JPS6222401A - Thermosensitive element - Google Patents

Thermosensitive element

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JPS6222401A
JPS6222401A JP16127385A JP16127385A JPS6222401A JP S6222401 A JPS6222401 A JP S6222401A JP 16127385 A JP16127385 A JP 16127385A JP 16127385 A JP16127385 A JP 16127385A JP S6222401 A JPS6222401 A JP S6222401A
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JP
Japan
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thin film
temperature
silicon
silicon carbide
silicon substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP16127385A
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Japanese (ja)
Inventor
和行 尾崎
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.)
Nok Corp
Original Assignee
Nok Corp
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Publication date
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Publication of JPS6222401A publication Critical patent/JPS6222401A/en
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、感温素子に関する。更に詳しくは、応答性に
すぐれかつ耐環境性の良好な感温素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a temperature sensing element. More specifically, the present invention relates to a temperature-sensitive element with excellent responsiveness and good environmental resistance.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

現在使用されている感温素子には多くの種類があり、そ
れぞれに特徴を有している。特に、最近のエレクトロニ
クス化の動きから、感温素子も人間の目でみて読みとれ
るだけのものではなく、温度制御や他の機器制御に使え
る電気的な信号を出せるようなものが望まれている。か
かる用途に現在使用されている素子には、炭化けい素薄
膜サーミスタがあるが、炭化けい素薄膜は熱衝撃によっ
て基板から剥離する現象(チッピング)がよくみら。
There are many types of temperature sensing elements currently in use, each with its own characteristics. In particular, with the recent trend toward electronics, it is desired that temperature-sensitive elements not only be readable by the human eye, but also be capable of emitting electrical signals that can be used to control temperature and other equipment. . Silicon carbide thin film thermistors are currently used in such applications, but silicon carbide thin films often peel off from the substrate due to thermal shock (chipping).

れるため、製品の不良率が高いなどの欠点を有している
Because of this, it has drawbacks such as a high product defect rate.

本発明者は先に、チッピング現象などを生ずることなく
、耐久性にすぐれ、かつ温度に対する比例性、応答性が
よく、室温付近から高温領域迄の広い温度範囲にわたっ
ての測定に好適に使用し得る感温素子として、絶縁性の
感温素子基板の上に炭化けい素合金抵抗体よりなる薄膜
を形成させたものを提案している(特願昭59−774
34号)。
The present inventor has previously found that it has excellent durability, good proportionality and responsiveness to temperature, and can be suitably used for measurements over a wide temperature range from near room temperature to high temperature range. As a temperature-sensing element, we have proposed a thin film made of a silicon carbide alloy resistor formed on an insulating temperature-sensing element substrate (Japanese Patent Application No. 59-774).
No. 34).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述の如く、炭化けい製薄膜サーミスタにはチッピング
現象がみられ、また耐環境性などの問題からガラス容器
に封入した構造のものとして用いられている。このため
応答性が悪く、300℃迄の90%応答には約50〜6
0砂径度を要しており、従って急激な温度変化には追随
できないという欠点を有している。
As mentioned above, thin film thermistors made of silicon carbide suffer from chipping, and due to problems such as environmental resistance, they are used in a structure sealed in a glass container. For this reason, the response is poor, and the 90% response up to 300°C is approximately 50 to 6
It requires a sand diameter of 0, and therefore has the disadvantage of not being able to follow rapid temperature changes.

そこで、本発明者は、前述の炭化けい素合金抵抗体薄膜
を用いる解決法とは別に、炭化けい素それ自体の薄膜を
用いて、応答性および耐環境性にすぐれた感温素子が得
られる解決手段を求めて種々の検討を行なった結果、絶
縁化されたシリコン基板上に形成された炭化けい製薄膜
を含フッ素高分子薄膜で覆うことにより、かかる課題が
効果的に解決されることを見出した。
Therefore, in addition to the solution using the silicon carbide alloy resistor thin film described above, the present inventors have found that a temperature-sensitive element with excellent responsiveness and environmental resistance can be obtained by using a thin film of silicon carbide itself. After conducting various studies in search of a solution, we found that this problem could be effectively solved by covering a silicon carbide thin film formed on an insulated silicon substrate with a fluorine-containing polymer thin film. I found it.

