JPS6019641B2 - サ−ミスタ - Google Patents
サ−ミスタInfo
- Publication number
- JPS6019641B2 JPS6019641B2 JP2364980A JP2364980A JPS6019641B2 JP S6019641 B2 JPS6019641 B2 JP S6019641B2 JP 2364980 A JP2364980 A JP 2364980A JP 2364980 A JP2364980 A JP 2364980A JP S6019641 B2 JPS6019641 B2 JP S6019641B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- thermistor
- comb
- film
- resistant substrate
- 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
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、炭化珪素膜からなる感熱抵抗体を用いたサー
ミスタに関するものであり、熱応答速度が速く、信頼性
の高いサーミスタを提供しようとするするものである。
ミスタに関するものであり、熱応答速度が速く、信頼性
の高いサーミスタを提供しようとするするものである。
高信頼度のサーミス外ま、温度センサとして広く用いら
れる。炭化珪素バルク単結晶からなる高温半導体が、高
信頼度のサーミスタ形成に有用なものであることは知ら
れていたが、機械的強度が大きく、精密加工の困難なも
のであることから、工業的に実用されなかった。出願人
においては、炭化珪素バルク単結晶の代ゆこ、スパッタ
リング蒸着という工法で形成した薄膜の炭化珪素を用い
ると、高信頼度のサーミスタが製造できることを発見し
、これに基づき、炭化珪素膜を用いた新規なサーミスタ
の基本構成を発明した。その詳細については、椿関昭５
３−６３５５２号公報において明らかにされている。こ
の薄膜構造のサーミスタでは、被測定雰囲気からの汚染
を防ぐため、たとえばガラス管にサーミス夕素子を封入
して用いられる。そのため、サーミスタ素子そのものの
熱ＷＳ答速度が速くても、ガラス管に封入するため、結
果として、サーミスタの熱応答速度が遅くなるという欠
点があった。本発明は、この種のサーミス夕の構成に改
良を加えたもので、炭化珪素感Ｖ熱抵抗体の高信頼性と
薄膜個有の高速感応答性を兼ね備えさせたものである。
れる。炭化珪素バルク単結晶からなる高温半導体が、高
信頼度のサーミスタ形成に有用なものであることは知ら
れていたが、機械的強度が大きく、精密加工の困難なも
のであることから、工業的に実用されなかった。出願人
においては、炭化珪素バルク単結晶の代ゆこ、スパッタ
リング蒸着という工法で形成した薄膜の炭化珪素を用い
ると、高信頼度のサーミスタが製造できることを発見し
、これに基づき、炭化珪素膜を用いた新規なサーミスタ
の基本構成を発明した。その詳細については、椿関昭５
３−６３５５２号公報において明らかにされている。こ
の薄膜構造のサーミスタでは、被測定雰囲気からの汚染
を防ぐため、たとえばガラス管にサーミス夕素子を封入
して用いられる。そのため、サーミスタ素子そのものの
熱ＷＳ答速度が速くても、ガラス管に封入するため、結
果として、サーミスタの熱応答速度が遅くなるという欠
点があった。本発明は、この種のサーミス夕の構成に改
良を加えたもので、炭化珪素感Ｖ熱抵抗体の高信頼性と
薄膜個有の高速感応答性を兼ね備えさせたものである。
第１図は、本発明にかかるサーミスタの基本構造を示す
。
。
図において、このサーミスタの要部は、少なくとも耐熱
性基板１１と、その上に設けた一対の基底電極１２Ａ，
１２Ｂと、この基底電極１２Ａ，１２Ｂにわたって形成
された炭化珪素からなる感熱抵抗膜１３と、それを被覆
するガラス層１４とで構成されている。この場合、上記
電極１２Ａ，１２Ｂにはさらにリード線１５Ａ，１５Ｂ
がそれぞれ接続されている。発明者らは、この種の構成
のサーミスタにおいて、より信頼性を高めるには、基板
１１とガラス層１４に最適の材料があることを発見した
。
性基板１１と、その上に設けた一対の基底電極１２Ａ，
