JPH0354842B2 - - Google Patents

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JPH0354842B2
JPH0354842B2 JP61134619A JP13461986A JPH0354842B2 JP H0354842 B2 JPH0354842 B2 JP H0354842B2 JP 61134619 A JP61134619 A JP 61134619A JP 13461986 A JP13461986 A JP 13461986A JP H0354842 B2 JPH0354842 B2 JP H0354842B2
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Japan
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thermistor
thin film
composite oxide
manufacturing
temperature
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  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、例えば複写機のトナー定着ローラや
オフイス・オートメシヨン(OA)機器の感熱部
等に温度検出器として使用する薄膜サーミスタの
製造方法の改良に関する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for manufacturing a thin film thermistor used as a temperature detector in, for example, a toner fixing roller of a copying machine or a heat sensitive part of office automation (OA) equipment. Regarding the improvement of

(従来の技術) 従来、複写機のトナー定着ローラや前記OA機
器等においては、その温度を検出すべき対象物に
サーミスタを機械的に接触させ、100℃〜300℃の
温度範囲で温度を検出している。
(Prior Art) Conventionally, in the toner fixing roller of a copying machine, the above-mentioned office automation equipment, etc., a thermistor is mechanically brought into contact with the object whose temperature is to be detected, and the temperature is detected in the temperature range of 100°C to 300°C. are doing.

ところで、この種のサーミスタは、成分および
製造方法等から種々のものが開発されており、例
えば金属複合酸化物焼結サーミスタ、Sic薄膜サ
ーミスタ、金属複合酸化物薄膜サーミスタ等が挙
げられる。
By the way, various types of thermistors of this kind have been developed based on their components, manufacturing methods, etc., such as metal composite oxide sintered thermistors, SiC thin film thermistors, metal composite oxide thin film thermistors, and the like.

金属複合酸化物焼結サーミスタは、マンガン
Mn、コバルトCo、ニツケルNiまたはMn,
Co,Niを主成分としこれに銅Cuまたは鉄Fe等
を加えた金属複合酸化物を混合して成型すると
ともに、1200℃〜1300℃の高温で焼結して作つ
たものである。
Metal composite oxide sintered thermistor is manganese
Mn, Cobalt Co, Nickel Ni or Mn,
It is made by mixing and molding a metal composite oxide whose main components are Co and Ni, with the addition of copper, Cu or iron, and then sintering at a high temperature of 1200°C to 1300°C.

Sic薄膜サーミスタは、Sic焼結体をターゲツ
トとし、アルゴンArガス雰囲気中で高周波ス
パッタリングにより、アルミナ基板上にSic薄
膜を形成させたものである。スパツタリング中
の基板温度は650℃〜750℃である 金属複合酸化物薄膜サーミスタには2種類あ
り、その1つは、Mn,Co,Niの中の2〜3成
分中にクロムCrまたはFe等を加えたサーミス
タ材料を用いて焼結ターゲツトを作製する。さ
らに、この焼結ターゲツトを用いてArガス雰
囲気中でスパツタによりアルミナ基板上に薄膜
を形成する。次いで、大気中で熱処理して薄膜
サーミスタを完成する。他のもう1つは、
Mn3Co2Ni1よりなる酸化物の焼結ターゲット
を使用し、Arに体積比で3%以上の酸素を混
合させたスパツタガス中で400℃〜500℃に加熱
した高融点ガラス基板上にサーミスタ薄膜を形
成したものである。
A SiC thin film thermistor is a SiC thin film formed on an alumina substrate by high frequency sputtering in an argon gas atmosphere using a SiC sintered body as a target. The substrate temperature during sputtering is 650°C to 750°C. There are two types of metal composite oxide thin film thermistors, one of which contains chromium Cr or Fe in two to three components of Mn, Co, and Ni. A sintered target is made using the added thermistor material. Furthermore, using this sintered target, a thin film is formed on an alumina substrate by sputtering in an Ar gas atmosphere. Next, heat treatment is performed in the atmosphere to complete the thin film thermistor. Another one is
A thermistor thin film is formed on a high melting point glass substrate using a sintered target of Mn3Co2Ni1 oxide and heated to 400°C to 500°C in a sputtering gas containing Ar mixed with 3% or more oxygen by volume. It is.

