thermocouple element can be made higher than in the past, the conductivity is still sufficient to detect high-frequency power. A thin film was not obtained. Therefore, the input impedance of the thermocouple element is still high, and impedance matching cannot be achieved. It would be better to increase the conductivity of the amorphous semiconductor thin film, but with the current technology, it is possible to realize an amorphous semiconductor thin film with high conductivity (σ), for example, 10 2 S cm -1 or more in the P + type. It is not realized in + form.

そこで熱電対素子の入力インピーダンスを低下
させる物理的な形状の薄膜を形成する製造が考え
られる。この場合、直流的には入力インピーダン
スが小さくでき、インピーダンス整合条件は満足
されるが、交流的には入力定在波比が大きくなつ
て好ましくない。しかも温接点と冷接点との間隔
が短かくなり、熱電対素子として機能が損なわれ
てしまう欠点がある。
Therefore, it is possible to manufacture a thermocouple element by forming a thin film with a physical shape that reduces the input impedance. In this case, the input impedance can be made small in terms of direct current, and the impedance matching condition is satisfied, but in terms of alternating current, the input standing wave ratio increases, which is undesirable. Moreover, there is a drawback that the distance between the hot junction and the cold junction becomes short, which impairs its function as a thermocouple element.

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、第
1及び第2のアモルフアス半導体薄膜のいずれか
一方を適度の導電率を有する金属抵抗体薄膜に換
え、インピーダンス整合がとり得るような構造の
熱電対素子及び該熱電対素子を用いた電力検出素
子を提供することを目的としている。以下図面を
参照しながら説明する。
The present invention has been made in view of the above points, and has a structure in which impedance matching can be achieved by replacing either the first or second amorphous semiconductor thin film with a metal resistor thin film having appropriate conductivity. An object of the present invention is to provide a thermocouple element and a power detection element using the thermocouple element. This will be explained below with reference to the drawings.

第1図は本発明に係る熱電対素子の一実施例を
示す平面図、第2図は第1図の矢視X−Xの断面
図である。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a thermocouple element according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along arrow XX in FIG.

第1図、第2図において、絶縁性基板1上には
アモルフアス半導体薄膜2と金属抵抗体薄膜3と
が設けられる。アモルフアス半導体薄膜2と金属
抵抗体薄膜3とは互にその一部が接触し、オーミ
ツク特性を有する接触部5が形成されている。ア
モルフアス半導体薄膜2及び金属抵抗体薄膜3に
は図示の如く、前記接触部5から隔れた位置にそ
の一部を接触してオーミツク電極4および電極
4′が設けられ、一対の電極を構成している。
1 and 2, an amorphous semiconductor thin film 2 and a metal resistor thin film 3 are provided on an insulating substrate 1. As shown in FIGS. Parts of the amorphous semiconductor thin film 2 and the metal resistor thin film 3 are in contact with each other, forming a contact portion 5 having ohmic characteristics. As shown in the figure, the amorphous semiconductor thin film 2 and the metal resistor thin film 3 are provided with an ohmic electrode 4 and an electrode 4', which are separated from the contact portion 5 and are partially in contact with each other, forming a pair of electrodes. ing.

このように構成された熱電対素子7は、アモル
フアス半導体薄膜2と金属抵抗体薄膜3との接触
部5が温(冷)接点を、アモルフアス半導体薄膜
2とオーミツク電極4との接触部6及び金属抵抗
体薄膜3と電極4′との接触部6′とがそれぞれ冷
(温)接点となり、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、上記オーミ
ツク電極4と電極4′との間に発生する。この時
発生する熱起電力Vはアモルフアス半導体薄膜2
の熱電能αaと、金属抵抗体薄膜3の熱電能αnと、
上記温度差ΔTとによつて決定され V=(αa+αn)ΔT ……(1) で示される。
In the thermocouple element 7 configured in this way, the contact portion 5 between the amorphous semiconductor thin film 2 and the metal resistor thin film 3 serves as a hot (cold) contact, and the contact portion 6 between the amorphous semiconductor thin film 2 and the ohmic electrode 4 and the metal The contact portion 6' between the resistor thin film 3 and the electrode 4' serves as a cold (hot) contact, and a thermoelectromotive force V proportional to the temperature difference ΔT between the hot and cold contacts is applied to the ohmic electrode 4. and the electrode 4'. The thermal electromotive force V generated at this time is the amorphous semiconductor thin film 2
The thermoelectric power α a of the metal resistor thin film 3, the thermoelectric power α n of the metal resistor thin film 3,
It is determined by the above-mentioned temperature difference ΔT and is expressed as V=(α an )ΔT (1).