１２Ｂと、この基底電極１２Ａ，１２Ｂにわたって形成
された炭化珪素からなる感熱抵抗膜１３と、それを被覆
するガラス層１４とで構成されている。この場合、上記
電極１２Ａ，１２Ｂにはさらにリード線１５Ａ，１５Ｂ
がそれぞれ接続されている。発明者らは、この種の構成
のサーミスタにおいて、より信頼性を高めるには、基板
１１とガラス層１４に最適の材料があることを発見した
。
すなわち、上記基板１１として、耐熱性のアルミナ，ジ
ルコニア，チタニア，マグネシャ，もしくは酸化シリコ
ンの酸化物、例えばこれらの単結晶もしくは暁結体、ス
テアタイトもしくはフオルステラィトといった複合酸化
物、または窒化アルミニウム暁結体が有用である。この
場合、通常、基板に皮膜を形成するとき、皮膜の基板へ
の接着性を高めるため、基板の熱膨張率を皮膜に一致さ
せるが、スパッタリング蒸着で炭化珪素膜を形成したと
ころ、予想に反して上記の各種熱鰯彰張率を有する基板
にも、強固に炭化珪素膜が付着することを確認した。基
板１１上に設ける電極１２Ａ，１２８は耐熱性の材料で
、かつ上記基板１１への接着と、リード線１５Ａ，１５
Ｂの接着が可能であればよく、例えばＰｔ，Ｐｔ−Ａｕ
等の暁付け厚膜を用いればよい。この場合、特に重要で
あるのは、ガラス層１４の材質であることを発明者等は
発見した。すなわち、このガラス層１４は、炭化珪素膜
１３の外部からの汚染を防ぎ、従来必要としていた例え
ばガラス管封入構造を不必要にするものである。この目
的のためには、ガラス層１４が炭化珪素膜１３に密着し
、かつ繊密である必要がある。発明者らは、ソーダライ
ムガラス，鉛ガラス，棚珪酸ガラス、および高珪酸ガラ
スについて、繊密性、密着性等について調べた結果、下
表に示すごとく、棚珪酸ガラスが最も有効であることを
見つけた。この場合、棚珪酸ガラスの熱膨張率は（６０
〜７０）×１０‐７／℃程度で最適で、７０×１０‐７
／℃以上では、均一な被覆が困難になる。また、軟化点
については、６５０〜７００ｑｏが最適である。軟化点
が７００ｑＣ以上では作業温度が７００℃以上になるの
で、ガラス被覆する途中でサーミスタの特性が大中に変
化する場合があり、不便である。また６５０℃以下では
、サーミスタの耐熱性が低くなり、炭化珪素固有の高温
安定性の特長をいかすことができなくなり、実用性に欠
く。表〔ガラス層の土′ 上述したガラス層１４の基板１１あるいは炭化珪素膜１
３への接着性は、基板１１の材質あるいは炭化珪素膜１
３の表面の状態にも依存する。
ルコニア，チタニア，マグネシャ，もしくは酸化シリコ
ンの酸化物、例えばこれらの単結晶もしくは暁結体、ス
テアタイトもしくはフオルステラィトといった複合酸化
物、または窒化アルミニウム暁結体が有用である。この
場合、通常、基板に皮膜を形成するとき、皮膜の基板へ
の接着性を高めるため、基板の熱膨張率を皮膜に一致さ
せるが、スパッタリング蒸着で炭化珪素膜を形成したと
ころ、予想に反して上記の各種熱鰯彰張率を有する基板
にも、強固に炭化珪素膜が付着することを確認した。基
板１１上に設ける電極１２Ａ，１２８は耐熱性の材料で
、かつ上記基板１１への接着と、リード線１５Ａ，１５
Ｂの接着が可能であればよく、例えばＰｔ，Ｐｔ−Ａｕ
等の暁付け厚膜を用いればよい。この場合、特に重要で
あるのは、ガラス層１４の材質であることを発明者等は
発見した。すなわち、このガラス層１４は、炭化珪素膜
１３の外部からの汚染を防ぎ、従来必要としていた例え
ばガラス管封入構造を不必要にするものである。この目
的のためには、ガラス層１４が炭化珪素膜１３に密着し
、かつ繊密である必要がある。発明者らは、ソーダライ
ムガラス，鉛ガラス，棚珪酸ガラス、および高珪酸ガラ
スについて、繊密性、密着性等について調べた結果、下
表に示すごとく、棚珪酸ガラスが最も有効であることを
見つけた。この場合、棚珪酸ガラスの熱膨張率は（６０
〜７０）×１０‐７／℃程度で最適で、７０×１０‐７
／℃以上では、均一な被覆が困難になる。また、軟化点
については、６５０〜７００ｑｏが最適である。軟化点
が７００ｑＣ以上では作業温度が７００℃以上になるの
で、ガラス被覆する途中でサーミスタの特性が大中に変
化する場合があり、不便である。また６５０℃以下では
、サーミスタの耐熱性が低くなり、炭化珪素固有の高温
安定性の特長をいかすことができなくなり、実用性に欠