〔問題点を解決するための手段〕および〔作用〕従って
1本発明は感温素子に係り、この感温素子は、絶縁化さ
れたシリコン基板表面上に電極に接触している炭化けい
製薄膜を形成させ、その炭化けい製薄膜を含フッ素高分
子薄膜で覆ってなる。
[Means for Solving the Problems] and [Operations] Accordingly, the present invention relates to a temperature sensing element, which comprises a silicon carbide thin film in contact with an electrode on the surface of an insulated silicon substrate. is formed, and the silicon carbide thin film is covered with a fluorine-containing polymer thin film.

シリコン基板の絶縁化は、厚さ約0.2〜0.5mm程
度のシリコンウェハから一般に形成されるシリコン基板
の表面を、酸化しまたは酸化けい素、窒化けい素などで
被覆することにより行われる。
Insulating a silicon substrate is performed by oxidizing or coating the surface of a silicon substrate, which is generally formed from a silicon wafer with a thickness of about 0.2 to 0.5 mm, with silicon oxide, silicon nitride, etc. .

シリコン基板表面の酸化は、熱酸化、陽極酸化などによ
り行われ、一般には熱酸化法が用いられる。その場合に
は、シリコンウェハなどのシリコン基板を、酸素の流通
下に約800〜1250℃に約1〜4時間加熱し、その
表面に酸化けい素(SiO□)の絶縁膜を形成させる。
Oxidation of the silicon substrate surface is performed by thermal oxidation, anodic oxidation, etc., and generally a thermal oxidation method is used. In that case, a silicon substrate such as a silicon wafer is heated to about 800 to 1250° C. for about 1 to 4 hours under oxygen flow to form an insulating film of silicon oxide (SiO□) on its surface.

形成される絶縁膜の厚さは、熱酸化条件、主として加熱
温度および加熱時間によって左右されるが、一般には約
0.1〜0.5μm程度である。
The thickness of the insulating film formed depends on thermal oxidation conditions, mainly heating temperature and heating time, but is generally about 0.1 to 0.5 μm.

こうした酸化法により酸化けい製薄膜を形成させる代り
に、シリコン基板の表面に、マグネトロ       
□ンスパッタリング法、イオンブレーティング法などに
より、同じような程度の厚さの酸化けい製薄膜または窒
化けい製薄膜を形成させ、これらの被覆薄膜を絶縁膜と
させてもよい。
Instead of forming a silicon oxide thin film using such an oxidation method, magnetron
A silicon oxide thin film or a silicon nitride thin film having a similar thickness may be formed by a sputtering method, an ion blating method, or the like, and these coating thin films may be used as an insulating film.

次に、これらの各種方法によって形成させたシリコン基
板表面の絶縁膜上の一部分の面積に、やはリマグネトロ
ンスパッタリング法、イオンブレーティング法などによ
り、約0.5〜1μm程度の厚さの炭化けい製薄膜を形
成させる。そして、形成された炭化けい製薄膜の両端部
は、蒸着法などにより形成された電極、例えばアルミニ
ウム電極と接触している。
Next, carbonization with a thickness of approximately 0.5 to 1 μm is applied to a portion of the insulating film on the surface of the silicon substrate formed by these various methods by remagnetron sputtering, ion blating, etc. A thin silicon film is formed. Both ends of the formed silicon carbide thin film are in contact with electrodes formed by vapor deposition, for example, aluminum electrodes.

このように形成された炭化けい製薄膜は、絶縁化された
シリコン基板上で露出する部分が存在しないように、含
フッ素高分子薄膜で覆われる。この含フッ素高分子薄膜
は、一般にフルオロカーボン化合物のプラズマ重合によ
るフッ素系プラズマ重合膜として形成される。
The silicon carbide thin film thus formed is covered with a fluorine-containing polymer thin film so that no exposed portion is exposed on the insulated silicon substrate. This fluorine-containing polymer thin film is generally formed as a fluorine-based plasma polymerized film by plasma polymerization of a fluorocarbon compound.