アモルフアス半導体薄膜2として、P+形又は
n+形の各アモルフアスSi薄膜を用いれば、P+
びn+形の各アモルフアスSi薄膜の熱電能αaは逆の
熱電能を有するので、オーミツク電極4と電極
4′との間に発生する熱起電力Vは極性が逆とな
る。
As the amorphous semiconductor thin film 2, P + type or
If each n + type amorphous Si thin film is used, the thermoelectric power α a of each P + and n + type amorphous Si thin film has an opposite thermoelectric power, so that the thermoelectric power generated between the ohmic electrode 4 and the electrode 4' is generated between the ohmic electrode 4 and the electrode 4'. The polarity of the thermoelectromotive force V is reversed.

アモルフアス半導体薄膜2として上記P+形又
はn+形のアモルフアス半導体を用いた場合にそ
れに対する金属抵抗体薄膜3の組合せはゼーベツ
ク係数が大となり、しかも互に熱電能の極性が異
なる金属抵抗体が選ばれる。例えばアモルフアス
半導体薄膜2としてP+形アモルフアス半導体薄
膜が使用されたときの金属抵抗体薄膜には、コン
スタンタン或いはニツケルの各薄膜を組合わせ、
n+形アモルフアス半導体薄膜が使用されたとき
の金属抵抗体薄膜には、ニクロム薄膜等と組合わ
せられるのが一般的である。
When the P + type or n + type amorphous semiconductor is used as the amorphous semiconductor thin film 2, the combination with the metal resistor thin film 3 has a large Seebeck coefficient. To be elected. For example, when a P + type amorphous semiconductor thin film is used as the amorphous semiconductor thin film 2, a combination of constantan or nickel thin films is used as the metal resistor thin film.
When an n + type amorphous semiconductor thin film is used, it is generally combined with a nichrome thin film or the like as a metal resistor thin film.

一方熱電対素子7の入力インピーダンスは、金
属抵抗体薄膜3を用いていることにより下がつて
いる。金属抵抗体薄膜3に用いられる金属抵抗体
の導電率はアモルフアス半導体薄膜2に用いられ
ているアモルフアス半導体の導電率よりも約1桁
以上も大きい。従がつて、図示の金属抵抗体薄膜
3の部分に第2のアモルフアス半導体薄膜を設け
て熱電対素子を構成した場合に比較して、本発明
に係る熱電対素子7の熱起電力はほゞ半分ではあ
るが、インピーダンス整合がとり得る構造の熱電
対素子が構成される。
On the other hand, the input impedance of the thermocouple element 7 is lowered by using the metal resistor thin film 3. The conductivity of the metal resistor used for the metal resistor thin film 3 is about one order of magnitude higher than the conductivity of the amorphous semiconductor used for the amorphous semiconductor thin film 2. Therefore, the thermoelectromotive force of the thermocouple element 7 according to the present invention is approximately lower than that in the case where the thermocouple element is constructed by providing a second amorphous semiconductor thin film on the illustrated metal resistor thin film 3. A thermocouple element with a structure capable of impedance matching is constructed, although it is only half of the size.

第3図は本発明に係る熱電対素子を応用した電
力検出素子の一実施例を示している平面図、第4
図は第3図の矢視Y−Yの断面図である。
FIG. 3 is a plan view showing an embodiment of a power detection element to which the thermocouple element according to the present invention is applied;
The figure is a sectional view taken along arrow YY in FIG. 3.