く。表〔ガラス層の土′ 上述したガラス層１４の基板１１あるいは炭化珪素膜１
３への接着性は、基板１１の材質あるいは炭化珪素膜１
３の表面の状態にも依存する。
発明者らは、上述したガラス層１４の材質は、とりわけ
、スパッタリング蒸着で形成した炭化珪素膜やアルミナ
磁器基板に最適であることを確認している。この場合炭
化珪素膜は、炭化珪素からなるターゲットを、例えばア
ルゴンガス雰囲気で高周波スパッタリング蒸着して形成
する。スパッタリング蒸着中の基板温度は５００〜８０
０ｑｏ程度とする。発明者らは、この種の炭化珪素膜が
、多結晶構造であることを確認している。また、基板材
質として、上述した各種の種類のうち、ァルミナ磁器が
加工性、耐熱性等から最も有用である。発明者らは、さ
らには、このサーミスタの基板電極の礎造と感熱抵抗膜
について改良を加えた。
、スパッタリング蒸着で形成した炭化珪素膜やアルミナ
磁器基板に最適であることを確認している。この場合炭
化珪素膜は、炭化珪素からなるターゲットを、例えばア
ルゴンガス雰囲気で高周波スパッタリング蒸着して形成
する。スパッタリング蒸着中の基板温度は５００〜８０
０ｑｏ程度とする。発明者らは、この種の炭化珪素膜が
、多結晶構造であることを確認している。また、基板材
質として、上述した各種の種類のうち、ァルミナ磁器が
加工性、耐熱性等から最も有用である。発明者らは、さ
らには、このサーミスタの基板電極の礎造と感熱抵抗膜
について改良を加えた。
第２図は、その構造の特徴を示す。同図２Ａの如く、基
底電極１２Ａ，１２Ｂは櫛型の構造がよい。この場合、
櫛型電極１２Ａ，１２Ｂは、パッド部１２ＡＩ，１２Ｂ
Ｉと櫛部１２Ａ２，１２Ｂ２で構成する。この種の櫛型
構造において、通常感熱抵抗膜１３は櫛型電極１２Ａ，
１２Ｂにわたって付着させるが、炭化珪素膜からなる感
熱抵抗膜１３を同図２Ｂ‘こ示すように櫛部１２Ａ２，
１２Ｂ２とパッド部１２ＡＩ，１２ＢＩの一部にまたが
るように付着させると、サーミスタの信頼性、例えば耐
熱特性が著しく向上することを、発明者らは見し、出し
た。すなわち、櫛部１２Ａ２，１２Ｂ２のみに上記炭化
珪素膜１３を付着させると、炭化珪素膜１３の歪力のた
めに、櫛型電極１２Ａ，１２Ｂの付根がいよいよ、切断
してしまう。そして、この断線現象は、鰭極１２Ａ，１
２Ｂのパッド部１２ＡＩ，１２ＢＩまで炭化珪素膜１３
を付着させると皆無になることを実験によって確認した
。なお、同図ｃは、図Ｂのａ−ａ′線に沿った断面を示
している。発明者はさらにこの種のサーミスタの基底電
極１２Ａ，１２Ｂ例えば櫛型電極の構造について改良を
加えた。
底電極１２Ａ，１２Ｂは櫛型の構造がよい。この場合、
櫛型電極１２Ａ，１２Ｂは、パッド部１２ＡＩ，１２Ｂ
Ｉと櫛部１２Ａ２，１２Ｂ２で構成する。この種の櫛型
構造において、通常感熱抵抗膜１３は櫛型電極１２Ａ，
１２Ｂにわたって付着させるが、炭化珪素膜からなる感
熱抵抗膜１３を同図２Ｂ‘こ示すように櫛部１２Ａ２，
１２Ｂ２とパッド部１２ＡＩ，１２ＢＩの一部にまたが
るように付着させると、サーミスタの信頼性、例えば耐
熱特性が著しく向上することを、発明者らは見し、出し
た。すなわち、櫛部１２Ａ２，１２Ｂ２のみに上記炭化
珪素膜１３を付着させると、炭化珪素膜１３の歪力のた
めに、櫛型電極１２Ａ，１２Ｂの付根がいよいよ、切断
してしまう。そして、この断線現象は、鰭極１２Ａ，１
２Ｂのパッド部１２ＡＩ，１２ＢＩまで炭化珪素膜１３
を付着させると皆無になることを実験によって確認した
。なお、同図ｃは、図Ｂのａ−ａ′線に沿った断面を示
している。発明者はさらにこの種のサーミスタの基底電
極１２Ａ，１２Ｂ例えば櫛型電極の構造について改良を
加えた。
第３図はその構造を示す。同図に示すごとく、基底電極
１２Ａ，１２Ｂは、基板１１の外縁と間隙をおいて形成
する。また、感Ｖ熱抵抗膜１３も基板１１の外縁と間隙
をおいて付着させる。この構造において、ガラス層１４
が基板１１の端面にまで流動接着し、サーミスタの電気
絶縁性が著しく向上する。さらに、ガラス層１４と感熱
抵抗膜１３との界面に、酸化珪素あるいは主成分が酸化
珪素の薄膜、例えば石英膜あるいはバィコールガラス膜
を介挿すると、ガラス層１４の感熱抵抗膜１３に対する
接着がより強固になり、繊密なガラス層１４を形成する