(発明が解決しようとする問題点) しかし、以上のようなサーミスタには次に述べ
る様な種々の問題点がある。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the thermistor described above has various problems as described below.

金属複合酸化物焼結サーミスタは、小型化に
不向きであり、かつ、熱応答時定数を短くする
のが困難である。
Metal composite oxide sintered thermistors are not suitable for miniaturization, and it is difficult to shorten the thermal response time constant.

次に、Sic薄膜サーミスタは、結晶性によい
安定なSic膜を得るためには基板の温度を650℃
〜750℃と高くすることが必要であり、生産性
の低下が否めない。また、サーミスタ定数が約
2000Kと小さく、温度変化による抵抗値の変化
が少ないために高精度に温度を検出できない。
サーミスタ定数が温度に依存して変化する。こ
の結果、広範囲にわたつて温度を検出する場
合、その直線性が劣る。また、スパツタガス中
に微量の窒素が混入すると抵抗値が大きく変化
し、一定の品質のものを得るのが困難である。
Next, for SiC thin film thermistors, in order to obtain a stable SiC film with good crystallinity, the temperature of the substrate must be raised to 650℃.
It is necessary to raise the temperature to ~750°C, which undeniably lowers productivity. Also, the thermistor constant is approximately
Since it is small at 2000K and its resistance value changes little due to temperature changes, it is not possible to detect temperature with high accuracy.
Thermistor constant changes depending on temperature. As a result, when temperature is detected over a wide range, linearity is poor. Further, if a small amount of nitrogen is mixed into the sputtering gas, the resistance value changes greatly, making it difficult to obtain a product of constant quality.

金属複合酸化物薄膜サーミスタは、スパツタ
のままであるので熱的に不安定であつてサーミ
スタとして使用し難い。このため1000℃前後の
高温で熱処理する必要がある。また、サーミス
タの特性は熱処理温度に依存し、条件設定が困
難である。結晶性のよい熱的に安定な薄膜サー
ミスタを得るためには、基板温度を高温度
(400℃〜500℃)にする必要があり、Sic薄膜サ
ーミスタと同様に生産性の低下は否めない。
Metal composite oxide thin film thermistors are thermally unstable and difficult to use as a thermistor because they remain in the form of spatter. For this reason, it is necessary to perform heat treatment at a high temperature of around 1000°C. Furthermore, the characteristics of the thermistor depend on the heat treatment temperature, making it difficult to set the conditions. In order to obtain a thermally stable thin film thermistor with good crystallinity, it is necessary to raise the substrate temperature to a high temperature (400°C to 500°C), which undeniably reduces productivity as with SiC thin film thermistors.

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、サ
ーミスタ定数が大きく熱安定性に優れ、熱応答時
定数が極めて短く、かつ、生産性および量産性に
適する薄膜サーミスタの製造方法を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a method for manufacturing a thin film thermistor that has a large thermistor constant, is excellent in thermal stability, has an extremely short thermal response time constant, and is suitable for productivity and mass production. purpose.

(問題点を解決するための手段) 本発明による薄膜サーミスタの製造方法は、絶
縁性基板上に、Mn,Co,Niの複合酸化物または
Mn,Co,Niの2〜3成分にAl,Fe,Cr,Cuの
中の1つ以上の成分を加えた複合酸化物の焼結体
をターゲツトとして使用し、かつ、前記基板を加
熱することなくArガス雰囲気中で高周波スパッ
タリングにより前記成分の複合酸化物のサーミス
タ薄膜を形成し、その後、大気中で熱処理して製
造するものである。
(Means for Solving the Problems) The method for manufacturing a thin film thermistor according to the present invention includes forming a composite oxide of Mn, Co, and Ni on an insulating substrate.
Using as a target a sintered body of a composite oxide in which two to three components of Mn, Co, and Ni are added with one or more components of Al, Fe, Cr, and Cu, and heating the substrate. Instead, a thermistor thin film of a composite oxide of the above components is formed by high-frequency sputtering in an Ar gas atmosphere, and then heat-treated in the atmosphere.