第3図、第4図において、絶縁性基板11上に
は第1図、第2図で説明した本発明に係る熱電対
素子が向きを逆にして並列に並べて構成されてい
る。すなわち、互にその一部が接触し、オーミツ
ク特性を有する接触部15と15′をそれぞれ形
成するアモルフアス半導体薄膜12と12′及び
金属抵抗体薄膜13と13′とが、絶縁性基板1
1上に設けられている。アモルフアス半導体薄膜
12及び金属抵抗体薄膜13′には図示の如く、
前記各接触部15及び15′から隔れた位置にそ
の一部を接触してオーミツク電極14A及び電極
14Cが設けられている。また前記各接触部15
及び15′から隔れた位置にアモルフアス半導体
薄膜12′と金属抵抗体薄膜13とが互にその一
部を接触し、更にその上側に前記金属抵抗体薄膜
13の一部と接触しているオーミツク電極14B
が設けられている。
3 and 4, the thermocouple elements according to the present invention explained in FIGS. 1 and 2 are arranged in parallel on an insulating substrate 11 with their directions reversed. That is, the amorphous semiconductor thin films 12 and 12' and the metal resistor thin films 13 and 13', which partially contact each other and form contact portions 15 and 15' having ohmic characteristics, are attached to the insulating substrate 1.
It is located on 1. As shown in the figure, the amorphous semiconductor thin film 12 and the metal resistor thin film 13' are
Ohmic electrodes 14A and 14C are provided at positions separated from each of the contact portions 15 and 15' and partially in contact with the contact portions 15 and 15'. In addition, each contact portion 15
and 15', the amorphous semiconductor thin film 12' and the metal resistor thin film 13 are partially in contact with each other, and an ohmic film above the amorphous semiconductor thin film 12' and the metal resistor thin film 13 is in contact with a part of the metal resistor thin film 13. Electrode 14B
is provided.

このように構成された電力検出素子18は、ア
モルフアス半導体薄膜12と金属抵抗体薄膜13
との接触部15及びアモルフアス半導体薄膜1
2′との金属抵抗体薄膜13′との接触部15′と
が温接点となり、アモルフアス半導体薄膜12と
オーミツク電極14Aとの接触部16A、及び金
属抵抗体薄膜13′と電極14Cとの接触部、及
びアモルフアス半導体薄膜12′と金属抵抗体薄
膜13との接触部16Bとが冷接点となる。
The power detection element 18 configured in this way includes an amorphous semiconductor thin film 12 and a metal resistor thin film 13.
contact portion 15 and amorphous semiconductor thin film 1
The contact area 15' between the metal resistor thin film 13' and the metal resistor thin film 13' becomes a hot junction, the contact area 16A between the amorphous semiconductor thin film 12 and the ohmic electrode 14A, and the contact area between the metal resistor thin film 13' and the electrode 14C. , and the contact portion 16B between the amorphous semiconductor thin film 12' and the metal resistor thin film 13 serve as cold contacts.

電力検出素子18を用いて構成した電力検出装
置の一実施例を第5図に示す。第5図において、
符号14A,14B,14C,18は第3図のも
のに対応する。符号20は被測定信号、21はカ
ツプリングコンデンサ、22はバイパスコンデン
サ、23は増幅器、24は表示装置、25,2
5′はアースを表わしている。
An example of a power detection device constructed using the power detection element 18 is shown in FIG. In Figure 5,
Reference numerals 14A, 14B, 14C, and 18 correspond to those in FIG. Reference numeral 20 indicates a signal to be measured, 21 indicates a coupling capacitor, 22 indicates a bypass capacitor, 23 indicates an amplifier, 24 indicates a display device, 25, 2
5' represents earth.

カツプリングコンデンサ21を介して入力され
た被測定信号は直接電力検出素子18内で吸収さ
れ、熱電変換されてその熱起電力が出力端子のオ
ーミツク電極14Aと電極14Cとの間に現われ
る。第5図から判る様に、電力検出素子18の入
力インピーダンスは第1図、第2図で説明した熱
電対素子7の1個分にほゞ相当し、インピーダン
ス整合がとられることを示している。
The signal to be measured inputted via the coupling capacitor 21 is directly absorbed within the power detection element 18, thermoelectrically converted, and its thermoelectromotive force appears between the output terminal ohmic electrodes 14A and 14C. As can be seen from FIG. 5, the input impedance of the power detection element 18 almost corresponds to one thermocouple element 7 explained in FIGS. 1 and 2, indicating that impedance matching is achieved. .