プラズマ重合されるフルオロカーボン化合物としては1
例えばパーフルオロエタン、パーフルオロプロパン、パ
ーフルオロシクロブタンなどの飽和のフルオロカーボン
化合物あるいはパーフルオロエチレンなどの不飽和のフ
ルオロカーボン化合物が用いられる。これらのプラズマ
重合反応は、プラズマ重合反応装置内に炭化けい製薄膜
を表面に形成させたシリコン基板を収容し、反応容器内
の圧力を10−4〜10−’ Torrにした後、フル
オロカーボン化合物を所定の圧力(約0.01〜0.3
Torr)になる迄そこに導入し、高周波発振器により
一定の電力を印加し、プラズマを発生させることにより
行われ、そこに約O,OS〜0.5μm程度の厚さのプ
ラズマ重合膜を形成させる。
As a fluorocarbon compound to be plasma polymerized, 1
For example, saturated fluorocarbon compounds such as perfluoroethane, perfluoropropane, and perfluorocyclobutane, or unsaturated fluorocarbon compounds such as perfluoroethylene are used. In these plasma polymerization reactions, a silicon substrate with a silicon carbide thin film formed on its surface is placed in a plasma polymerization reaction apparatus, the pressure inside the reaction vessel is set to 10-4 to 10-' Torr, and then a fluorocarbon compound is added. Predetermined pressure (approximately 0.01 to 0.3
Torr), a constant power is applied by a high-frequency oscillator to generate plasma, and a plasma polymerized film with a thickness of about O,OS to 0.5 μm is formed there. .

図面の第1図は、本発明に係る感温素子の一態様ψ平面
図(a)およびその中心線断面図(b)であり、シリコ
ン基板1の表面に絶縁膜2が形成されており、その上に
炭化けい製薄膜3が電極4゜4′と接触するように形成
されており、その炭化けい素薄膜部分は含フッ素高分子
薄膜5によって覆われている。なお、符号6,6′は電
極上に設けられた銀ペーストであり、7,7′はそこか
ら引き出されたリード線である。
FIG. 1 of the drawings is a plan view (a) of one embodiment of a temperature-sensitive element according to the present invention and a cross-sectional view (b) along its center line, in which an insulating film 2 is formed on the surface of a silicon substrate 1. A silicon carbide thin film 3 is formed thereon so as to be in contact with the electrodes 4° 4', and the silicon carbide thin film portion is covered with a fluorine-containing polymer thin film 5. Note that numerals 6 and 6' are silver pastes provided on the electrodes, and 7 and 7' are lead wires drawn out from there.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明に係る感温素子は、基板として熱伝導性の良好な
シリコンを用い、その表面絶縁膜上に形成させた炭化け
い製薄膜を含フッ素高分子の薄膜で覆うことにより、ガ
ラス封入タイプにみられた応答性の低下などがもたらさ
れず、良好な応答速度が得られている。しかも、炭化け
い製薄膜を覆っている含フッ素高分子薄膜は、含フッ素
高分子の特徴である耐汚染性を示して汚れが付着し難い
ばかりではなく、それをプラズマ重合法で形成させた場
合にはピンホールがなく、従って湿度などの影響を受は
難いなど耐環境性の点でもすぐれている。
The temperature-sensitive element according to the present invention uses silicon, which has good thermal conductivity, as a substrate and covers the silicon carbide thin film formed on the surface insulating film with a fluorine-containing polymer thin film, thereby making it a glass-encapsulated type. The observed decrease in responsiveness did not occur, and a good response speed was obtained. Moreover, the fluorine-containing polymer thin film that covers the silicon carbide thin film not only exhibits the stain resistance characteristic of fluorine-containing polymers and is difficult to attract dirt, but also when formed by plasma polymerization. It has no pinholes and therefore is not easily affected by humidity, and has excellent environmental resistance.

〔実施例〕〔Example〕

次に、実施例について本発明を説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to examples.

実施例 第1図に図示されたような感温素子を1次のようにして
製作した。
EXAMPLE A temperature-sensitive element as shown in FIG. 1 was manufactured in a first-order manner.