(作用) 従つて、以上のような手段による薄膜サーミス
タの製造方法によれば、絶縁性基板上に該基板を
加熱することなく金属複合酸化物薄膜を形成した
後、大気中で熱処理するすることにより、熱的安
定性を図り、熱応答時定数の短いものを作製し、
生産性および量産性に適した製造工程とするもの
である。
(Function) Therefore, according to the method for manufacturing a thin film thermistor using the above means, a metal composite oxide thin film is formed on an insulating substrate without heating the substrate, and then heat treatment is performed in the atmosphere. In order to improve thermal stability, we created a product with a short thermal response time constant.
The manufacturing process is suitable for productivity and mass production.

(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。第1図は薄膜サーミスタの断面を示す
図であつて、1は絶縁性基板であつて、これは例
えば単結晶シリコン基板上に、例えば熱酸化、
CVD法またはスパツタ法を用いて酸化シリコン、
窒化シリコンアルミナ等の絶縁層を施したものを
使用する。この絶縁性基板1の上側にサーミスタ
薄膜2が形成される。このサーミスタ薄膜2の形
成にあつては、Mn,Co,Niの金属複合酸化物ま
たはMn,Co,Niの中に2〜3成分にAl,Cr,
Cu,Fe等の中の1つ以上の成分を加えた金属複
合酸化物を焼結してターゲツトとする。この焼結
ターゲツトは通常のサーミスタ材料の一般的製造
方法により製作したものでもよい。勿論、前記成
分の金属複合酸化物焼結体であれば、他の方法で
製造したものでもよい。そして、以上のようなタ
ーゲツトを用いてArガス雰囲気中で高周波スパ
ッタリングを行い、前記絶縁基板上に前記成分の
金属複合酸化物のサーミスタ薄膜2を形成する。
この高周波スパッタリング中、絶縁性基板1は加
熱しない。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a thin film thermistor, and 1 is an insulating substrate, which is formed by, for example, thermal oxidation on a single crystal silicon substrate.
Silicon oxide using CVD method or sputtering method,
Use a material coated with an insulating layer such as silicon nitride alumina. A thermistor thin film 2 is formed on the upper side of this insulating substrate 1. In forming the thermistor thin film 2, a metal composite oxide of Mn, Co, and Ni or two to three components of Al, Cr, and Mn, Co, and Ni are used.
A metal composite oxide containing one or more of Cu, Fe, etc. is used as a target by sintering. The sintered target may be manufactured using conventional methods for manufacturing conventional thermistor materials. Of course, the metal composite oxide sintered body having the above-mentioned components may be manufactured by other methods. Then, high frequency sputtering is performed in an Ar gas atmosphere using the target as described above to form a thermistor thin film 2 of the metal composite oxide of the above components on the insulating substrate.
During this high frequency sputtering, the insulating substrate 1 is not heated.

そして、以上のようにしてサーミスタ薄膜形成
後、高周波スパッタリングにより酸化シリコン、
アルミナ等の保護膜3を形成する。この時の保護
膜3の形成は熱処理による比抵抗の変化を最小限
とし処理時間を短縮する。なお、保護膜3を設け
たのは、金属複合酸化物のサーミスタでは組成中
の酸素の比率が温度に依存して変化し、比抵抗の
熱的安定性を阻害するので、それを解決するため
に保護膜3を設けたものである。次いで、大気中
において使用温度よりやや高い温度で50〜250時
間熱処理を行う。図中4は電極を示す。
After forming the thermistor thin film as described above, silicon oxide is formed by high frequency sputtering.
A protective film 3 made of alumina or the like is formed. The formation of the protective film 3 at this time minimizes the change in specific resistance due to heat treatment and shortens the processing time. The reason why the protective film 3 was provided was to solve the problem that in metal composite oxide thermistors, the proportion of oxygen in the composition changes depending on the temperature, which inhibits the thermal stability of the resistivity. A protective film 3 is provided on the top. Next, heat treatment is performed in the atmosphere at a temperature slightly higher than the operating temperature for 50 to 250 hours. In the figure, 4 indicates an electrode.