電力検出素子18のオーミツク電極14Aと1
4B、及びオーミツク電極14Bと電極14Cと
の間にはそれぞれ式(1)で示される熱起電力が発生
しているので、上記オーミツク電極14Aと電極
14Cとの間には1対の熱電対素子に発生した和
の起電力即ち、V=2(αa+αn)ΔTが現われる。
該和の起電力は増幅器23で増幅された後、表示
装置24に表示される。
Ohmic electrodes 14A and 1 of power detection element 18
4B, and between the ohmic electrode 14B and the electrode 14C, a thermoelectromotive force shown by the formula (1) is generated, so a pair of thermocouple elements is provided between the ohmic electrode 14A and the electrode 14C. The sum of the electromotive forces generated in , that is, V=2(α an )ΔT appears.
The sum of the electromotive forces is amplified by the amplifier 23 and then displayed on the display device 24.

また第5図から判るように、電力検出素子18
のオーミツク電極14Aは接地され、かつ電極1
4Cはバイパスコンデンサ22を介して高周波的
に接地されており、出力端子用リード線によつて
もたらされる浮遊インダクタンスが被測定信号系
にフイードバツクされないので、低周波から超高
周波にわたつて入力定在波比を低く一定に抑える
ことができ、従がつて電力検出素子18を用いて
構成した電力検出装置は、低周波から超高周波に
わたる電力を検出、測定することができる。
Moreover, as can be seen from FIG. 5, the power detection element 18
Ohmic electrode 14A is grounded, and electrode 1
4C is grounded at high frequency via the bypass capacitor 22, and the stray inductance caused by the output terminal lead wire is not fed back to the signal system under test, so the input standing wave from low frequency to ultra-high frequency The ratio can be kept low and constant, and the power detection device configured using the power detection element 18 can therefore detect and measure power ranging from low frequencies to very high frequencies.

第6図は本発明に係る熱電対素子を応用した光
パワー検出素子の一実施例を示している平面図、
第7図は第6図の矢視Z−Zの断面図である。
FIG. 6 is a plan view showing an embodiment of an optical power detection element to which a thermocouple element according to the present invention is applied;
FIG. 7 is a sectional view taken along arrow Z-Z in FIG. 6.

第6図、第7図において、符号1ないし7は第
1図、第2図のものに対応する。符号37は光吸
収膜、38は光パワー検出素子を表わしている。
In FIGS. 6 and 7, numerals 1 to 7 correspond to those in FIGS. 1 and 2. Reference numeral 37 represents a light absorption film, and 38 represents an optical power detection element.

光パワー検出素子38は第1図、第2図で説明
した熱電対素子7の温接点を形成するアモルフア
ス半導体薄膜2と金属抵抗体薄膜3との接触部5
の面上に光吸収膜37が設けられている。該光吸
収膜37は、金黒、カーボンブラツク或いは組成
比の異なつたアモルフアス半導体薄膜等で構成さ
れる。
The optical power detection element 38 is a contact portion 5 between the amorphous semiconductor thin film 2 and the metal resistor thin film 3 that forms the hot junction of the thermocouple element 7 explained in FIGS. 1 and 2.
A light absorption film 37 is provided on the surface. The light absorption film 37 is made of gold black, carbon black, or an amorphous semiconductor thin film having a different composition ratio.

以上の実施例で説明した熱電対素子、該熱電対
素子を応用した電力検出素子及び光パワー検出素
子は、それぞれ1対或いは2対の熱電対素子の構
成のものについて述べたが、構造上容易に想像で
きるように、1対或いは2対以上をカスケード状
に接続した多対形熱電対素子を構成することがで
き、しかもこの場合はオーミツク電極間の出力電
力(熱起電力)と入力インピーダンスは、それぞ
れ熱電対素子数に比例して大きくなるので、測定
精度及び所望の入力インピーダンス等に合わせた
設計ができる。
The thermocouple elements, power detection elements and optical power detection elements using the thermocouple elements described in the above embodiments have been described as having one or two pairs of thermocouple elements, respectively, but they can be easily constructed. As you can imagine, a multi-pair thermocouple element can be constructed by connecting one or more pairs in a cascade, and in this case, the output power (thermoelectromotive force) and input impedance between the ohmic electrodes are , each increase in size in proportion to the number of thermocouple elements, so it is possible to design according to measurement accuracy, desired input impedance, etc.