と、高信頼度のサーミスタが再現性よく製造し得ること
を確認した。
１２Ａ，１２Ｂは、基板１１の外縁と間隙をおいて形成
する。また、感Ｖ熱抵抗膜１３も基板１１の外縁と間隙
をおいて付着させる。この構造において、ガラス層１４
が基板１１の端面にまで流動接着し、サーミスタの電気
絶縁性が著しく向上する。さらに、ガラス層１４と感熱
抵抗膜１３との界面に、酸化珪素あるいは主成分が酸化
珪素の薄膜、例えば石英膜あるいはバィコールガラス膜
を介挿すると、ガラス層１４の感熱抵抗膜１３に対する
接着がより強固になり、繊密なガラス層１４を形成する
と、高信頼度のサーミスタが再現性よく製造し得ること
を確認した。
第４図にこの機成を示す。同図において、ガラス層１３
と感熱抵抗膜１４の界面に、上述した例えば石英あるし
、はバイコールガラスの層４１を介挿している。これら
の石英あるいはバィコールガラスの層は、ガラス層１３
を接着するまでに、例えばスパッタリング蒸着で、感熱
抵抗膜１４上に形成しておく。以上の説明で明らかなご
とく、本発明のサーミス外ま、耐熱性基板上に、信頼性
の高い炭化珪素膜をガラス層で完全に被覆している。こ
のため、被測定雰囲気が、汚染雰囲気であっても、従来
のごとく、サーミスタ素子をガラス管封入する必要はな
い。その結果、サーミス夕自身の熱容量が極力少なくな
り、熱りＥ、答速度が速い。例えば、本発明の構造のサ
ーミスタの寸法が３職×１側×０．１側となり、熱庇、
答速度は気中で１００ミリ秒以下となる。この場合、耐
熱性も５００℃という高温にあり、従釆の酸化物半導体
からなる例えばビート型サーミスタでは実現することが
できない。したがって、本発明にかかるサーミスタは、
高速でかつ高信頼度という特長を有し、温度センサとし
て、広く実用に供することができるものである。
と感熱抵抗膜１４の界面に、上述した例えば石英あるし
、はバイコールガラスの層４１を介挿している。これら
の石英あるいはバィコールガラスの層は、ガラス層１３
を接着するまでに、例えばスパッタリング蒸着で、感熱
抵抗膜１４上に形成しておく。以上の説明で明らかなご
とく、本発明のサーミス外ま、耐熱性基板上に、信頼性
の高い炭化珪素膜をガラス層で完全に被覆している。こ
のため、被測定雰囲気が、汚染雰囲気であっても、従来
のごとく、サーミスタ素子をガラス管封入する必要はな
い。その結果、サーミス夕自身の熱容量が極力少なくな
り、熱りＥ、答速度が速い。例えば、本発明の構造のサ
ーミスタの寸法が３職×１側×０．１側となり、熱庇、
答速度は気中で１００ミリ秒以下となる。この場合、耐
熱性も５００℃という高温にあり、従釆の酸化物半導体
からなる例えばビート型サーミスタでは実現することが
できない。したがって、本発明にかかるサーミスタは、
高速でかつ高信頼度という特長を有し、温度センサとし
て、広く実用に供することができるものである。
第１図は本発明にかかるサーミスタの基本的な構造の一
例を示す断面図である。 第２図はこの改良構造例を示し、図Ａは基底櫛型電極の
構造を示す平面図、図Ｂは素子平面図、図Ｃは図Ｂのａ
−ａ′線に沿った断面図である。第３図はこのサーミス
タの他の改良構造例を示す平面図、第４図はこのサーミ
スタのさらに他の改良構造例を示す断面図である。１１
・・・・・・耐熱性基板、１２Ａ，１２Ｂ・・・・・・
基底電極、１２ＡＩ，１２Ｂ１・・・・・・パッド部、
１２Ａ２，１２８２・・・・・・櫛部、１３・・・・・
・感熱抵抗膜、１４・・・・・・ガラス層、４１・・・
・・・珪素またはそれを主成分とするガラス層。 第１図 第３図 第２図 第４図
例を示す断面図である。 第２図はこの改良構造例を示し、図Ａは基底櫛型電極の
構造を示す平面図、図Ｂは素子平面図、図Ｃは図Ｂのａ
−ａ′線に沿った断面図である。第３図はこのサーミス
タの他の改良構造例を示す平面図、第４図はこのサーミ
スタのさらに他の改良構造例を示す断面図である。１１
・・・・・・耐熱性基板、１２Ａ，１２Ｂ・・・・・・
基底電極、１２ＡＩ，１２Ｂ１・・・・・・パッド部、
１２Ａ２，１２８２・・・・・・櫛部、１３・・・・・
・感熱抵抗膜、１４・・・・・・ガラス層、４１・・・
・・・珪素またはそれを主成分とするガラス層。 第１図 第３図 第２図 第４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 耐熱性基板と、前記耐熱性基板上に形成された一対