従つて、上記製造方法によれば、絶縁性基板1
上に形成した金属複合酸化物2は微細であるが安
定な結晶構造を持つており、比較的低い温度であ
つても充分に長い時間熱処理することにより、熱
的に安定した経時変化のないものを製造すること
ができる。
Therefore, according to the above manufacturing method, the insulating substrate 1
The metal composite oxide 2 formed above has a fine but stable crystal structure, and by heat treatment for a sufficiently long time even at a relatively low temperature, it can be made thermally stable and does not change over time. can be manufactured.

次に、サーミスタ薄膜2の製造具体例およびそ
の製造された薄膜サーミスタの特性について述べ
る。
Next, a specific example of manufacturing the thermistor thin film 2 and the characteristics of the manufactured thin film thermistor will be described.

第1の製造具体例について。 Regarding the first manufacturing example.

先ず、Mn−35Ni−4Al(wt%)の金属酸化物
焼結体をターゲツトとして用意し、このターゲツ
トを用いて圧力1mTorrのArガス雰囲気中で高周
波スパッタリングにより、前記絶縁性基板1上に
複合酸化物のサーミスタ薄膜2を形成した。この
とき、高周波電力が200W、成膜速度が0.8μm/
時である。このスパツタリング中、基板1は加熱
していない。さらに、酸化シリコンを用いて保護
膜3を形成した。しかる後、大気中で3000℃、
100時間熱処理した。その結果、サーミスタ定数
が4950K、比抵抗が2500Ω・cm(100℃)の薄膜
サーミスタが得られた。
First, a metal oxide sintered body of Mn-35Ni-4Al (wt%) is prepared as a target, and using this target, composite oxide is formed on the insulating substrate 1 by high frequency sputtering in an Ar gas atmosphere at a pressure of 1 mTorr. A thermistor thin film 2 was formed. At this time, the high frequency power was 200W, and the deposition rate was 0.8μm/
It's time. During this sputtering, the substrate 1 is not heated. Furthermore, a protective film 3 was formed using silicon oxide. After that, at 3000℃ in the atmosphere,
Heat treated for 100 hours. As a result, a thin film thermistor with a thermistor constant of 4950K and a specific resistance of 2500Ωcm (at 100°C) was obtained.

なお、上記製造例と同条件で岩塩上に透過電子
顕微鏡用試料を作製し、該電子顕微鏡を用いて観
察したところ微細ではあるが、安定したスピネル
構造が得られていることが明らかとなつた(第2
図参照)。
Furthermore, when a transmission electron microscope sample was prepared on rock salt under the same conditions as in the above production example and observed using the electron microscope, it became clear that a fine but stable spinel structure had been obtained. (Second
(see figure).

第2の製造具体例について。 Regarding the second manufacturing example.

このサーミスタ薄膜2の製造手段は、Mn−
15Co−5Ni(wt%)の金属酸化物焼結体をターゲ
ツトとして用意し、第1の製造具体例とほぼ同一
条件にて絶縁性基板1にサーミスタ薄膜2および
保護膜3を形成した。但し、成膜速度は1μm/時
とした。しかる後、大気中において200℃で熱処
理を行つた。第3図はその熱処理経時時間に対す
る比抵抗の関係を表わした図である。このときの
比抵抗の変化は第3図から明らかなように200時
間経時後約15%まで増大して一定となり、熱的に
安定した。この製造方法によりサーミスタ定数が
4500K、比抵抗が2500Ω・cm(100℃)の薄膜サ
ーミスタが得られた。
The manufacturing method of this thermistor thin film 2 is Mn-
A metal oxide sintered body of 15Co-5Ni (wt%) was prepared as a target, and a thermistor thin film 2 and a protective film 3 were formed on an insulating substrate 1 under substantially the same conditions as in the first manufacturing example. However, the film formation rate was 1 μm/hour. Thereafter, heat treatment was performed at 200°C in the air. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between specific resistance and heat treatment time. As is clear from FIG. 3, the change in resistivity at this time increased to about 15% after 200 hours and became constant, indicating thermal stability. This manufacturing method allows the thermistor constant to
A thin film thermistor with a resistivity of 2500Ω・cm (100℃) was obtained at 4500K.