次に熱電対素子の製造方法について述べる。絶
縁性基板1にグロー放電法を用いてP形或いはn
形アモルフアス半導体薄膜2を堆積したのち、蒸
着法等により金属抵抗体薄膜3を形成する。パタ
ーニングにはフオトエツチング技術又はメタルマ
スクを用いる。次にP形或いはn形アモルフアス
半導体薄膜2および金属抵抗体薄膜3の各一部に
オーミツク電極4および電極4′を設ける。オー
ミツク電極材料としてはそれぞれAl、Au、W、
NiCr、Pt等が使いられる。特にアモルフアス半
導体薄膜用電極材料の一例としてはNiCr500Å/
Au3000Åの多層構造のものが優れている。
Next, a method for manufacturing the thermocouple element will be described. P type or n type is formed on the insulating substrate 1 using the glow discharge method.
After depositing the amorphous semiconductor thin film 2, a metal resistor thin film 3 is formed by vapor deposition or the like. For patterning, a photoetching technique or a metal mask is used. Next, an ohmic electrode 4 and an electrode 4' are provided on each portion of the P-type or n-type amorphous semiconductor thin film 2 and the metal resistor thin film 3. Ohmic electrode materials include Al, Au, W,
NiCr, Pt, etc. are used. In particular, as an example of electrode materials for amorphous semiconductor thin films, NiCr500Å/
A multilayer structure of Au3000Å is excellent.