の基底電極と、前記基板電極間にわたつて形成された炭
化珪素からなる感熱抵抗膜と、少なくとも前記感熱抵抗
膜を被覆するガラス層とを有するサーミスタにおいて、
前記ガラス層が硼珪酸ガラスで構成されていることを特
徴とするサーミスタ。 ２ 耐熱性基板が、アルミナ，ジルコニア，チタニア，
マグネシア，ならびに酸化シリコンの酸化物のうちの一
つ、ステアタイト、ならびにフオルステライトの複合酸
化物のうちの一つ、または、窒化アルミニウムで構成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
のサーミスタ。 ３ 感熱抵抗膜が炭化珪素のスパツタ蒸着膜で構成され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
サーミスタ。 ４ 基底電極を櫛型電極で構成し、前記感熱抵抗膜が、
前記櫛型電極のパツド部の一部分と櫛部とにおいて、前
記櫛型電極と接続されていることを特徴とする特許請求
の範囲第４項に記載のサーミスタ。 ５ 櫛型電極を、耐熱性基板の外縁と間隙をおいて、前
記耐熱性基板上に設けてなることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載のサーミスタ。 ６ 感熱抵抗膜を、耐熱性基板の外縁と間隙をおいて、
前記耐熱性基板上に設けてなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載のサーミスタ。 ７ 感熱抵抗膜とガラス層との間に、酸化珪素あるいは
酸化珪素を主成分とする薄層が介挿されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載のサーミスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2364980A JPS6019641B2 (ja) | 1980-02-26 | 1980-02-26 | サ−ミスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2364980A JPS6019641B2 (ja) | 1980-02-26 | 1980-02-26 | サ−ミスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56120102A JPS56120102A (en) | 1981-09-21 |
| JPS6019641B2 true JPS6019641B2 (ja) | 1985-05-17 |
Family
ID=12116385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2364980A Expired JPS6019641B2 (ja) | 1980-02-26 | 1980-02-26 | サ−ミスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6019641B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6239432B1 (en) * | 1999-05-21 | 2001-05-29 | Hetron | IR radiation sensing with SIC |
| US6576972B1 (en) * | 2000-08-24 | 2003-06-10 | Heetronix | High temperature circuit structures with expansion matched SiC, AlN and/or AlxGa1-xN(x>0.69) circuit device |
-
1980
- 1980-02-26 JP JP2364980A patent/JPS6019641B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56120102A (en) | 1981-09-21 |
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