従つて、以上のような実施例の薄膜サーミスタ
の製造方法によれば、サーミスタ薄膜2が例えば
0.5〜数μmの薄い膜厚に形成することができ、か
つ、サーミスタ定数が4500〜5000Kと高くでき
る。この結果、熱的安定性に優れ、かつ、熱時定
数の短い薄膜サーミスタを得ることができる。ま
た、サーミスタ薄膜2の形成時、絶縁性基板1を
加熱する必要がない。特に、真空中で絶縁性基板
1を加熱することは熱伝導が極めて不充分となる
ために長時間を要し、生産性を著くし低下させる
が、本製造方法はサーミスタ薄膜形成時に絶縁性
基板1を加熱することがなく、かつ、大気中での
熱処理時間は長時間にわたるものの、一度に大量
に処理することが可能であり、製造工程全体で考
えると生産性を大幅に向上させることができる。
Therefore, according to the method for manufacturing a thin film thermistor of the embodiments described above, the thermistor thin film 2 is, for example,
It can be formed to a thin film thickness of 0.5 to several μm, and the thermistor constant can be as high as 4500 to 5000K. As a result, a thin film thermistor with excellent thermal stability and a short thermal time constant can be obtained. Furthermore, there is no need to heat the insulating substrate 1 when forming the thermistor thin film 2. In particular, heating the insulating substrate 1 in a vacuum requires a long time due to extremely insufficient heat conduction, which significantly reduces productivity, but this manufacturing method 1 does not require heating, and although the heat treatment time in the atmosphere is long, it is possible to process a large amount at once, and when considering the entire manufacturing process, productivity can be significantly improved. .

(発明の効果) 以上詳記したように本発明によれば、サーミス
タ定数が大きく、熱的安定性に優れたものが得ら
れ、かつ、熱応答時定数を短くでき、生産性およ
び量産性を高め得る低コストの薄膜サーミスタの
製造方法を提供できる。
(Effects of the Invention) As detailed above, according to the present invention, a thermistor with a large constant and excellent thermal stability can be obtained, and the thermal response time constant can be shortened, improving productivity and mass production. It is possible to provide a method for manufacturing a thin film thermistor at a low cost that can be increased.

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

第1図ないし第3図は本発明の実施例を説明す
るために示したもので、第1図は薄膜サーミスタ
の断面図、第2図は透過電子顕微鏡で観察したサ
ーミスタ薄膜の金属組織を示す図、第3図は大気
中での熱処理経時時間とサーミスタ薄膜の比抵抗
との関係特性図である。 1…絶縁性基板、2…複合酸化物のサーミスタ
薄膜、3…保護膜。
Figures 1 to 3 are shown to explain embodiments of the present invention. Figure 1 is a cross-sectional view of a thin film thermistor, and Figure 2 shows the metal structure of the thermistor thin film observed with a transmission electron microscope. 3 are characteristic diagrams showing the relationship between the elapsed time of heat treatment in the atmosphere and the specific resistance of the thermistor thin film. 1... Insulating substrate, 2... Composite oxide thermistor thin film, 3... Protective film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 絶縁性基板上に、Mn,Co,Niの複合酸化物
またはMn,Co,Niの2〜3成分にAl,Fe,Cr,
Cuの中の1つ以上の成分を加えた複合酸化物の
焼結体をターゲツトとして使用し、かつ、前記基
板を加熱することなくArガス雰囲気中で高周波
スパッタリングにより前記成分による複合酸化物
のサーミスタ薄膜を形成し、その後、大気中で熱
処理して製造することを特徴とする薄膜サーミス
タの製造方法。
1. On an insulating substrate, a composite oxide of Mn, Co, and Ni or 2 to 3 components of Mn, Co, and Ni with Al, Fe, Cr,
Using a sintered body of a composite oxide containing one or more components of Cu as a target, the composite oxide thermistor made of the aforementioned components is produced by high-frequency sputtering in an Ar gas atmosphere without heating the substrate. A method for manufacturing a thin film thermistor, which comprises forming a thin film and then heat-treating it in the atmosphere.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1115937A (en) * 1965-02-25 1968-06-06 Victory Engineering Corp Method and apparatus for sputtering thin film resistance elements

Patent Citations (1)

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GB1115937A (en) * 1965-02-25 1968-06-06 Victory Engineering Corp Method and apparatus for sputtering thin film resistance elements

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