光パワー検出素子の製造方法としては、前記熱
電対素子の製造方法に述べた工程に、光吸収膜3
7を形成する工程を追加する。光吸収膜形成に
は、グロー放電法、あるいは真空蒸着法等を用い
ることができる。次にグロー放電法について若干
述べる。グロー放電法には直流電界中でグロー放
電を発生させるDCグロー放電法と高周波電界中
でグロー放電を発生させるRFグロー放電法があ
る。第8図はRFグロー放電法により、絶縁性基
板等のアモルフアスSi薄膜を堆積させる装置例で
ある。この装置は真空容器40と真空容器40内
に平行に配列されたアノード44およびカソード
45、ガス43を真空容器40内に給気又は排気
するための給気口41および排気口42、アノー
ド44およびカソード45を加熱するヒータ4
7,47′等から構成される。絶縁性基板46は
アノード45上に置かれる。ガス43としては、
通常SiH4又はSiF4とH2の混合ガスにドーピング
ガス(例えばPH3、AsH3、B2H6等)を添加した
ものが用いられる。グロー放電中の真空圧力は数
Torr、電圧Eは高周波電圧が使用され、その電
圧はほぼ一定で電流は1〜100mA/cm2であり、
ガス反応の大部分は陽光柱(プラズマ48)内で
起る。特に、このグロー放電法では基板温度が
400℃以下という低温度でアモルフアス半導体薄
膜を堆積できるという特徴を有する(従来の薄膜
製造のための熱分解法では基板温度として500〜
700℃が必要であつた)。DCグロー放電法を用い
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3cm、基板温度250〜450
℃、SiF4/H2=1〜10、B2H6/SiF4=100〜
2500ppm、PH3/SiF4=100〜2500ppmである。
この条件で堆積したアモルフアス半導体薄膜とし
て、導電率σ=20(Ω・cm)-1以上のものが容易に
得られている。半導体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。又、磁界を印加する方法も有効である。以
上の方法を用いて半導体薄膜を堆積した場合、ア
モルフアス膜中に100Å前後の微細な結晶相が含
まれたり、多結晶的性質を示すようになるが熱電
能特性は保持される。このように熱電能特性が保
持されている微細な結晶相を包含しているものも
含めて本明細書の冒頭部分で定義したアモルフア
ス半導体の中に入れている。
The method for manufacturing the optical power detection element includes adding the light absorption film 3 to the process described in the method for manufacturing the thermocouple element.
7 is added. A glow discharge method, a vacuum evaporation method, or the like can be used to form the light absorption film. Next, we will briefly discuss the glow discharge method. Glow discharge methods include the DC glow discharge method, which generates glow discharge in a direct current electric field, and the RF glow discharge method, which generates glow discharge in a high frequency electric field. FIG. 8 shows an example of an apparatus for depositing an amorphous Si thin film on an insulating substrate or the like by the RF glow discharge method. This device consists of a vacuum container 40, an anode 44 and a cathode 45 arranged in parallel inside the vacuum container 40, an air supply port 41 and an exhaust port 42 for supplying or exhausting gas 43 into the vacuum container 40, an anode 44 and a cathode 45, Heater 4 that heats cathode 45
7, 47', etc. An insulating substrate 46 is placed on the anode 45. As gas 43,
Usually, a mixture gas of SiH 4 or SiF 4 and H 2 to which a doping gas (for example, PH 3 , AsH 3 , B 2 H 6 , etc.) is added is used. The vacuum pressure during glow discharge is several
Torr, voltage E is a high frequency voltage, the voltage is almost constant and the current is 1 to 100 mA/cm 2 ,
Most of the gas reactions occur within the positive column (plasma 48). In particular, in this glow discharge method, the substrate temperature
It has the characteristic that amorphous semiconductor thin films can be deposited at a low temperature of 400℃ or less (conventional pyrolysis methods for thin film production have a substrate temperature of 500℃ or less).
(700℃ was required). An example of deposition conditions using the DC glow discharge method is a discharge pressure of 0.1~
10Torr, discharge current 1-100mA/cm 2 , discharge voltage
500~800V, electrode spacing 3cm, substrate temperature 250~450
°C, SiF 4 /H 2 = 1~10, B 2 H 6 /SiF 4 = 100~
2500ppm, PH3 / SiF4 =100-2500ppm.
As an amorphous semiconductor thin film deposited under these conditions, a conductivity of σ = 20 (Ω·cm) -1 or higher is easily obtained. A common method for increasing the conductivity of a semiconductor thin film is to increase the discharge current or increase the proportion of doping gas. A method of applying a magnetic field is also effective. When a semiconductor thin film is deposited using the above method, the amorphous film contains a fine crystal phase of around 100 Å or exhibits polycrystalline properties, but the thermoelectric properties are maintained. In this way, semiconductors including those containing fine crystalline phases that maintain thermoelectric properties are included in the amorphous semiconductor defined at the beginning of this specification.

又、Si−Geの合金形アモルフアス半導体薄膜
も高い導電率が得られる。この場合、GeH4の混
合ガスにB2H6又はPH3、AsH3のドーピングガス
を添付したものを用い、RF又はDCグロー放電法
を用いてアモルフアス半導薄膜を堆積させる。
Further, Si-Ge alloy type amorphous semiconductor thin films can also have high conductivity. In this case, an amorphous semiconductor thin film is deposited using a mixed gas of GeH 4 with a doping gas of B 2 H 6 or PH 3 or AsH 3 using an RF or DC glow discharge method.

以上説明した如く、本発明によれば次のような
効果を有する。
As explained above, the present invention has the following effects.

(1) 熱電能、導電率が共に大きいアモルフアス半
導体と熱電能の極性が異なる金属抵抗体とを組
み合わせたので、高周波帯に対してインピーダ
ンス整合が行なえるような熱電対素子が構成で
き、該熱電対素子を応用して直熱形の高周波電
力検出装置等を構成することができる。
(1) By combining an amorphous semiconductor with high thermoelectric power and high conductivity and a metal resistor with a different polarity of thermoelectric power, a thermocouple element that can perform impedance matching in the high frequency band can be constructed. By applying the paired elements, a direct heating type high frequency power detection device or the like can be constructed.

(2) フオトエツチング技術に代表される微細加工
技術が使用できるので超小形の熱電対素子およ
び本熱対素子を応用した電力検出素子や光パワ
ー検出素子等を構成することができる。
(2) Since microfabrication technology represented by photoetching technology can be used, it is possible to construct power detection elements, optical power detection elements, etc. that apply ultra-small thermocouple elements and the present thermocouple elements.