シリコンウェハ基板上に、マグネトロンスパッタリング
法により酸化けい素の薄M(厚さ0.2μm)を形成さ
せ、その絶縁膜の余分な部分を覆いながらマグネトロン
スパッタリング法を適用することにより、絶縁膜の中央
部に3mmX2mmX0.5μmの炭化けい製薄膜を形
成させた。この炭化けい製薄膜の両端部で接触するよう
に、蒸着法によりそれぞれ5■X4+nmX0.5μm
のアルミニウム電極を1対形成させた後、前記炭化けい
製薄膜部分を十分に覆う大きさのパーフルオロシクロブ
タンのプラズマ重合膜(厚さ0.3μm)を形成させた
A thin M (thickness: 0.2 μm) of silicon oxide is formed on a silicon wafer substrate by magnetron sputtering, and by applying magnetron sputtering while covering the excess portion of the insulating film, the center of the insulating film is A silicon carbide thin film of 3 mm x 2 mm x 0.5 μm was formed on the part. The silicon carbide thin film was coated with a thickness of 5cm x 4+nm x 0.5μm by vapor deposition so that both ends of the film were in contact with each other.
After forming a pair of aluminum electrodes, a perfluorocyclobutane plasma polymerized film (thickness: 0.3 μm) was formed to sufficiently cover the silicon carbide thin film portion.

この感温素子について、大気中での各温度における素子
抵抗を測定すると、第2図のグラフに示されるような結
果が得られた。また、この感温素子の応答性を90%応
答時間として測定すると。
When the resistance of this thermosensitive element was measured at various temperatures in the atmosphere, the results shown in the graph of FIG. 2 were obtained. Moreover, when the response of this temperature sensing element is measured as 90% response time.

150℃→25℃については6秒、また25℃→150
℃については5秒の値がそれぞれ得られ、市販の炭化け
い製薄膜サーミスタの値50〜60秒と比較して。
6 seconds for 150℃→25℃, and 25℃→150℃
C., a value of 5 seconds was obtained, compared to a value of 50 to 60 seconds for a commercially available silicon carbide thin film thermistor.

格段に性能が高められていることが分かる。It can be seen that the performance has been significantly improved.

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

第1図は、本発明に係る感温素子の一態様の平面図(a
)およびその中心線断面図(b)である。また、第2図
は本発明の感温素子の各温度における素子抵抗値を示す
グラフである。 (符号の説明) 1・・・・・シリコン基板 2・・・・・基板表面の絶縁膜 3・・・・・炭化けい製薄膜 4・・・・・電極
FIG. 1 is a plan view (a
) and its center line sectional view (b). Moreover, FIG. 2 is a graph showing the element resistance value at each temperature of the temperature-sensitive element of the present invention. (Explanation of symbols) 1... Silicon substrate 2... Insulating film on the substrate surface 3... Thin film made of silicon carbide 4... Electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、絶縁化されたシリコン基板表面上に電極に接触して
いる炭化けい素薄膜を形成させ、その炭化けい素薄膜を
含フッ素高分子薄膜で覆ってなる感温素子。 2、絶縁化されたシリコン基板として表面が酸化された
シリコン基板が用いられた特許請求の範囲第1項記載の
感温素子。 3、絶縁化されたシリコン基板として表面が酸化けい素
または窒化けい素で被覆されたシリコン基板が用いられ
た特許請求の範囲第1項記載の感温素子。 4、含フッ素高分子薄膜がフッ素系プラズマ重合膜とし
て形成された特許請求の範囲第1項記載の感温素子。
[Scope of Claims] 1. A temperature-sensitive element formed by forming a silicon carbide thin film in contact with an electrode on the surface of an insulated silicon substrate, and covering the silicon carbide thin film with a fluorine-containing polymer thin film. 2. The temperature sensing element according to claim 1, wherein a silicon substrate whose surface is oxidized is used as the insulated silicon substrate. 3. The temperature-sensitive element according to claim 1, wherein a silicon substrate whose surface is coated with silicon oxide or silicon nitride is used as the insulated silicon substrate. 4. The temperature-sensitive element according to claim 1, wherein the fluorine-containing polymer thin film is formed as a fluorine-based plasma polymerized film.
JP16127385A 1985-07-23 1985-07-23 Thermosensitive element Pending JPS6222401A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6517165B1 (en) 1999-09-03 2003-02-11 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Structure of motor vehicle wheel

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JPS5539006A (en) * 1978-09-13 1980-03-18 Hitachi Ltd Water-proof thermister
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