(3) 高周波電力検出素子等が直熱形に構成できる
ので、従来の傍熱形に比して片面加工の電力検
出素子ですみ、従がつて製造工程が少なくなつ
て安価な電力検出装置等が可能となる。
(3) Since the high-frequency power detection element, etc. can be constructed as a directly heated type, a single-sided power detection element is required compared to the conventional indirectly heated type, which reduces the number of manufacturing steps, resulting in cheaper power detection devices, etc. becomes possible.

以上述べた如く、本発明に係る熱電対素子およ
びこの熱電対素子を応用した電力検出素子、光パ
ワー検出素子は、従来のものよりも幾多の利点を
有している。
As described above, the thermocouple element according to the present invention and the power detection element and optical power detection element to which this thermocouple element is applied have many advantages over conventional ones.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係る熱電対素子の一実施例を
示す平面図、第2図は第1図の矢視X−Xの断面
図、第3図は本発明に係る熱電対素子を応用した
電力検出素子の一実施例を示している平面図、第
4図は第3図の矢視Y−Yの断面図、第5図は電
力検出装置の一実施例を示している図、第6図は
本発明に係る熱電対素子を応用した光パワー検出
素子の一実施例を示している平面図、第7図は第
6図の矢視Z−Zの断面図、第8図はグロー放電
法に係る装置の一例を示している図。 図中、1,11,46は各絶縁性基板、2,1
2,12′は各アモルフアス半導体薄膜、3,1
3,13′は各金属抵抗体薄膜、4,14A,1
4Bは各オーミツク電極、4′,14Cは各電極、
5,6,6′,15,16A,16B,35は接
触部、7は熱電対素子、18は電力検出素子、2
0は被測定信号、21はカツプリングコンデン
サ、22はバイパスコンデンサ、23は増幅器、
24は表示装置、25,25′はアース、37は
光吸収膜、38は光パワー検出素子、40は真空
容器、41は給気口、42は排気口、43はガ
ス、44はアノード、45はカソード、47,4
7′は各ヒータ、48はプラズマをそれぞれ表わ
している。
Fig. 1 is a plan view showing an embodiment of the thermocouple element according to the present invention, Fig. 2 is a cross-sectional view taken along arrow X-X in Fig. 1, and Fig. 3 is an application of the thermocouple element according to the present invention. FIG. 4 is a plan view showing an embodiment of the power detection element, FIG. 4 is a sectional view taken along arrow Y-Y in FIG. 3, and FIG. Fig. 6 is a plan view showing an embodiment of an optical power detection element using the thermocouple element according to the present invention, Fig. 7 is a sectional view taken along arrow Z-Z in Fig. 6, and Fig. 8 is a glow The figure which shows an example of the apparatus based on the discharge method. In the figure, 1, 11, 46 are each insulating substrate, 2, 1
2, 12' are each amorphous semiconductor thin film, 3, 1
3, 13' are each metal resistor thin film, 4, 14A, 1
4B is each ohmic electrode, 4' and 14C are each electrode,
5, 6, 6', 15, 16A, 16B, 35 are contact parts, 7 is a thermocouple element, 18 is a power detection element, 2
0 is the signal to be measured, 21 is the coupling capacitor, 22 is the bypass capacitor, 23 is the amplifier,
24 is a display device, 25 and 25' are ground, 37 is a light absorption film, 38 is an optical power detection element, 40 is a vacuum container, 41 is an air supply port, 42 is an exhaust port, 43 is a gas, 44 is an anode, 45 is the cathode, 47,4
7' represents each heater, and 48 represents plasma.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 絶縁性基板1と;該絶縁性基板1上に設けら
れたアモルフアス半導体薄膜2と;前記絶縁性基
板1上に設けられ、該アモルフアス半導体薄膜2
の一部と接して形成された金属抵抗体薄膜3と;
該接触部5と隔離して前記アモルフアス半導体薄
膜2および金属抵抗体薄膜3の各一部に設けられ
たオーミツク電極4および電極4′とを備え、前
記アモルフアス半導体薄膜2と前記金属抵抗体薄
膜3との接触部5を温(冷)接点とし、前記アモ
ルフアス半導体薄膜2および金属抵抗体薄膜3と
前記オーミツク電極4および電極4′との各接触
部6,6′を冷(温)接点とすることにより前記
オーミツク電極4と電極4′との間に起電力が発
生するようにしたことを特徴とする熱電対素子。
1 an insulating substrate 1; an amorphous semiconductor thin film 2 provided on the insulating substrate 1; and an amorphous semiconductor thin film 2 provided on the insulating substrate 1;
a metal resistor thin film 3 formed in contact with a part of;
The amorphous semiconductor thin film 2 and the metal resistor thin film 3 each include an ohmic electrode 4 and an electrode 4' provided on each part of the amorphous semiconductor thin film 2 and the metal resistor thin film 3 in isolation from the contact portion 5. The contact portion 5 between the amorphous semiconductor thin film 2 and the metal resistor thin film 3 and the ohmic electrode 4 and the electrode 4' is used as a cold (hot) contact. A thermocouple element characterized in that an electromotive force is generated between the ohmic electrode 4 and the electrode 4'.
JP57091342A 1982-05-31 1982-05-31 Thermocouple element Granted JPS58209174A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57091342A JPS58209174A (en) 1982-05-31 1982-05-31 Thermocouple element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57091342A JPS58209174A (en) 1982-05-31 1982-05-31 Thermocouple element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58209174A JPS58209174A (en) 1983-12-06
JPH021379B2 true JPH021379B2 (en) 1990-01-11

Family

ID=14023740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57091342A Granted JPS58209174A (en) 1982-05-31 1982-05-31 Thermocouple element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS58209174A (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60124053U (en) * 1984-01-30 1985-08-21 アンリツ株式会社 twin thermocouple element
JP2876405B2 (en) * 1985-12-27 1999-03-31 アンリツ株式会社 Thin film thermocouple element
JP2577546B2 (en) * 1986-04-25 1997-02-05 アンリツ株式会社 Thermocouple element and its manufacturing method
JP5361279B2 (en) * 2008-08-18 2013-12-04 株式会社ダ・ビンチ Thermoelectric conversion element

Also Published As

Publication number Publication date
JPS58209174A (en) 1983-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2834202B2 (en) Infrared detector
Klonz et al. Accurate thin film multijunction thermal converter on a silicon chip (AC-DC standard)
US5393351A (en) Multilayer film multijunction thermal converters
JP4137196B2 (en) Infrared detector and manufacturing method thereof
Klonz et al. Development of thin-film multijunction thermal converters at PTB/IPHT
Iborra et al. IR uncooled bolometers based on amorphous Ge/sub x/Si/sub 1-x/O/sub y/on silicon micromachined structures
US8758650B2 (en) Graphene-based thermopile
AU603918B2 (en) Mass air flow sensors
JP2006304290A (en) Bolometric detector, and device for detecting submillimetric and millimetric electromagnetic waves by using the same
Hashimoto et al. Si monolithic microbolometers of ferroelectric BST thin film combined with readout FET for uncooled infrared image sensor
JP3258066B2 (en) Manufacturing method of thermopile type infrared sensor
JP3573754B2 (en) Temperature sensor structure
JPH0590011A (en) Thermosensitive resistor and its manufacture
Hiromoto et al. Room-temperature THz antenna-coupled microbolometer with a Joule-heating resistor at the center of a half-wave antenna
JPH021379B2 (en)
Liu et al. Study on new structure uncooled a-Si microbolometer for infrared detection
Ahmed et al. Characterization of an amorphous ge/sub x/si/sub 1-x/o/sub y/microbolometer for thermal imaging applications
JPS58139475A (en) Strain gauge
Gray et al. Semiconducting YBaCuO as infrared-detecting bolometers
JPH0227826B2 (en)
US20200191659A1 (en) High speed graphene oxide bolometers and methods for manufacturing the same
JP2000356545A (en) Infrared detection element and its manufacture
JPH0227827B2 (en)
JP2876405B2 (en) Thin film thermocouple element
JPH03274708A (en) Heat sensitive device